모든 생물의 공통 조상

현존하는 모든 생물의 공통 조상(영어: last universal ancestor, LUA 또는 영어: last universal common ancestor, LUCA, 혹은 cenancestor)은 현재 지구에 살아 있는 모든 생물들의 공통 조상이다. 모든 생물의 공통 조상은 약 35억년에서 38억년 사이(고시생대)에 출현한 것으로 보고 있다. LUCA는 적어도 다중 조상들 모델보다 102860배나 더 가능성이 높다. 단일 공통 조상에 대한 모델은 종간의 유전자 교환이 가능하다면 다중 조상들 모델보다 103489배나 더 가능성이 높다. 지구상에 살았던 모든 독립적인 생물들이 공유하는 특성들에 기초를 하여, LUCA의 윤곽을 추론할 수 있다. 유전 암호는 DNA를 기반으로 한다. DNA는 4개의 뉴클레오타이드인 디옥시아데노신, 디옥시유리딘, 디옥시구아노신, 디옥시사이티딘로 구성되며, 나머지 뉴클레오타이드는 배제된다. 유전 암호는 3가지 뉴클레오타이드로 구성된 코돈으로 구성되며, 이로 인해 64개의 조합을 만들수 있다. 만들 수 있는 조합은 64가지인데 아미노산의 종류는 20가지이므로 동일한 아미노산에 여러 개의 코돈이 대응될 수 있다. DNA는 DNA 중합효소로 인해 이중 나선으로 구성된다. DNA는 보존 효소들의 조합으로 관리되며, 여기엔 토포아이소머라아제, 리가아제와 다른 DNA 수리 효소들로 구성된다. 또한 DNA는 히스톤과 같은 응축 단백질로 보호받는다. 유전 암호는 중개자로 단일 나선의 RNA를 사용한다. RNA는 DNA에 의존적인 RNA 중합효소로 만들어지며, DNA와 뉴클레오타이드가 유사하나, 사이티딘이 유라실로 교체되는 점이 다르다. 그러나 여러 연구들에서 LUCA는 DNA가 없고 RNA만을 이용했다는 연구들이 있다. 유전 암호는 단백질을 생산한다. 모든 종류의 생물들은 단백질 작용의 결과물이다. 단백질은 자유 아미노산이 리보솜에서 mRNA, tRNA, 그리고 다른 관련 단백질을 번역하면서 조립된다. 리보솜은 2가지 소단위체로 구성되는데, 하나는 크고 하나는 작다. 각각의 리보솜 소단위체는 리보솜 단백질에 둘러싸인 리보솜 RNA로 구성되어 있다. RNA 분자들(rRNA, tRNA)은 리보솜 안의 촉매반응에 중요한 역할을 담당한다 코돈에서 만들어진 단백질을 구성하는 20개의 아미노산이 단백질로 사용된다. L-이성질체의 아미노산만이 사용된다. 글루코스는 에너지 원으로 쓰이며, 탄소는 오직 D-이성질체만 사용된다. ATP은 에너지 매개물로 사용된다. 수백개의 효소들이 화학반응에 촉매로 작용하여 지방, 당분, 아미노산으로부터 에너지를 뽑아내며, 또한 반대로 조합하기도 하며, 핵산은 임의의 화학 통로를 이용하여 조합한다. 세포는 물을 기반으로 한 세포질로 구성되어 있으며, 이는 이중 지질막으로 효과적으로 둘러싸져 있다. 세포 안에는 바깥에 비교할 때 소듐함량이 낮고 포타슘함량이 높다. 이런 농도는 특별한 이온 펌프로 유지된다. 세포는 세포 분열을 통한 복제로 증식된다. 찰스 다윈은 1859년 종의 기원에서 보편적 공통 조상 이론을 내보였으며, 이렇게 말하고 있다 "그러므로 나는 아마 지구상에 살았던 모든 유기적인 존재가 지나간 처음 살았던 원시적인 형태가 존재할 것이라고 추측한다." 이 글의 마지막 문장은 이 가정을 고쳐 말한 것으로, "생물의 힘에 대한 위대함엔 몇 개 혹은 하나의 존재가 숨쉬고 있는 걸 볼 수 있다" LUCA가 가정되었을때, 분류학은 고균과 현재의 세포와의 유전적 간격이 오래전에 떨어졌음을 지적하고 있다. 이점은 알려진 모든 종류의 고균이 극단적인 환경에 견대면서 살아가는걸 본 과학자들은 열수 분출공에서 발전되어 갔다고 주장하였으며, 이는 현재도 매우 유력한 주장이다. 그러나 연구를 계속한끝에 고균들은 그보다 더 안전한 환경에서도 관찰되며, 많은 부분이 아직 밝혀지지 않았지만 고균이 박테리아보단 진핵 생물쪽에 좀더 가까운 분류라고 믿게 되었다. 1998년 칼 워즈는 (1) 각각의 유기체들이 LUCA라고 볼 수 없으며, (2) 현대 유기체들의 유전자는 고대 유기체들의 수평적 유전자 이동에서 일어났다라고 주장했다.2010년 위의 주장들을 기반으로 한 LUCA에 대한 공식적인 문제제기인생명의 모든 분야에서 찾을 수 있는 광대한 분자에 대한 결론"이 출판되었는데, 여기에선 LUCA의 등장을 넘어 유전자 이동을 포함하는 다양한 대안 가설에 대해 다루었다. 그러나, 이 문제제기는 유기체들의 커뮤니티에 대한 가정에 대해, LUCA가 없더라도 다른 장소와 시간에 다른 유전자 형을 가진 군락을 필요로 하는 모호한 면을 가지고 있다. 또한 이 문제제기도 독립된 생명체 군집이 한 종에게서 효율적으로 필수적인 유전 물질을 교환 받는 행위에 대해선 긍정하고 있음을 보여주고 있다. 대체적으로 진화의 나무에서 LUCA는 칼 우즈의 분자 연구에 기반을 한 "전통적 생명의 나무"에서의 박테리아, 진핵생물과 고균 가지의 뿌리에 위치하고 있다. 뿌리가 어디에 속하느냐 대한 소수의 연구들은 제각각 달리 끝났는데, 즉 LUCA가 후벽균에 속하는가 혹은 녹만균류에 속하냐가 있는데, 후자는 토마스 칼리버-스미스가 녹만균류가 진핵생물 + 고균류의 기반이 되면서도 박테리아에 속한다고 주장하고 있다. 다음은 2006년 토머스 캐빌리어스미스가 제안한 생명의 나무 계통 분류이다. 공통 조상 화학진화 Pulves 외, 이광웅 외 역, 생명 생물의 과학, 2006, 교보문고, ISBN 89-7085-516-5- 제4부 진화의 과정 ~ 제5부 다양성의 진화에서 사용된 번역어 Theobald, D. L. (2010). “A formal test of the theory of universal common ancestry”. 《네이처》 465 (7295): 219–22. doi:10.1038/nature09014. PMID 20463738.  Doolittle, W. F. (2000). “Uprooting the tree of life” (PDF). 《Scientific American》 282 (6): 90–95. doi:10.1038/scientificamerican0200-90. PMID 10710791. 2011년 1월 31일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2011년 7월 29일에 확인함.  Glansdorff, N.; Xu, Y; Labedan, B. (2008). “The Last Universal Common Ancestor: Emergence, constitution and genetic legacy of an elusive forerunner”. 《Biology Direct》 3: 29. doi:10.1186/1745-6150-3-29. PMC 2478661. PMID 18613974.  Hesman Saey, T. (2010년 5월 14일). “All Modern Life on Earth Derived from Common Ancestor”. Discovery News. 2012년 8월 25일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2012년 7월 9일에 확인함.  Wächtershäuser, G. (1998). “Towards a reconstruction of ancestral genomes by gene cluster alignment”. 《System. Appl. Microbiol.》 21 (4): 473–477. doi:10.1016/S0723-2020(98)80058-1. . Gregory, Michael. “What is Life?”. Clinton College. 2007년 12월 13일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2010년 3월 1일에 확인함. . Pace, Norman R. (2001). “The universal nature of biochemistry”. 《Proceedings of the National Academy of Sciences》 98 (3): 805–808. Bibcode:2001PNAS...98..805P. doi:10.1073/pnas.98.3.805. PMC 33372. PMID 11158550. . Wächtershäuser, G. (2003). “From pre-cells to Eukarya — a tale of two lipids”. 《Mol. Microbiol.》 47 (1): 13–22. doi:10.1046/j.1365-2958.2003.03267.x. PMID 12492850. . Marshall, Michael. “Life began with a planetary mega-organism”. New Scientist. . Darwin, C. (1859). “종의 기원”. John Murray: 490.  Xie Q; Wang Y; Lin J; Qin Y; Wang Y; Bu W (2012년 1월). “Potential Key Bases of Ribosomal RNA to Kingdom-Specific Spectra of Antibiotic Susceptibility and the Possible Archaeal Origin of Eukaryotes” (PDF). 《PLoS ONE》 7 (1). PMID 3256160.  Yutin N; Makarova KS; Mekhedov SL; Wolf YI; Koonin EV (2008년 5월). “The deep archaeal roots of eukaryotes”. 《Mol. Biol. Evol.》 25 (8): 1619–30. doi:10.1093/molbev/msn108. PMC 2464739. PMID 18463089. 2009년 5월 3일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2012년 7월 9일에 확인함.  Woese, Carl (1998). “The universal ancestor”. 《PNAS》 95 (12): 6854–9. doi:10.1073/pnas.95.12.6854. PMC 22660. PMID 9618502. 2008년 6월 5일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2012년 7월 9일에 확인함. . Theobald, Douglas L. (2010년 5월 13일). “A formal test of the theory of universal common ancestry”. 《Nature》 (London: Macmillan Publishers Limited) 465 (7295): 219–22. doi:10.1038/nature09014. ISSN 0028-0836. PMID 20463738.  Steel, Mike; Penny, David (2010년 5월 13일). “Origins of life: Common ancestry put to the test”. 《Nature》 (London: Macmillan Publishers Limited) 465 (7295): 168–9. doi:10.1038/465168a. ISSN 0028-0836. PMID 20463725.  Boone, David R.; Castenholz, Richard W. (2001). George M. Garrity, 편집. “The Archaea and the Deeply Branching and Phototrophic Bacteria”. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology 1 2판. Springer: 721. ISBN 978-0-387-98771-2.  Valas, R. E.; Bourne, P. E. (2011). “The origin of a derived superkingdom: How a gram-positive bacterium crossed the desert to become an archaeon”. 《Biology Direct》 6: 16. doi:10.1186/1745-6150-6-16. PMC 3056875. PMID 21356104.  Cavalier-Smith T (2006). “Rooting the tree of life by transition analyses”. 《Biol. Direct》 1: 19. doi:10.1186/1745-6150-1-19. PMC 1586193. PMID 16834776. 2019년 12월 18일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2012년 7월 9일에 확인함.  Cavalier-Smith T (2006). “Cell evolution and Earth history: stasis and revolution”. 《Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci》 361 (1470): 969–1006. doi:10.1098/rstb.2006.1842. PMC 1578732. PMID 16754610.