초기 진핵생물은 산소 많은 얕은 해저에서 살았다

호주 맥더모트 지층의 미세 화석

연구팀은 호주 북부 **맥아더 분지(McArthur Basin)**에 있는 **맥더모트 지층(McDermott Formation)**의 암석을 조사했다. 이 지층은 약 17억 8천만~17억 3천만 년 전 형성된 것으로 추정된다.

이 암석에는 다양한 형태의 미세 화석이 보존되어 있으며, 연구자들은 이를 초기 진핵생물로 해석한다. 이러한 세포는 단순한 세균과 달리 세포 골격, 내부 막 구조 등 복잡한 세포 구조를 지녔을 가능성이 있다.

퇴적학적 분석에 따르면 이 생물들은 고대의 내해(inland sea) 환경의 얕은 해저에서 살았다. 즉, 깊은 외양이 아니라 갯벌이나 해저 퇴적물과 같은 연안 환경이었다.

산소가 있는 환경이었다는 증거

연구팀은 여러 종류의 데이터를 결합해 당시 환경을 재구성했다.

• 화석의 분포: 미세 화석이 해저 퇴적층에 집중되어 있어 생물들이 해저 위나 내부에서 살았음을 시사한다.
• 퇴적 환경: 암석이 심해가 아닌 조간대·연안 해양 환경에서 형성된 것으로 나타난다.
• 지구화학적 신호: 퇴적물의 화학적 특징은 이 지역에 국지적으로 산소가 존재했음을 보여준다. 당시 깊은 바다는 여전히 산소가 부족한 상태였다.

이러한 증거는 가장 오래된 진핵생물들이 산소가 있는 해저의 생태적 틈새에 적응한 저서 생물이었다는 해석을 뒷받침한다.

미토콘드리아와의 연결

산소가 있는 환경에서 살았다는 사실은 초기 진핵생물이 **산소 호흡(호기성 대사)**을 사용했을 가능성을 시사한다.

많은 연구자들은 이를 통해 이 생물들이 이미 미토콘드리아 또는 그와 유사한 에너지 생산 구조를 가지고 있었을 것이라고 해석한다. 미토콘드리아는 산소를 이용해 효율적으로 에너지를 생산하는 세포 소기관이다.

오늘날 알려진 모든 진핵생물은 미토콘드리아를 가진 조상에서 유래했기 때문에, 이번 연구는 미토콘드리아의 획득이 진핵생물 진화 초기 단계에서 일어났을 가능성을 강화한다.

왜 오랫동안 드물었을까

진핵생물은 약 17억~18억 년 전 이미 존재했지만, 이후 수억 년 동안 지구 생태계에서 크게 번성하지는 못했다. 당시 생물권은 여전히 대부분 세균과 고세균 같은 원핵생물이 지배하고 있었다.

그 이유 중 하나로 환경적 제약이 제시된다. 대기에 산소가 등장한 뒤에도 깊은 바다 대부분은 여전히 산소가 부족한 상태였기 때문이다.

그 결과 초기 진핵생물은 산소가 국지적으로 존재하는 얕은 해저 환경에 제한되었고, 생태적 영향력도 오랫동안 제한적이었다.

복잡한 생태계로 가는 긴 여정

이 연구는 지구 환경 변화와 복잡한 생명의 진화가 얼마나 밀접하게 연결되어 있는지를 보여준다.

초기 진핵생물 자체는 비교적 이른 시기에 등장했지만, 그들이 널리 퍼지고 다양화하기 위해서는 바다 전체에 산소가 더 널리 퍼지는 과정이 필요했다.

이후 해양 환경이 점차 산소화되면서 진핵생물은 해저를 넘어 바다 전체로 확산했고, 결국 조류와 다세포 생물, 그리고 훨씬 나중에는 동물로 이어지는 복잡한 생태계의 기반이 형성됐다.

호주에서 발견된 이 화석들은 바로 그 시기의 지구를 보여준다. 복잡한 세포는 이미 존재했지만, 아직 지구 환경이 그들이 번성하기에는 완전히 준비되지 않았던 과도기적 세계였다.