과학자들이 지구상의 모든 생명체가 존재하기 이전에 존재했던 유전자를 발견했습니다.

과학자들은 희귀하고 오래된 유전자를 이용하여 모든 생명체가 공통 조상을 공유하기 이전에 존재했던 생명체를 연구하고 있습니다. 이 유전자들은 생명체가 현대적인 형태를 갖추기 훨씬 이전에 초기 세포들이 어떻게 기능했을지 밝혀줍니다. (사진 출처: AI/ScienceDaily.com)

오늘날 살아있는 모든 생물은 약 40억 년 전에 살았던 하나의 공통 조상으로부터 유래했습니다. 과학자들은 이 생물을 "최후의 보편적 공통 조상"이라고 부르며, 이는 현재 확립된 진화론적 방법을 사용하여 연구할 수 있는 가장 초기 형태의 생명체를 나타냅니다.

이 고대 조상에 대한 연구는 현대 생명체에서 볼 수 있는 많은 특징들이 이미 그 시대에 존재했음을 보여줍니다. 세포에는 이미 세포막이 있었고, 유전 정보는 DNA에 저장되어 있었습니다. 이러한 필수적인 특징들이 이미 확립되어 있었기 때문에, 생명이 어떻게 처음 형성되었는지 이해하려는 과학자들은 이 공통 조상이 존재하기 이전의 진화적 사건들까지 거슬러 올라가야 합니다.

최초 공통 조상 이전의 생명 연구

학술지 Cell Genomics 에 발표된 연구에서 애런 골드만(오벌린 대학), 그렉 포니어(MIT), 베툴 카차르(위스콘신-매디슨 대학) 연구팀은 진화의 초기 시기를 탐구하는 새로운 방법을 제시했습니다. 골드만은 "최종 공통 조상(LUCA)은 진화 연구 방법으로 연구할 수 있는 가장 오래된 생물이지만, 그 유전체에 있는 일부 유전자는 훨씬 더 오래되었다"고 말했습니다. 연구팀은 최종 공통 조상 이전에 발생한 생물학적 변화의 증거를 보존하는 "보편적 상동 유전자(universal paralogs)"라고 불리는 특별한 유전자 그룹에 초점을 맞췄습니다.

상동 유전자란 하나의 유전체 내에 여러 번 나타나는 관련 유전자 그룹을 말합니다. 인간은 상동 유전자의 명확한 예입니다. 우리 DNA에는 산소를 혈액으로 운반하는 단백질을 생성하는 8개의 서로 다른 헤모글로빈 유전자가 있습니다. 이 유전자들은 모두 약 8억 년 전에 존재했던 하나의 조상 글로빈 유전자에서 유래했습니다. 오랜 시간에 걸쳐 반복적인 복제 오류가 발생하면서 이 유전자의 추가 버전이 만들어졌고, 각 복제본은 점차 고유한 역할을 발전시켜 나갔습니다.

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보편적 상동 유전자는 훨씬 더 드뭅니다. 이러한 유전자군은 거의 모든 생명체의 게놈에 적어도 두 개 이상의 복사본으로 존재합니다. 이러한 유전자군의 광범위한 존재는 최초의 유전자 복제가 마지막 보편적 공통 조상이 출현하기 전에 발생했음을 시사합니다. 그 복제된 유전자들은 수많은 세대를 거쳐 전달되었고 오늘날까지 생명체에 남아 있습니다.

이처럼 진화적으로 광범위한 영향을 미치기 때문에, 저자들은 보편적인 상동 유전자가 지구 생명체의 초기 역사를 연구하는 데 있어 매우 중요하지만 종종 간과되는 자원이라고 주장합니다. 새로운 AI 기반 기술과 AI에 최적화된 하드웨어 덕분에 고대 유전 패턴을 자세히 분석하는 것이 더욱 쉬워짐에 따라, 이러한 접근 방식은 점점 더 실용화되고 있습니다.

골드만은 "우리가 알고 있는 보편적인 상동 유전자는 극히 드물지만, 이들을 통해 마지막 보편적 공통 조상 이전의 생명체가 어떠했는지에 대한 많은 정보를 얻을 수 있다"고 말합니다. 푸르니에는 "이러한 보편적인 상동 유전자의 역사는 초기 세포 계통에 대해 우리가 얻을 수 있는 유일한 정보이므로, 우리는 이들로부터 최대한 많은 지식을 신중하게 추출해야 한다"고 덧붙입니다.

최초 세포 기능에 대한 단서

골드만, 푸르니에, 카차르는 분석을 통해 알려진 모든 보편적 상동 유전자를 검토했습니다. 이들 유전자는 모두 단백질 합성과 세포막을 통한 분자 이동에 관여합니다. 이러한 발견은 단백질 생산과 막 수송이 진화 과정에서 가장 먼저 나타난 생물학적 기능 중 하나였음을 시사합니다.

연구진은 또한 이러한 유전자의 고대 형태를 재구성하는 것의 중요성을 강조합니다. 오벌린 대학의 골드만 연구실에서 진행된 한 연구에서 과학자들은 효소와 기타 단백질을 세포막에 삽입하는 데 관여하는 보편적인 상동 유전자 계열을 조사했습니다. 진화 생물학과 계산 생물학의 표준적인 방법을 사용하여, 그들은 최초의 조상 유전자가 생성했던 단백질을 재구성했습니다.

연구 결과에 따르면 이처럼 단순하고 오래된 단백질은 여전히 ​​세포막에 부착되어 단백질을 생성하는 기계 장치와 상호 작용할 수 있었습니다. 이는 초기 단백질이 원시적인 막에 박히는 데 도움을 주었을 가능성이 높으며, 초기 세포가 어떻게 작동했을지에 대한 통찰력을 제공합니다.

생명의 가장 초기 역사를 들여다보는 새로운 창

저자들은 컴퓨팅 도구의 지속적인 발전으로 과학자들이 더 많은 보편적 상동 유전자 계열을 식별하고 그 고대 조상을 더욱 자세히 연구할 수 있기를 기대합니다. 카차르는 "보편적 상동 유전자를 추적함으로써 지구 생명의 초기 단계를 현대 과학 도구와 연결할 수 있습니다. 이는 진화와 생물학의 가장 심오한 미지의 영역을 실제로 검증 가능한 발견으로 바꿀 수 있는 기회를 제공합니다."라고 말합니다. 그들의 목표는 마지막 보편적 공통 조상 이전의 진화에 대한 더 명확한 그림을 구축하고, 우리가 알고 있는 생명이 어떻게 처음 출현했는지 밝히는 것입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/02/260210082913.htm