[세포생물학] 다세포 생물의 진화, 생물의 복잡성과 다양성, 식물계 진화, 동물계 진화

많은 진핵생물은 세균처럼 자기 복제를 하는 단세포 생물이다. 진핵생물은 크게 균계, 식물계, 동물계, 원생생물계로 나뉘며, 가장 단순한 진핵생물의 하나로 효모를 들 수 있다. 효모는 세균보다 복잡하지만 동물, 식물세포보다는 작고 단순하다. 

 

 

생물의 분류체계, [출처] 이태호의 미생물 이야기(1)

 

 

진핵생물의 복잡성과 다양성

가장 많이 연구되고 있는 누룩 효모는 세포의 직경이 6 um, 1200만 bp의 DNA를 가진다. 다른 단세포 진핵생물은 훨씬 더 복잡해서 어떤 것은 사람 세포와 비슷한 양의 DNA를 가지고 있다. 이들은 광합성, 운동, 먹이 포획 및 소화기능을 수행할 수 있다. 예를 들면 섬모충 원생동물인 짚신벌레는 크고 복잡한 한 개의 세포로 이루어져 있는데, 길이가 약 350 um 정도이다. 움직이면서 세균과 효모를 잡아먹는다. 놀랍게도 짚신벌레의 유전체는 사람 유전체보다 약 2 배 더 크다. 이러한 사실은 유전체 크기나 유전자 수가 개체의 복잡성과 직접 연관된 것은 아님을 보여 준다. 다세포 생물은 최소 17 억 년 전 단세포 진핵생물로부터 진화하였다. 처음에는 단순한 다세포 개체를 이루고 있던 세포들이 점점 더 특화되고 기능을 나누어 맡게 되면서 현재의 인간을 포함한 동식물세포에서 나타나는 복잡성과 다양성을 가진 여러 세포들이 출현하게 되었다.

 

식물계 진화, 주요 구성요소

동물과 비교했을 때, 식물은 훨씬 적은 종류의 세포로 구성된다. 하지만, 전체적으로 식물개체가 살아가는 데 필요한, 특화된 기능을 수행하는 세포들을 가지고 있다. 식물세포는 기본조직, 표피조직, 유관속조직 등 3 종류의 조직으로 크게 나눌 수 있다. 기본조직부터 살펴보자. 기본조직은 3 종류의 세포로 구성되는데, 광합성을 비롯하여 세포 대사작용을 수행하는 유세포 (parenchymal cell), 두꺼운 세포벽으로 식물의 구조적 지지역할을 하는 후각세포 (collenchyma cell)와 후벽세포 (sclerenchyma cell)로 구성된다. 표피조직은 식물의 표면을 이루는 세포로서 식물체를 보호하는 막을 형성하고 영양분을 흡수하는 표피세포로 구성된다. 마지막으로 유관속조직은 물과 영양분을 운반하는 긴 세포들 (xylem과 phloem)로 이루어진다.

 

동물계 진화, 주요 구성요소

동물은 식물보다 훨씬 더 다양한 세포로 구성된다. 예를 들면, 사람은 200 종 이상의 다른 세포로 구성되어 있다. 이 세포들은 크게 상피조직, 결합조직, 혈액, 신경조직, 근육 등 5 종의 주요 조직으로 나뉜다. 상피조직은 상피세포 (Epithelial cell)로 구성되는데 신체와 내장기관의 표면을 형성한다. 여러 종류의 상피세포가 존재하며 이들은 각각 특정 기능을 수행하도록 특화되어 있다. 예를 들어보자. 섬유세포 (Fibroblast)는 느슨한 결합조직을 이루는 세포로 상피층의 아래에서 기관, 조직사이의 공간을 채우는 역할을 한다. 다음으로, 혈액은 여러 종류의 세포로 구성된다. 적혈구 (Erythrocytes)는 산소 운반, 백혈구는 염증반응과 면역반응을 수행한다. 신경조직은 뉴런으로 구성되며 신체에서 신호를 전달하도록 특화되어 있다. 눈과 귀의 감각세포는 외부신호를 받아들일 수 있도록 매우 특화된 세포이다. 마지막으로 근육조직의 근육세포는 힘을 발생시키고 신체 운동을 담당한다. 위 예시만을 보아도 동물은 세포의 다양성과 특화성을 발달시켜 온 결과라고 볼 수 있다. 하나의 수정란으로부터 어떻게 이와 같이 다양하고 특화된 세포들을 성장, 분화시킬 수 있는지를 이해하는 것이 세포분자생물학의 중요한 과제라고 보인다.