[1강 생명] 변화와 에너지 사용

☆ 이 글은 스미스소니언 교양과학 백과를 참고하여 포스팅되었습니다.

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1. 생명의 변화

 생명체는 세월에 따라 기본 구조부터 급격하게 변화한다. 하지만 이러한 과정에는 비교적 명확한 연속성이 보이기 때문에 생물학자들은 그 흔적을 추적하여 오늘날 여러 형태의 생물들이 걸어온 길을 엿볼 수 있는 것이다. 예를 들어 오늘날의 육상 생물은 아주 오랜 옛날에 일부 바다 생물들이 육지에 적응한 것이다. 그리고 이 동물 중 일부가 육상 척추동물의 시조가 되었다. 그 증거로, 오늘날 모든 척추동물에는 척추에서 항체까지 조상이 어류로 추정되는 특징들이 남아있다. 이러한 연속성과 변화가 함께 존재할 수 있는 것은 두 가지 요소 때문인데, 이는 유전자와 진화이다.

 

(1) 유전자(genes)

 유전자는 생명체의 세포 내에 있는 유전의 기본 단위인 DNA로 구성된다. 유전자가 자손에게 전해지면, 이로 인해 자손이 부모로부터 이어받을 성질이 결정되는 것이다. 생식에는 무성생식과 유성생식이 있는데, 무성생식을 하는 아메바의 경우 자손은 부모와 똑같은 유전자를 지닌다. 하지만 유성생식의 경우, 부모에게서 각각 받은 유전자가 새로운 조합으로 섞이기 때문에 자손에게 이어지는 성질을 예측하기가 쉽지 않다.

 

(2) 진화(evolution)

 사실 생물학적 변화의 주 동력은 진화인데, 진화를 통해서만이 기존의 종에서 새로운 계까지 완전히 새로운 종류가 나타날 수 있기 때문이다. 진화의 기본원리는 다음과 같다. 일단 무작위적인 돌연변이가 발생하고, 환경에 적응하는 정도에 따라 이들의 생존이 결정되는 것이다. (자연선택)

 

목이 짧은 기린은 도태되고, 목이 긴 기린은 높은 곳에 있는 먹이도 먹을 수 있어 살아남는다.

 물론 무작위적인 돌연변이는 흔히 일어나지 않는다. 방사능이나 일부 화학 물질이 유전물질에 갑자기 변형을 일으키면 빠르게 일어난다. 대부분의 돌연변이는 생명체에게 해롭지만, 가끔 환경에 대한 개체의 적합성을 증가시키기도 한다. 돌연변이가 생존에 더 유리한 방향으로 나타나면 정상적인 개체보다 번식 능력이 뛰어나게 되고, 더 널리 퍼지게 된다.

 

 연속성과 변화는 개별적 개체 수준에서도 나타난다. 대표적인 예가 개구리인데, 개구리는 알에서 부화하여 올챙이가 되고, 성장하면 개구리가 된다. 낙엽수도 마찬가지이다. 매년 잎을 버리고 새로운 잎을 만들어낸다.

 

2. 에너지의 사용

 에너지(energy)란, 지난 화학 포스팅에서도 정의하였지만, 일을 할 수 있는 능력이다. 에너지 없이 살 수 있는 생명체는 존재하지 않는다. 우리 주변에는 수많은 에너지가 있으나, 대부분의 생물이 살아가는 데에 필요한 에너지를 공급하는 것은 태양일 것이다. 식물은 무기물(물, 이산화탄소)과 함께 빛 에너지(태양 에너지)를 이용하여 양분을 만들어내는 광합성(photosynthesis)을 한다. 그 외의 생명체들은 식물을 직접 먹거나 식물을 먹은 동물을 먹으며 에너지를 얻는다.

 

 생명체들은 에너지를 유용하게 사용하기 위해 조절(regulation)이 필요하고, 그 에너지를 얻기 위해 생명체들이 받아들여야 할 조건이 상호의존(interdependence)이다. 

 

(1) 조절

 세포들은 생화학적 작용을 통제함으로써 스스로를 조절하는데, 예를 들어 신경계와 내분비계를 통해 유지되는 일정한 체온과 혈압 등이 있다. 뇌는 피부의 열수용기에서 감지한 신호에 따라 체온이 높으면 땀샘에서 땀을 분비하여 체온을 낮춘다. 신체 내부의 환경을 일정하게 유지시키는 능력을 항상성(homeostasis)라고 하는데, 이 현상은 조절 기능보다 좀더 포괄적인 의미라고 보면 된다.

 

우리 몸의 체온이 유지되는 원리

 

(2) 상호의존  

 어떠한 생명체가 고립되어서 살아가는 일은 드물다. 생명체는 살아가는 데 필요한 여러 물질들을 다른 생명체에 의존한다. 동식물의 사체로부터 나온 여러 무기물들은 식물에게 광합성에 필요한 재료를 제공하며, 초식 동물은 식물을 먹고, 육식동물은 초식동물을 먹는다. 암수 개체는 서로 의존하며 짝짓기, 보육, 공동사냥 등을 해낸다. 따라서 생태계가 거대한 상호 의존 네트워크라 불리는 것이다.