산소가 지구 대기와 생물에게 끼친 영향 (환원형 대기)

산소가 지구 대기와 생물에게 끼친 영향

지구 대기에 산소가 등장한 것은 생물에게 축복일까, 아니면 재앙일까? 현재의 지구대기에 적응하여 살아가고 있는 우리들은 산소가 부족하면 머리가 아프고 답답하며 산소 공급이 차단되면 생명의 위협을 느낀다.
그러나 산소가 없는 환경에서 생겨난 초기의 원핵생물들에게 산소는 매우 유독한 물질이었다. 산소는 반응성이 강해서 생명체를 구성하는 물질의 화학 결합을 공격하여 단백질이나 유전 물질을 변화시키고, 세포를 파괴하기도 한다. 이러한 산소의 독성 때문에 산소를 이용할 수 없는 많은 생물종이 멸종하고 일부만이 살아남았다. 이들은 오늘날 진흙이나 토양 속, 동물의 장 속과 같이 산소가 없는 환경에서 사는 혐기성 세균으로 남게 되었다.
대기 중의 산소량이 점차 증가하면서 산소를 이용하여 유기물을 분해하는 산소 호흡 생물체가 출현하게 되었다. 산소 호흡은 무산소 호흡에 비해 같은 양의 유기물을 분해하더라도 훨씬 많은 에너지를 얻을 수 있어 효율적이다. 따라서 산소 호흡을 하는 생물은 무산소 호흡을 하는 생물보다 생존에 유리하여, 점차 그 수와 종류가 늘어나게 되었다.
산소 호흡 생물이 유기물을 분해하는 과정에서 이산화탄소를 방출하고, 이것은 남세균에게 흡수되어 광합성에 이용된다. 남세균은 광합성 과정에서 산소를 방출하고, 이것은 산소 호흡 생물에게 흡수되어 이용된다. 즉, 산소 호흡 생물의 등장으로 이산화탄소가 대기에서 고갈되지 않고, 남세균의 광합성에 공급될 수 있게 되었다.

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대기 중의 산소를 이용한 호흡 산소 호흡 생물은 대기 중의 산소를 이용하여 호흡하고, 그 결과 생성된 이산화탄소는 독립 영양 생물의 광합성에 이용된다.

한편, 산소가 대기로 방출됨에 따라 원시 지구 대기를 구성하던 기체를 산화시켜 점차 현재와 같이 질소와 산소가 풍부한 대기로 바뀌게 되었다.

*질소 기체의 생성 : 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O
*오존의 생성 : 3O₂ → 2O₃

대기 중에 산소가 축적되면서 아래 그림과 같이 오존(O₃)이 만들어지고, 이것이 성층권에 오존층을 형성하게 되었다. 오존층은 지구로 유입되는 태 양광선 중 생물에게 해로운 자외선을 흡수하였다. 이러한 오존층의 생성으로 지표면에 도달하는 자외선이 감소함에 따라 그때까지 물속에서만 생활하던 생물들이 수중 환경에서 벗어나 육상으로 진출할 수 있는 환경을 제공하였다.

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오존의 생성이 생물에 미친 영향 오존은 태양으로부터 오는 자외선을 흡수하여 생물이 육상으로 진출할 수 있는 환경을 제공하였다.

1. 광합성 세균에 의해 생성된 산소는 지구 대기 성분에 어떤 변화를 주었는가?

원시 지구에 환원형으로 존재하던NH₃가 산소와 화학 반응을 하여 현재 대기에 가장 많은 양을 차지고 있는 질소(N₂) 기체를 생성하였다. 또, 자외선 등에 의해 산소의 화학 반응으로 오존(O₃)이 형성되어 지구 대기의 상층부에 오존층을 형성하게 되었다.

2. 대기 중의 산소가 생물에게 어떤 영향을 끼쳤는지 호흡 방식과 서식지의 변화로 설명해 보자.

대기 중 산소의 독성으로부터 세포의 손상을 방어하면서 산소 호흡을 하는 생물들의 출현이 가능해졌다. 또, 지구 대기의 상층부에 오존층이 생겨 우주로부터 유입되는 유해한 자외선의 대부분을 흡수함으로써 생물들의 서식지가 물로부터 육상으로 확대되었다.