지구과학자들이 8억년 전 생명의 진화에 빛을 비추다

버지니아 공대 지구과학자 팀이 ‘예’를 나타낼 수 있는 증거를 발굴했습니다.

최근 사이언스 어드밴스(Science Advances)에 발표된 이 팀의 연구 결과는 해양 진핵생물(세포에 핵이 있는 유기체)이 지배적이던 시기에 생물학적으로 이용 가능한 질소의 증가를 보여줍니다. 복잡한 진핵 세포는 다세포 유기체로 진화했으며 동물, 식물 및 균류를 포함하여 지구 생명체의 완전히 새로운 시대를 여는 데 기여했습니다.

논문 공저자인 퇴적 지구화학 부교수 벤 길(Ben Gill)은 “오늘날 지구상의 생명과 함께 우리가 앉아 있는 곳은 과거에 일어났던 모든 사건의 총합이다. “그리고 이것은 우리 몸에 있는 세포보다 훨씬 단순한 세포인 원핵생물 생태계에서 진핵생물로 전환하는 중요한 사건입니다. 그런 일이 일어나지 않았다면 우리는 오늘 여기 있지 않았을 것입니다.”

이전 연구는 진핵생물의 부상에서 인의 역할에 초점을 맞추었지만 지구과학과의 박사과정 학생이자 논문의 주저자인 강준야오(Junyao Kang)는 이 사건에서 질소가 한 역할에 대해 궁금해했습니다.

강 교수는 “신원생대 초기, 즉 10억년에서 8억년 전 사이의 질소 동위원소 데이터가 사실상 존재하지 않는다는 점에서 이 데이터는 독특하다”고 말했다.

Kang은 중국 Najing에 있는 Nanjing University와 협력하여 North China Craton의 암석 샘플에 대한 질소 동위원소 분석을 통해 무엇이 진핵생물의 부상을 주도했는지 이해하기 위해 2년을 보냈습니다. 38억년 전의 암석이 있는 이 지역은 한때 바다로 뒤덮였습니다.

“우리는 언제 진핵생물이 생태학적으로 성공하게 되었는지 대략적인 아이디어를 가지고 있었습니다.”라고 지구생물학 교수이자 논문 공동 저자인 Shuhai Xiao는 말했습니다. “그들은 풍부해지기 시작한 약 8억 2천만 년 전까지 낮은 키 상태로 오랫동안 그곳에 있었습니다.”

강씨는 그 이유를 알고 싶다고 결심했다. 그는 암석 샘플에서 데이터를 가져와 더 큰 데이터베이스에 입력하고 다양한 지리적 위치에 걸쳐 더 긴 시간 척도에 걸쳐 분석했습니다.

강 교수는 “이런 통합을 해서 큰 그림을 그리면 약 8억년 전에 일어난 시간의 흐름에 따라 질산염이 증가하는 것을 볼 수 있었다”고 말했다.

견고한 협업

이 새로운 데이터를 생물학적 사건, 특히 진핵생물의 부상과 연결하는 데는 협력적이고 국제적인 접근 방식이 핵심이었습니다.

Gill과 과학 대학 지구화학자이자 논문의 공동 저자인 Rachel Reid는 버지니아 공대의 지구과학 안정 동위원소 연구소의 질량 분석기를 포함한 리소스를 통해 중요한 분석을 제공했습니다. 질량 분석계에 결합된 원소 분석기로 연구원들은 분석을 위해 샘플에서 순수한 질소 가스를 추출할 수 있었습니다.

Gill은 지구상의 현재와 과거의 화학 순환을 재구성하는 전문가입니다. 그는 고생물학자와 협력하여 지질학적 기록에 보존된 생명의 기록을 연구하고 어떤 잠재적인 환경 동인이 역사를 통해 생명의 변화를 가능하게 했는지 조사합니다.

일반적으로 지구의 최근 사건에 대한 연구에 집중하는 Reid는 이러한 고대 화석에 대한 그녀의 질소 동위원소 전문 지식을 제공할 특별한 기회를 가졌습니다.

Nanjing University의 지구화학자인 Feifei Zhang은 이 논문의 네 번째 공동 저자였습니다. Zhang은 질산염이 풍부하게 증가하는 동안 바다에서 얼마나 많은 산소를 사용할 수 있었는지에 대한 통찰력을 제공했습니다.

버지니아 공대의 모든 저자는 Fralin Life Sciences Institute의 Global Change Center 소속 회원이며 Kang은 박사로 재직 중입니다. 글로벌 변화의 인터페이스 대학원 프로그램의 펠로우. 이 센터는 다양한 분야의 전문가를 모아 이러한 복잡한 글로벌 과제를 해결하고 차세대 리더를 양성합니다.

과거, 현재, 그리고 미래

전 세계에서 가장 오래된 화석을 발굴하고 연구하는 데 도움을 준 Xiao는 이러한 유형의 연구가 미래의 발견에 대한 희망을 준다고 말했습니다. 팀원들은 현재 연구를 지원하는 외생물학 프로그램과 같은 향후 보조금에 대해 NASA와 협력하기를 기대합니다.

그는 또한 Science Advances와 같은 오픈 액세스 출판물을 지원하여 독자들이 자유롭게 이용할 수 있는 엄선된 연구를 제공한 버지니아 공대의 대학 도서관에 감사를 표합니다.

Xiao는 “고대 과거의 질소 동위원소 구성에서 점을 연결한 다음 다음 단계로 이동하여 유기체에 사용할 수 있는 질산염의 양을 추론할 수 있습니다.”라고 말했습니다. “그리고 나서 우리는 관계가 있음을 보여주기 위해 그것을 화석 데이터와 연결합니다.”

고대 바다는 오래 전에 사라졌지만 고대 바다에서 일어난 일은 암석에 기록되어 있으며 이러한 암석을 연구하면 지구의 역사에서 현재 및 미래로의 연결 고리가 제공됩니다.

“지질학자들은 주식 거래자들이 주식 매도 또는 매수 결정을 내릴 때 다우 존스 곡선을 보는 것과 같은 이유로 암석을 봅니다. 암석에 기록된 지질학적 역사는 우리에게 미래의 글로벌 변화에 대한 중요한 맥락을 제공합니다.”라고 Xiao는 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230322190916.htm