영원한 ......
■ 생식세포
□ 염색체(染色體, chromosome)
위키백과 자료인용
세포 안에 유전자의 형태로 유전정보를 가지고 있는 실 모양의 현미경적 구조체를 말함
. 염색체는 진핵세포의 유전에 관여하는 물질임
. 진핵세포의 유전물질(DNA 또는 RNA)은 히스톤 단백질과 꼬여 염색사 형태로 핵에 흩어져 있다가,
분열기(M기)에 접어들면 염색사가 응축하여 염색체를 형성함
. 염색시약에 의해 염색된 분열중인 세포를 현미경으로 보고 발견하여 ‘염색체’라고 이름 붙임
. 동물세포엔 ‘메틸렌블루’, 식물세포엔 ‘아세트산카민’이란 염색시약을 주로 사용함
. 염색체는 모양과 크기가 같은 염색체가 2개씩 존재하는데,
이는 어버이로부터 각각 하나씩 받았기 때문임.
이러한 2개의 염색체를 ‘상동 염색체’라고 함
. 생물의 염색체 수
옥수수(20), 벼(24), 밀(42), 초파리(8), 사람(46), 소(60), 개(78), 닭(78)
. 종의 지능과 염색체 수는 무관함
. 간기에는 염색사가 복제되고, 분열기엔 같은 유전자를 가진 2개의 염색분체 즉 염색체가 형성됨
. 분열에는 체세포분열(동형분열)과 감수분열(이형분열)이 있음
체세포분열은 체세포에서 1회 일어나 2개의 딸세포를 형성하며
이때는 염색분체가 나누어지는 것이기 때문에 모세포와 염색체 수가 같은 딸세포가 형성됨
. 반면 감수분열은 생식세포에서 2회(제1감수분열, 제2감수분열) 일어나 4개의 딸세포를 형성함
제1감수분열에선 상동염색체가 분리되고
제2감수분열에선 염색분체가 분리되어
딸세포의 염색체 수는 모세포 염색체 수의 절반이 됨
. 생식세포 분열
다음백과 자료 인용
. 감수분열 (meiosis)
. 생식세포분열이라고도 함
. 생식세포의 핵이 2번 분열하여 성세포(性細胞)인 4개의 배우자를 만들고
각 배우자는 원래의 세포가 갖고 있던 염색체 수의 절반을 갖게 되는 분열방식.
. 수정 과정에서 2개의 반수체 배우자가 결합하면 염색체 수는 2배체로 회복되면서
2배체의 새로운 개체가 탄생하게 됨
. 유성생식을 하는 생물에서는, 몸을 구성하는 체세포의 염색체수는 이배체(2n)이고,
성세포 또는 배우자의 염색체수는 반수체(n)임
. 반수체의 염색체는 감수분열 과정에서 생성되며
수정과정에서 2개의 배우자가 결합해 이배체 염색체를 갖는 단세포인 접합자를 이룸
. 체세포는 유사분열에 의해 분열함
. 세포분열 사이에 유전물질인 염색질은 염색사라고 하는 필라멘트의 망구조로 핵 전체에 퍼져 있음
이러한 긴 필라멘트는 풀려진 염색체로부터 형성되는데
이 상태에서 표면적이 넓어짐으로써 DNA 합성을 촉진하는 것으로 보임
이 시기에 DNA의 양이 배(倍)로 복제됨
□ 정자 (精子, sperm, spermatozoon)
. 동물에서 생성되는 수컷의 생식세포.
. 포유류에서는 정소(고환)에서 정자 생성
. 인간의 경우
. 머리부문, 길이 4~5㎛, 폭 2~3㎛ 정도의 아몬드 모양
주로 세포핵으로서 염색체라는 유전물질
이 부분이 눈·머리·피부의 색깔과 같은 개인의 특수한 형질을 전달하는 역할을 함
정상인의 신체 각각의 세포에는 46개의 염색체가 있음
. 정자세포에는 그 반수인 23개만이 있고,
정자가 난자(역시 23개의 염색체를 가지고 있음)와 합쳐지면 46개의 염색체가 됨
. 정자 세포는 자식의 성을 결정할 X염색체나 Y염색체를 지니고 있음
. 정자의 머리부분을 덮고 있는 것은 첨체(acrosome) 이며,
정자가 난자를 뚫고 들어갈 수 있도록 도와주는 화학물질을 함유하고 있음
. 보통 사정 시에 3억~4억 개의 정자가 배출되지만 단지 1개의 정자만이 1개의 난자와 수정됨
. 정자의 중간부분에는 미토콘드리아가 있음
. 꼬리는 편모라고도 하며, 길이는 50㎛, 두께는 1~0.5㎛의 털처럼 생긴 필라멘트 다발
이 꼬리로 헤엄쳐서 세포는 난자에 도달함
. 사정 뒤 여성의 체내에서 2~3일 정도 생존
□ 난자 (卵子, ovum)
. 여성의 생식기관인 난소에서 방출되는 단세포.
. 정자와 수정되면 같은 종의 새로운 개체를 발생시킴
. 각 난소의 표면은 세포층(생식상피)으로 덮여 있는데 이들은 태어날 때부터 난소 안에 있는
미성숙 난세포들을 둘러싸고 있으며, 여포라고 하는 속이 텅 빈 세포구들이 각 난자를 에워쌈
. 여포 안에서 난자가 점차 성숙하게 되는데, 일단 활성화되고 난 뒤 여포가 발달하게 되기까지는
거의 4개월이 걸림
. 어떤 여포는 성숙하기 전에 40년 동안이나 난소 안에서 휴지기 상태로 있는 것도 있고
또 어떤 것은 발달하지 못하고 퇴화하기도 함
. 여성은 임신 가능한 기간 동안 300~400개의 여포가 성숙하여 수정될 수 있는 난자를 내보냄
. 뇌하수체에서 분비된 여포자극호르몬은 난자의 성숙을 유도하고 난자가 성숙한 뒤에는
뇌하수체에서 황체형성호르몬이 분비되어 배란이 일어남
. 난자는 여성의 유전물질을 가진 핵을 중심에 가지고 있으며, 핵 주위에는 세포질, 즉 난황이 있는데
여기에는 난세포가 발달하는 데 필요한 영양소들이 함유되어 있음
. 난자는 배란된 지 24시간 안에 수정되지 않으면 퇴화하기 시작하며,
난자가 수정된 뒤에는 세포분열을 하게 됨
■ 배아와 줄기세포
. 배아(胚芽, germ)
(생물학) 기관, 부분 또는 생물로 성장할 수 있는 능력을 갖는 생체
(식물학) 수정란이 배낭(胚囊) 속에서 분열 증식하여 홀씨체의 바탕이 되는 것
정자와 난자가 수정된 후 조직. 기관이 분화가 마무리 단계에 있는 세포를 말하며, 간(幹)세포란 배아의 발달과정 중 신체 각 기관으로 분화하기 직전의 세포를 말한다.
. 줄기세포
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줄기세포는 출생 후부터 몸에 있는 여러 종류의 조직에 존재하는 성체줄기세포(adult stem cell)과 생명의 시초가 되는 수정란에서 유래하는 배아줄기세포(embryonic stem cell) 두 종류로 나눌 수 있다. 성체줄기세포는 특정한 조직을 구성하는 세포이다. 몸 속에 극히 미량으로 존재하면서 항상 건강한 상태를 유지하는 데 필요로 하는 최소한의 세포를 제공해준다. 성체줄기세포는 의학적으로 이용하기에 안전하다. 장기 재생을 위해 몸 속에 이식해도 문제가 없으며, 신체조직에 어떤 손상이 발생하면 다른 장기에 있던 줄기세포가 몰려와서 손상된 조직으로 변하는 분화의 유연성이 있다. 또한 성인의 몸 속에 있기 때문에 자기자신의 세포를 자가 이식할 수 있다는 점에서 면역거부반응이 발생하지 않을 수 있다.
. 배아줄기세포
다음백과
배아의 발생과정에서 추출한 세포.
생명의 시초가 되는 수정란에서 유래하는 세포로, 모든 조직의 세포로 분화할 수 있는 능력을 지녔으나 아직 분화되지 않은 세포를 말한다.
배아줄기세포는 남성의 생식세포인 정자와 여성의 생식세포인 난자가 결합하여 생성된 수정란에서 유래한다. 일반세포와는 다르게 몸을 구성하는 모든 종류의 세포로 분화할 수 있는 특성을 갖고 있어 특별한 조건에서 배양한다면 무한대로 세포증식이 가능하다. 또한 노화가 되지 않는 세포이기 때문에 한 개의 배아줄기세포만으로도 수많은 환자의 치료에 이용될 수 있으며, 오랜 기간 동안 배양해도 염색체의 이상이 나타나지 않는다.
줄기세포란 특정한 세포로 분화가 진행되지 않은 채 유지되다가 필요할 경우 신경, 혈액, 연골 등 신체를 구성하는 모든 종류의 세포로 분화할 가능성을 갖춘 세포를 말한다. 줄기세포에는 크게 2가지가 있는데 배아줄기세포 이외에도, 출생 후부터 몸의 여러 조직에 있는 성체줄기세포(adult stem cell)가 있다
피부에 상처가 나면 시간이 지나면서 새로운 피부가 만들어지는데, 이는 피부 아래쪽에 피부세포를 만들어내는 줄기세포가 있기 때문이다. 독감에 걸리면 뇌에 있는 후각신경세포의 기능이 일시 정지되거나 없어져 냄새를 맞지 못하다가 독감이 다 나으면 다시 냄새를 맡을 수 있는 것도 후각을 담당하는 줄기세포가 재생되었기 때문이다. 이처럼 생물의 생명활동에 필요한 세포를 만들어주는 것이 줄기세포이다.
■ 動物 發生 (Animal development)
인용; 다음백과, 일부 발췌요약
글; B. I. Balinsky, 金敬眞
부모 개체가 만든 세포가 새로운 개체로 형성되는 과정을 동물발생(Animal development)이라 함
. 생식과 발생
다세포생물의 생식은 크게 유성생식과 무성생식으로 나뉜다. 무성생식에서 새로운 개체는 부모의 몸으로부터 나온 세포군인 아체(芽體)로부터 생겨나게 된다. 아체를 형성하는 세포들의 염색체 수는 다른 체세포들과 마찬가지로 2배체(2n)이다. 유성생식에서 새로운 개체는 생식세포에 의해서 만들어지고 생식세포는 체세포의 염색체 수가 반으로 줄어들어 반수체(n)가 되는 감수분열 과정을 거쳐 만들어진다.
. 발생 준비단계
다세포동물에는 난자와 정자 2종류의 생식세포가 있다. 정자는 수정을 위해 난자로 미끄러지듯 갈 수 있는 운동성 편모를 갖고 있으며 대부분의 난자는 비운동성의 구형 세포로, 초기발생에 필요한 영양물질인 난황을 가지고 있다.
. 초기발생
. 배 발생, 난할
대부분의 동물에서 난할(cleavage)은 규칙적인 형태로 일어나는데, 첫번째 분열은 난자의 중심축 방향으로 일어난다. 이 분열을 난자의 중심축이 종적(縱的)이라는 가정하에 종할이라 부른다. 그 다음 분열 역시 종할인데 첫번째 난할면과 직각으로 일어난다. 3번째 분열은 제1분열, 제2분열에 대해 직각을 이루는 횡할(橫割) 또는 수평할(水平割)이다. 할구(blastomere)가 계속 만들어지면 이들은 점점 밖으로 밀려 중심부에 액체로 가득 찬 강(腔)이 생긴다. 이 시기의 배(胚)는 속이 빈 공과 같은 형태가 되어 포배(blastula)라 부른다. 이러한 배의 가장 바깥쪽 세포층은 배반엽(blastoderm)이라 하고, 액체가 차 있는 곳은 포배강(blastocoel)이라 한다. 세포가 전체 배를 감싸지 못하는 부분할의 경우에도 할구와 난할 덩이 사이에 얇은 틈 같은 포배강이 형성되며, 이 경우 할구로 이루어진 배반(blastodisk)이 포배강을 덮은 것 같은 구조가 된다.
. 낭배기(gastrulation)
하나의 세포층으로 이루어진 포배의 경우, 몸을 형성하는 다양한 기관계의 형성을 위해 할구가 재배열을 하게 된다. 이러한 과정은 세포들이 이동하여 3배엽이 제자리를 찾아가는 낭배형성 과정을 통해 이루어진다.
파충류, 조류, 단공류 등과 같이 많은 양의 난황이 있는 알을 낳는 고등 척추동물의 경우 난할은 부분할이고, 그결과로 난황물질 위에 판 모양의 배가 생긴다. 중배엽과 내배엽의 형성은 전체 표면에서 일어나지 않고 특정부위에서만 일어난다.
부분할을 하는 동물에 있어서는 낭배형성 이후에 3배엽이 평평하게 쌓이게 되는데 외배엽이 가장 위에, 중배엽이 중간에, 내배엽이 바닥에 위치하게 된다. 배는 평평한 배엽들이 접히면서 동심관을 형성한다(그림 2). 낭배와 3배엽의 형성시기에 난할로 생긴 배세포집단이 구획되기 시작하며, 배세포들은 유전자 활동에 의해 변화하면서 다양해지기 시작한다. 이러한 낭배형성기 이후엔 기관형성기가 온다.
. 배의 적응
. 포유류를 제외한 동물들의 적응
많은 해양 무척추동물들은 알을 해수에 직접 산란하는데, 산소는 확산되어 알 속으로 들어가고 영양은 난황에 의해 공급된다. 노폐물은 발생하는 배로부터 확산에 의해 밖으로 분비된다.
육상동물의 알은 건조해지는 것을 방지해야 한다. 진화적으로 육상 곤충•파충류•조류들은 물이 통과하지 못하거나 적어도 급격한 증발을 막을 수 있는 알 껍질을 만들어서 알이 마르지 않도록 했다. 이 알 껍질은 동시에 기체의 확산도 가능하다. 그러나 질소성 노폐물은 알 껍질을 통과하지 못하기 때문에, 조류, 곤충류 등의 알은 물에 녹지 않는 이러한 노폐물을 요산의 형태로 배에 저장하도록 진화했다.
난황이 많은 알에서는 불완전한 난할이 일어나 난황이 있는 곳은 난할이 일어나지 않은 덩어리 상태로 남게 된다. 이러한 경우 난황낭이 형성되어, 배가 발생하는 데 필요한 영양분을 제공한다. 파충류, 조류, 포유류에서는 난황낭의 표면에서 배 주위로 주름이 생기는데 주름의 안쪽 벽은 양막(amnion)이 되고, 바깥쪽은 배 전체를 감싸는 장막(chorion)이 된다. 양막 속에는 양수가 차 있는데 이는 배가 마르는 것을 막고 충격을 완화시키는 기능을 한다. 이 밖에도 요막(allantois)이 있는데 이는 장에서부터 자라나오며 질소성 노폐물을 저장하는 기능을 한다.
. 포유류의 적응
수란관의 일부가 배를 감싸도록 변한 자궁에 장막이 붙어서 영양아층(營養芽層)을 형성한다. 요막은 혈관계를 이용해 영양물질을 운반하는데 영양아층을 통해 배에 영양을 공급한다. 난할의 끝에 형성되는 상실배 표면은 영양아층이 되고 안쪽의 세포군은 배와 배막이 된다. 포배시기에 배는 자궁으로 들어와 자궁벽에 착상(着床)하게 된다. 포유류의 특징적 단계인 착상은 영양아층에 의해 유지된다. 이 영양아층은 융모를 형성해 자궁벽 깊숙이 파고 들어가게 된다. 양막강에 있는 배는 탯줄에 의해서 배(胚) 이외의 부위와 연결된다. 고등 포유류에서 양막강은 줄어들지만 요막의 혈관계는 잘 발달해서 배와 태반을 잇는 탯줄로 연결된다. 태반을 순환하는 혈관계를 이용해 산소와 노폐물의 교환이 일어난다. 포유류에서 보다 발생이 진행된 배를 태아(胎兒)라 하는데 이러한 태아는 프로게스테론이라는 호르몬에 의해 유지된다. 임신초기에는 프로게스테론이 황체에서 분비된다.
. 기관 형성
. 1차 기관원기
낭배 직후나 낭배가 진행되는 사이에 배엽들은 몸의 각 부분이 될 세포들로 나누어진다. 이 과정은 기관계가 될 세포군들로 나누어지는 과정과 이후 각 기관이 될 원기들로 나누어지는 과정으로 구분된다. 초기에 나누어진 세포군을 1차 기관원기라 하고 이들은 나중에 2차 기관원기가 된다.
척추동물에서 최초의 구획은 중배엽에서 일어나는데, 그것은 척색이 될 척색중배엽외투막이 나머지 중배엽으로부터 분리되는 것이다. 척색 가까이 있는 중배엽은 두꺼워지면서 횡적으로 체절을 형성한다. 체절은 나중에 척추와 근육이 된다. 분절되지 않은 측면과 배쪽의 중배엽은 측판이라 한다. 측판과 대(stalk)로 연결된 체절들은 나중에 척추동물의 배설기가 되기 때문에 신절(nephrotome)이라 부른다. 중배엽성 외투막은 외부의 체절층과 내부의 내장층으로 먼저 나뉘게 된다. 이들은 좁은 공간에 의해 분리되는데, 나중에 이 공간은 2차 체강이 된다.
내배엽은 원장의 내강을 완전히 감싸고, 소화관의 강을 형성한다.
. 기관형성과 조직형성
1차 기관원기는 계속해서 성체의 여러 기관이 될 원기들을 형성하는데, 이 과정을 기관형성(organogenesis)이라 한다. 기관이 만들어질 때, 기관을 구성하는 조직들도 만들어지는데, 이를 조직형성(histogenesis)이라 한다. 기관원기는 세포층인 배엽으로부터 여러 가지 방법으로 생겨난다. 세포층으로부터 주름이 생겨나 관을 형성하고 이 관이 원래의 배엽에서 분리된다. 척추동물의 신경계 원기는 이와 같은 방법으로 형성되며 배엽이 둥근 침강이나 주머니를 형성할 수도 있다. 이 주머니는 배엽으로부터 소포(小胞)의 형태로 떨어져 나오거나, 연결된 배엽으로부터 길게 늘어나 가지를 치는데, 이러한 방법으로 척추동물의 각종 분비선과 폐가 형성된다. 원기를 형성하는 또 다른 방법은 배엽이 부분적으로 두꺼워지고 둥그렇게 되어 상피층으로부터 떨어져 나오는 것이다. 만일 이 속에 강이 생기게 되면, 주름에 의한 것과 같은 결과가 되는데 여기서 관이나 소포가 형성될 수 있다. 최종적으로 배엽의 세포군들은 결합을 끊고 떨어져 나와서 느슨한 세포층인 배 간충직(mesenchyme)이 되는데, 이들은 다양한 결합조직이 되거나, 근육이나 골격같이 뭉쳐져서 보다 단단한 구조를 이룬다.
. 외배엽성 기관
. 신경계
. 뇌 척수
. 중배엽성 기관
. 근육과 골격
. 부속지 (꼬리와 사지)
. 배설기관
. 순환기관
. 생식기관
. 내배엽성 기관
. 소화관
. 간, 췌장, 허파
. 성숙과 죽음
성적으로 성숙하고 생식능력이 생기는 것은 발생의 절정을 나타내며 많은 동물의 경우에는 생의 끝을 의미하기도 한다. 발생의 생물학적인 목표는 다음 세대를 위한 배우자를 만드는 것이기 때문에 많은 동물의 경우 암컷은 알을 낳은 다음 죽기도 하며 수컷은 그 이전에 죽기도 한다. 대부분의 동물은 생식력이 나이가 들면서 점점 줄어든다. 노쇠는 시간에 따라 생명력이 퇴화되는 것이며 죽음은 발생의 최후를 의미한다.
■ 배아 발생반복설의 허구성
인용; 한국창조과학회, 일부 발췌요약
대부분의 사람들은 인간이 어머니의 자궁 안에서, 발생하는 처음 몇 달 동안 물고기와 같이 아가미를 가지거나, 원숭이와 같이 꼬리를 갖는 등, 다양한 진화의 단계를 재현한다 (발생반복설) 라는 식의 생각을 듣거나 배워왔다.
이러한 배아의 발생반복설은 다윈(Darwin)의 진화 이론을 발전시키기 위해 1860년대 후반에 헥켈(Ernst Haeckel) 에 의해 활발하게 주장되었다. 그러나 그 당시 헥켈은 그의 그러한 견해를 지지해줄 증거는 가지고 있지 않았다.
진화론자들이 이 발생반복설이 잘못되었다 라고 말할 때, 그들은 개개의 배아(胚芽)를 비교하는 것이 공통조상에 대해 어떤 증거도 제시할 수 없다는 것을 인정하는 것이 아니다. 사실, 그들은 발생의 초기 단계에서 배아(胚芽)들 사이에 보이는 그럴듯한 유사성(발생학적 상동성이라 불림)을 진화론의 증거로서 아직도 자주 강조한다. 이 발생학적 상동성은 배아들은 서로 유사하다는 것이 상식이다 라는 일반적 관념에 의존한다.
배아들의 유사성은 1866년에 헥켈이 처음 출판했던 그의 저서 ‘유기체의 일반 형태 (Generalle Morphologie der Organismen)’에 나와있는 그의 그림 24개에 근거를 두고 있다. 그 그림은 그 후 1874년에 일반에게 더 잘 알려져 있는 그의 저서 ‘Anthropogenie’ 에 다시 등장하였는데, 이 그림들은 발달 과정의 3 단계에 있는 물고기, 도롱뇽, 거북이, 닭, 돼지, 암소, 토끼, 인간의 배아들을 보여주려고 의도하였다.
여러 단계들(특히 초기 배아 단계)의 그림들은 배아들 사이의 구체적인 유사성을 보여주고 있다. 이 그림이 등장한 이래로 계속, 여러 척추동물 종류의 배아들은 진실로 가까운 관계가 있는 것처럼 사람들은 생각하게 되었다.
런던의 성 죠지 병원 의학부의 교수이며 발생학자인 미가엘 리차드슨(Michael Richardson)는 그의 논문에서 한층 더 헥켈의 조작을 공개하였다.
그가 알고 있는 물고기, 파충류, 새, 포유류가 그들의 개개의 특징을 나타내기까지의 발생과정은 헥켈이 주장한 사실과 같지 않았기 때문이다. 그는 실제로 배아를 종류별로 비교한 어떠한 기록도 발견할 수 없었다.
그는 바로 그러한 것들을 조사하기 위해 국제적인 전문가들로 구성된 팀을 짜고, 헥켈에 의해 묘사된 것에 부합하는 단계에 있는 척추동물 배아들의 외부형태에 관한 사진을 종류별로 수집하였다. 그 팀은 호주로부터의 유대류, 푸에르토리코로부터 나무-개구리, 프랑스로부터의 뱀, 영국으로부터의 악어 배아를 포함하여 39개의 서로 다른 생물의 배아를 모았다. 그들은 종(species)이 다르면 그 배아는 매우 다르다는 사실을 발견하였다.
사실, 그 배아들은 너무나 달라서 헥켈에 의해 그려진 만들어진 그림(서로 유사하게 보이는 사람, 토끼, 도롱뇽, 물고기, 닭 등의 배아 그림들)은 진짜 표본을 보고 그렸다고 할 수가 없었다.
윗줄; 헥켈의 그림, 꼬리 돌기(tail bud)가 나 있는 단계의 배아들이 유사하게 그려져 있음
아랫줄; 리차드슨의 사진, 동일한 배아 발생 단계에서의 배아의 실제 모습
왼쪽으로부터, Salmo salar(연어), Cryptobranchus allegheniensis(도룡뇽),
Emys orbicularis(거북이), Gallus gallus(닭), Oryctolagus cuniculus(토끼), Homo sapiens(사람)
. 거짓임이 알려졌음에도, 아직 교과서에 실려 있는 헤켈의 발생반복설 그림
■ 진화(進化) (생물학 노트 중에서, 일부 퍼온글)
□ 자연선택과 적응
. 다윈의 이론 . 종의 기원 (On the origin of species) 1859년 유리한 변이는 보존되고 해로운 변이는 소멸되는 것을 자연변이라고 함 . 신종합설(New synthesis) 1910년대 멘델의 재발견에 이어 1940년대에 이르러 Mayer와 그의 동료들에 의해 유전학과 진화의 원리가 신종합설로서 종합됨
. 생물이 다양해 질 수 있는 몇 가지 방법
. 변이의 원인 - 개체군에서의 변이는 돌연변이와 유전자 재조합에 의해 생성
. 돌연변이 . 배우자에서 일어나는 돌연변이만이 다음세대로 유전될 수 있으며 체세포의 변이는 유전될 수 없음 . 개체군에 있어서 새로운 유전자의 유일한 근원임. 점돌연변이 . DNA 가닥의 염기 하나에만 영향을 주므로 생성물인 단백질에는 별 영향을 주지 않음 . 간혹 표현형을 심하게 변화시켜 해를 끼칠 수도 있음. 염색체 돌연변이 . 염색체가 대량 자발적으로 재배열(복제.결실.역위) 고등 동식물에서 나타나는 개체군 돌연변이는 유전자 풀에 존재하고 있는 유전자들 간의 독특한 재결합에 의해서만 발생
. 유전적 다양성의 유지
. 자연선택은 불리한 유전자형을 제거 함으로서 개체군을 유전적으로 균일하게 만드는 경향이 있음 . 평형선택(Balancing selection) 다양성을 갖게 되는 이유 중 일부는 열성형질이 개체군에 드물게 나타나는 경우 언제나 잠복할 수 있다는데 있음 . 이형접합자는 자연선택의 작용을 받지 않음 . 이형접합자 이점(Heterozygote advantage) = 초우성(Overdominance) 유전적 다양성이 이형집합 자에 의해 유지 . 유전자형이 동형 접합자 보다 이형접합자 일 때 번식 성공도가 더 높기 때문임 . 빈도의존성 선택(Frequency dependent selection) 어떤 유전자형의 생식적인 성공이 개체군 내의 빈도에 의해 결정 . 이는 한 유전자 형이 회귀할 때는 이점이 되고 보편적일 때는 불리한 요소가 되는 경우에 나타남
. 자연선택(Natural selection) . 우세한 조건에 대해 가장 잘 적응한 유전자 형이 환경에 의해 선택되는 과정임 . 유전이 가능한 변이체에만 작용 . 자연선택에 의해 진화 발생 . 진화(Evolution)란 시간 흐름에 따라 개체군내 대립유전자들의 비율이 변하는 것 . 적응도(Fitness)란 한 개체가 다음 세대의 유전자풀(Gene pool)에 미치는 상대적인 공헌도, 두 적응도의 값의 차를 선택계수(Selection coefficient)라 함
□ 진화의 증거
. 화석기록
. 고대 개체군에 어떤 종류의 선택압력이 작용했는지에 대한 간접적인 증거를 제공 . 종 선택(Species selection)이란 새로운 종은 오래된 줄기에서 가지로 나온다는 것 . 가장 오래 생존하고 가장 많은 가지를 낸 것이 다음 세대에 가장 큰 영향을 미침
. 생물 지리학 (Biogeography) . 다윈의 추론에 따르면 남아메리카에는 토끼가 이동할 수 없기 때문에 토끼가 없는 대신 그 지역에는 다른 종류의 동물이 진화(예, 마타고니아 토끼)하여 토끼의 생태적 지위를 차지함 . 서로 유연관계가 깊은 동물들은 같은 지역에서 발견될 확률이 높음
. 비교해부학(Comparative anatomy) . 포유류의 상관성 . 대부분이 7개의 목뼈를 지닌 척추동물이라는 사실에 근거, 모든 척추동물의 배(Embryo)에는 아가미 활이 있음 . 상동기관(Homologous) - 배에서 같은 기원을 갖는 구조로 진화적 기원이 같은 것 외에는 외형이나 기능이 전혀 다를 수 있음 . 상사(Analogous)기관 - 외형이나 기능은 비슷하지만 배에서 서로 다른 과정을 통해 형성 . 진화상의 기원이 서로 다른 것을 말함 (예, 곤충의 날개와 새의 날개) . 흔적기관 - 진화적 사건에 대한 기록으로 중요한 의미
. 아미노산의 비교생화학 . 시토크롬 C - 철을 가지고 있는 단백질로서 세포호흡시 전자전달계에서 운반체로 작용 . 분자구조는 동물집단에 따라 약간의 차이가 남 . 포유류와 파충류 : 시토크롬 C 아미노산 서열에서 15개의 수적 차이가 남 . 포유류와 파충류는 2억6500만 년 전에 나뉘었으므로 1700만년 만에 한 번 꼴로 돌연변이가 일어 났음 . 아미노산 서열의 돌연변이 속도는 얼마나 오래 전에 두 개의 계열로 갈라 졌는 지를 결정하는 일종의 분자 시계가 될 수 있음
. 뉴클레오티드의 비교생화학 . 단백질의 변화, 즉, 유전적 변화는 각 진화 계열마다 비슷한 속도로 일어남 . DNA의 뉴클레오티드의 서열 - 두 생물체의 DNA를 한 가닥씩 섞어 혼성화(Hydridize)시킨 다음 각 염기 쌍이 짝을 이루는 정도로부터 유전적 유사성을 알아냄 . 형태는 유사하면서도 DNA 서열은 큰 차이를 보이는 경우가 있는데, 이는 이들이 서로 다른 방향에서 진화하여 나중에 외형이 유사하게 되었음을 의미
. 인위적 선택(Artificial selection) . 자연선택과의 근본적인 차이점은 자연은 생식을 성공적으로 이끄는 형질만을 선택함
□ 종이란 무엇인가?
. 종의 정의 . 린네(C. Linnaeus) - 생물체를 외양에 따라 각각 다른 종으로 구분 . 마이어(E. Mayer) - 종은 실제로 혹은 잠재적으로 교배 가능한 자연 개체군이고 각 개체군은 생식적으로 서로 격리되어 있음
. 종의 생식적 격리 메커니즘
. 수정 전 장벽(Prezygotic barrier) 접합자가 만들어 지기 전에 생식적 격리가 일어나게 하는 메커니즘 . 지리적 장벽 (Geographic barrier) 잠재적이 교배대상들을 서로 갈라 놓음 . 생태적 장벽 (Ecological barrier) 두 종이 서로 같은 서식처에 살더라도 그 서식처 내의 서로 다른 부분에서 살 경우 만날 기회가 드물어 유전자가 섞이지 않은 경우 . 행동장벽 (Behavioral barrier) 동물의 행동 차이 때문에 교배가 이루어 지지 않은 경우
예, 새소리는 임의의 짝을 유혹하는 수단(들종달새),
시간적 격리 (갈색 숭어와 무지개 숭어는 봄과 가을의 산란시기 차이)
. 기계적 장벽 (Mechanical barrier) 생식기가 서로 맞지 않아 교배 할 수 없는 경우(곤충), 꽃의 구조를 특화 시켜 다른 꽃에 가지 않은 특화꽃가루매체에 의해서만 교배되는 경우 . 배우자 장벽 (Gametic barrier) 두종의 개체가 성공적으로 교배하더라도 정자와 난자 사이의 불화합성(Incompatibility) 때문에 수정이 일어나지 않는 경우
. 수정 후의 장벽 (Postzygotic barrier) 접합자가 만들어 진 후에 작용하여 생식적 격리가 되는 메커니즘 . 잡종 형성의 실패 - 유전적 불화합성으로 유전물질이 서로 융합하지 못하므로 체세포분열이 불가능 . 잡종의 생존 실패 - 유전적 불화합성 때문에 감수분열이 심각한 불일치가 생기고 유사분열이 거듭 된 후 결국 접합자가 사멸되는 경우 . 잡종의 불임 - 비정상적인 감수분열로 인해 불임성 배우자를 만드므로 성공적인 생식을 할 수 없음 . 잡종의 쇠약 - 잡종 F1은 힘도 세고 생식도 할 수 있다고 하더라도, F2 세대는 약하고 결함이 있어 자손을 낳을 수 없음
■ 유전(遺傳) (생물학 노트 중에서, 일부 퍼온글)
□ 유전의 원리
. 유전 형질의 전달 . 유전형질은 자손에게 전달되는 키, 피부색처럼 생물이 나타내는 여러 가지 유전특징 . 유전 형질을 결정하는 한 쌍의 대립 유전자는 상동 염색체에 각각 하나씩 존재 하며, 한 쌍의 상동 염색체는 감수 분열 시 서로 분리되어 생식 세포를 통해 자손에게 형질을 전달함
. 유전 용어 . 유전자 : 유전 형질을 나타나게 하는 물질, 즉 DNA . 대립 형질 : 생물의 형질 중 큰 키와 작은 키와 같이 서로 상대적인 관계에 있는 형질 . 우성과 열성 : 한 쌍의 대립 형질 중 잡종 제1대에서 나타나는 형질을 우성, 나타나지 않고 잠재되어 있는 형질을 열성 . 표현형과 유전자형 : 종자의 모양처럼 외관상으로 나타나는 형질을 표현형이라고 하고, 이것을 RR이나 rr과 같은 유전자 기호로 나타내는 것은 유전자형이라고 함 . 교잡과 교배 : 두 개체를 수분시키거나 수정시키는 것을 교배라고 하며, 교배 중에서 특히, 유전자형이 다른 두 개체를 수분 또는 수정시키는 것을 교잡이라 함
. 순종과 잡종 . 순종 : 자가 수정시켰을 때 같은 형질의 자손만 나타나게 하는 개체를 순종 또는 동형 접합자 (Homo:호모)라고 함, (예) TT(우성 순종), tt(열성 순종) . 잡종 : 우성과 열성이 분리되어 나타나게 하는 개체를 잡종 또는 이형 접합자(Hetero:헤테로)라고 함, (예) Rr, Tt 등
□
멘델의 유전 법칙
. 멘델의 가설 . 각 개체는 한 형질에 대하여 한 쌍의 유전자를 가짐 . 각 형질은 유전자에 의해 생식 세포를 통해 자손에게 전달됨 . 쌍을 이룬 2개의 유전자는 배우자 형성 시 분리되어 각각 다른 배우자에 하나씩 들어감
. 멘델의 법칙 . 우열의 법칙: 대립 형질을 가진 순종의 두 개체를 교배하면 F1 에서 나타난 형질이 우성이고, F1에서 나타나지 않고 F2에서 변하지 않고 나타난 형질은 열성임. 즉, F1에서 양친의 형질 중 우성만 표현됨
. 분리의 법칙: 대립 유전자가 생식 세포 형성 시 감수 분열을 하여 각각 분리됨. 이 결과, F1에서 나타 나지 않은 열성 형질이 F2에서 우성: 열성 = 3 : 1로 나타남 . 독립의 법칙: 양성 잡종에서 1쌍의 대립형질은 다른 쪽 대립형질과 관련 맺지 않고 독립으로 유전됨
. 멘델은 한 세대가 짧고, 한 번에 많은 자손을 얻을 수 있으며, 자가 교배가 쉽고 뚜렷한 대립 형질을 갖는 완두를 실험의 대상으로 선택하였음
□ 사람의 유전
. 성의 결정 . 성 결정 방식 : 사람은 44개의 상염색체와 2개의 성염색체가 있음, 정자는 X염색체와 Y염색체, 난자는 X염색체 2개를 가짐, 정자와 난자가 수정되면, 성염색체의 조합에 따라 남녀가 결정됨
. 사람의 염색체와 유전자 . 염색체 . 염색사 : 실타래 모양의 구조물로서, 주성분은 DNA + 단백질. 세포 분열시 응집되어 염색체가 됨
. 유전자 . 자신의 형질을 나타내며, 자손에게 그 형질을 전하는 물질로서 염색체에 있음 . 유전자설(1926년, 모건) : “각각의 유전자는 염색체 위의 일정한 위치에 있으며, 대립 유전자는 각각 상동 염색체 위의 동일한 위치에 존재한다.”
■ 지구탄생에서 인류출현까지
. 35억년 전. 화석상으로 확인할 수 있는 가장 오래된 생명체는 35억년 경에 살았던 박테리아. 원시대양의 유기물질을 먹고 사는 종속영양생명체였는지, . 아니면 수소와 이산화탄소를 사용해 대사작용에 필요한 물질인 메탄가스를 생성하는
화학독립영양생명체였는지는 불확실
. 약 30억년 . 전 태양에너지를 사용해 광합성을 수행할 수 있는 박테리아(cyanobacteria) 출현. 현재의 조류(blue-green algae)와 유사하게 엽록소를 가졌음. 15억년 전. 세포핵을 갖는 진핵생물의 출현은 15억년전으로 추정. 6억년 전. 단세포 생명체인 최초의 진핵생물 들로부터 더욱 진화한 형태의 다세포 생물들이 출현. 5억년 전. 전 대양에 가장 흔한 동물은 삼엽충이었으며, 이어 어류가 출현해 오늘날에 이르고 있음. 4억년 전. 최초의 육상 식물이 나타났고, 이어 곤충과 같은 절지동물이 육상에 상륙. 육상에서는 소철, 고사리와 같은 양치식물이 풍부했고 거대한 잠자리가 날아다녔으며, . 지질학적 연대로 석탄기에 척추동물인 양서류가 등장했음. 석탄기 이후 지구의 기온이 떨어지면서 변온 동물인 양서류의 수가 급감, 현재도 계속 감소. 양서류로부터 파충류가 진화했고, . 이 중 공룡은 쥐라기에 지구의 육 해 공을 지배했다가 백악기에 전멸. 2억년 전 . 깃털을 갖고 체온이 일정한 조류 출현. 시조새의 화석은 조류가 공룡류로부터 익룡과는 다른 경로로 진화했음을 보여 줌. 1억8500만년 전 . 포유류는 중생대 초기인 약 1억8천5백만년 전 파충류인 수궁류로부터 진화. 원시적인 포유류인 오리너구리나 가시두더지는 파충류와 유사한 알을 낳음. 6천만년 전 . 영장류는 6천만년 전, 이로부터 인류와 성성이, 그리고 침팬지류의 분리는 5백만년 전. 3백만년 전. 인류의 먼 조상이며 아프리카 지역에서 직립 보행을 했던 오스트랄로피테쿠스 출현 . 1백50만년 전 . 호모 하빌리스와 호모 에렉투스가 출현(뇌용량 7백50mL, 도구 사용). 약 50만년 동안의 경쟁에서 호모 에렉투스가 승리. 이들은 아프리카로부터 유럽과 아시아 지역으로 이동했음. 50만년 전. 마침내 인류의 직접 조상인 호모 사피엔스가 나타남
□ 인류의 진화 과정
. 우리 인류가 속해 있는 영장류는 신생대 초기에 출현. 다른 영장류와 구별되는 인류의 특징. 4개의 다리 대신 2개의 다리로 걸으며, . 복잡하고 큰 뇌. 정교한 도구를 만들어 사용
. 인류 출현 . 2500 만년 전 최초의 인류 탄생 . 250 만년 전 호모 하빌리스, 도구사용 . 160 만년 전 호모 에렉투스, 불 발견 . 50 만년 전 호모 사피엔스 출현 . 5 만년 전 현생 인류 출현
. 인류의 화석 기록. 400 만년 전. 오스트랄로피테쿠스 . 키가 작았으며, 뇌(380 ~ 600㎤) . 뼈와 발자국 화석은 이들이 우리들처럼 직립도보 . 호모 하빌리스(H. habilis) 와 호모 에렉투스(H. erectus)로 진화. 240~150 만년 전. 호모 하빌리스 . 키(1.3m), 뇌(630∼730㎤) . 아프리카 지역에 살았음. 호모 에렉투스 . 뇌(800∼1300㎤) . 두께가 두꺼운 두개골과 현저하게 투어 나온 눈두덩 . 190만 년 전 아프리카에서 출현하여 자바와 중국으로 이동 . 반 정착 생활을 하였으며, . 불을 이용하여 요리를 하고, 암석과 뼈를 이용하여 도구 만듬. 30~20 만년 전. 현대인 호모 사피엔스 . 호모 에렉투스에서 출현하였는지,
다른 인류에서 출현하였는지는 모름
. 인류 화석 중 가장 특징적인 것은 15만 년 전에서 3만 2천 년 전까지 유럽과 중동 지역에 살았던 네안데르탈인 . 네안데르탈인의 길고 낮은 두개골, 튼튼한 눈두덩, 튀어나온 입, 움푹 들어간 약한 턱 등은 현재 인류의 것과 다름 . 몸집은 우리들 보다 건장하였으며, 보다 튼튼한 근육을 가졌음 . 시체를 매장하는 의식, 원시 제례 의식과 원시신앙을 가졌음. 3.5 ~1 만년 전. 크로마뇽인 . 현재 유럽인과 닮은 크로마뇽인이 중동지역에서 이주하자 네안데르탈인
은 지구상에서 사라짐
. 우리 현대인은 크로마뇽인으로부터 유래되었음
□ 진화 사건의 연대표
동아대 생물학, 정.정남 교수
. 45억년 전 지구의 탄생
. 40억년 전 생명체(prokaryote)의 탄생 . 35억년 전 최고의 생명체 화석 기록 호주 서부 stromatolite(남조류) bacteria의 방산, 광합성 생물 출현 CO2의 고정, O2의 생성, 철의 침전 . 25억년 전 진핵(眞核)생물(eukaryote)의 출현
. 7억년 전 최고의 다세포 생명체 화석 기록 . 6억년 전 대량멸종 조류. 균류, 무척추 동물의 방산, 모두 바다에 생존 . 5억년 전 척추동물, 갑주어 출현 . 4억년 전 식물의 육상 진출 시작, 곤충 출현 . 3억년 전 파충류 조상 출현 . 2억2500만년 전 고생대의 끝, 페름기 말기, 대량멸종 . 2억년 전 하나의 대륙, 판게아(Pangaea) 출현 포유류 조상, 꽃의 출현, 파충류의 방산
. 7000 만년 전 영장류 조상 출현, 뱀 출현 . 6500 만년 전 중생대 끝, 대량멸종, 포유류 방산
. 180 만년 전 곧선 사람, Homo erectus 출현 . (190 만년 간) 빙하기 계속, 거대 포유류 멸종 . 20 만년 전 현생 인류 조상 Africa에서 출현 . 1 만년 전 빙하기 끝, 인류 문명 시대 시작
□ 인류의 진화
. 7000 만년 전 영장류 조상 출현; 움켜 쥐는 손, 입체적 시력, 대뇌 반구 전엽의 발달 . 800 만년 전 고릴라 조상과 갈라짐 . 500 만년 전 침팬지 조상과 갈라짐 . 400 만년 전 인류의 태초 시조 아프리카 루시(Australopithecus afarensis) 출현 (키 1~1.4m, 뇌 450-600cc) . 250 만년 전 돌 도구 출현 . 200 만년 전 사하라 사막 이남 아프리카 초기 인류(Homo habilis) 출현 (키 1.5m, 뇌 650-700cc, handy man) . 180 만년 전 자바원인(Homo erectus) 출현 (뇌 800cc) . 50 만년 전 Africa에서 유라시아 방산 . 20 만년 전 네안데르탈인(Homo sapiens neanderthalensis)출현 (뇌 1400cc) 가죽옷, 장례 . 20 만년 전 현생인류(Homo sapiens sapiens) 출현(뇌 1200cc) Africa에서 단일 발생
. 3만5천년 전 네안데르탈인 멸종, 현생인류 서유럽 출현 후기 구석기 시대 , 5개의 서로 다른 돌 연모 문화 발생 . 1만7천년 전 라스코 동굴 벽화 . 9천년 전 빙하기 끝 농업의 시작, 아시아의 쌀, 아메리카의 옥수수, 유럽의 밀 일부일처제, 음식 운반, 분배에서 직립, 지능 발달 - 많은 지식이 사회 생활에 관한 것 농업혁명, 도시문명, 산업혁명, 정보혁명, 노동의 종말?
■ 진화 이야기
동아대 생물학, 정.정남
□ 분위기
. 사람. 친척. 같은 할아버지. 동일 조상 유래 - Derivation(기원) . 육종. 교배. 여행 - 비슷하지만 다른 종의 존재. 기후, 풍토의 영향. 기원과 유래 - 기생충은 자유생물에서 유래. 사람은 원숭이에서 유래. Modification(변이). 비교해부학의 발달 - "모든 동물은 구조 Plan이 일치하고 있다." Basic Plan. 지질학의 발달 - 화석의 존재
□ 기독교와의 마찰
. 하나님이 창조한 것은 종이나 속의 원형 . 노아의 방주 이후에는 변화가 있었음. 분류학자 린네 (1707-1778) . 종이란 불변의 실체. 특별히 그리고 완전하게 창조된 것들
□ 주변 철학
. '진보사상'과 '역사는 반복한다'의 대립. 자유 경쟁에 의한 사회의 발전
. Herbert Spencer (1820-1903)
. 진화가 전 자연의 본질. 생물 진화는 그 일부 . 진화 철학. 1852년 논문 발표 . 'Evolution' 용어의 보급. 최적자 생존 (Survival of the fittest) 용어 고안
. 라마르크 (1744-1829) . 프랑스 진화학 . 생물 진화를 최초 주장했으나, 획득형질의 유전(用不用說) 주장으로 공이 퇴색 됨 . 생물은 어떻게 변화하게 되는 것일까? . 무척추동물이란 용어를 등록 Coining . 생물은 무기물에서 자연 발생. 체적 불리기와 복잡화의 방향으로 진화 . 생물은 환경의 영향을 받음 - 용불용설
. 찰스 다윈 (1809-1882) . 할아버지와 아버지는 의사. 할아버지 에라즈머스 다윈 (1731-1802)도 진화학자 . 비글호 항해 (1831-1836) 도중의 관찰 . 남 아메리카 남북 생물의 비교: 넓은 초원과 토끼의 부재 . 화석과 현생 종의 비교: 지질학적 지식 . 갈라파고스 제도의 인상적인 생물들: 섬마다 다른 핀치새의 존재. Speciation . 진화에 대한 확신 이후 이론으로 체계화하기까지 많은 시간이 소요 . 중간 메모. 1844년. 스케치. 에세이. 뜻하지 아니한 죽음에 대비 아마도 진화론의 대저작을 준비했던 듯 서둘러 종의 기원 발표. 1859년. (참고. 멘델 발표 1866년) . 이후 제 1판에서 6판까지 발간. 1859-1872. 6판에서 비로서 'Evolution' 용어 사용 진화라는 개념은 'Descent with modification'으로 표현
. 찰스 라이엘 (1797-1875) . 지질학 원리 1830년에서 'Evolution' 용어 첫 등장 . '관찰. 추론. 종합적 이론의 구성'이라는 본보기를 다윈에게 제공
. 월러스 (1823-1913) . 자연선택에 관한 논문을 1858년 다윈에게 보냈고 이 논문은 1858년 다윈의 논문과 함께 나란히 실리게 됨 . 다윈은 서둘러 이듬해인 1859년 종의 기원을 발표함
. 맬더스 (1766-1834)의 인구론 . 전쟁, 질병, 기근의 의미. 경쟁의 불가피성. 약육강식. 도태 . 이론의 요지 : . 다산(多産) . 변이(變異)의 존재 . 생존경쟁(生存競爭) . 자연에 적응한 개체가 새끼를 남긴다. 자연선택(自然選擇) . 변종(變種)을 거쳐 신종(新種)이 출현하게 됨
□ 종교 및 기존 생각과의 대립, 그리고 과학의 독립
. 권위와 가치관으로부터의 독립 . 인간이 원숭이의 자손? 인간은 만물의 영장? 하등 생물과 고등 생물?. 경쟁의 완화, 자연도태서 자연선택 . 성 선택(구애 행위), 의식화된 투쟁, 매파와 비둘기파의 전략. 진보나 진화가 아닌 변화, 진화의 무방향성 . 발은 다들 지구의 중심을 향하고 있으나, 머리는 서로 다른 방향으로 우주를 향하고 있음 . 일직선적 경향이 아닌 동심원적 경향
. 진화 . 적은 가지 수, 단순 획일 대비 많은 가지 수, 복잡 다양 . 분류, 친척 그리고 화석
□ 분자 수준에서의 연구
. 단백질 아미노산 서열의 비교. DNA 뉴클레오타이드 서열의 비교. 생물의 분류 . 원핵세포와 진핵세포 . 5계(Kingdom) : 모네라계, 원생생물계, 균류계, 동물계, 식물계 . 모네라계: 핵이 없는 원핵 세포로 이루어진 균과 남조류 바이러스 등 . 원생 생물계: 단세포 진핵 생물(핵을 가짐) . 균계: 이미 만들어진 영양분을 흡수하는 진핵 생물형 식물 . 알려진 종의 수 : 동물(120만종), 식물(30만종), 기타(10만종) 이상
. 종합과 분기
. DNA, RNA, Protein
. 동일한 분자 언어. Codon이 통함 . Codon: 특정한 아미노산을 만드는 유전 정보를 형성하는 뉴클레오티드 3개의 연속 . 초파리 몸을 만드는 과정에 관여하는 유전자가 포유동물 몸을 만드는 과정에도 관여함 . Hom 과 Hox 유전자의 보존과 위치 대응
□ 유전과 진화의 만남, 새로운 종합 (New Synthesis)
. DNA 복제 효소의 정밀도. Mutation의 존재, 진화의 궁극적 재료. 변이, 선택, 변이, 선택의 반복이 진화. 변이는 다양성의 증가를 선택은 다양성의 감소를 의미함 . 그 결과 특정한 방향을 나아가게 됨. 그러나 현재로선 예측이 불가능 . 예측 불가야말로 생명의 특징임. 생명계가 갖는 예측 가능성과 불가능성의 의미
. Selectionist vs. Neutralist
. 점진진화 vs. 거대진화
. 생명의 기원
. 분자의 진화
. RNA World : DNA, RNA, Protein. World
. 세포의 출현 . 다세포 생물의 출현
□ 대량 멸종 (Mass Extinction)
. 고생대 말 (2억2천5백만년 전) . 중생대 말 (6천5백만년 전), 거대운석의 충돌?
■ 생명이 폭발적으로 증가했던 때
캄브리아기 (고생대 초기인 6억 ~ 5억년 전) J. Madeleine Nash, 2005.04.04, 창조과학회
□ 수 십억 년 동안 플랑크톤, 박테리아, 조류와 같은 단순한 생물들이 지구를 지배하고 있었다.
그 때 갑자기 생명체가 복잡해지기 시작했다.
한 시간이 지나도록 그는 암석에 관심을 가지지 않았기 때문에, 몸을 구부려 암석을 들어올리지 않았다. 그러나 이른 아침 남서아프리카의 나미비안 사막에 햇빛이 비스듬히 비취면서, 사암 위로 어떤 이상한 표시들이 순간적으로 빛나기 시작했다. 제일 먼저 워싱턴에 있는 스미스소니언 연구소(역자 주: 미국 워싱톤 D.C.에 있는 국립 연구교육 시설의 조직체로 1846년 창설됨)의 고생물학자 더글라스 어윈(Douglas Erwin)이 이 이상한 표식은 선사시대의 바다 진흙이 마른 것일지도 모른다고 의심하기 시작했다. 그러나 잠시 동안 그 패턴을 조사해 본 후에, 그는 그것이 아니라는 결론을 내렸다. 이것들은 이미 오래 전에 멸종된 아열대 바다에서 살던 작고 벌레 같은 생명체가 만든 은신처였던 것이다. 어윈이 후에 확인해 보았는데, 이 원시생물체는 캄브리아기라고 알려진 지질학적 시대인 약 5억5천만년 전에 존재했었던 생물이었다.
그와 같이 무해하게 보이는 생명체와 흔적은 생명의 역사에 있어서 중요한 에피소드의 시작을 나타낸다. 캄브리아기는 다세포 동물들이 놀라울 정도로 갑작스럽게 나타남으로써 구별 되어지는 시대이다. 이 동물들은 현재 우리가 볼 수 있는 헤엄치고, 날아다니며, 기어 다니는 생명체들의 가상적인 조상들이다.
실제로 대부분의 사람들이 진화의 개념을 수억 수천만 년 동안에 걸쳐 마술과 같이 일어난 개념으로 알고 있는 것에 반해, 과학자들은 생물학적 변화는 갑자기 시작된 것으로 인식하고 있다. 그리고 이들 중에서도 어윈이 발견한 벌레 같은 생물체가 원시 바다에서 갑자기 일어난 일보다, 더 극적이고 더 풍부하고 더 불가사이한 갑작스런 시작은 없을 것이다. 지구 여러 지역에서 어윈이 발견한 것보다 약간 젊은 암석지층들이 발견되는데, 과학자들은 이곳에서 동물학적 분류체계상 거의 모든 중요한 부문의 출현을 나타내는 생물체들의 유해가 화석화되어 있는 것을 발견하고 있다. 이들을 살펴보면 가냘픈 다리와 단단한 껍질을 가진 게 및 바닷 가재와 비슷한 고대 생물들, 거미와 파리 등의 수많은 절지동물들을 열거하지 않더라도, 갯지렁이(bristle worms)와 회충, 조개사돈류(lamp shells), 그리고 연체동물, 해삼(sea cucumbers), 강장동물 등이 있다. 얼핏 보기엔 막대같은 등뼈를 가진 작고 띠를 가진 이들 생물체들은 어류, 양서류, 최종적으로는 인간에 이르는 척색동물(척추동물과 원색동물)의 조상들이라는 것이다.
이와 같은 이상한 이야기는 대체 어디서 유래되었는가? 왜 생물체들은 그렇게 빨리 출현하게 되었는가?
최근 몇 년 동안 진화론자들의 상상력을 자극하거나, 더 새로운 이론들을 야기시키거나, 새로운 탐험에 박차를 가하게 할 만한 논쟁은 없었다. 생명은 45억년 중에서 거의 40억년 정도 존재해 왔다. 그러나 6억년 전까지 지구에는 박테리아, 다세포 조류, 그리고 단세포 플랑크톤 보다 더 복잡한 생명체는 존재하지 않았다. 생명체의 첫 번째 흔적은 출현하자마자 이유 없이 사라져 버린 손바닥 모양의 (해초지의류 등의) 엽상체(葉狀體)와 비슷한 생명체들이다. 캄브리아기 초기인 5억 4300만년경 쯤을 기준으로 1000만년 정도의 기간 내에 치아, 촉수, 그리고 발톱과, 턱을 가진 생물체들이 갑작스럽게 출현하여 형태를 갖추기 시작했다. 과거에는 없었던 창조성의 폭발 속에서 자연은 모든 종에 대한 청사진을 보여주기 시작했다 (모든 종이 나타나기 시작했다). 이 생물학적 다양성의 폭발은 '생물학적 빅뱅(biological Big Bang)'으로서 과학자들에 의해 묘사되고 있다.
진화론을 주장하며 연구하는 연구가들은, 수 십년 동안 캄브리아기의 갑작스런 다세포 동물의 출현에 대해서 많은 논의를 해왔으며. 지질학적 기록이 빠져있을 뿐이지, 실제로는 진화에 있어서 매우 긴 시대가 이 캄브리아기 보다 앞서 존재했을 것이라고 주장해왔다. 그러나 이런 설명(어쩌면 전체의 큰 구멍을 메꾸는 식의 설명)은 이제는 점차 불만족스러운 설명이 되어 버렸다. 그린랜드(북미 북동부 세계 최대의 섬으로 덴마크 영토), 중국, 시베리아, 그리고 현재 나미비아에서 발견되고 있는 주된 화석층의 발견은 생물학적 혁신의 시대가 전 세계적으로 거의 동시에 일어났음을 보여주고 있다. (생물체들이 동시에 출현했음을 알려주고 있다).
어떻게 이런 급격한 발전이 있을 수 있는가? 유기 생명체 또는 그들이 살았던 환경은 어떤 것이었는가? 오늘날 이들 질문에 대답하기 위한 새로운 노력들이 진행 중이다. 지질학자와 지구 화학자들은 대기와 해양에서의 변화가 갑작스럽게 진화를 촉진시켰는지 알아보고 있는 중이며, 선캄브리아기의 행성을 재구성해 보고 있는 중이다. 벌레, 파리, 쥐, 물고기 등과 같은 본질적으로 다른 동물들을 종합하여 정리하는 데 필요했던 유전학적 도구들을 떼어 놓는 것은 발생학 생물학자들로서는 괴로운 일이다. 고생물학자들은 화석 기록에 대해서 깊은 탐구를 하고 있으며, 중요한 진화론적 정보를 가지고 있을 생명체를 찾고 있다. '우리는 우리가 소화할 수 있는 것보다 더 빠르게 자료들을 얻고 있는 중이다' 라고 하버드 대학의 고생물학자 앤드류 크닐(Andrew Knill)은 말한다.
매번 몇 주에 한 번씩 이런 문제들이 조금씩 해결되어가는 것처럼 보인다. 지난 달 네이쳐(Nature) 지를 통해 발표된 논문에서, 국제적인 과학자팀은 5억 2500만년 전에 캄브리아기 바다에서 번창했던 1-2인치 정도 크기의 동물의 유해를 아주 잘 보존된 상태로 발견했다고 보고했다. 유연하지만 단단한 척추를 가진 것으로 봐서, 과학자들은 이 동물을 Yunnanozoon lividum 라는 이름의 동물(이 동물은 예전에 중국에서 발견된 것으로 초기 고대의 척색동물이며 호모 사피엔스를 포함한 동물의 척추동물 아문에 속한 분류에서 현재까지 발견된 가장 오래된 조상이다)이라고 추측하고 있다.
고생물학자들은 캄브리아기 폭발에 앞서 선행된 불가사이한 시기를 알아내기 위해 애타게 자료를 모으고 있는 중이다. 지난 봄, MIT의 침전물 학자인 존 그로츠징거(John Grotzinger)가 나미비아 사막 탐험을 하면서, 어윈과 12명의 다른 과학자들을 인솔했을 때까지만 해도, 이 중요한 시기는 화석 기록과는 2천만년 정도로 애매했었다. 그러나 나미비아에서의 발견을 통해, 10월 27일 그로츠징거와 세 명의 동료들은 이 차이가 복잡한 생명체들로 갑자기 채워졌음을 사이언스(Science) 지에 발표했다.
최근의 선캄브리아기 암석층의 아래 층에서 'kopfs'(독일어로 '머리'를 의미)라고 나미비안 사람들이 부르고 있는 울퉁불퉁한 노출부를 끌어올렸고, 그로츠징거 팀은 놀랄만한 변형을 하는 생물학적 군집들의 존재에 대한 자료를 제시했다. 작은 벌레 같고 작은 껍질 같은 것을 가지고 있으며, 아마도 엽상체 정도의 크기인 이 군집은 살기 어려운 환경을 겪고 있는 중이었다.
여기서 가장 흥미로운 사실은 대륙이 나뉘어지고, 유전학적 프로그램이 유동적이 되고, 거대한 해양에 작은 생물체들이 크게 늘어났던, 지구의 역사에 있어서 가장 독특하고 역동적인 시기를, 과학자들이 하나하나 증거를 맞추어가고 있다는 점이다.
□ 불가사이한 경이로움들
스미소니안 연구소의 캐비넷 안에는 아주 선명하게 찍은 돌의 스냅사진이 보관 되어져 있다. 세상에서 멸종된 수많은 생물들이 (애벌레를 닮은 다리로 뛰어오르는 포동포동한 Aysheaia로부터 코를 길게 내밀고서 굴 주변에 숨어있는 교활한 Ottoia 까지) 검은 이판암 조각들 위에 새겨져 있다. 버제스(Burgess) 이판암으로 알려진 캐나다의 록키 산맥의 지질 층을 1900년대 초에 조사해 보았다. 이들 지구상에 나타난 초기 동물들의 유해들은 현재 값을 매길 수 없을 정도의 보물이 되어버렸다. 그러나 이것들이 발견 된지 150년이 지난 후에, 버제스 이판암 화석은 거의 과학적 관심을 끌지 못했다. 왜냐하면 연구자들은 약 3억년 전에 살았던 공룡과 같이 이해하기 쉽고 큰 생물체에 관심을 가지고 있었기 때문이다.
1960년대 말에 들어서면서 세 명의 고생물학자들 (잉글랜드에 있는 캠브리지 대학의 해리 휘팅톤(Harry Whittington)과 그의 두 명의 학생들 Derek Briggs 와 Simon Conway Morris)은 버제스 이판암 화석에 대한 조직적인 재검사에 들어갔다. 강력한 현미경을 가지고 그들은 해부학적 연구를 통해 이판암 돌의 비밀들을 알아내고 있다. 적은 유해이지만 중요한 동물들은 5억1500만년 전에 거대한 진흙 물에 의해 휩쓸려 산소가 없는 깊은 물에 빠져 버렸다. 이곳에서는 이 동물들의 조직을 분해할 박테리아조차도 살 수가 없는 곳이었다. 보존된 것들은 다윈과 동시대 사람들이 말한 단단한 껍질을 가진 생명체들이 아니라, Aysheaia 와 Ottoia 와 같은 부드러운 몸체를 가진 동물들의 화석화된 유해들이었다. 게다가 더 놀라운 점은 일부분만 소화된 음식물을 가지고 있는 Ottoia의 내장과 같은 섬세한 내부 유해들이 남아 있었다는 사실이었다.
곧 캄브리아기 이야기를 재구성하고자 하는 시도가 고생물학자들의 모임에서 다시 일어나기 시작했다. 다섯 개의 눈과 소방호스같은 코를 가진 유별난 Opabinia의 비밀이 밝혀졌다는 소식에 대해 사람들은 기뻐했다. 그러나 콘웨이 모리스(Conway Morris)가 바늘처럼 가는 다리를 가지고 춤을 추는 것으로 할루시게니아(Hallucigenia)를 묘사하자 다소 의심을 받았다. 두 줄로 된 수직으로 선 비늘을 가지고 이상한 갑옷을 가진 Wiwaxia도 의심을 받았다. 아노말로카리스(Anomalocaris) 라는 무서운 포식동물은 까다로운 그들의 먹이를 잡고, 카메라의 셔터처럼 닫친 턱 사이에 그들을 짓눌렀다. '불가사이한 경이로움들', 하버드대학의 고생물학자 스테판 제이 굴드는 1989년에 출판한 그의 책 '경이로운 생명체(Wonderful Life)'에서 버제스 이판암 화석동물들의 특이함을 이와 같이 찬양했다.
'경이로운 생명체'가 발간되자 마자, Sirius Passet, 그린란드, Yunnan, 중국 등지에 묻혀있던 캄브리아기 화석들의 새 발견은 불가사이함을 조금 덜어주었다. 예를 들어 할루시게니아의 불가능하게 보이는 다리들은 선사시대의 velvet worm의 전도된 척추로 밝혀졌다. 일부 과학자들이 생각하기로는 동일하게 Wiwaxia 도 아마 살아있는 갯지렁이와 같은 계통일 것이었다. 그리고 더 많은 연구와 함께 그 급속히 팽창하는 다양성을 가진 아노말로카리디드(Anomalocaridids)는 매우 다양한 절지동물의 사촌쯤 되어 보인다.
콘웨이 모리스(Conway Morris)가 말하길, 실제 놀라운 것은 이들 동물들의 대부분이 매우 닮아 보인다는 점이다. 캄브리아기 동안에 (아마도 오로지 캄브리아기 동안에만) 자연은 (분류상의) 강(綱)과, 목(目)으로부터, 과(科)와, 속(屬), 그리고 종(種)까지의 모든 것을 포함한 문(門)으로 알려진 넓은 생물학적 그룹을 정의하는 동물의 몸의 설계가 이루어졌다. 예를 들어 척색동물의 문(門)은 포유동물, 조류, 어류를 포함한다. 포유류 강(綱)은 영장류 목(目), 사람의 과(科), 속(屬), 그리고 우리가 속한 Home sapiens 종(種)을 모두 포함한다.
□ 초고속의 진화
과학자들은 문(門)의 진화에 대략 7500만년의 시간이 걸렸다고 생각했지만, 사실상 이 정도의 시간으로도 진화가 일어나기엔 불가능할 정도로 너무 짧다고 생각했었다. 2년 전에 그로츠징거와 M.I.T의 사무엘 보우링(Samuel Bowring), 그리고 하버드 대학의 크놀(Knoll)에 의해 운영되고 있는 연구 그룹은 이 오래된 문제의 중요한 국면을 제시했다. 먼저 그들은 지질학적 시계를 재 보정했고, 예전 길이의 반쯤에 해당하는 캄브리아기를 잘라내었다. 그 다음 그들은 주된 진화론적 혁신의 기간은 전체적으로 3000만년 기간이 아니라, 오히려 1000만년 내에 이루어 졌다고 주장했다. 하버드의 굴드는 다음과 같이 말했다. '우리가 과거에 생각했던 것보다 훨씬 더 엄청나게 빨리 생물들이 생겨났습니다. 그것은 큰 관심거리입니다.'
크놀, 그로츠징거, 그리고 그들의 동료들은 북동부 시베리아의 지역을 여행했었다. 이곳은 수 천년 동안의 엄청난 침식으로 인해, 반 마일 이상의 암석들이 노출되어 있는 곳이다. 레나(Lena) 강 입구 근처의 고대 해저에서 그들은 다양한 캄브리아기의 특징적인 작고 껍질이 있는 화석들을 발견했다. 더군다나 자연이 만들어 낸 가장 고감도의 시계인 지르콘(Zircon)으로 알려진 광물의 작은 결정들을 포함한 화산재 석탄을 발견했다.
우라늄의 양과 결정 내에 있는 납의 상대적인 양을 측정함으로써 화석의 연대를 측정하는 지르콘 연대측정법은 캄브리아기의 시기를 점점 줄여가고 있다. 예를 들어 1990년까지 세계에서 발견된 초기 캄브리아기 유적지로부터 얻은 새로운 연대는 생물학적 빅뱅의 시작을 과거 6억년보다 짧은 5억6000만년으로 단축시켰다. 지금 시베리아로부터 얻은 지르콘의 납의 양을 기초로 한 정보를 통해서, 가상적으로 모든 사람들은 캄브리아기의 시작이 거의 5억4300년 정도일 것이라고 보고 있다. 이것은 화석기록을 통해 한 개의 문(門)이 500만년에서 1000만년 내에 나타나는 것을 고려해 본다면, 이것은 놀랄만한 일이었다. 보링(Bowring)은 웃으면서 다음과 같은 말을 한다. '우리는 지금 진화의 속도가 너무 빠르다는 것을 알았다. 그리고 내가 나의 생물학자 친구에게 묻기 좋아하는 것은 진화의 속도가 얼마나 빨라야 진화론자들이 불안해 지겠는가? 하는 것이다.'
□ 변종 또는 조상들?
현재 연구자들이 확신하건데, 캄브리아기 폭발의 열쇠는 그 앞에 선행된 지질학적 시대인 Vendian 에 달려있다. 화석 기록에서의 실망스러운 간격 때문에, 정확한 시간 간격 탐구에 대한 노력이 방해 받고 있다. 이런 이유 때문에 어떠한 사람도 캄브리아기가 시작되기 수억년 전에 나타난 (해초지의류 등의) 엽상체 모양의 생명체를 만든 것이 무엇인지를 알지 못하고 있다. 그 때 겉으로 보기엔 모두 멸종한 것 같다. 예일 대학교의 고생물학자 아돌프 세일라처(Adolf Seilacher)가 Vendobionts 라고 이름 붙인, 이들 놀라운 생명체는 후에 나타날 생명체와 연결되어 있을까, 아니면 그들은 생명의 역사의 장에서 완전히 구별된 것으로 나타났을까?
세일라처는 후자의 설명을 지지하는 열렬한 투사다. 그녀는 Vendobionts 는 빠른 성장의 문제에 대해 본질적으로 다른 형태적 해답을 보여주고 있다고 생각한다. 다 자라면 90cm 또는 그 이상에 이르는 이들 '생물체들'은 그들의 몸이 세포로 나뉘어지지 않고, 공기 침대와 비슷한 원형질을 가진 부분으로 나뉘어진다고 세일라처는 믿고 있다. 그들은 포식자를 가지고 있지 않았고, 해양 층에 잔잔하게 위치하면서 바닷물 또는 박테리아를 통해 생산 되어진 영양분을 흡수하면서 존재했다고 세일라처는 말한다.
그러나 UCLA 고생물학자 부르스 러네가(Bruce Runnegar)는 세일라처의 의견에 반대한다. 러네가는 넓은 코르덴으로 만들어진 주머니와 비슷하게 생긴 Ernietta로 알려진 화석은 광합성을 통해 영양을 공급하는 해초의 일종일 뿐이라고 주장한다. 디스크 같이 생긴 엽상체인 Charniodiscus에 대해 그는 군체를 이루는 자포동물(Cnidarian, 강장동물과 말미잘, 바다조름을 포함하는 문)로 분류한다. 그리고 명백하게 몸을 세분화 시킬 수 있는 디킨소니아(Dickinsonia) 에 대해 러네가는 임시적으로 나중에 회충과 절지동물을 발생시킨 조상들이라고 본다. 캄브리아기의 폭발은 미지의 세계를 분출한 것이 아니다 라고 주장하며, '그것은 오래 전에 시작되었던 과정의 연속일 뿐이다' 라고 말했다.
이 두 사람의 논쟁은 더욱 가열될 예정이다. 과학 논문들이 함께 보여주는 그림들 때문에, 연구자들은 Vendian 의 말기에 다양한 생명체 군집들이 해양에서 번창했다는 결정적인 증거를 가진 나미비아 쪽으로 돌아서게 되었다. 단지 자연은 창조적인 광란에 지배를 받았을 뿐이다. 예를 들어 러네가는 최근에 초기의 스폰지처럼 보이는 원뿔 형 모양의 생명체의 화석에 대해서 현재 연구 중이다. M.I.T의 베벌리 세일러(Beverly Saylor)는 작은 크기의 야수들과 껍질이 있는 것들, 포도주 잔처럼 생긴 것들, 그리고 장막의 막대를 축소시킨 모양의 것들을 포함한 사암을 분류 중이다. 그리고 캐나다 온타리오에 있는 퀸(Queen) 대학의 구이 나본느(Guy Narbonne)는 디킨소니아 (공식적인 캄브리아기 시작 때의 암석층 아래에서 발견된 생물체와 같은 것)를 이해하기 위해서 노력하고 있는 중이다.
화석기록에서 간격으로 남겨져 있던 것이 생명체들이 가득 찬 시기로 판명되었다. 그로츠징거는 후기 선캄브리아기 생태 환경을 바라보면서 느끼는 단순하며 놀랄 만한 통찰을 통해 Vendobients 에 대한 오래된 주장들을 재구성해야 할 필요가 있다고 믿고 있다. 그로츠징거가 말하길 그들이 동물들의 조상이든 진화론적 막다른 곳이든 간에, 디킨소니아와 그 부류들은 더 이상 이차적인 변종으로써 생각되어질 수 없다 라고 했다. 수많은 작고 껍질을 가진 생명체들과 바다 바닥에 발자국과 구멍을 내는 불가사이한 혈거성(穴居性) 동물과 함께, Vendobionts 는 캄브리아기 폭발의 중요한 실마리로써 출현했다. 그로츠징거는 다음과 같이 말했다. '우리는 지금 진화가 두 개의 연관되지 않은 박동(pulse) 속에서 진행되는 것이 아니라, 하나로써 함께 동작하는 두 개의 박동들 속에서 진행된다는 사실을 알고 있다.'
□ 조류를 통과해서
인간의 눈으로 보기엔, 캄브리아기 폭발 직전의 세계는 상당히 냉혹한 현실이었을 것으로 보인다. 지각변동의 힘은 거대한 지진을 일으켜, 대륙을 서로 분리시키고 부딪치게 만들었다. 히말라야 산맥은 하늘을 향해 솟구쳤고, 바위가 무너져 내리고, 모래와 진흙이 그 주변으로 떨어졌다. 기후는 엉망이 되었다. 대빙하기가 찾아왔으며, 대기와 해양의 화학반응이 지구의 역사에 있어서 일종의 가장 극적인 이동을 견디어내면서 진행되었다. 크놀(Knoll)은 여러 가지 방식으로 이들 극적인 지각의 융기에 의해 원시 해양에 산소가 주입되었으며, 이로 인해 복잡한 동물들이 탄생할 수 있었다고 말한다.
조직에 공기를 통하게 하고 교원질(膠原質)과 같은 필수적인 구조성분들을 만들기 위한 산소가 만약 없었다면, 동물들은 단순히 크게 성장할 수는 없었을 것이다. 그러나 지구의 역사에 있어서 가장 중요한 광합성을 통한 산소의 생성(신진대사의 마력은 원시조류가 이산화탄소와 물과 태양 빛을 에너지로 변화하도록 해주었다)은 거의 완벽하게 산소고갈 과정, 특별히 유기적인 감쇠와 균형을 이루었다. 실제로 거대한 조류 군집은 선캄브리아기의 해양이 수많은 영양분을 생산할 수 있도록 보호해 주었다. 그리고 박테리아가 끈적끈적한 부스러기들을 분해함에 따라, 반대로 광합성이 형성되고, 산소가 소비되며, 이산화탄소가 발생하게 되었고, 온실 가스는 지구를 뜨겁게 만들었으며, 지구는 따뜻하게 되었다는 것이다.
산소의 증가로 지구의 유기물질의 감소가 줄어들게 되었다. 6억년 전, 이와 같은 일들이 일어났다. 그 변화는 석회석(광합성 동안에 조류에 의해 우선적으로 흡수되던 탄소12와 그보다 다소 무거운 탄소 13 등 바닷물에 풍부하게 존재하던 두 가지 탄소동위원소로 이루어진 것)과 같은 바위의 화학적 형성을 통해 알아볼 수 있다. 이 고대 석회암의 표본추출을 통해, 크놀과 그의 동료들은 탄소12와 탄소13의 비가 25억년에서 Vendian의 끝까지의 시기인 대부분의 원생대 누대(지질학적인 연대 구분의 최대 단위)에서 안정하게 남아 있었다고 결론을 내렸다. 그러나 캄브리아기 폭발에 앞선 원생대 마지막에서, 탄소 13 수준이 극적으로 상승하게 되었고, 유기물질의 형성에서 탄소 12가 해양으로부터 제거되었음을 제안했다.
크놀은 가파른 산경사가 침식당한 것이 하나의 메커니즘이 될 수 있다고 고민했다. 시간이 지남에 따라 많은 침전물과 바위가 바다로 들어가면서 바다 바닥으로 조류들이 묻혔다. 추가적으로 끊어진 대륙들은 해양의 구보분지의 모양을 변화시켰다. 이로 인해 물이 활기차게 순환하지 못했다. 유기탄소가 바다에 들어가고, 해양의 표면이나 대기 중으로 다시 순화되어 돌아가지 못했다. 대기 중의 이산화탄소의 수준이 떨어짐에 따라, 지구가 추워지기 시작했다. 결과적으로 대빙하기가 6억년 가량 지속되었다. 그러나 지질학적, 지구화학적 사건들을 생물학에서의 중대한 발전과 연결 시키는 것은 복잡한 일이다.
생물학은 또한 지구화학에 영향을 준다고 인디아나 대학의 생화학자 존 헤이즈(John Hayes) 는 말한다. 사실 올해 초 네이쳐(Nature) 지에서 발표한 논문에서 헤이즈와 그의 동료들은 내장(한 쪽 끝에서는 음식물을 흡수하고 다른 쪽 끝에서는 배출하는 단순한 관)이 캄브리아기 폭발의 주요한 열쇠일 것이라고 주장한다. 그들의 생각은 이와 같은 것이다. 동물들이 조류를 뜯어 ?고, 유기물질을 작은 대소변으로 남긴다. 이것들이 깊은 해양에 떨어지고, 산소가 고갈되어가는 박테리아에게서 그들의 주요 음식원을 빼앗아 버린다. 그 증거는 무엇인가? 헤이즈가 말하길 고대 암석에 있는 유기 지질들을 조사해 본 결과 5억 5000만년 때의 탄소동위원소의 비가 급작스럽게 변하게 됨을 알게 되었다. 또한 조류와 같이 탄소 12가 풍부한 음식원들이 해양의 바닥으로 빠르게 이동하게 되었다고 그는 제안한다.
□ 유전학 도구
선캄브리아기의 해양 동물들은 어윈이 나미비아로부터 가져 온 암석 위에 나 있는 굽이치는 표시로 볼 때 벌레 같은 것과 닮은 것 같다. 이들은 모래 위에 굴을 팔 정도로 단단하지는 못한 촌충 같은 편형동물보다는 발전된 형태로, 강하고 유체가 가득찬 몸체를 가지고 있었다. 근육조직은 강한 수축을 할 수 있었고, 아마도 심장과 빛을 감지 할 수 있는 눈을 가진 잘 구성된 머리, 그리고 그 끝이 열려있는 위장관을 가지고 있었던 것 같다. 그와 같은 생명체를 조정하기 위해서 자연이 필요했던 유전학적 장치는 대체 무엇이었는지에 대해 어윈은 궁금해하고 있다.
여름내내 어윈은 두 명의 고생물학자 친구들, 시카고 대학의 데이비드 자블론스키(David Jablonski), 캘리포니아 버클리 대학의 제임스 발렌틴(James Valentine) 와 함께 이 문제에 대해 고심했다. 이들은 강장동물을 닮은 원시 다세포 생물들이 배의 발달을 주로 조정하는 세 개의 Homeotic Homeobox 유전자들 또는 Hox 유전자들을 가지고 있다고 추측하고 있다. 편형동물은 과일 파리와 같은 절지동물이 8개를 가지고 있는 것처럼 4개를 가지고 있고, 원시 척색동물인 창고기(Branchiostoma, 한 때는 Amphioxus 로 불림)는 10개를 가지고 있다. 어윈과 다른 사람들은 5억 5000만년 전에 어떤 벌레같은 생물체의 Hox cluster 가 팽창되었고, 유전자의 수가 6까지 되었다고 믿고 있다. 그 때 자블론스키는 '꽝' 하고 소리쳤다. '아마도 그 시점에서 생명체는 일종의 중요한 관문을 통과하고 있었다.' 그 결과는 캄브리아기의 폭발이었다.
캄브리아기 시대 동안의 다양한 형태의 확산은 아마도 Hox 유전자와 관계있는 것 같다고 과학자들은 추측하고 있다. 그러나 그것은 무엇일까? 그것을 알기 위해, 위스콘신 대학의 메디슨 캠퍼스에 있는 발생학 생물학자 신 캐롤(Sean Carrol)의 연구실은 오스트레일리아의 건조한 숲속에 있는 썩은 통나무에서 살고 있는 작은 Velvet worm들을 수입해 왔다. 그들은 이 벌레들이 거품방울을 만들어내면서 공기 중에서 살찐 다리가 흔드는 것을 보면서, Aysheaia 와 동일한 것에 매우 놀랐다. 그것은 버제스 이판암에서 보았던 그림을 생각나게 한다. 캐롤은 다음과 같은 중요한 질문에 답하고 싶었다. 절지동물이 사용한 것 보다 더 작은 Velvet worm을 만들기 위해 필요한 유전학 도구들이란 무엇일까? 이미 캐롤은 캄브리아기 폭발은 Hox 유전자의 수의 단순한 팽창 그 이상의 무엇인가에 의해 힘을 얻었을지도 모른다고 의심하고 있다. 더 중요한 것은 각 Hox 유전자와 수백 개의 다른 유전자들을 연결하는 거대한 망이 변화되었다고 믿고 있다. 캐롤은 이들 유전자들을 컴퓨터를 움직이는 칩과 같이 고려하고 있다. 캄브리아기의 폭발은 새로운 하드웨어의 개발을 의미하는 것이 아니라, 오히려 존재하던 유전자들이 새로운 변화를 수행할 수 있게 해주는 새로운 소프트웨어의 개발을 의미하는 것이다. 예를 들어 이상하게 보이는 절지동물들은 다리에 대한 코딩을 하는 유전적 스프트웨어의 변화가 다소 서툴게 고쳐진 것일지도 모른다. 캐나다 칼레톤 대학의 곤충학자 Jarmila Kukalova-Pexk는 '절지동물'은 모두 다리(턱과 발톱 그리고 여섯 개의 기관으로 진화된 다리를 포함)를 가지고 있음을 관찰했다.
□ 다윈이즘을 넘어서
물론, 아직까지 이렇게 빠른 진화를 가능하게 한 것이 무엇인지에 대한 큰 의문에 대답 할만큼 캄브리아기 폭발에 대한 이해가 이루어지지 않았다. 과학자들은 정확한 증거보다는 직관에 의존한 시나리오를 제안하고 있다. 한 가지 재미있는 것은 캄브리아기 생물들을 대평원에 있는 농장 주인들에 비유하고 있다는 소위 빈 통 또는 열린 공간이라는 가정이다. 다른 말로 캄브리아기 폭발이 일어난 생물권은 과거 미국 서부에서 정착을 위해 갑자기 넓은 빈 지역이 제공되었던 것과 비슷하다는 것이다. 초기 땅의 급격한 침강은 정착자들이 새로운 기반을 세우는 것을 더욱 어렵게 만들었다.
포식관계는 또 다른 일반적인 설명이다. 일단 다세포 초식동물들이 출현하면, 이들을 잡아먹을 육식동물이 진화되는 것은 시간문제일 뿐이다. 포식관계에 대한 첫 번째 표시는 Vendian 기와 캄브리아기 사이의 전환기 시점에 있는 화석기록과 아이스크림 콘을 축소해서 쌓아둔 것 같은 모양의 껍질을 가진 생명체들이 구멍을 뚫는 것을 통해서 볼 수 있다. 선캄브리아기 후반기에 보호 껍질과 단단하고 날카로운 부분들이 출현한 것은 약하고 무방비 상태의 Vendobionts 들이 출현했음을 알려준다고 세일아처는 추측하고 있다.
이와 같이 추측하고 있는 것은 캄브리아기의 미스테리에 대해서 과학자들이 돌려서 말하고 싶기 때문이다. 왜냐하면 이 진화론적 폭발은 속도와 그 영역에 있어서 너무 놀랄 만해서 결코 동일하지 않기 때문이다. 캄브리아기 이후에 짧게 그 자취를 남긴 Bryozoa를 제외한다면, 이후에 출현한 새로운 문(門)에 대한 기록은 없다. 비록 페름기(Permian) 말기인 2억5000만년 전에 거대한 멸종의 소용돌이를 고려하지 않더라도 말이다.
왜 새로운 문(門)은 없는 것인가? 어떤 과학자들은 진화론적 가정은 여전히 많은 생명체들이 빠르게 다양화 되어질 수 있고 모든 적합한 생태학적 요건이 채워졌다고 제안한다. 그러나 생물의 생존을 믿는 다른 사람들에게 있어서, 초기 발달을 조정하는 유전적 소프트웨어는 페름기의 멸종 후에 새로운 생명 형태를 창조하기에는 너무 경직되어 있다. 발생학적 유전자들의 복잡한 망이 세부적으로 정교하게 고칠 수 없을 만큼 경직되어 있는 것은 아니다. 그렇지 않다면 빠른 비행과 인간의 두뇌에 대한 경이로움은 결코 일어날 수 없다. 그러나 일부 발생학적 생물학자들은, 매우 초기의 복합적인 유전자들 사이의 연결은 치명적인 영향 없이 중요한 특징들을 변화시키기에는 어렵다고 믿었다. '변화는 제한되었음에 틀림없다'라고 인디아나 대학교의 발생학 생물학자 루돌프 라프(Rudolf Raff)는 말했다. '결국 우리는 5억년 동안 이들 동일한 몸 구조를 가지고 있었던 것이다.'
더 많은 과학자들이 캄브리아기 폭발을 설명하려고 노력할수록 그것은 더 어려워져 보인다. 빛의 특이한 성질 때문에 물리학자들이 뉴턴의 법칙이 불완전한 것을 알게 된 것처럼, 캄브리아기 폭발은 유전적 변화와 자연선택이라는 두 개의 다윈주의적 요구가 진화를 이해하기 위한 적당한 틀을 제공해 준다는 것에 대해서 전문가들이 의심하게 만들 것이다. '종의 기원에서 다윈이 묘사한 것은 진화의 안정된 배경일 뿐이다. 그러나 또한 비다윈적인 종류의 진화가 굉장히 짧은 기간 동안에 그 기능을 할 수도 있을 것으로 여겨진다' 라고 퀸 대학의 고생물학자 나본(Narbonne)은 말한다.
'Home in the Universe' 라는 새 책에서 산타페 협회의 이론 생물학자 스투어트 카우프만(Sturt Kauffman)은 캄브리아기 시기 동안의 잠재되어 있던 창조적 격변은 단지 우리가 얼핏 희미하게 알아 차리고 있는 법칙일 뿐이다 라고 말한다. 이 법칙은 단지 생물학적 진화만이 아니라, 물리적, 화학적, 기술적 시스템의 진화를 말한다. 자연의 그림에 나타난 상상적인 동물들은 카우프만에게 초기의 자전거(이상한 바퀴와 이상하게 각이 진 핸들)를 생각나게 한다. '곧 주된 혁신 후에 다른 심오한 변화를 발견하는 것'은 쉬워질 것이다. 혁신은 나중에 최적화된 설계를 증가시킬 적당한 진보에 제한을 둔다.
카우프만은 다음과 같이 말한다. '생물학적 진화는 질서와 혼돈 사이의 칼끝 위의 시소와 같은 자생적인 시스템의 하나의 예이며, 구조와 놀람 사이의 큰 타협이다.' 너무 많은 질서는 변화를 불가능하게 만든다. 너무 많은 혼돈이 있는 곳에는 연속이 존재할 수 없다. 그러나 이들의 균형은 필수적으로 불안정한 것이다. 대부분의 유능한 밧줄타기 꾼들이 때때로 자주 (균형을 잡기 위해)한 발씩만 걷는 것처럼 말이다. 혼돈이론에서는 거대한 멸종을 설명하기 위해서 혜성이나 화산을 요구하지는 않는다. 그들은 진화하고 있는 시스템의 본질적인 불안정성으로부터 오는 자연스러운 것이며, 높은 적응성이 안전을 보장하는 것은 아니다.
실제로 선사시대의 거대한 멸종의 일부는 캄브리아기 동안에 발생했다. 그리고 아마도 명백한 이유 없이 일어난 것 같다. 게다가 경사면에 미끄러지듯 가파른 각을 가진 모래 퇴적물을 일으켰을 것이다. 그래서 전체 생태계를 어렵게 하는, 다른 종에 비해 한 종에게 일시적으로 이익을 주는 작은 진화론적 발전을 이루었을 것이다. '생태계와 시간에 대해 압도적인 이들 독특성과 멸종의 패턴은 모든 혼돈 시스템(인간과 생물학적 시스템)에서 발견 되어지는 것이다.'라고 카우프만은 경고한다. '우리는 모두 동일한 연극의 일부분이다.' 그래서 이런 기술시대에서조차 우리는 캄브리아기 폭발에 대해서 불가사이한(궁극적으로 운명적인) 경이로움을 가지고 고민했던 것보다 더 일반적으로 받아들일 수 있을지도 모른다.
. 생물의 분류 단계 - 린네의 생물분류도식
| 한국어 | 영 어 | 분 류 |
| 도메인 | Domain | . 세균. 고세균, 진핵생물 |
| 계(界) | Kingdom | . 동물계, 식물계, 균계, 원생생물계, 세균계, 고세균계 . 동물(動物)은 엽록소를 갖지 않고 세포벽을 갖지 않으며 몸 속에 여러 기관이 있는 생물 중 다세포인 것을 말함 . 식물(植物)은 분류학적으로 식물계에 속하는 생물, 나무, 풀 등이 여기에 속함. 넓게는 동물이 아닌 것을 모두 가리킴. 식물의 영양은 보통 광합성을 하여 녹말 등의 양분을 만드나, 일부 식충식물이나 기생식물, 공생식물처럼, 엽록소를 잃고, 대신 직접 포식하거나, 기생, 공생 등으로 양분을 얻는 종도 있음 . 균계(菌界)는 생물 분류의 하나로 효모, 곰팡이, 버섯 등이 포함됨. 세포벽은 키틴질로 구성되어 있고, 균의 양분은 엽록소등과 같은 동화 색소가 없어 옛날에는 하등식물이라고 하였음. 이들은 광합성을 못하므로 흡식을 함 . 진핵생물(眞核生物)은 진핵세포(眞核細胞)를 가진 생물. 진핵세포는 세포 내에 핵으로 대표되는 다양한 세포소기관을 가진 세포들을 통칭하는 이름임 |
문(門)
Phylum(동물)
Division(식물)
강(綱)
Class
목(目)
Order
과(科)
Family
속(屬)
Genus
종(種)
Species
. 지구상 생물 종 수 - 유엔환경계획 2000년 발표. 세균(박테리아) 4,000종 . 원생생물 80,000종 . 척추동물 52,000종 . 무척추동물 1,272,000종 . 균류 72,000종 . 식물 270,000종
. 분류 예 . 종Species →속Genus →과Family →목Order →강Class →문Phylum →계Kingdom . 사람 → 사람속 → 사람과 → 영장목 → 포유강 → 척추동물문 → 동물계 . 사자 → 사자속 → 고양이과 → 식육목 → 포유강 → 척추동물문 → 동물계 . 민들레 → 민들레속 → 국화과 → 초롱꽃목 → 속씨식물강 → 종자식물문 → 식물계
■ 지질시대
. 지각이 형성된 약 38억년 전부터 역사 시대가 시작된 1만 년 전까지를 지질시대라고 함
. 선캄브리아대(先 Cambria 代) : 약 38억 ~ 5억7000 만년 전. 고생대: 5억7000 만년 전 ~ 2억4500 만년 전 (캄브리아기: 6억년 ~ 5억년 전 (1억년 간)). 중생대: 2억4500 만년 전 ~ 6100 만년 전. 신생대: 6100 만년 전 ~ 1 만년 전
. 선캄브리아대(先 Cambria 代) : 약 38억~ 5억7000 만년 전 (전체 지질시대의 약 85%를 차지). 지질 시대 중에서 가장 길며 화석이 매우 드뭄. 생물들이 모두 바다에서만 살았음. 약 35억년 전의 지층에서 원시 조류에 의해 만들어진 퇴적구조인 스트로마톨라이트가 발견됨. 약 32억년 전의 지층에서 박테리아의 화석 발견됨. 약 7억년 전의 지층에서 원시적인 다세포 생물의 화석이 발견됨. 말기에 해면류나 해파리 등의 하등동물(단세포동물)이 출현함
. 고생대: 약 5억7000 만~ 2억4500 만년 전. 기후가 온난하여 갑자기 많은 종의 생물이 출현하고 번성하였음. 초기에 대부분의 생물은 바다에서 살았고, 삼엽충과 완족류가 번성하였음. 중기에 육상 생물이 출현하기 시작하였고, . 어류의 시조인 갑주어가 출현하였으며, 양치식물이 크게 번성. 말기에 양서류가 출현하여 번성하였고, 파충류와 겉씨식물이 출현하였음. 캄브리아기 (Cambrian period) : 고생대 초기의 1억년 간 (6~5억년 전) 이 시대의 지층이 모식적으로 발달하는 영국 웨일즈 지방의 캄브리아 산맥 이름을 따서 1832년 명명됨
. 중생대: 약 2억4500 만 ~ 6500 만년 전. 바다에서는 무척추동물인 암모나이트가, 육상에서는 파충류인 공룡이 번성하였음. 시조새가 출현하였고, 소철과 은행나무 등의 겉씨식물이 번성하였음. 말기에 공룡과 암모나이트가 멸종되었고, 포유류와 속씨식물이 출현하였음
. 신생대: 약 6500 만~ 1 만년 전. 많은 생물이 번성하였고, 화석이 풍부함. 화폐석이 널리 번성하였고, 단풍나무와 사과나무 등의 속씨식물이 번성하였음. 평야에 초원이 형성되었고, 포유류(매머드, 말 등)와 조류가 번성하였음. 약 250만년 전에 인류의 조상이 되는 유인원이 출현하였음
. 선캄브리아대에 화석이 드문 이유. 생물의 수가 적었음. 오랜 지각 변동으로 화석이 없어졌음. 대부분 원시적인 생물들로 뼈, 껍질과 같은 단단한 부분이 없었음
. 각 지질 시대의 대표적인 생물
. 선캄브리아대: 스트로마톨라이트, 해파리. 고생대: 삼엽충, 완족류, 갑주어. 중생대: 암모나이트, 공룡, 시조새. 신생대: 매머드, 화폐석
□ 지질시대의 구분
(자료 : 위키백과)
■ 연대 측정법
각종 역사적 유물이나 지층 등이 얼마나 오래된 것인지, 그 생성연대를 추정하여 측정하는 방법들로서 지나 온 지구의 역사를 추정하여 보는데 이용됨
. 상대(相對) 연대법
. 하위층이 상위층보다 고기(古期)의 층이라고 하는 것은 상대연대로 판정하는 것
. 골격화석에 포함된 플루오르의 양을 측정하여 그 양이 많은 것일수록 오래된 것이라고 판단하는 것
. 절대(絶對) 연대법
. 납 연대측정법[common-lead dating] - 잔류 일반납의 양을 기초로 암석이 만들어진 때를 결정
. 헬륨 연대측정법[helium dating] - 232Th가 붕괴할 때 생성되는 헬륨을 이용한 연대측정법
. 탄소14 연대측정법[carbon-14 dating] - 방사성 탄소(탄소-14 14C)가 질소로 붕괴되는 것을 측정
. 납-210 연대측정법[lead-210 dating] - 광물이나 암석에서 라돈이 빠져나가 납-210 연대측정
. 핵분열 트랙 연대측정법[fission-track dating] - 운석과 같은 매우 오래된 시료에 사용
. 칼륨-아르곤 연대측정법[potassium-argon dating] - 광물과 암석 안에 존재하는 방사성을 측정
. 루비듐스트론튬 연대측정법 [rubidium-strontium dating] - 암석·광물 및 운석의 연대를 측정
. 우라늄234-우라늄238 연대측정법[uranium-234-uranium-238 dating] - 방사성 붕괴하는 것을 이용
하는 연대측정법. 이 방법은 10만~120만 년 정도의 연대 측정에 유용
. 프로트악티늄-231과 토륨-230 연대측정법[protactinium-231-thorium-230 dating] - 해저 침전물에
들어 있는 프로트악티늄과 토륨의 동위원소의 양을 이용
□ Radiocarbon Dating (탄소연대측정법)
. 방사성 탄소-14의 붕괴를 이용하여 물질의 연대를 측정하는 방법
. 탄소(C12) 동위원소인 C14는 우주선(宇宙線)에 의해 대기 상층에서 만들어진 중성자와 질소 N14와의
핵반응으로 생성되며, 이 C14는 빠른 속도로 대기 중에 퍼짐
. 식물이 광합성을 할 때 이 탄소를 흡수하게 되며, 탄소 C14는 방사능을 갖고 있으므로 식물의 세포
안에 남아있게 되고, 살아 있는 식물세포의 탄소동위원소 조성(組成)은 대기 중의 조성과 같음,
식물이 죽은 순간부터 탄소 C14가 더 이상 유입되지 않고 붕괴만 하기 때문에 반감기를 이용하여
식물이 죽은 시점을 알아낼 수 있음
. 동물도 음식물 연쇄에 의하여 식물과 연결되므로 같은 조성을 가짐
. 생물이 죽으면 C14의 보급은 끊기고 C14는 붕괴정수(崩壞定數) λ (1.209×10^-4년)만큼 N14가 β붕괴
함으로써 감소함
. 이를 이용하여 6만년까지의 연대를 측정할 수 있음
1950년을 기준으로 거꾸로 올라가는 BP(Before Present)라는 단위를 쓰며, 보정을 통해 실제의 날짜 와 일치시킴.
시카고 대학교의 윌러드 리비가 1949년에 발견함
. 탄소-14를 이용하면 1분에 단위 그램 당 14개의 C14가 붕괴한다는 결과를 얻었음
. 연구배경과 측정원리 등
방사성 탄소(C14) 연대 측정은 1940년대 시카고 대학의 리비(Willard Libby) 박사에 의해 발명되었다. 탄소의 방사성동위원소 C14에 의한 절대연대(絶對年代) 측정 연구로 고고학·인류학·지질학의 발전에 크게 공헌했다. 방사성 동위원소인 탄소14(C14) 연대측정법을 이용하면 해양 생태의 생물·물리·화학적 환경 변화를 알아낼 수 있다. 이는 해양 생태계의 과거를 추적할 수 있음은 물론 지구 환경에 대한 미래 예측까지 가능한 놀라운 발견이다.
탄소14 연대측정법은 탄소의 동위원소가 자연계에서 일정한 비율로 존재한다는 사실에 근거하고 있다. 이 방사성 탄소 연대측정법은 나무, 숯, 뼈, 조개, 화석 같은 비교적 최근의 생물 유해의 연대 측정에도 적용된다.
보통 탄소의 질량은 12인데 비해 지구 대기 중의 이산화탄소에 포함된 탄소가 태양에 서 날아오는 우주 방사선의 공격을 받아 핵반응을 일으킨 산소는 질량이 증가해
C14라는 방사성 탄소로 변하게 된다. 이렇게 만들어진 C-14는 빠르게 대기 중으로 퍼진다.
보통의 안정된 탄소(C12)는 양성자와 중성자를 각각 6개씩 갖고 있고 분자량은 12이지만, 방사성 탄소(C14)는 양성자6, 중성자 8로 분자량이 14이다. C14는 공기 중의 질소(양성자 7+중성자 7)가 우주선(cosmic ray)에 부딪힐 때 생성되는데, 현재 C14/C12 비율은 1/1,000,000,000,000 (1조)이다. C14는 산소와 결합하여 이산화탄소(CO2)가 되고, 식물의 탄소 동화작용으로 식물체에 고정되고, 그 식물을 섭취한 동물의 조직에 일반 탄소와 전혀 구별 없이 들어가게 된다. 식물이나 동물이 죽으면 더 이상 탄소의 유입은 없어지고, 동시에 불안정한 C14는
붕괴하여 질소(N14)로 분해되어 공기 중으로 사라지므로, 그 생물의 유해는 점점 더 적은 양의 C14만을 갖게 된다.
이 남은 양의 C14양과 현재 C14의 비율(1/10^12)을 비교하여 그 생물이 죽은 연대를 계산한다. 이 때 C14의 붕괴 속도(반감기-양이 절반으로 되는 시간으로 C14의 경우 5,730 년)가 사용된다.
현재 가장 민감한 C14측정 기계는 AMS(Accelerated Mass Spectrometry)인데
10^16 개의 일반 탄소(C12) 중 한 개의 C14를 찾아 낼 수 있을 만큼 매우 정밀한 기계이다.
이것은 100 마일의 해변 모래 중 특정 모래 한 개를 찾아낼 수 있는 수준이다. 그럼에도 불구하고 과학자들은 약 10만년 이상 된 시료는 측정할 수 없다. 왜냐하면 그 기간 정도이면 C14가 거의 완전히 붕괴되어 없어지기 때문이다.
그런데 이 사실은 지층의 암석이나 화석이 수백만 년에서 수 억년 정도로 오래 되었을 것이라는 가정이 잘못된 것임을 반박할 수 있는 근거가 되고 있다.
왜냐하면 ‘태고적’이란 이름이 붙은 화석, 규화목(petrified wood), 조개, 고래 뼈, 석탄, 석유, 천연가스 등의 유기물뿐만 아니라, 대리석(marble), 흑연(graphite), 방해석(calcite) 등의 탄소를 포함한 암석이나 광물에서도 상당한 양의 C14가 발견되기 때문이다. 실제로 1980년대와 1990년대에 발표된 70 편 이상의 논문들이 ‘태고적’ 유기물 시료들에서 C14를 검출했음을 보고했다.
과거 탄소 연대측정 결과들은 대조 실험(background control)으로 수 억년 전에 형성되었기 때문에 전혀 방사성 탄소가 없을 것으로 믿은 천연가스나 방해석 등을 사용하였다. 이 대조 실험은 실제 시료와 무관하게 실험 과정에서 발생하는 오차를 보정하기 위한 것이다. 따라서 연대를 측정하고자 하는 시료의
C14양에서 대조 실험치의 C14를 제외했기 때문에 실제보다 훨씬 더 적은 양의 C14가
그 시료에 남아 있는 것으로 계산되었고 결국 훨씬 더 오래 된 것으로 보고되어 왔다. 그러나 새로이 개발된 실험 결과는 탄소를 포함하는 지구상의 물질들이 진화론에서 주장하는 수백만 년이 아니라, 불과 몇 천 년 역사의 증거들임을 보여 주고 있다.
식물은 먹이 피라미드의 바닥에 있기 때문에 상층의 동물이나 이들을 분해하는 미생물 모두 대기 중의 조성과 같은 탄소동위원소로 이뤄져 있다는 가정을 세운 것. 생물이 죽으면 외부와 탄소 순환이 끊기므로 C14는 더 이상 보급돼지 않고 시간이 지날수록 체내의 C14 비율이 점차 떨어지게 되는 것이다.
그는 이러한 가정을 통한 연구를 거듭해 C14의 반감기가 5천568년이라는 것을 알아냈다. 이러한 연구결과가 고고학이나 인류학에 크게 도움이 될 것을 감지한 리비는 고고학자들에게 자신의 아이디어를 입증할 수 있게 연대가 알려져 있는 유물 견본을 요청했다. 이런 현상을 연구하던 리비는 생명체들이 살아있는 동안 주위 환경과 다양한 분자의 형태로 탄소를 끊임없이 주고받으므로 그 동위원소비도 같을 것이라는 가정을 세웠다. 즉, 식물은 광합성으로 대기 중의 탄소를 받아들이므로 식물체의 탄소동위원소 조성은 대기 중 조성과 같을 것이라는 뜻이다.
고고학자들의 적극적 협조를 통해 5천년 전 고대 이집트 제1왕조의 무덤에서 출토된 목재부터 2천900여 개의 나이테를 갖는 나무, 서기 79년 화산폭발로 묻힌 폼페이에서 발굴한 탄화된 빵까지 연대가 알려진 다양한 유물의 C14 방사능 값을 측정할 수 있었다.