요약
콜라겐 분해 효소가 산소를 쓰는 세균으로 퍼지면서 몸이 연한 동물의 화석이 줄었다는 연구가 나왔습니다.
케임브리지 대학교 지구과학과 연구팀이 Current Biology에 발표한 연구입니다. 뼈나 껍데기 없는 '젤리 주머니' 같은 초기 동물은 화석으로 잘 남았는데, 그 뒤의 연한 몸 동물은 왜 거의 남지 않았는지 설명하려 했습니다.
왜 중요한가
- 바다 화학이나 해저 미생물 막처럼 일부 지역에만 들어맞던 설명 대신, 어디에나 적용될 수 있는 생물학적 원인을 제시했습니다.
- 화석이 줄어든 까닭을 동물 쪽이 아니라 사체를 분해하는 미생물의 진화에서 찾았습니다.
핵심 내용
- 연구팀은 세균 유전체 약 700개에서 콜라게나제(콜라겐을 끊는 효소) 유전자를 찾아 연대가 매겨진 생명의 계통수와 비교했습니다.
- 이 효소는 동물보다 훨씬 오래됐지만, 처음에는 산소를 견디지 못하는 혐기성 미생물에만 있었습니다.
- 그래서 에디아카라기(5억 7,900만~5억 3,900만 년 전) 바다에서는 퇴적물 속 산소가 바닥날 때까지 사체의 콜라겐이 버텼습니다.
- 캄브리아기로 넘어갈 무렵 이 효소가 산소를 쓰는 세균으로 퍼졌고, 같은 시기에 연한 몸 동물의 화석이 크게 줄었습니다.
- 주저자 필립 빅세복세는 효소가 생기기 전의 콜라겐을 분해할 상대가 없는 오늘날의 플라스틱에 비유했습니다.
HN 반응
- 여러 이용자가 리그닌(나무를 단단하게 하는 고분자)을 분해할 균류가 없어 석탄기에 석탄이 쌓였다는 비슷한 가설을 떠올렸고, 기후와 지형 탓이라는 반론도 나왔습니다.
- 콜라겐을 만드는 데 비타민 C가, 일부 콜라겐에는 미량의 브로민까지 필요하다는 생화학 보충 설명도 이어졌습니다.
콜라겐은 모든 동물에 다량으로 들어 있는 기초적인 단백질 부류입니다. 그런데 좀 특이합니다. 표준 유전 암호가 직접 지정하지 않는 아미노산인 하이드록시프롤린이 들어 있거든요. 단백질이 합성된 뒤에 프롤린이 변형되어 만들어지는데, 이 변환에는 비타민 C가 필요하고, 이게 제대로 안 되는 것이 괴혈병의 병리 가운데 하나입니다.
콜라겐 중 하나인 IV형 콜라겐에는 황-질소 이중 결합이라는 특이한 결합이 있습니다. 이것도 (역시 번역 후 변형으로) 브롬을 시약으로 써서 만들어지기 때문에, 브롬(브로민화물 형태)은 식단에서 극미량이 필요한 필수 미량 원소입니다. 이 사실이 밝혀진 것은 2014년에 들어서였습니다.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24906154/
소금에는 불순물로 브로민화물이 항상 들어 있고, 그 양이 충분히 많아서 브로민화물 결핍이 관찰된 적은 한 번도 없습니다.
브로민화물도 동물에게 필수 영양소라는 사실이 이렇게 늦게 밝혀진 이유가 바로 이것입니다.
소금을 충분히 먹지 않으면 나트륨 부족으로 저나트륨혈증이 생기고, 치료하지 않으면 결국 사망에 이릅니다. 염화물이나 브로민화물, 요오드화물이 부족해서 생기는 증상은 그보다 훨씬 전에는 나타나지도 않습니다.
우리가 또 뭘 놓치고 있을지 생각해 보면 흥미롭네요. 인간을 장기간 우주로 보내려면 이런 문제가 틀림없이 튀어나올 겁니다.
그냥 주기율표 전체를 같이 실어 보내는 게 낫겠네요.
리그닌도 비슷한 일이 벌어져서 세계 석탄 매장량 대부분이 생겼다는 가설이 있습니다. 약 3억 년 전 석탄기에 식물이 분해하기 어려운 유기 고분자인 리그닌류를 진화시켰고, 그 결과 아무것도 소화하지 못하는 죽은 식물 조직이 엄청나게 쌓였습니다. 이 상황은 균류가 리그닌을 분해하는 능력을 진화시키고 나서야 끝났습니다.
석탄 형성에 관한 부분은 여기를 보세요. https://en.wikipedia.org/wiki/Carboniferous
'새는 어떻게 에베레스트산 위를 날 수 있을까'를 4억 5천만 년 전부터 거의 기본 원리에서 출발해 설명하는 블로그 글이 있는데, 정말 좋아합니다. 리그닌의 등장과 이를 분해하는 생물학적 과정의 부재가 얽혀 있죠. 아주 재미있고 가볍게 쓰였고, 전체적으로 그냥 사랑스러운 글입니다. https://nautil.us/why-birds-can-fly-over-mount-everest-237864
공유해 주셔서 감사합니다. 이야기를 참 잘 풀어냈네요. 닉 레인의 책 "Oxygen"도 제가 아주 좋아하는 책입니다.
그래서 석탄기(Carboniferous)라는 이름이 붙은 거죠. 말 그대로 "석탄을 가져오는"이라는 뜻이거든요!
이런 설명도 있습니다. "두 번째 가설은 석탄기의 지리적 환경과 기후가 지구 역사상 독특했다는 것이다. 습윤한 적도 지대에 걸쳐 있던 대륙의 위치, 높은 생물 생산성, 그리고 두꺼운 이탄 퇴적을 가능하게 한 낮고 물에 잠긴 채 천천히 가라앉던 퇴적 분지가 함께 존재했던 것만으로 석탄 형성의 정점을 설명하기에 충분했다는 것이다."
대립하는 가설이 나올 때 흔히 그렇듯, 이 경우에도 석탄기의 석탄 형성에는 두 원인이 모두 기여했을 가능성이 높습니다.
석탄이 많았던 시기의 정점이 다른 어느 시대와 비교해도 워낙 압도적이어서, 하나의 원인만으로 설명되기는 어려워 보입니다.
비슷한 효소를 이용해 플라스틱을 소화하는 세균이 앞으로 진화할 수도 있다는 추측이 생각할 거리를 던져 줬습니다. 실제 논문도 오픈 액세스이고, '확장 PDF'에 흥미롭게 읽은 입문 자료가 들어 있습니다.
콜라겐 종류마다 영향을 받는 방식이 다르다는 점이 흥미롭네요. 인체에서 콜라겐이 망가지는 여러 질환의 해법으로 이어질 수도 있을 테니까요.