지금부터 25~30억년 전 대기는 뜨겁고 습하며 산소는 거의 포함하고 있지않은 반면에 수증기를 비롯하여 이산화탄소 메탄 암모니아와 같은 기체를 다량포함하고있었을것입니다 또 바다샘플을 채취해 초고배율 전자현미경으로 검사하면 자가복제가 가능한 거대분자를 찾을 수있을지도 모르죠 여기서 거대분자란 작은 단위 분자의 집적으로 형성된 좀 더 큰 분자를 의마합니다 작은 단위 분자로부터 거대 분자를 형성하는 과정을 중합이라고 하는데 이는 마치 벽돌로 벽을 만드는것과 유사합니다 이 단위 분자를 서로 붙여주는 시멘트 역할은 여러 화학물질과 다양한 세기의 물리적 인력이 담당하고 있습니다 이 거대 분자는 오늘날의 바이러스 중 일부와 유사하다고 할수있지만 바게리아 같은 초기 생명체 형태와 유사해지기위해서는 유전 효소 형성, 에너지 보존, 보호를 위한 외피 형성 그리고 단세포, 다세포 생명체 탄생과 같은 여러 중요한 생화학적, 생물리학적 과제가 해결되어야 했습니다 먼저 유전이라는 과제는 초기의 자가 복제 가능한 거대 분자에 의해 성공적으로 해결되었습니다 덕분에 현재 유전의 기초인 DNA라는 거대 분자는 그 초기 형태에서 거의 변형되지 않았을 것으로 추정됩니다.

효소는 생명과정의 가장 기본 단계에 사용되기 때문에 효소 형성은 여러 과제 중에서도 생명체의 발전을 위해 서둘러 해결되어야 했습니다 효소란 살아 있는 생명체에서 이루어지는 특정 화학반응의 속도를 빠르게 하는 물질입니다 수년의 시간이 소용되는 화학 변화를 한 순간에 이루어질 수 있게 하는 것이 바로 효소입니다. 음식을 소화시키기 위해 에너지를 변화하기 위해 조직을 생성하기 위해 그리고 거의 모든 생화학반응을 수행하기 위해 모든 생명체는 효소를 사용합니다

에너지 보존과 활용이라는 과제는 광합성의 발달로 일부 초기 생명체에서 깔끔하게 해결되었습니다 광합성은 태양광 에너지를 사용해 이산화탄소와 물을 탄수화물로 변형시키는 효소 공정으로 그 산물인 탄수화물이 생존을 위한 연료이자 성장을 위한 구조물로 이용됩니다 덕분에 이 초기 생명체들은 수많은 식물 종으로 진화하게 됩니다.

생물체 발전 초기의 어느시점에서 특정 원시 생명체에서 나타난 한 효소는 생존과 관련한 여러 생물학적 문제를 해결한 독특한 물질인 아스코르빈산을 만들어냅니다 아스코르빈산은 생명체가 만들어내는 여러 크고 복잡한 분자에 비해 단순한 물질이나 다소 불안정한 특성 때문에 이후에 인류는 이물질을 파악하는데 어렴움을 겪게됩니다.아스코르빈산은 여섯 개의 탄소 원자, 여섯 개의 산소원자, 여덟 개의 수소원자를 포함하는 탄수화물 유도체, 즉 포도당과 밀접한 관련이 있습니다 포도당은 에너지의 주 원천으로 거의 모든 생명체애 존재하고 아스코르빈산은 효소 작용에 의해 이런 포도당으로부터 생성됩니다 , 아스코르빈산 생성능력이 거의 모든 생명체에 넓게 분포되어있다는 사실은 보면 생명체 발달과정 가운데 초기의 성과임을 짐작할 수 있습니다. 단순한 식물 복잡한 식물 원시동물종으로부터 고도로 조직화된 동물 종에 이르기까지 대다수의 생명체가 비교적 많은 양의 아스코르빈산을 자체 생성합니다 우리는 대부분의 동식물이 아스코르빈산 생성능력을 가지고 있다는 사실에서 생명체가 동식물이 아스코르빈산 생성능력을 가지고 있다는 사실에서 생명체가 동식물로 나뉘기전에 이능력이 형성되었음을 추측할 수 있습니다 아스코르빈산을 생성하지 못하는 일부 미생물과 동물은 대부분 생존을 위해 아스코르빈산을 따로 섭취해야만 합니다.

산소가 희박한 환경에서 당시 원시 생명체가 가진 전자 포획의 필요성 때문에 아스코르빈산을 생성하는 메카니즘이 구축된 것으로 추정됩니다. 이는 생명체가 생존하고 고등 생명체로 진화하는 중요한 계기가 되었습니다. 이 과정에서 나타난 광합성이 식물이 발달하는 데에 큰 역할을 했고 그 결과 식물이 근 10억 년에 걸쳐 어마어마 하게 번성하면서 대기의 화학 조성을 완전히 바꿔놓았습니다. 대기의 산소함량증가로 인해 변화된 것은 또있는데요 산소는 대기 상류층에서 태양광에 의해 오존이라는 활성화된 형태로 변형되는데 이 오존층은 태양광으로부터 오는 치명적인 자외선을 제거하는 필터 역할을 하여 결과적으로 대지에서 생명체가 살아갈 수 있는 환경을 만들어냅니다. 화석 기록으로 볼 때 이 일련의 사건은 복잡한 다세포 생명체의 발달에 훨씬 앞서 최소 6억년 전에 이루어진 것으로 보입니다. 캄브리아기 이전의 생명체 형태에서 크게 진화하지 않은 채 오늘날까지 생존하고 있는 유일한 생명체는 박테리아 같은원시 단세포 생명체입니다 이들은 아스코르빈산을 필요로 하지 않을 것이라 추정되나 다세포 형태로 진화된 모든 동식물은 아스코르빈산을 만들어내거나 이를 필요로 합니다 아스코르빈산이 다세포 생명체로의 진화에 촉진제 역할을 한것인지 확언할순없지만 생명체가 살기 부적합하고 변화가 큰환경에서 생존을 위해 필요한 생화하학적 적응능력을 향상시키는 역할을 했을것이란 사실은 분명합니다.

배아는 태아가 발달하는 짧은 과정 동안 선대에서 오랜 시간에 걸쳐 밟아온 여러 진화 단계를 압축적으로 거칩니다. 19세기 발생학자들은 이를 개체 발생은 계통 발생을 반복합니다. 아스코르빈산은 태아 발달 과정에서 배아가 형체 없는 세포 덩어리 상태인 극 초기부터 감지됩니다. 병아리의 배아 발달을 예로 들자면 막 낳은 달걀에는 아스코르빈산이 없지만 성장하는 배아의 초기 배반엽단계에서부터는 이것이 감지되기 시작합니다. 이 단계의 배아는 어떤 기관도 나타나지 않은 세포 덩어리에 불과합니다. 이는 화석과 현존하는 생명체를 통틀어 우리가 아는 가장 원시적인 다세포 생명체와 유사합니다 식물에서도 마찬가지죠 씨앗에는 아스코르빈산이 없지만 식물의 배아가 발달을 시작하면서 아스코르빈산 생성도 시작됩니다

 

생명의 진화 –어류에서 포유류까지

심해 한가운데서 포유류 및 인간으로 진화할 척추동물의 시작이 이루어지는 현장으로 가볼게요 정도의 차이는 있지만 단단한 척추를 가지고 있고 또한 정교하고 복잡하게 조직화된 근육 신경계를 가지고 있으며 진화의 과정에서 한계점에 도달하게 되는 무척추동무로가 달리 이들은 환경에 효율적으로 대처하는 능력도 가지고 있습니다 모든 변화는 이들의 생존 가능성을 높이는 방향으로 이루어지는데 원시 척추동물인 어류는 발달된 신경계와 빠르게 작동하는 근육계를 가지고 있어 먹이를 잡고 적을 비롯한 위험으로부터 피하는 능력이 뛰어났습니다 이같은 근신경계의 발달을 위해서는 다양한 생화학 과정이 이루어질 수 있는 복합적이고 특화된 기관계의 바달이 선행되어야만했고 활동량이 증가하면서 아스코르빈산 필요량 역시 엄청나게 증가했습니다 무척추동물의 단순한 기관은 활동적이고 민첩한 척추동물의 필요를 충족시킬수없었기에 많은 변화가 필요했ㄷㄴ 것입니다 . 성공적인 진화의 산물이었어류는 이ㅣ후 1억 년 가까운 시간 동안 수중세계를 지배합니다 그리고 그제야 자연은 생명체로 붐비는 바다에서 육지로 동물을 이동시킬 또 다른 실험을 수행합니다 사실 이때 자연은 이미 식물을 바다에서 꺼내 육지로 정착시켜 토지를 식물로 뒤덮이게 만든경험이있어죠 이번실험은 두 개의 선 상에서 동시에 시도되었는데 하나의 선 상에서는 어류가 물 밖에서도 존재할 수 있도록 구조를 변화시키는 작업이 이루어졌고 다른 선 상에서는 총채적인 개조작업이 이루어졌습니다 어류의 부레와 지느러미를 변화시키는 것으로 진행되었던 첫 번째 작업은 폐어 (lung fish)라는 결과물을 내며 더 이상 발전하지못하고 반면에 야심차게 진행된 총체적 개조작업은 완벽한 생화학적 변화 생활사의 변화를 일으켜 양서류라는 결과물을 낳았습니다

진화의 다음단계는 온전히 육지에서 서식하는 동물인 파충류는 만드는 것으로 피부가 비늘로 덮여있고 기거나 걷거나 달리며 일부는 엄청난 크기로 자라기도 했습니다 이들 중 일부는 물다시 수중으로 돌아갔고 다른 일부는 하늘로 나아가 온혈동물인 조류로 진화했습니다 조류는 비슷한 진화 단계에서 등장한 원시 포유루와 같은 방식으로 아스코르빈산 문제를 해결했다는점에서 우리의 관심 대상이죠

원시동물의 흔적을 따라가다보니 아스코르빈산의 역사를 추적할수있게되었네요 현존하는 양서류 파충류 조류 포유류의 대표 동물이 자신의 먼 시조와 같은 생화학적 구조를 가진다고 가정하면 이 불가사의 한 분자에 대해 더 알아볼수있스빈다 척추동물은 모두 특정 역할을 수행하는 명확한 기관계를 가지고 있습니다 . 보통 하나의 신체기ㅗ간은 하나의 주된 생물학적 기능과 부수적이지만 중요한 여러 생화학적 역할을 가집니다 예를들어 신장의 주된 기능은 선택적 여과 및 배출이지만 신체가 필요로 하는 주요 화학물질을 생성하는 효소 저장소 역할도 합니다 신체에서 가장 큰 기관인 간 또한 해독 담즙생성 잉여탄수화물저장이라는 주된 기능을 갖지만 다른 여러 부수적인 역할을 수행합니다

현존하는 어류 양서류 파충류는 그들의 신장에서 아스코르빈산을 생성합니다 이들보다 더 고등 척추동물인 포유류를 조사하면 신장이 아니라 간에서 아스코르빈산 생성을 하죠 진화과정 속에서 생화학반응으로 복잡한 신장에서 더 충분한 공간을 가진 간으로 아스코르빈산을 합성하는 효소가 옮겨간것입니다 더 필요하니 진화가 제시해준 해답인셈입니다 . 오래된 ㅈ류 종인 닭 비둘기 부엉이는 신장에서 아스코르빈산 생성이 이루어지는 반면 이후에 진화된 종인 구관조나 명금은 신장과 간 모두에서 ,,나머지 다른 종은 간에서만 아스코르빈산 생성이 이루어집니다 조류의 경우 수백만 년동안 그들의 생리안에서 고정되어 진화가이루어져 한 장의 파노라마처럼 볼수있죠

신장에서 간으로의 아스코르빈산 생성 장소 이동은 온도 조절 메커니즘이 생겨 냉혈 척추동물에서 온혈 척추동물의 발달이 나타나던 시점에 이루어졌습니다 냉혈 척추동물인 양서류와 파충류는 그들의 작은 신장에서 생성된 아스코르빈산만으로도 필요한 양을 충족할수있었지만 온도조절메커니즘의 발달로 생겨난 포유류라는 매우 활동적인 척추동물은 사정이 달라 결국 간으로 이동하여 아스코르빈산 생산량을 늘렸습니다.

 

인류의 조상-영장류

 

이제 약6천5백만년에서 5천5백만 년전으로 가볼게요 온혈 척추동물은 이시기의 지배적인 동물이네요 이제 우리에게 익숙한 모습으로의 진화를 앞두고 있을것입니다. 이즈음 영장류의 조상에게 유전자 변이라는 중요한일이벌어집니다 이 유전자 변이는 이들을 이루는 생화학적 구성에서 중요한 효소 하나를 제거해버렸습니다 이효소의 결핍은 종의 생존에 치명적인 결과를 일으키기에 충분했고 만약 그렇게 되었다면 우리가 지금 이렇게 글을 읽고있지 못했을것입니다 . 다행히도 뜻밖의 상황이 조합되면서 인류는 지속되었습니다

우리가 잘아는 동물들은 모두 수십억개의 세포로 이루어져있습니다 세포 덩어리들은 각기 다른 조직을 이루고 조직이 모여 기관을 기관이 모여 하나의 개체를 이룹니다 .세포는 생명체의 기본이 되는 단위로 각 세포는 스스로를 인접한 다른 세포로부터 분리하고 생명 물질 덩어리를 감싸는 세포막을 가지고 있습니다 그리고 세포핵이 생명 물질 덩어리 안에서 세포 안의 작은 세포처럼 존재하고있습니다. 세포핵은 자가 복제가 가능한 거대 분자인 DNA를 가지고 있습니다 DNA는 유전의 생화학적 기초로 그 세포가 증식해 결국 나무가될지 물고기가될지 사람이될지를 결정합니다 DNA는 네가지 기본 단위 분자의 배열로 이루어진 길고 가느다란 이중나선 형태를 갖습니다 이나선에 배열된 네가지 분자의 순서를 유전코드라고 하는데 이 유전코드가 개체의 청사진을 결정합니다 세포가 분열을 통해 증식할 때 이 이중나선은 두 개의 단일 가닥으로 분리되고 각각의 딸세포가 이중 한 가닥씩을 받게됩니다. 딸세포는 그 한가닥을 복제하여 다시 이중나선을 만들고 결과적으로 하나의 딸세포가 한싸의 개체 유전코드사본을 갖게되는 것입니다.

기다란 실 형태의 분자인 DNA는 세포핵 내에서 규치적으로 꼬인 염색체라는 구조를 이루고있습니다 긴나선형의 DNA는 유전자라고 하는 특정구역으로 이루어집니다. 하나의 염색체는 수천개의 유전자를 가지고있습니다 유전자는 특정효소를 생성하는 등 하나의 기능을 지시하거나 조절하는 역할을 하는 DNA의 기능적 단위입니다. 한 유전자를 이루는 네가지 기본 단위 분자의 순서가 이 유전자에 의해 생성되는 효소의 단백질 구조를 결정합니다. 한유전자를 일n는 수천개의 단위 분자 중 하나라도 제자리에 있지 않거나 자리를 바꿀 경우 효소의 단백질 구조가 변형되어 그 기능이 변화되거나 소멸될 수 있습니다 이와같은 DNA내의 단위 분자 서열의 변화가 바로 유전자변이입니다 .

유전자 변이는 엑스선 자외선 감마선과 같은 방사선이나 여러 화학물질을 이용해 실험적으로 만들어낼 수 있습니다 자연은 개체의 진화에 필요한 변화를 주기위한 방법으로 유전자변이를 택했습니다 그리고 이를 위해 자연에 존재하는 강력한 우주광선을 사용했습니다 유전자 변이가 동식물의 생존에 도움을 주는 변화를 일으키면 그변이는 후손에게 전해져내려갔습니다 하지만 이것이 자손을 갖기전에 개체의 죽음을 유발할 경우 그 변이는 개체의 죽음과 함께 소멸되었습니다 이렇게 소멸된 유전자 변이를 치사 돌연변이라고 합니다 반면 충분히 치명적이지만 그 유전자 변이를 가진 개체가 생존하여 자손을 번식함으로써 변이자체가 소멸되지않는 경우가 있었습니다 이런경우를 조건부 치사 돌연변이라고 합니다 약6천5백만년에서 5천5백만년전 이간을 비롯한 현 영장류 공동의 조상인 원시 영장류에게일어났던 유전자 변이가 바로 조건부 치사 돌연변이였습니다 .

포유류에 해당하는 거의 모든 동물은 간에서 아스코르빈산을 만들어냅니다 이변환과정은 각기다른효소에 의해 조절되는 여러 단계의 화학반응으로 이루어져있습니다 원시 영장류에게 일어났던 유전자 변이 때문에 이 변화과정의 마지막 단계를 조절하는 효소인 L-굴로노락톤 산화효소의 생성능력이 상실됩니다 간에서 아스코르빈산을 만드는 능력을 잃게된 것이죠 또한 생명체의 여러 생화학작용을 위해 필요한 아스코르빈산이 결핍되자 원시 영장류는 괴혈병이라는 치명적인 질병을 앓게됩니다 그로부터 수백만 년이 지만 오늘날까지 인간을 비롯한원시영장류의 자손들은 간에서 일어나는 아스코르빈산 생성과정 마지막 단계를 조절하는 효소를 가지고있지않습니다 이것이 인간이 아스코르빈산을 생성하지 못하는이유입니다 . 포식자인 인간은 아스코르빈산을 풍부하게 함유한 식물과 곤충 작은 동물을 1년 내내섭취할 수 있는 열대 또는 아열대의 환경에서 살았습니다. 생존자체만을 위해 필요한 아스코르빈산의 양은 많지 않았기에 먹이를 섭취하는 것으로 일정부분 충족할수있었다는 점입니다. 먹이로부터 얻을수있었던 아스코르빈산의 양은 자체 생산양에는 미치지 못했지만 임상괴혈병으로 죽지는 않았습니다 여러 상황이 조합되면서 생존을 위협하지않았던 거죠 하지만 그들의 후손인 우리가 문명화를 거치게 되면서 유전자변이는 심각한 문제로 대두되기 시작합니다.

 

오늘은 평생을 아스코르빈산 연구에 바친 어윈 스톤박사의 “힐링팩터”라는 책을 가져왔습니다. 현대인의 대부분이 저아스코르빈산혈증을 겪고있기에 너무나 많은 질병에 시달리는것이라는데요 평소에 영양소가 중요하다고만 하고 제가 자세히 다루지는 않은것같아 비타민C부터 소개하려고 합니다. 이책은 너무나 중요하기에 나눠서 천천히 다루려고합니다.(그리고 나는 지금 나가야하니까) 담주에 나머지 내용으로 찾아뵐게요