빛-전기 나노소자는 지구에서 가장 오래된 남조류의 작동 방식을 보여줍니다.

국제 과학자팀이 지구에서 가장 오래된 남세균 계통 중 하나인 남세균에서 빛을 수확하는 "나노장치"의 구조를 해독함으로써 지구 진화의 핵심 퍼즐 조각을 풀었습니다. 미국 국립과학원 회보(PNAS) 에 발표된 이 발견은 초기 생명체가 어떻게 햇빛을 이용하여 산소를 생성했는지에 대한 전례 없는 통찰을 제공합니다. 이 과정은 지구를 영원히 변화시켰습니다.

런던 퀸 메리 대학의 타나이 카르도나 박사를 포함한 연구팀은 빛을 전기 에너지로 변환하는 분자 복합체인 광계 I(PSI)에 집중했습니다. 이는 최근에 발견된 남조류 종인 안토세로티박터 파나멘시스에서 정제한 것으로, 약 30억 년 전에 다른 모든 남조류에서 갈라져 나온 계통입니다.

놀랍게도 이 살아있는 유물은 가까운 친척이 거의 없으며, 가장 가까운 것으로 알려진 진화적 "자매" 종은 약 14억 년 전에 헤어졌습니다.

"우리는 30억 년 전으로 돌아가서 지구의 남조류를 관찰할 수는 없습니다."라고 이 연구의 주저자인 대만 국립대학의 밍양 호 박사는 말했습니다.

"그렇기 때문에 초기에 분지된 A. panamensis가 매우 중요합니다. 이를 통해 과거에 무슨 일이 일어났는지 엿볼 수 있습니다."

대부분의 남조류와 모든 조류 및 식물은 광합성 기관을 틸라코이드라고 불리는 여러 겹의 막 시트에 넣습니다. 여러 겹의 태양 전지 패널을 상상해 보세요.

A. panamensis에는 틸라코이드가 없기 때문에 광합성 도구 전체를 단일 막층으로만 구성합니다.

이런 제한으로 인해 광합성이 제한되므로 틸라코이드가 없는 남조류는 느리게 자라며 실험실에서는 희미한 빛만 견뎌냅니다.

위스콘신-매디슨 대학의 공동 저자인 크리스토퍼 기스리엘 박사는 "이 PSI 구조를 이용하면 다른 구조와 비교하여 어떤 특징이 고대적이고 어떤 특징이 최근의 진화적 혁신인지 확인할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

연구팀은 단백질 서열이 다른 박테리아와 마찬가지로 변화했지만 PSI의 구조는 거의 변하지 않았다는 것을 발견했습니다. 즉, 세 개의 PSI 단위가 세 잎 클로버 모양으로 합쳐져 엽록소와 카로티노이드 등 300개 이상의 빛을 흡수하는 색소를 모두 운반합니다.

타나이 카르도나 박사는 이렇게 결론지었습니다. "30억 년 전에도 광합성은 놀라울 정도로 정교해진 것으로 보입니다. 산소를 생성하는 광합성의 진정한 기원을 찾으려면 남세균이 진화하기 훨씬 이전까지 거슬러 올라가야 합니다."

이 연구는 대만의 국가과학기술위원회, NIH, 미국 에너지부, 영국 연구소의 지원을 받아 진행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250516134402.htm