언뜻 보기에 스트로마톨라이트와 그 가까운 친척인 미생물 매트는 그저 어둡고 오래된 암석처럼 보일 수 있습니다. 실제로는 미생물에 의해 만들어진 촘촘하게 채워진 층상 공동체입니다. 수십억 년 전, 동물과 식물이 존재하기 전에 스트로마톨라이트는 지구 대기에 가장 초기의 산소 중 일부를 방출하는 데 도움을 주었습니다. 이제 Current Biology에 발표된 연구에 따르면, 이 특이한 구조물은 지구 역사의 또 다른 주요 사건인 복잡한 생명체의 출현에 대한 단서도 보존하고 있을 수 있습니다.

UNSW 시드니의 진화 미생물학자 Brendan Burns 부교수는 이 '살아있는 화석' 내부에서 다른 유기체와 밀접하게 연관되어 사는 이전에 알려지지 않은 미생물을 발견한 연구 팀의 일원입니다. University of Technology Sydney와 University of Melbourne의 연구자들과 공동으로 진행된 이 프로젝트는 과학자들이 비교적 단순한 세포가 어떻게 협력하기 시작했고 결국 훨씬 더 복잡한 생명체를 탄생시켰는지에 대한 근본적인 진화적 미스터리를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

"스트로마톨라이트는 초기 미생물 생명체가 번성했던 '단순한' 생명의 요람 그 이상일 수 있습니다"라고 Burns 부교수는 말합니다. "그것들은 또한 복잡한 생명체가 처음 어떻게 출현했는지도 알려줄 수 있습니다."

스트로마톨라이트와 미생물 매트는 수십억 년 전에 처음 나타났지만 사라지지 않았습니다. 그들은 오늘날에도 서호주에 있는 세계문화유산으로 지정된 샤크 베이에서 형성됩니다. 그곳에서 수집된 샘플은 결국 Burns 부교수와 그의 동료들이 진핵생물(모든 식물과 동물, 인간을 구성하는 세포)의 조상과 밀접한 관련이 있다고 여겨지는 특이한 미생물 그룹인 Asgard 고세균의 구성원을 분리하게 해주었습니다.

생물학의 오랜 아이디어 중 하나는 최초의 진핵 세포가 고대 고세균과 박테리아 사이의 긴밀한 파트너십을 통해 발전했다고 제안합니다. 이 이론에 따르면, 한 유기체가 결국 다른 유기체를 삼켰고, 그 관계는 궁극적으로 복잡한 세포 내부에서 발견되는 에너지 생성 구조인 미토콘드리아를 생산했습니다. 그러나 과학자들은 그러한 초기 파트너십이 실제로 어떻게 보였을지에 대한 직접적인 증거가 부족했습니다. 새로운 연구는 Asgard 고세균이 나노튜브라고 불리는 매우 얇은 관 모양의 연결을 통해 박테리아와 물리적으로 상호 작용하는 첫 번째 시각적 증거를 제공합니다.

"이것은 이러한 종류의 파트너십이 어떻게 시작되어 궁극적으로 진핵생물을 형성했는지에 대한 작은 모델이 될 수 있습니다"라고 Burns 부교수는 말합니다.

유전자 시퀀싱은 유기체의 DNA가 샘플에 존재한다는 것을 보여주었지만, 연구자들이 직접 연구할 수 있도록 실험실에서 미생물을 배양하는 것은 훨씬 더 어려운 것으로 판명되었습니다. "실험실에서 4~5년이 걸렸습니다"라고 Burns 부교수는 말합니다. "많은 시간을 최적화하고 다양한 그림자를 쫓는 데 보냈습니다." Asgard 고세균은 자연 서식지 밖에서 배양하기 어렵기로 악명 높습니다. 연구자들은 유기체를 단독으로 배양할 수 없었으며, Burns 부교수는 그 어려움 자체가 그들의 생물학에 대해 중요한 것을 드러낼 수 있다고 말합니다. "우리가 이 유기체를 순수 배양으로 얻을 수 없었다는 사실은 아마도 그들이 항상 다른 유기체에 의존하여 생존하기 때문일 것입니다."라고 그는 말합니다.

연구자들은 결국 백만 분의 1 밀리미터 규모의 구조를 드러낼 수 있는 고해상도 3D 이미징 방법인 전자 토모그래피를 사용하여 진전을 이루었습니다. 이미지는 고세균과 박테리아가 박테리아 나노튜브로 물리적으로 연결되어 있음을 보여주었습니다. 연구자들은 또한 고세균이 정교한 관 모양 구조와 함께 출아한 소포 사슬을 생성하는 것을 관찰했습니다. 두 미생물은 서로 화학적으로 보완하는 것으로 보였으며, 각각 비타민, 영양소, 수소를 포함하여 다른 하나가 사용할 수 있는 화합물을 생산했습니다.

공동 저자인 University of Melbourne의 Debnath Ghosal 부교수는 Asgard 고세균과 박테리아 사이의 상호 작용을 직접 포착한 것이 특히 중요하다고 말합니다. "이 발견은 공동