호기성호흡과 혐기성호흡을 동시에 수행하는 온천에 사는 박테리아 : 창조 설계-생명 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

2025-04-06

호기성호흡과 혐기성호흡을 동시에 수행하는

온천에 사는 박테리아

(Aerobic and Anaerobic Hot Spring Bacteria)

by Frank Sherwin, D.SC. (HON.)

하나님은 혹독한 극한의 환경에서도 살아갈 수 있는 고세균(Archaea)이라는 원핵생물을 설계하셨다. 1969년 두 명의 미생물학자 토마스 브록(Thomas Brock)과 허드슨 프리즈(Hudson Freeze)는 옐로스톤 국립공원의 한 온천(hot spring)에서 내열성 박테리아(heat-resistant bacterium)를 발견했다. 이 호열성 박테리아의 이름은 테르무스 아쿠아티쿠스(Thermus aquaticus)였다. 생화학자 앨리스 치엔(Alice Chien)과 다른 사람들은 이 박테리아로부터 Taq 중합효소(Taq polymerase)라는 DNA 중합효소를 분리하였다. 후에 이 효소는 표적 DNA 영역을 증폭(복사)하는 중합효소 연쇄 반응에 사용됐다.

호열성 박테리아(thermophiles, 호열균)의 흥미로운 부분은 극도의 열에도 저항할 수 있게 하는 독특한 해부학적 구조이다. 예를 들어, 다른 박테리아와 달리 호열성 박테리아는 지방질 아실 에스터 지질(fatty acyl ester lipids)로 구성된 원형질막(또는 세포막)을 갖고 있다. 세포 내에는 매우 높은 온도에서 효율적으로 작동하도록 설계된 극한효소(extremozymes)라는 특수 내열성 효소가 있다. 세포 내부의 다른 단백질들은 감소된 표면 고리(surface loops)와, 놀랍게도 뜨거운 환경에서 구조를 안정화시키는 약한 결합(weak bonds)을 갖고 있다.

수십 년 동안 극한환경 미생물(extremophile)이라는 이름을 가진 이 그룹에 대한 많은 연구들이 이루어져왔다.[1, 2] 최근 몬태나 주립대학의 생물학자들은 옐로스톤의 온천에서 살아가는 새로운 박테리아의 발견을 발표했다.[3] 리사 켈러(Lisa Keller)와 다른 두 명의 연구자들은 호열균의 일종인 산수균류(Aquificales)를 찾아내고, 산소, 수소, 황을 사용하여 이 샘플을 실험했다. 놀랍게도 연구자들은 산소를 필요로 하는 호기성호흡(aerobic respiration, 산소호흡)과 혐기성호흡(anaerobic respiration, 무산소호흡)을 동시에 발견했다. 코튼(Cotton)은 보고했다. "세포는 각각 호기성호흡과 혐기성호흡을 통해, 산소로 호흡을 하거나, 산소가 아닌 대안적인 것으로 호흡을 한다. 그러나 두 가지를 동시에 하는 것은 알려져 있지 않았다. 적어도 그것이 일반적인 생각이었다."[4]

사람(그리고 동물)의 근육 세포(muscle cells)는 혈관을 통해 산소를 공급받음으로써 정상적으로 근육 수축 작용을 한다. 그러나 개인의 상태가 좋지 않아, 근육에 혈액 공급이 적절하지 못하거나, 격렬한 운동으로 빠르게 수축하는 조직에서는 산소가 도달하지 못한다. 하지만 이 경우에 하나님은 산소 결핍으로 인해 근육 세포가 죽어가는 대신에, 에너지(ATP)와 젖산(lactic acid)을 형성하는 혐기성 호흡으로 근육이 전환될 수 있도록 설계하셨다. 격렬한 운동 후에 24시간 정도 통증과 뻣뻣함이 유발되는 것은 바로 이 젖산 때문이다. 즉, 근육은 호기성 대사와 혐기성 대사 사이를 전환할 수 있도록 설계되었다.

과학자들은 호열균이 혐기성호흡과 호기성호흡을 수행할 수 있다는 것을 알고 있었지만, 연구자들은 산수균류가 동시에 두 가지 대사를 함께 수행할 수 있다는 사실을 발견했다 : "박테리아가 황화물을 생성하는(혐기성 과정) 동안에도 산소를 사용하고 있었기 때문에, 두 가지 대사가 함께 일어나고 있었다"[4] 과학자들은 Nature 지에 "이러한 관찰은 호기성 대사와 혐기성 대사 사이의 엄격한 구분이 있다는 기존 패러다임에 도전하는 것이다"라고 쓰고 있었다.[3]

또한 그들은 연속환경추적(CET, continuous environmental tracking) 이론을[5] 뒷받침하는 한 가지를 언급했다 : "이 호기성의 S0-환원 대사(S0-reducing metabolism)는 산소 이용 가능성이 낮고 가변적인 환경에서 경쟁 우위를 제공할 것으로 제안되었다."[3] 다른 말로 하면, 산수균류 박테리아인 하이드로제노박터(Hydrogenobacter)는 저산소 환경으로 이동하여 그곳을 채울 수 있는 설계된 유전적 기계들이 내장되어 있다는 것이다.

Phys.org 지에서 커튼(Cotton)은 이러한 독특한 박테리아에 대해 진화론적 설명을 하고 있었다.

옐로스톤 핫스프링스에서 발견되는 많은 생물체들은 산소가 없던 초기 지구의 생명체를 반영하는 고대 유기체이다.

이 연구의 결과는 약 28억 년 전에 시작된 지구의 점진적인 산소 공급에 고대 생명체가 어떻게 적응했는지에 대한 잠재적인 통찰력을 제공한다.[4]

이것은 관찰되지 않은 장구한 시간과 관련된 진화론적 추측이다. 켈러 등이 발견한 것은 "수소, 황 원소, 산소가 제공될 때, 호기성호흡과 혐기성호흡을 동시에 수행할 수 있는" 박테리아를 발견한 것일 뿐이다.[3] 하지만 이 발견이 20억5천만 년 전의 지구 환경을 밝혀낼 수 있다고 말하는 것은 순전히 추측인 것이다.

References

1. Thomas, B. Exploring Earth’s Extremes in a Futile Quest for Life in Space. Creation Science Update. Posted on ICR.org May 11, 2010.

2. Sherwin, F. ‘Incredible, Unique, and Truly Weird’ Yellowstone Microbes. Creation Science Update. Posted on ICR.org March 26, 2019.

3. Keller, L. et al. 2025. Simultaneous Aerobic and Anaerobic Respiration in Hot Spring Chemolithotrophic Bacteria. Nature. 16, article 1063.

4. Cotton, R. Simultaneous Aerobic and Anaerobic Respiration in a Yellowstone Thermophile Challenges Scientific Norms. Phys.org. Posted on phys.org March 7, 2025.

5. Guliuzza, R. and P. Gaskill. 2018. Continuous Environmental Tracking: An Engineering Framework to Understand Adaptation and Diversification. Proceedings of the International Conference on Creationism. 8: article 11, 158–184.

* Dr. Sherwin is a news writer at the Institute for Creation Research. He earned an M.A. in invertebrate zoology from the University of Northern Colorado and received an honorary doctorate of science from Pensacola Christian College.

*참조 : 놀랍고, 독특하고, 진정 기괴한 옐로스톤의 미생물

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