코아세르베이트

요약 콜로이드 상태의 단백질, 핵산, 당류 등의 고분자화합물들이 구형의 막으로 둘러싸여 형성된 작은 액체 방울을 말하며, 러시아의 생화학자 오파린(A. L. Oparin)이 《생명의 기원》이란 책에서 주장한 원시 생명체의 기원이다.

유기물 복합체의 막 구조 비교

코아세르베이트는 세포의 원형질과 비슷하며, 주변 환경에서 물질을 선택적으로 받아들여 계속 생장할 수 있고, 어느 정도 크기에 이르면 둘로 갈라져서 그 수가 증가하기도 한다. 또한 코아세르베이트 내에 고분자 화합물이 농축되면 보통의 수용액에서 볼 수 없는 화학반응이 일어난다. 오파린은 코아세르베이트가 살아 있는 생명체와 유사한 특성을 갖고 있기 때문에 점진적인 변화를 거쳐 원시 생명체로 발전하게 되었다고 보았다.

코아세르베이트 만들기

젤라틴 용액 5mL와 아라비아 고무 용액 3mL를 시험관에 넣고 흔들어서 혼합한 후 온도와 pH를 적절하게 조절하면 형성된다. 일반적으로 코아세르베이트는 pH 3.4~4.0의 범위와 50℃ 정도의 고온에서 가장 잘 형성된다.

코아세르베이트의 형성

단백질 입자가 물 입자와 결합하여 콜로이드 입자를 형성하고, 이 콜로이드 입자들이 모여 막에 둘러싸인 코아세르베이트를 형성한다.

생명의 기원에 대한 가설(오파린의 화학진화설)

46억 년 전의 원시 지구의 표면은 격렬한 화산 활동과 운석의 충돌로 뜨거운 용융 상태였다. 그러나 온도가 점차 내려가면서 지구에는 지각과 핵, 그리고 대기들이 생기기 시작했고, 지구의 온도가 더욱 내려가면서부터는 표면층이 굳어졌다. 또 원시 대기에 많이 존재하던 수증기도 물이 되어 표면에 고이면서 바다가 생성되었다. 원시 대기는 수소(H₂), 수증기(H₂O), 암모니아(NH₃), 메테인(CH₄)과 같은 환원성 기체로 구성되어 있었다. 또한 이러한 환원성 대기와 더불어 원시 지구는 오존층이 없어서 태양의 자외선이 그대로 지구에 도달하였으며, 빈번한 번개, 활발한 화산 활동 등 유기물을 합성하기 위한 에너지원이 풍부하였을 것이다. 이러한 원시 지구의 환경을 가정한 상태에서 생명체가 탄생하는 과정을 오파린은 코아세르베이트의 생성으로 설명하고 있는데 이를 화학 진화설이라고 한다.

오파린의 생명 기원설인 화학 진화설은 3단계로 이루어져 있다. 첫 번째 단계는 원시 지구의 대기에 태양의 자외선, 방사능, 번개, 화산 폭발에 의한 고열 등의 높은 에너지가 공급되면서 간단한 유기물들이 생성되는 것이다. 두 번째 단계는 대기 중에 형성된 간단한 유기물들이 빗물과 함께 떨어져 축적되면서 원시 대양이 마치 뜨거운 유기물 스프처럼 되었고, 간단한 유기물들이 다시 반응하여 단백질이나 핵산과 같은 복잡한 유기물을 형성하는 단계이다. 세 번째 단계는 고분자 화합물들이 서로 어울려 자기 복제를 하고 물질대사를 할 수 있는 원시 생명체가 만들어지는 것이다.

생명의 기원에서 첫 번째 단계는 시카고 대학의 밀러가 46억 년 전의 원시 지구와 유사한 상태를 재현할 수 있는 실험 장치를 고안해 환원성 기체에 전기 방전을 하여 무기물로부터 유기물이 합성될 수 있음을 보여 줌으로써 검증되었다. 생명의 기원으로 가는 두 번째 단계인 원시 지구 대기에서 만들어진 간단한 유기물들이 오랜 세월 동안 원시 해양 속으로 흘러들어가 축적되면서 단백질이나 핵산과 같은 복잡한 생체 고분자 유기물들이 만들어지는 것은 폭스가 뜨겁고 건조한 조건에서 아미노산을 폴리펩티드로 합성하는 데 성공함으로써 증명되었다. 그렇다면 생명의 기원으로 가는 세 번째 단계인 자기 복제를 할 수 있는 생명체가 되기 위해서는 생체 고분자 화합 물질들이 외부와 격리될 수 있는 막이 필요하다.

오파린은 탄수화물, 단백질 및 핵산의 혼합체로부터 코아세르베이트를 만들었는데, 이것이 원시 생명체로 진화하는 생명의 전구체였을 것이라고 주장하였다. 오파린은 원시 바다에서는 코아세르베이트가 무수히 많이 생겨났을 것이라 보았고 이들의 조성이 점점 복잡해지면서 효소와 DNA가 만나 자기 복제를 할 수 있음에 따라 궁극적으로는 스스로 증식할 수 있는 단계에까지 도달했다고 보았다. 그리고 이들이 증식 능력과 물질 대사 능력을 가짐에 따라 생명체의 진화가 시작되었을 것이라고 설명하였다.