최근 수정 시각 : 2024-06-17 08:45:37

세포 내 공생설

단세포에서 다세포 동물로
<colbgcolor=#F1FCFE> 원시세포의 탄생 모든 생물의 공통 조상
원핵생물의 시대 남세균 ㅣ 스트로마톨라이트
진핵생물 세포 내 공생 ㅣ 그리파니아
다세포 동물의 탄생 깃편모충
껍질의 시작과 동물의 분화 소형패각화석 ㅣ 에디아카라 동물군
안구의 시작과 동물의 세분화 캄브리아기 대폭발

1. 개요2. 상세
2.1. 색소체
3. 여담

1. 개요

Endosymbiotic theory 내부공생이론 또는 내부공생.

서로 다른 종류와 성질을 가진 원핵생물들이 생존 방법으로써 공존을 택하여 진핵생물로 진화했다는 가설이다. 즉, 다른 원핵생물에게 먹힌 또다른 원핵생물이 사라지지 않은채로 남아서 공존하게 되었다는 것.

2. 상세

세포 내에서 핵의 지배를 받지 않고 독자적으로 행동할 수 있는 미토콘드리아와 엽록체의 기원을 설명하는 가설이다. 미토콘드리아와 엽록체는 각자 자체적인 유전정보 DNA를 가지며 자신이 필요로하는 효소의 일부를 스스로 생산할 수 있기에, 기존의 학설인 '세포막 함입설'로써는 이 둘을 설명하기에 어려움이 많았다.[1]

린 마굴리스(Lynn Margulis)[2]는 이에 '세포 내 공생설'을 내세웠다. 원핵생물이 아메바처럼 다른 원핵생물을 잡아먹을 때 바로 분해되어 흡수되지 않고, 원핵생물 내에서 살면서 그들의 대사에 참여하였다는 것이다. 즉, 공생관계를 맺으면서, 원핵생물들은 한 세포막 안에서 살게 되었으며 이를 통해 복잡한 구조의 진핵생물로 진화하게 되었다고 주장하였다.

미토콘드리아와 엽록체의 '형태' 그 자체가 세포 내 공생의 증거이다. 미토콘드리아와 엽록체는 이중막 구조로 되어 있다. 이둘의 내막에는 원핵생물의 효소와 전자전달계가 존재하며 외막은 세포막과 유사하다. 또한 미토콘드리아와 엽록체가 복제되는 형상이 원핵세포와 유사한 방식으로 분열되며 자신만의 DNA가 존재한다. 자체적인 리보솜도 가지고 있어 단백질을 합성할 수 있는데, 뉴클레오타이드 서열, 항생제 감수성, 리보솜의 크기 등등이 원핵세포와 유사한 점으로서, 세포 내 공생설을 뒷받침해주고 있다.[3]

특히 고세균은 미토콘드리아나 색소체가 없을 뿐 진핵생물과 세포 구조가 매우 유사하기 때문에 원핵생물 중에서도 고세균이 미토콘드리아의 조상과 남세균의 조상과 공생하면서 진핵생물이 탄생한것으로 보인다.

또한 흥미로운 사실은, 이러한 공생 구조는 생명체의 더 거대한 영역에서도 반복되고 있다는 것이다. 소화기관 속에 서식하면서 음식물의 분해 및 흡수를 돕는 미생물들의 역할은 미토콘드리아의 역할과 매우 흡사하다.[4]

2.1. 색소체

참조 문서: https://www.nature.com/articles/s41467-021-22044-z

파일:EndosymbiosisPlastid.png
  • 해당 논문에서 제안된 색소체 내공생 모형. 왼쪽은 Stiller 등에 의해, 오른쪽은 Bodyl 등에 의해 제안되었다.

2021년 색소체 내부공생에 관한 최신 논문이 발표되었다.

논문 제목 및 초록은 다음과 같다.
홍조류에서 파생된 색소체 기원을 함의하는 진핵생물 진화에 대한 분자적 시간 척도
  • 초록
    현대 해양 생태계는 진핵 식물 플랑크톤은 규조류, 와편모조 및 coccolithophores와 같은 홍조류 유래 색소체를 가진 조류들에 의해 지배됩니다. 이들 그룹과 매우 다양한 형태와 라이프스타일을 대표하는 다른 많은 그룹이 함의하는 생태학적 중요성에도 불구하고 우리는 여전히 그들이 진화한 과정과 색소체를 얻은 방법에 대한 포괄적인 이해가 부족합니다. 여러 내공생에 의한 홍조류 유래 색소체를 획득한 과정을 설명하기 위한 새로운 가설이 등장했지만, 이러한 독립적인 추정 색소체 획득에 대한 연대기는 아직 검증되지 않은 상태로 남아 있습니다. 여기에서 다양한 진핵생물 간 광범위한 샘플링을 통해 계통 유전체 데이터 세트에 적용된 베이지안 분자 시계 분석을 사용하여 수 차례 일어난 세포 내 공생 시나리오에서 홍조류 유래 색소체가 기원한 것에 대한 시간대를 설정합니다. 모든 홍색 색소체를 포함하는 그룹에 대한 줄기 계보가 시간에 겹치기 때문에 직렬 내공생 가설이 연대순으로 가능하다는 것을 알 수 있습니다. 중생대와 신원생대 사이 이 기간은 현대 해양에서 홍조류 유래 1차 생산 우세로 이후 확장을 위한 무대를 설정했으며, 이는 지구 화학적 및 생태적 조건을 근본적으로 변경했습니다.

3. 여담

  • 세포 내 공생설(Endosymbiotic theory)는 세포막 함입설과 함께 진핵 세포의 형성에 대한 가설이다.

[1] 출처: The origin of mitosing cells: 50th anniversary of a classic paper by Lynn Sagan (Margulis) [2] 칼 세이건의 첫번째 아내이다. [3] 출처: J Martijn and TJG Ettema. From archaeon to eukaryote: the evolutionary dark. ages of the eukaryotic cell [4] 미토콘드리아가 세포에서 떨어져나가면 곧 사멸하는 것처럼 대장균도 몸에서 배출될 경우 얼마 살지 못하고 사멸한다.

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