살아있다는 것은 무엇일까 : 세포

이번 글에서는 세포의 개념을 다룰 것입니다. 세포란 무엇이며, 어디에서 오며, 세포의 단일성과 다양성에 대한 세포 관련 주제를 다뤄 보기로 합니다.

 

 

세포의-구성-요소

 

생명의 기본 단위, 세포

 

살아있다는 것은 무엇일까? 페투니아, 사람, 그리고 연못 밑 찌꺼기 덩어리는 살아있으나, 돌과 모래, 여름바람은 그렇지 않다. 그러면 살아있는 것과 그렇지 않은 것을 구별하는 기준이란 과연 무엇일까? 

 

지금으로선 당연한 기초적인 사실이지만, 175년 전에 모든 생물체가 세포로 구성된다는 사실이 처음 밝혀졌을 때는 놀랍고도 혁명적인 생각이었다. 세포는 막으로 둘러싸인 작은 단위체로, 여러 화학물질이 포함된 수용액으로 차있고, 성장과 분열을 통해 자신을 복제할 수 있는 특별한 능력을 갖추고 있다. 가장 간단한 생물체는 1개의 독립된 세포로 되어있다. 그러나 사람을 포함하는 고등생물은 1개의 수정란이 반복하여 성장과 분열을 통해 형성한 세포의 공동체이다. 모든 동물과 식물은 특화된 기능을 담당하는 개별세포의 거대한 집단이며, 복잡한 정보전달체계를 가진 유기적 결합체이다.

 

세포는 생명의 기본적인 단위이다. 따라서 생명의 정의와 작동원리에 대한 세포생물학 안에 포함된다. 세포의 구조와 기능, 행동에 대한 이해로부터 지구에 존재하는 생물체의 기원과 수십억 년에 걸친 진화로 인한 다양성, 그리고 지구의 가능한 모든 서식지 분포 등 오랜 비밀에 대한 연구이다. 동시에 세포 생물학은 바로 우리가 우리 자신에게 갖는 질문에 대한 해답을 제공한다. 우리는 어디에서 왔는가? 어떻게 하나의 수정란 세포에서 발생하였는가? 개개인이 지구상의 다른 개인과 비슷하고도 구별되는 이유는 무엇인가? 왜 병들고, 나이가 들며, 죽게 되는가?

 

 

모든 살아있는 세포는 유사한 화학 성분으로 구성된다

 

 

동물과 식물이 엄청난 다양성을 보이지만, 사람들은 유기체들이 생물체라 불릴 수 있는 어떠한 공통점을 갖고 있다는 것을 태곳적부터 인지했다. 대부분의 생물체의 세포는 겉으로 보기에는 매우 다른 것 같지만, 근본적으로는 유사한 내부 구조로 이루어졌다.

 

현재 우리는 세포가 화학적 측면에서 놀랄 만큼 서로 유사하며, 대부분의 세포내 기능에서 동일한 분자기구를 공유한다는 사실을 알고 있다. 모든 세포는 동일한 종류의 화학반응에 관여하는 동일한 종류의 물질들로 구성되어 있고, 유전 정보를 유전자의 형태로 DNA 분자에 저장한다. 유전정보는 동일한 화학적 암호로 쓰이고, 같은 화학적 골격을 지니고 있으며, 기본적으로 동일한 화학적 도구로 해독된다. 그리고 세포나 유기체가 번식할 때 유전정보는 같은 방식으로 복제된다. 

 

 

살아있는 세포란 촉매제의 자기복제 집합체이다

 

 

살아있는 생물의 성질로서 가장 일반적으로 언급되는 속성은 복제를 한다는 점일 것이다. 세포로서 복제과정은 유전물질과 다른 성분을 2배로 늘리고 다시 반으로 나누는 일을 하며, 똑같은 복제의 회로를 수행할 수 있는 한 쌍의 딸세포를 만드는 것이다. 

 

오로지 살아있는 세포만이 놀랄만한 자기 복제가 가능하다. 바이러스 역시 DNA 나 RNA의 형태로 정보를 보유하지만 그들 자신의 노력만으로 생식할 수 있는 능력은 없다. 대신, 그들은 그들이 침입하여 자신의 복제품 만들어놓은 세포의 생식 기구에 기생한다. 따라서 바이러스는 사실상 살아있다고 하기는 어렵다. 바이러스는 화학적 좀비라소 할 수 있으며, 숙주세포 외부에서는 활성을 가지지 않고, 일단 세포 내로 침입한 후에 해로운 결과를 나타낼 수 있다. 

 

 

현존하는 모든 세포는 동일한 조상으로부터 진화한 것으로 보인다

 

 

진화론은 현존하는 세포들이 갖는 기본 특성이 왜 유사한지에 대해 의미심장한 설명을 제시한다. 다시말해 현재의 모든 생물은 궁극적으로 하나의 공통 조상으로부터 자신의 유전정보를 물려받았다는 것이다. 이 조상세포는 약 35-38억 년 전에 존재했을 것으로 추정되며, 따라서 이 세포는 현재 지구상에 존재하는 생물에서 나타나는 공통 원형을 지니고 있었을 것으로 추측된다. 돌연변이와 자연선택이라는 매우 긴 과정을 통해 이 조상세포의 후손들이 점차 다양화되어 지구 구석구석을 생물채로 채웠으며, 다양한 방식으로 끊임없이 세포 내 기구들을 발전시켜 왔다.