새 연구: 철은 초기 지구의 바다에서 생명 과정의 필수 전이 금속이었다

Seoul최근 연구에 따르면, 지구의 고대 바다에서 초기 생명체가 최초로 사용한 전이 금속은 철이라고 합니다. 미시간 대학교, 캘리포니아 공과대학교, 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스의 과학자들은 초기 생물학적 과정에서 철의 역할을 연구했습니다. 그들은 산소가 없는 고대 바다에서의 많은 철의 존재가 초기 생명체가 다른 전이 금속을 사용하는 것을 어렵게 만들었다는 사실을 발견했습니다.

시생누대(Archean Eon)는 약 40억 년 전부터 25억 년 전까지 지속되었으며, 당시 바다에는 Fe(II)라는 형태의 철이 많이 용해되어 있었습니다. 그러나 약 25억 년 전, 대산소화 사건(Great Oxygenation Event)이 발생했습니다. 이 사건으로 인해 산소를 생성하는 광합성이 바다의 화학적 구성을 변화시키면서 Fe(II)를 Fe(III)로 바꾸었습니다. 그 결과 철은 녹지 않게 되고 생물학적으로 이용할 수 있는 철의 양이 줄어들었습니다.

이 연구의 주요 요점은 다음과 같습니다.

초기 지구의 바다에서는 철이 가장 풍부하고 접근 가능한 금속이었습니다. 대산소화 사건으로 인해 이용 가능한 철의 양은 줄어들고 다른 금속의 이용 가능성은 늘어났습니다. 생명체는 처음에는 거의 철에 의존해 생물학적 기능을 수행했습니다. 산화 이후, 생명체는 여러 가지 기능에 다른 금속을 활용하도록 적응했습니다.

이 연구는 초기 생명의 분자들이 선택의 폭이 좁았으며, 오늘날 아연, 니켈, 망간과 같은 금속이 하는 역할을 자주 철이 수행했다고 제안합니다. 예를 들어, 현대 효소는 주로 아연을 사용하지만, 데이터에 따르면 고대 효소는 철을 효과적으로 사용했을 가능성이 있습니다. 철은 아르케아누스기에 풍부하고 적응력이 뛰어나 중요한 역할을 했던 것으로 보입니다.

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연구자들은 초기 바다에 얼마나 많은 금속이 있었는지를 알아내기 위해 암석과 화학 데이터를 조사했습니다. 이 연구는 생명체가 환경에 적응할 수 있다는 것을 보여주며, 다양한 금속, 특히 철 외의 금속을 사용함으로써 생명이 새로운 방식으로 진화하는 데 도움이 되었음을 암시합니다.

철의 독특한 특성은 초기 생물의 진화를 가속화했을 가능성이 있다. 연구자들은 철이 생물학적 과정에서 다양한 역할을 할 수 있음을 발견했으며, 이는 이러한 과정의 속도를 높였을 수 있다. 이는 대산소화 사건 이후 단순한 미생물에서 더 복잡한 생명체로의 빠른 변화에 대한 설명이 될 수 있다.

연구는 또한 생명체가 스스로의 화학적 성질을 변화시키고 적응할 수 있다는 개념을 제시합니다. 오늘날 철 이외의 금속을 활용하는 효소들은, 생명이 철이 부족한 환경에 적응하는 과정에서 이러한 능력을 발전시켰을 가능성이 있습니다. 철이 점점 구하기 어려워지면서, 생명체들은 다른 금속을 사용하기 시작했고, 이는 에너지를 처리하는 새로운 방법과 다양한 생명체 형성으로 이어졌습니다.

이 연구는 초기 생명체의 금속에 대한 필요성을 이해하는 방식을 변화시키며, 생물학적 시스템이 환경 내 화학 성분의 변화에 얼마나 잘 적응할 수 있는지를 보여줍니다. 이는 최초의 생명체가 금속이 풍부한 환경에서 어떻게 그 상황을 관리했는지에 대한 통찰을 제공하며, 지금의 다양한 생명체가 나타나게 된 과정을 설명합니다.