How we think complex cells evolved - Adam Jacobson

복잡한 세포가 진화된 것에 대한 우리의 의견- 아담 제이콥슨

번역: Yo-han Kim 검토: Jeong-Lan Kinser

What if you could absorb another organism

만약에 당신이 다른 생물을 흡수해서

and take on its abilities?

그들의 능력을 수행할 수 있다면 어떨까요?

Imagine you swallowed a small bird and suddenly gained the ability to fly.

예를 들어, 작은 새를 삼키고 난 후 갑자기 날 수 있게 된다거나

Or if you engulfed a cobra

코브라를 흡수한 후에 치아에서 독을 뱉어내는 능력을 가지게 된다면요?

and were then able to spit poisonous venom from your teeth.

Throughout the history of life,

생명의 역사를 통틀어서 특히 진핵생물의 진화과정 동안에는

specifically during the evolution of complex eukaryotic cells,

things like this happened all the time.

이와 같은 일이 늘 일어났습니다.

One organism absorbed another,

한 생명체가 다른 생명체를 흡수하여

and they united to become a new organism with the combined abilities of both.

둘이 결합해 새로운 생명체가 될 때 양쪽 능력을 모두 지니게 되었죠.

We think that around 2 billion years ago,

우리가 믿는 바로는 약 20억년 전에

the only living organisms on Earth were prokaryotes,

지구상에 살던 유일한 생명체는 원핵생물 뿐이었습니다.

single-celled organisms lacking membrane-bound organelles.

막결합성 세포내 소기관이 결여된 단세포 생물 말입니다.

Let's look closely at just three of them.

원핵생물의 예를 딱 세가지만 주의깊게 살펴봅시다.

One was a big, simple blob-like cell

하나는 커다랗고 단순한 방물 모양의 세포로

with the ability to absorb things by wrapping its cell membrane around them.

자신의 세포막으로 다른 사물을 감싼 후 그 사물을 흡수하는 능력이 있었죠.

Another was a bacterial cell

또 하나는 박테리아 세포로

that converted solar energy into sugar molecules through photosynthesis.

광합성을 통해 태양 에너지를 당분으로 바꿀 수 있었습니다.

A third used oxygen gas to break down materials like sugar

셋째는 산소 기체를 이용하여 당을 분해하고

and release its energy into a form useful for life activities.

그 에너지를 생명체들의 활동에 유용한 형태로 배출했습니다.

The blob cells would occasionally absorb the little photosynthetic bacteria.

방울 형태의 세포는 광합성이 가능한 작은 박테리아를 종종 흡수했습니다.

These bacteria then lived inside the blob and divided like they always had,

흡수된 박테리아는 방울 안에서 살면서 평상시처럼 분화했지만

but their existence became linked.

그 둘은 서로 연결된 상태로 존재했습니다.

If you stumbled upon this living arrangement,

만약 당신이 이 결합생물과 우연히 마주치게 된다면

you might just think that the whole thing was one organism,

두 생명체를 전적으로 단일한 생물로 여기고 지나칠 수도 있을 겁니다.

that the green photosynthetic bacteria were just a part of the blob

초록의 광합성 박테리아가 단지 방울 세포의 일부로서

that performed one of its life functions,

고유한 생명 기능을 수행할 거라고 말이죠.

just like your heart is a part of you

마치 당신의 심장이 당신의 일부로서

that performs the function of pumping your blood.

피를 펌프질하는 기능을 수행하고 있듯이 말이죠.

This process of cells living together is called endosymbiosis,

이렇듯 두 세포가 함께 살아가는 과정을 세포내 공생이라 합니다.

one organism living inside another.

한 생명체가 다른 생명체 안에서 살아가는 거죠.

But the endosymbiosis didn't stop there.

그러나 세포내 공생이 여기서 그치는건 아닙니다.

What would happen if the other bacteria moved in, too?

만일 또 다른 박테리아가 들어 온다면 어떻게 될까요?

Now the cells of this species started becoming highly complex.

이러한 종의 세포는 고도로 복잡한 상태를 띄게 됩니다.

They were big and full of intricate structures

몸집이 커진 세포 내에 복잡한 구조물이 채워지는데

that we call chloroplasts and mitochondria.

바로 엽록체와 미토콘드리아라고 불리는 세포내 구조물입니다.

These structures work together to harness sunlight,

이들은 서로 협조하면서 하나는 태양빛을 동력화하여

make sugar,

당을 만들고, 나머지 하나는 산소를 이용하여 그 당을 분해하는 데,

and break down that sugar using the oxygen

that right around this time started to appear in the Earth's atmosphere.

때마침 그 즈음에 지구의 대기 중에 산소가 처음 나타났던 겁니다.

Organisms absorbing other organisms

생명체가 다른 생명체를 흡수하는 건

was one way species adapted to the changing environmental conditions

생명체가 자신을 둘러싼 환경적 조건의 변화에 적응하는

of their surroundings.

다양한 방식 중 한 가지였던 겁니다.

This little story highlights what biologists call the endosymbiotic theory,

이 짧은 이야기를 통해 부각된 세포 내 공생이론은, 생물학에서

the current best explanation of how complex cells evolved.

현재로선 복잡한 세포의 진화 과정을 가장 잘 설명한다고 인정되고 있습니다.

There's a lot of evidence that supports this theory,

이 이론을 뒷받침하는 근거가 많이 존재하지만,

but let's look at three main pieces.

주요한 세부분만 살펴봅시다.

First, the chloroplasts and mitochondria in our cells multiply the very same way

우선, 현대의 세포내에서 엽록체와 미토콘드리아가 분화하는 방식이

as those ancient bacteria,

고대 박테리아의 분화 방식과 아주 유사하다는 점.

which are still around, by the way.

고대 박테리아도 여전히 존재하거든요.

In fact, if you destroy these structures in a cell, no new ones will appear.

사실 세포 내의 이것들이 파괴되면, 다시 재생되지 않습니다.

The cell can't make them.

세포가 그들을 만들어내지 못한다는 말입니다.

They can only make more of themselves.

세포는 오직 세포 자신만을 더 만들어낼 수 있을 뿐이죠.

Second piece of evidence.

둘째 근거로는,

Chloroplasts and mitochondria both contain their own DNA and ribosomes.

엽록체와 미토콘드리아가 각기 고유한 DNA와 리보소옴을 함유하고 있거든요.

Their DNA has a circular structure

이들의 DNA는 원형의 구조로서,

that is strikingly similar to the DNA of the ancient bacteria,

고대 박테리아의 DNA와 놀라울 정도로 비슷하고,

and it also contains many similar genes.

많은 비슷한 유전자를 지니고 있습니다.

The ribosomes, or protein assembly machines of chloroplasts and mitochondria,

엽록체와 미토콘드리아에 딸린 단백질 합성공장인 리보소옴 역시

also have the same structure as ribosomes of ancient bacteria,

고대 박테리아의 리보소옴과는 구조가 동일하지만,

but are different from the ribosomes

진핵 세포의 나머지 세포질에 딸려 있는 리보소옴과는 구조가 다릅니다.

hanging around the rest of eukaryotic cell.

Lastly, think about the membranes involved in the engulfing process.

마지막으로 흡수 과정과 관련된 막에 대해서 생각해 봅시다.

Chloroplasts and mitochondria both have two membranes surrounding them,

엽록체와 미토콘드리아를 감싸고 있는 막이 각각 두개씩 있습니다.

an inner and outer membrane.

안쪽에 하나와 바깥쪽에 하나 말이죠.

Their inner membrane contains some particular lipids and proteins

양자의 안쪽 막엔 특별한 지질과 단백질이 함유되어 있는데,

that are not present in the outer membrane.

이는 바깥쪽 막에는 존재하지 않습니다.

Why is that significant?

그게 왜 중요할까요?

Because their outer membrane used to belong to the blob cell.

그들의 바깥쪽 막이 과거에는 방울 세포의 것이었기 때문이죠.

When they were engulfed in the endosymbiosis process,

녀석들이 세포내 공생을 위해 흡수되는 과정에서

they got wrapped up in that membrane and kept their own as their inner one.

방울 세포에 속했던 막에 둘러 싸일 때 자신의 막은 안쪽에 지켜냈던 겁니다.

Surely enough, those same lipids

확실히 그 특정한 지질과

and proteins are found on the membranes of the ancient bacteria.

단백질 역시 고대 박테리아의 막에서도 발견이 됩니다.

Biologists now use this theory

생물학자들은 이 이론을 이용해

to explain the origin of the vast variety of eukaryotic organisms.

다양한 세포내 공생 현상의 기원을 설명하려 합니다.

Take the green algae that grow on the walls of swimming pools.

수영장 벽에서 자라는 녹조류를 예를 들자면,

A larger eukaryotic cell with spinning tail structures, or flagella,

회전하는 꼬리 구조, 즉 편모를 지닌 비교적 커다란 진핵 세포가

at some point absorbed algae like these to form what we now call euglena.

어느 순간 이와 같은 조류를 흡수하여 현재 유글레나라 불리는 생물이 되었죠.

Euglena can perform photosynthesis,

유글레나는 광합성을 할 수 있고,

break down sugar using oxygen,

산소를 이용해당을 분해시키며,

and swim around pond water.

연못 주의를 헤엄쳐 다닙니다.

And as the theory would predict,

앞선 설명을 빌어 오자면

the chloroplasts in these euglena have three membranes

유글레나 내의 엽록체는 세 개의 막을 지녔는데,

since they had two before being engulfed.

흡수되기 전에 두개의 막을 가지고 있었기 때문이죠.

The absorbing process of endosymbiotic theory

세포내 공생이라는 이론에 의하면

allowed organisms to combine powerful abilities

생명체가 강력한 능력을 다양하게 조합할수록,

to become better adapted to life on Earth.

지구 상의 삶에 더 잘 적응할 수 있게 됩니다.

The results were species capable of much more

공생의 결과로 생겨난 생명체가 지닌 능력은

than when they were separate organisms,

개별적인 생명체들에 비해 훨씬 다양했습니다.

and this was an evolutionary leap

이는 진화의 과정에서의 일종의 커다란 도약이

that lead to the microorganisms, plants,

바로 이러한 과정을 통해서 미생물, 식물, 그리고 동물들이

and animals we observe on the planet today.

오늘날 우리의 행성에서 볼 수 있도록 생겨나게 했던 것입니다.