수소 가설

수소가설은 1998년 윌리엄 마틴과 미클로스 뮐러가 공동 연구에 착수해 네이처에 소개한 파격적인 가설로, 미토콘드리아가 고동물(Archezoa)의 세포 내 공생체라는 주류적 시각과는 다르게, 두 세포의 공생에 의한 최초의 진핵생물로의 진화를 설명하는 가설이다.

내용

• 미토콘드리아를 얻은 숙주세포는 원핵생물로, 수소에 의존적인 고균이었는데 그것은 생리학적으로 지금의 메탄 생성 고균과 가장 비슷하다. (메탄생성 고균은 수소와 이산화탄소를 이용해 살아가며 메탄기체를 부산물로 내놓는다.)

• 미토콘드리아가 되었던 세포는(현재 미토콘드리아의 조상 세균) 선택적으로 무산소호흡을 하는(유산소 호흡도 하며 무산소 호흡도 하는) 진정세균이었는데 그것은 무산소호흡의 부산물로 수소기체와 이산화탄소를 내놓았다.

• 두 세균의 공생은 숙주세포의 수소 의존 때문에 발생하였다.

세포 내 공생과의 차이

수소가설은 생화학적인 관점으로 진핵생물로의 진화를 설명하는데 이는 다른 세포 내 공생설의 견해들과는 구조가 다르다. 세포 내 공생설의 견해에 따르면, 핵은 가지고 있었지만, 미토콘드리아가 없었던 원시 무(無) 미토콘드리아 진핵생물(고동물)이 다른 원시 박테리아에게 둘러싸여 진핵생물로의 진화를 이루었다.

의문점과 해결

현재 산소호흡을 하는 미토콘드리아가 어떻게 혐기성 세균인 메탄 생성 고균과 함께 공생을 이루었는지에 대한 의문을 가질 수 있다. 수소가설은 이런 의문을 산소보다는 수소에 초점을 두어 해결한다. 이 가설의 핵심은 미토콘드리아와 비슷한 하이드로게노솜이 물질대사의 부산물로 수소를 만든다는 점이다. 이 가설을 주장한 학자들은 수소 의존적인 메탄생성고균이 하이드로게노솜을 세포 소기관으로 가지는 진핵생물에 군집을 이루어 공생하는 것에 주목하였다. 가설을 주장한 학자들의 주장에 따르면, 하이드로게노솜과 다른 여러 종류의 미토콘드리아는 공통조상을 가진다. 알파프로테오박테리아로 추정되는 이 공통조상은 위에서 언급했듯 선택적으로 물질대사를 할 수 있었다. 이는 후손들의 유전적 유사성에 의해 설명될 수 있다.

수소가설을 통한 진핵생물의 진화단계 추정

두 세균의 공생과 진핵생물로의 진화단계를 추정해 보면 아래와 같다.

• 산소가 거의 없는 환경에서 메탄생성고균(혐기성)이 알파프로테오박테리아(선택적으로 물질대사가 가능한 다재다능한 세균)이 유기물을 발효해서 내어놓는 수소와 이산화탄소를 이용해 살아간다.

• 메탄생성고균과 알파프로테오박테리아는 서로 점점 더 가까워지고 마침내 알파프로테오박테리아가 메탄생성고균의 몸속으로 들어간다.

• 유전자 수평이동을 통해 전달된 유전자로 메탄생성고균은 다양한 물질대사가 가능해져 산소가 있는 환경에서도 자유롭게 생활할 수 있다. (유전자 수평이동을 통해 물질대사 유전자가 전달된다는 설명이 터무니없다고 생각 될 수 있으나, 엄청난 수의 집단에 적용 해 본다면 충분히 일어 날 수 있는 상황이다.)

수소가설은 이러한 3개의 단계를 거쳐 진핵생물의 진화가 일어나게 되었다고 주장한다.

참고 문헌

• Author(s) : Nick Lane Publisher : Oxford University Press Publication date : 2005 ISBN : ISBN 978-0-19-920564-6