일반지구과학 및 실습

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일반지구과학 및 실습 II

1 3 주 차 : 우 주 에 서 의 생 명

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이론

우주팽창/

우주배경복사

관찰 ^{화석/ 유전자/} _{종의 변화}

과 학

빅뱅이론 생물진화이론

유신론 무신론

세계관

도킨스:

화석/유전자가 생물진화이론으로

잘 설명되니 무신론의 증거라고 설명 콜린스/ 밀러:

화석/유전자가 생물진화이론으로 설명되는 것은

우연일 수 없다( 하나님이 생명체를 창조하신 과정)

호킹:

우주팽창/우주배경복사가 빅뱅이론으로 잘 설명되니 신이 없다는 증거

크리스천 천문학자 들:

우주팽창/우주배경복사가 빅뱅이론으로

설명되는 것은 우연일 수 없다( 하나님의 우주창조 과정)

과학자들이 밝혀내는 생물진화와 우주에서의 생명을 살펴봅시다!

과학과 종교

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1. 지구에서의 생명

지구에서의 생명은 언제탄생했고 어떻게

출현했는가?

우 주 생 물 학

• 우주에서 과학적으로 생명을 탐사하는 학문분야

• 우주생물학의 연구주제

• 지구 생명의 기원과 진화에 대한 연구와 지구 외에 생명이 발생하고 진화하는 조건은?

• 우리 태양계와 그 외 모든 세계에서 생명이 존재하기에 적합한 조건은?

• 다른 세계에서 생명의 실제 증거를 찾을 수 있는가?

생 명 이 란 무 엇 인 가 ?

• 지구상에서 알려진 생명체의 공통된 특징

• 질서

• 생명체는 분자들이 체계적 형태로 배열되어 세포를 구성하고 있다

• 생식

• 번식할 수 있다

• 성장과 발달

• 유전적으로 결정된 형태에 따라 성장하고 변형된다

• 에너지이용

• 다양한 활동에너지를 사용한다

• 환경에 반응

• 환경변화에 적극적으로 대응한다

• 진화적응

• 주변환경에 적응을 잘하는 우세한 형질을 자손에게 전해준다

• 생물학자들은 지구상에서 생명의 엄청난 다양성을 설명할수 있는 유일한 요소라고 주장

1 . 1 지 구 에 서 생 명 이 언 제 탄 생 했 는 가 ?

• 지구 생명의 발생과 진화를 이해하는데 중요한 시작

• 지구 역사의 초기에 생명이 발생했다는 것을 지지하는 증거가 많아지고 있다

• 지구와 비슷한 외계에서도 쉽게 생명이 발생했을 것이라는 의미

• 오래전에 살았던 생물의 유물인 화석연구로 지구 생명의 역사를 탐구 중

• 퇴적물을 하천에서 바다로 이동

• 해양에 화석이 포함된 퇴적암형성

• 시간이 지나면서 각 화석 층이 쌓여짐

• 판주조작용과 해수면의 변화로 해저면이 융기되어 퇴적층이 노출

지 질 학 적 연 대 표

• 서로 다른 층에서 발견된 화석의 상대적 나이결정

• 방사능연대측정

• 암석층과 화석으로부터 45억년의 지구역사를 구분이 가능하다

• 다양한 간격의 이름과 지구 역사에서 중요한 사건을 표시한 연대표

화 석 연 구

• 오래된 화석연구가 매우 어렵다

• 지표면은 지질학적으로 최근에 형성되어서 오래된 화석이 최근화석보다 드물다

• 매우 오래된 화석을 찾았다 하더라도 열과 압력에 의해 변했다

• 수억년 전의 생명은 거의 대부분이 미생물이어서 화석으로 판별하기 어렵다

• 지구의 생명이 35억년 전에 이미 번성했다는 증거제시

• 스트로마톨라이트 화석

• 크기 모양과 내부구조가 현존하는 스트로마톨라이트와 비슷

• 고대 미생물은 광합성으로 에너지를 생산했을 것이다

• 이전에 더 오래된 원시생명이 존재했다는 것을 암시

오 래 된 화 석

• 그린란드 아킬리아섬에 세계에서 가장 오래된 암석이 많이 있다

• 살아있는 생명체를 포함하고 있었을 가능성을 제시

• 탄소동위원소방법으로 연대측정결과 38억 5000천만년 전의 지구에서 형성된 것은 생명체의 증거

• 생명은 언제쯤 생겨났을까?

• 39억년전보다 더 오래전에는 생명이 존재하기 어려웠을 것

• 현재 증거들

• 35억년전에 널리 존재했을 생명

• 38억 5000만년 전까지 거슬러 올라가는 증거도 존재

• 생명체는 오래전에 존재했었다

• 지구에서 생명체의 탄생은 상대적으로 쉽게 이루어졌다

• 지구가 아닌 다른 행성계에서도 쉽게 탄생했을 것

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• 초기 생명의 기원은 쉽게 발생했을 것을 암시하지만 지구에서 생명이 어떻게 나타났는지는 잘 모른다

• 생명이 오랜기간동안 진화한 방식에 대한 연구를 통해 그 답을 얻고자 한다

• 초기 생명이 어떤 모습이었는지?

• 생명이 어떻게 나타났는가?

1 . 2 지 구 에 서 생 명 이 어 떻 게 나 타 났 는 가 ?

진 화 이 론

• 화석기록은 생명이 시간이 지나면서 큰 변화를 겪었다는 것을 보여준다

• 이 변화의 원인이 무엇인지 알면 생명이 어떻게 출현했는지 이해가능

• 진화이론

• 1859년 다윈에 의해 발표

• 진화: 시간에 따른 변화

• 화석의 증거로 다윈이전에도 진화를 인지하고 있었지만 누구도 한 종이 변화를 겪는 방법에 대해 설명할 수 없었다

• 화석증거는 진화가 일어났다는 강력한 증거이며 다윈의 진화이론은 진화가 어떻게 일어났는지에 대해 설명

• 다윈

• 갈라파고스제도에 있는 멸종된 종의 화석뿐만아니라 살아있는 종의 관계연구

• 수집된 증거에 기초하여 진화가 발생한 이유를 설명하는 단순한 모형을 제안

다 윈 의 진 화 모 형

• 두가지 명백한 사실

• 사실 1: 과잉생산과 생존경쟁

• 국한된 지역의 개체군은 그 지역이 제공할 수 있는 실량과 보금자리같은 자원을

지닌 환경보다 더 많은 개체를 만들어 낼 수 있다. 이런 과잉생산은 개체사의 생존을 위한 경쟁을 불러일으킨다

• 사실 2: 개체변이

• 어떤 종 집단내의 개체는 유전적 특질이 다양하다

• 똑같은 구성원은 있을 수 없고 생존경쟁에서 살아남을 수 있는 특징을 갖는 개체가 있다

• 불가피한 결론

• 공평하지 않은 생식적 성공

• 생존경쟁에서 마지막까지 살아남고 자식을 벙창시킬 수 있는 특징을 가진 개체가 평귡거으로가장 많은 자손을 남기게 된다

• 한 지역 환경에서 생존과 자손번식을 강화하는 유전적 특질이 다음세대에서 점진적으로 일반적이 된다

다 윈 의 진 화 모 형

• 자연선택

• 자손을 남기는데 유리한 유전적 특징은 덜 유리한 특징을 이긴다 (선택)

• 시간이 지나면서 구성원이 한정된 자원을 잘 극복할 수 있도록 돕는다

• 구성원들의 작은 차이가 누적되어 완전히 새로운 종을 발생시킬 수 있다

• 수많은 증거들이 다윈모형을 과학이론으로 인정받게 함

• 가장 강력한 증거: DNA

• 유전 정보는 각 가닥들을 연결하는‘이빨’에 담겨 있다 (DNA 염기)

• DNA 염기는 4개만이 사용되고 있으며 정해진 방법으로 2개의 가닥 사이를 연결한다

• T는 A에만 연결되며 C는 G에만 연결된다

• 한세대에서 다음 세대로 유전정보를 항상 완벽하게 전할 수 없기때문에 진화가 일어난다

돌 연 변 이

• 생물의 DNA에서 일어나는 변화

• 많은 돌연변이는 돌연변이가 일어난 세포를 죽일 수도 있다

• 세포가 생존하고 번식할수 있는 능력을 개선할 수도 있다

• 이런 개선된 형질을 자손에게 넘겨준다

• 자연선택이 일어나는 방법에 대한 이해는 진화이론을 더욱 확고하게 만들어 주었다

• 진화이론은 모든 현대 생물학, 화학, 농법의 기초가 되고 있다

•

살 아 있 는 최 초 생 명 체

• 오늘날 모든 생명체는 오래전에 살았던 공통조상으로부터 진화해왔다

• 최초 생물의 화석을 찾을 수는 없지만 살아있는 생물의 DNA를 연구하여 초기생명에 대한 정보를 얻는다

• 생명계통나무

• DNA비교로 살아있는 모든 생명체에 대한 개략적인 관계

• 지구에서 생명은 3개의 그룹으로 나뉜다

• 박테리아류, 고세균류, 진핵생물류

• 식물과 동물은 진핵생물류에 속한 2개의 작은 부류로 나타난다

• 뿌리가까이에 위치한 가지에 있는 생명체는 오래된 DNA를지니고 있다

• 지구 초기에 살았던 생물들은 대부분 비슷했을 것

• 온도가 매우 높은 해저 화산구 근처에 사는 미생물은 현존하는 생물 줄 가장 오래되었다

살 아 있 는 최 초 생 명 체

• 극한적 조건에서 살수 있었다

• 초기지구

• 지구를 보호하는 산소나 오존층이 없어 해로운 자외선이나 충돌에 노출

• 깊은 바다환경은 이런 위험으로 보호받았다

• 무기물이 풍부한 뜨거운 물로부터 에너지를 뽑아 사용하는 화학적 경로가 광합성같은 경로보다 더 단순

•

무기질이 풍부하고 온도가 높은 물을 뿜어내는 해저의 화산구.

화 학 에 서 생 물 로 의 전 이

• 진화이론

• 초기의 생물로부터 오늘날 지구에서 다양한 샘명의 형태로 진화한 방법을 설명해준다

• 최초의 생물은 어디에서 왔는지?는 말해주지 않는다

• 밀레-우레이실험

• 초기 지구에 존재했다고 여겨지는 조건을 만들어서 생명체의 기원을 실험

• 화학물질을 실험실에서 혼합여여 전기로 불꽃반응을 가해 번개나 다른 에너지원을 모사하는 실험

• 아미노산이나 DNA염기를 포함하는 대부분의 분자를 만들어냈다

• 최근의 실험

• 초기 바다에 풍부했을 것으로 여겨지는 자연상태의 점도가 짧은 RNA가닥을 형성하는데 촉매작용을 한다는 것을 발견

초 기 지 구 의 화 학 반 응

1. 생명을 구성하는 물질인 유기분자가 자연스럽게 생성된다

2. 점토광물은 RNA와 세포 전단계를 형성하는 막의 촉매작용을 한다 3. 분자의 자연선택은 RNA분자가 효율적으로 자기복제하도록 이끈다 4. RNA게놈을 가진 살아있는 세포는 RNA세상을 생성한다

5. DNA는 RNA로부터 진화하며 생물학적 진화를 계속한다

생 명 은 지 구 로 이 주 해 왔 을 수 있 는 가 ?

• 초기 지구는 충돌이 빈번해서 많은 양의 암석을 서로 교횐했을 것

• 유기물질이 운석과 혜성에 발견

• 생명구성물질이 우주에서 살아남을 수도 있음을 암시

• 어떤 미생물 뿐만 아니라 동물도 살아남았을 것이라는 실험결과도 존재

• 생명이 한 행성에서 다른 행성으로 단순히 움직일수 있다

• 실제 존재하는 것처럼 보이지 않으나 이 사진은 완보류

• 라고 불리는 밀리미터 크기의 작은 동물

완보류는거의진공에가까운우주공간같은‘극한’의환경에 서도살아남을수있다.

지 구 생 명 의 간 략 한 역 사

• 45억년전 지구생성

• 곧바로 거대한 충돌

• 43억년전 바다가 이미 있었다

• 초기 바다는 생명을 만들어냈을 수 있는 화학반응이 자연스럽게 일어나는 실험실

• 빠른 진화속도에도 불구하거 복잡한 생물은 적어도 수십억년동안 단세포로 남아있었다

• 27억년전 남세균이 광합성으로 산소를 만들어 내기 시작

• 수억년이 지나서에 숨쉬기에 가능한 정도의 산소가 대기에 존재

• 5억 4200만년전 캄브리아기

• 아주 작고 원시적인 생물이 오늘날 지구에서 발견할수 있는 형태로 변화

• 캄프리아기 폭발적 생명다양화

• 2억 2500 – 2억 5000만년전

• 초기 공룡과 포유류등장

• 1억년이상 공룡이 지배하다가 6500만년전 갑적스런 멸종으로 큰 포유류와 인간 출현가능해짐

• 수백만년전: 인간이 등장

• 지구 역사의 99.9%의 시간이 흐른 후

1 . 3 생 명 에 필 요 한 조 건 은 무 엇 인 가 ?

• 생명의 기본 구성요소

• 살아있는 세포를 만들 수 있는 필수 영양소 (원자와 분자)

• 생명활동을 만드는 에너지

• 태양으로부터, 화학반응으로 또는 지구 열에너지 자체에서 얻는

• 액체상태의 물

• 우주에서 그렇게 흔하지않은 것으로 보임

• 우주에서 생명을 찾는 주요한 요소가 된다

• 지구가 아닌 다른 곳에서 생명을 찾기 위한 기본 지침이 된다

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