진핵 세포
원핵에서 진핵으로, 단세포에서 다세포로
지구에 최초로 나타난 생명체는 단순한 구조의 단세포 원핵생물이었다. 원핵생물 중에는 남세균과 같이 막 구조와 엽록소를 가지고 광합성을 하는 조금 더 복잡한 형태가 나타나기도 했지만, 여전히 단순한 구조를 하고 있었다. 그 후 원핵세포보다 복잡한 구조를 가진 진핵 세포가 출현하였다.
진핵 세포는 유전 물질이 막으로 싸인 핵 속에 들어 있어서 ‘진정한 핵을 가진 세포’라는 의미이다. 그러나 진핵 세포가 단순히 핵이 뚜렷하게 존재한다는 것만을 의미하는 것은 아니다. 진핵 세포의 세포질에는 아래 그림과 같이 미토콘드리아나 엽록체와 같이 막으로 둘러싸인 다양한 세포 소기관이 있어서 원핵세포보다 구조적으로 더 복잡하고 훨씬 조직화되어 있다. 오늘날 세균을 제외한 동물, 식물, 곰팡이 등 대부분의 생물은 진핵 세포로 이루어져 있다.
과학자들은 진핵 세포에 있는 막으로 싸인 여러 세포 소기관의 형성 과정에 대해 몇 가지 가설을 제안한다. 막 함입설은 세포막이 안쪽으로 함입되어 세포 안으로 떨어져 들어가서 세포 소기관이 만들어졌다고 설명한다. 세포막은 유동성이 있으므로 핵, 소포체, 골지체처럼 막 구조를 가지고 있는 세포 소기관은 이런 방식으로 형성될 수 있을 것이다. 그러나 자체DNA를 가지고 자기 복제를 하는 미토콘드리아와 엽록체의 형성 과정은 이 가설로 설명할 수는 없다.
미토콘드리아와 엽록체의 유래를 설명하는 유력한 가설로는 세포내 공생설이 있다. 이 가설에 따르면 미토콘드리아와 엽록체는 산소 호흡을 하는 호기성 세균이나 광합성을 하는 남세균처럼 하나의 독립된 원핵생물이었지만, 더 큰 세포에 먹혀 소화되지 않고 공생 관계를 이루며 살다가 세포 소기관으로 분화되었다는 것이다. 숙주 세포에 살게 된 호기성 세균은 숙주 세포로부터 안전한 장소와 유기물을 공급받았으며, 숙주 세포는 호기성 세균의 산소 호흡으로 더 많은 에너지를 얻게 되었다. 또, 숙주 세포에 살게 된 남세균은 이산화탄소와 양분을 공급받았으며, 숙주 세포는 남세균이 광합성을 통해 생산한 유기물을 이용할 수 있게 되었다. 이들의 공생은 더욱 의존적이 되어 따로 떨어져서는 살 수 없게 되어 미토콘드리아나 엽록체 같은 세포 소기관이 되었을 것이다.
▶ 미토콘드리아와 엽록체 중 어떤 것이 먼저 공생하여 분화된 것일까? 그렇게 생각한 근거는 무엇인가?
세포내 공생설을 뒷받침하는 근거는 많다. 먼저 미토콘드리아와 엽록체의 DNA와 리보솜은 진핵 세포보다 원핵세포와 유사하다. 미토콘드리아와 엽록체의 막이 두 겹이라는 것도 이들이 외부에서 들어온 세포라는 것을 보여 주는 것으로 생각한다. 바깥쪽 막은 숙주 세포에 섭취될 때 숙주 세포의 세포막이 접혀 들어간 것이고, 안쪽 막은 호기성 세균이나 남세균의 세포막에서 유래되었다는 것이다.
관련문제
- 정답
- 1
- 해설
- 원핵 세포와 진핵 세포는 공통적으로 유전 물질과 단백질 합성 기구인 리보솜을 가진다. 단, 원핵 세포의 유전 물질은 세포질에 분포하지만 진핵 세포의 유전 물질은 핵 속에 존재한다.
ㄴ. a, b는 이중막으로 둘러싸여 있다.
ㄷ. 엽록체가 미토콘드리아보다 일찍 공생 관계를 형성하였다.
- 1. ㄱ
- 2. ㄴ
- 3. ㄱ, ㄴ
- 4. ㄴ, ㄷ
- 5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
- 정답
- 3
- 해설
- 동식물에 모두 존재하는 미토콘드리아가 식물에만 있는 엽록체 보다 더 먼저 공생 관계를 형성하였다. 엽록체는 동물과 식물이 분화한 다음 식물 세포의 조상과 공생 관계를 맺었을 것이다.