Muuh Cellular Biology

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이미지 제공: Liam

무의 환경은 유연한 고분자 생화학이 작동하기에 너무 차갑다. 가장 단순한 비극성 고분자조차 마찬가지다. 90~110K의 온도와 무의 기압에서는 탄소 4개짜리 뷰테인조차 고체로 굳어버린다. 자기조립 이중층 막도 불가능하다. 극성 결합이 너무 강해 얼음을 형성하기 때문이다.

대신 무의 생화학은 미시적 고체 표면에 크게 의존한다. 표면의 일부를 대사 에너지로 잠시 '녹여' 재성형함으로써 유용한 촉매 부위를 만들어낸다. 가장 중요한 에너지 분자는 아세틸렌(C2H2)이다. 아세틸렌은 두 단계에 걸쳐 수소화되어(에텐, 이후 에테인 순으로) 에너지를 공급하거나, 첨가반응 또는 중합반응에 직접 참여한다.

이 시스템은 저온에 극도로 강하다. 메테인 용매가 얼어붙더라도 생화학 과정은 잠시 멈출 뿐이다. 온도가 충분히 올라 용매가 녹고 대사물질이 다시 흐르기 시작하면, 세포는 정상 활동을 재개한다. 고온은 훨씬 치명적이다. 고체 표면이 물러지고 구조를 잃으면 세포는 죽는다.

이와 유사한 고체 세포 구조는 메테인-에테인 기반의 다른 생명체들에서도 발견된다. 액체 질소나 네온을 용매로 쓰는 희귀한 극저온 생명체도 마찬가지다. 물론 세부 구조는 다르다.

구조

가장 기본적인 형태에서 무의 세포에 해당하는 단위는 고화된 탄화수소로 이루어진 두 개의 평행한 판으로 구성된다. 두 판은 고체 기둥으로 연결되어 적절한 간격을 유지한다. 각 판의 중심은 긴 사슬 알케인으로 이루어진 안정적인 기반층이며, 그 위에 방향족 및 지방족 탄화수소가 혼합된 활성 표면이 형성된다.

이 활성 표면은 지구의 용해된 단백질에 해당하며, 세포의 주요 기능을 수행한다. 표면의 방향족 고리와 이중결합 구조가 소분자들을 위한 결합 부위를 형성한다. 이 소분자들은 반데르발스 복합체로 느슨하게 결합되어, 더 쉽게 변형 가능한 유연한 구조를 이루며 다양한 용해 물질을 제공한다.

촉매 부위들 사이로는 홈과 채널의 네트워크가 뻗어 있어, 더 큰 구조물을 세포 내 필요한 위치로 능동 수송한다. 각 판에서는 일련의 돌기가 솟아 있어 두 번째 수송 네트워크를 형성한다. 각 돌기의 끝은 능동 수송 부위로, 활성 표면을 방해하지 않고 얼어붙은 탄화수소 조각들을 세포 내에서 이동시킨다.

세포의 가장자리에는 막이 없다. 분자들은 두 판 사이의 공간으로 자유롭게 확산해 들어오고 나갈 수 있다. 다만 그런 분자들은 판 표면에 충돌할 가능성이 높으며, 그곳에서 분류되어 필요한 위치로 이동된다.

유전정보는 세포 중앙에 저장된다. 각 판 위에 바이페닐, 터페닐, 말단 알켄이 이차원 배열로 늘어선 구조다. 이 유전자 배열은 상보적 쌍을 이용해 정보를 부호화하며, 각 판은 서로를 상보하는 배열을 담는다. '핵'에 해당하는 이 구조는 기둥들로 이루어진 고리가 둘러싸고 있다.

고체 알케인으로 이루어진 소형 플라크가 핵에서 세포의 나머지 부분으로 정보를 전달한다. 플라크는 유전자 배열에 밀착되어 정보를 읽은 뒤, 돌기에 의해 원하는 위치로 운반되고, 판 표면에 밀착된다. 이후 활성 표면은 플라크에 담긴 정보에 따라 재성형된다.

복제

무 세포는 두 가지 방식으로 복제된다. 첫 번째는 층상 복제(layering replication)다. 세포 중앙에서 게놈 판독 플라크들이 조립되면서 시작된다. 플라크는 각 판의 전체 게놈 인상을 취한 뒤 합쳐져, 기존 두 판 사이에 세 번째 판의 씨앗이 된다. 새 판은 바깥쪽 가장자리에 탄화수소가 침전되면서 기둥들 주변으로 확장되고, 기존 판과 같은 너비가 될 때까지 자란다. 동시에 기둥들이 길어지면서 새 판과 기존 판 사이의 간격이 벌어진다. 결과적으로 두 세포가 새 판을 공유하며 연결된 상태가 된다.

슬라이드 복제(slide replication)에서는 세포의 판들이 가장자리에서 서로 반대 방향으로 자라 길쭉해진다. 가장자리를 따라 새 기둥들이 자라나고, 모든 기둥이 분리된 뒤 두 판이 서로 미끄러지듯 이동한다. 그 결과 각 판의 기존 표면이 상대 판의 새로 자란 표면과 마주보게 된다. 이어서 게놈 판독 플라크가 각 게놈의 사본을 새 표면으로 전달한다. 최종적으로 두 세포가 길쭉해진 두 판을 공유하게 된다.

다세포성과 외번

두 복제 방식 모두 세포들이 하나 또는 두 판을 공유하며 연결된 상태로 이어진다. 이것이 무 생태계의 가장 독특한 특성 중 하나로 이어진다. 단세포 생물보다 다세포 생물이 훨씬 더 많다는 점이다.

그럼에도 대부분의 생물은 여전히 미시적이다. 소수의 세포로만 구성되며 조직 분화도 없다. 최대 크기에 도달한 뒤에는 공유 판이 갈라지거나 중심 세포의 두 판이 분리되는 방식으로 분열하는 경향이 있다.

한 세포의 두 판이 분리되면, 각 판의 활성 표면과 게놈이 외부 환경에 노출된다. 세포는 더 이상 복제할 수 없게 되지만, 활성 표면은 외부 환경과 직접 상호작용하며 다양한 분자를 흡수하거나 방출하고, 감지하거나 생체 재료를 성장시킬 수 있다. 이 과정을 외번(eversion)이라 하며, 무 생물체 사이에서 흔히 나타난다.

운동성

무 세포와 그것이 구성하는 조직은 고체 상태에 있기 때문에 기본적으로 단단하며, 성장을 통해서만 움직인다. 암초 숲의 산호 유사체처럼 고착성 거시 생물은 완전히 고체인 경우가 많다.

운동성 생물은 특수한 '근육' 조직에 의존한다. 이 조직을 구성하는 세포들은 접힌 상태와 펴진 상태 사이를 오가는 관절형 기둥을 이용해 두 판 사이의 거리를 변화시키도록 특화되어 있다.

대부분의 무 동물상은 외견상 절지동물을 닮았다. 단단한 신체 부위들이 소수의 유연한 관절로 연결된 형태다. 그러나 이 유사성은 어디까지나 겉모습에 불과하다. 외골격 아래에 숨겨진 부드러운 살은 없으며, 오직 다른 단단한 조직만이 있다.

유사한 관절형 세포는 신경에도 사용된다. 이 신경 세포들은 두 판을 공유하며 선 모양으로 자라고, 기계적 자극에 의해 활성화된다. 신호의 시작 부분에 있는 세포가 늘어나면, 신경을 따라 이어진 세포들도 차례로 늘어나며 기계적 신호를 판을 따라 전달한다.

구조

복제

다세포성과 외번

운동성

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