콜레스테롤은 어떻게 진화했나요? 고대 암석에 갇힌 석유가 단서를 숨긴다

고대 생명체는 10억년 전에 암석에 기름 분자의 흔적을 남겼을 수 있으며 이는 콜레스테롤의 진화에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 오늘날 네이처(Nature)에 기술된 분자화석은 콜레스테롤 전구체에 의존한 초기 유기체가 고대 지구에 널리 퍼져 있었음을 암시합니다. 나중에 산소 수준이 높아지면서 유기체는 오늘날 우리가 알고 있는(때로는 싫어하는) 분자의 보다 정교한 버전을 만들 수 있었습니다.

콜레스테롤은 심장병의 역할로 악명 높지만 동물 세포는 콜레스테롤 없이는 살 수 없습니다. 우리 세포막은 대략 30%가 콜레스테롤로 구성되어 있습니다. 분자는 다양한 온도에서 막을 유연하게 유지하고 다른 세포로부터 신호를 수신하는 데 중요한 역할을 합니다. 콜레스테롤은 스테롤이라고 불리는 유사한 분자군에 속합니다. 동물 세포는 복잡한 37단계 과정을 통해 콜레스테롤을 생성합니다. 복잡한 세포를 가진 유기체인 다른 진핵생물은 식물의 스티그마스테롤과 곰팡이의 에르고스테롤을 포함하여 자체 스테롤을 생산합니다.

지구화학자들과 고생물학자들은 고대 생태계에 진핵생물이 존재했다는 증거로 이러한 스테롤의 화석화된 흔적을 찾고 있습니다. 연구자들은 일반적으로 8억년 정도 된 암석에서 이를 발견합니다. 그러나 오래된 암석에서는 스테롤 잔해가 사라진 것 같습니다. 적어도 일부 화석과 유전적 증거는 진핵생물이 16억년 전에 진화했음을 암시하기 때문에 그것은 수수께끼였습니다.

생화학자 Konrad Bloch의 오래된 아이디어가 한 가지 잠재적인 설명을 제공했습니다. 세포가 콜레스테롤과 기타 스테롤을 만드는 데 사용하는 화학 경로를 해독한 공로로 1964년 노벨상을 받은 블로흐는 1990년대에 이 경로가 시간이 지남에 따라 진화함에 따라 초기 생명체가 세포에서 중간 화학 생성물을 사용했을 것이라고 추측했습니다. 오늘날의 스테롤을 대신하는 막. 그는 이 화합물을 "프로토스테로이드" 또는 "우르스테롤"이라고 불렀지만 당시의 기술로는 이에 대한 증거를 찾는 것이 불가능하다고 생각했습니다.

그러나 그 이후로 지구화학적 기술이 발전했다. 새로운 연구에서 호주 국립대학교의 지구화학자 Jochen Brocks와 그의 동료들은 이러한 프로토스테로이드 중 일부의 화석화된 잔해를 찾으러 나섰습니다. 먼저 그들은 실험실에서 라노스테롤, 사이클로아르테놀, 24-메틸렌 사이클로아르테놀이라는 프로토스테로이드를 합성했습니다. 그런 다음 열과 압력에 노출시켜 화석화 과정을 모방했습니다. 이를 통해 과학자들은 콜레스테롤 경로의 다른 단계와 구별할 수 있는 이러한 분자의 파생물 수십 개를 식별했습니다.

그런 다음 연구자들은 고대 암석에서 이러한 화합물을 검색했습니다. 16억 4천만년 전에 형성된 퇴적물에서 그들은 라노스테롤과 사이클로아르테놀의 유도체와 일치하는 화학물질을 발견했습니다. 그리고 13억년 된 암석에서 그들은 사이클로아르테놀보다 스테롤 경로를 따라 한 단계 더 발전된 24-메틸렌 사이클로아르테놀에 의해 생성된 패턴과 일치하는 파생물을 발견했습니다. Brocks는 고대 암석에서 "이러한 분자가 흘러나오고 있었습니다"라고 말합니다. "Konrad Bloch에게 전화해서 '우리가 찾았어요!'라고 전하고 싶습니다." (Bloch는 2000년 88세의 나이로 사망했습니다.)

8억~7억 2천만년 전에 형성된 더 젊은 암석에서 연구자들은 오래된 것과 새로운 것이 혼합되어 있음을 발견했습니다. 예상대로 그들은 콜레스테롤과 기타 현대 스테롤의 흔적을 발견했습니다. 그러나 그들은 또한 상당한 양의 화석화된 프로토스테로이드를 발견했는데, 이는 프로토스테로이드에 의존하는 유기체가 아직 멸종되지 않았음을 암시합니다. 프로토스테로이드의 비율은 시간이 지남에 따라 감소했으며, 현대 스테롤은 6억년 미만의 암석에서 지배적이었습니다.

일리노이 대학 시카고 캠퍼스의 유기 지구화학자 Fabien Kenig는 "데이터가 매우 아름답습니다."라고 말했습니다. "우리는 프로토스테롤 세계에서 [현대] 스테롤 세계로 이동합니다."

드레스덴 공과대학의 막 생화학 전문가인 제임스 산즈(James Sáenz)는 이번 연구는 "시간이 지남에 따라 스테롤이 진화하는 최초의 명확한 사례를 제공한다"고 말했습니다. 콜레스테롤 합성의 마지막 단계는 세포에 비용이 많이 들고 많은 에너지와 산소가 필요하지만 그만한 가치가 있는 것으로 보입니다.