외계행성과 생명 Extraterrestrial Planets and Life 026.017 2008 년 1학기 교수 : 이 상 각 25-1동, 413호 : 880-6627 sanggak@astrosp.snu.ac.kr 조교 : 신영우 25-1동, 409호 : ywshin@astro.snu.ac.kr

외계행성과 생명 강의 14(05/20) 지난시간 요약 생물학적 진화

태양계 내의 생명? change our estimates of ne or even fl.

결론 지구외에 태양계 내에 생명의 존재에 대한 확실한 증거를 아직 찾지못했다. 그러나 가능성 존재 화성에 물의 존재와 관련되어 일종의 화성 표면 밑에 생명 존재 가능성 유로파의 표면 밑 바다에는 지구 물고기같은 생명까지 가능?. 타이탄의 두꺼운 대기와 화원 대기 지구 생명과 다른 생명?

분명 지적생명체는 없다. 지적 생명체가 존재할 가능성은 거의 없다. 지적 생명체 존재 조건은 지구 환경. 다른 행성에서 미세 생명체나 물고기 같은 생명체의 존재 가능성이 있으나 교신을 할 만한 지적 생명체는 기대하기 어렵다.

생태계의 변천 계층적 분류 : 영역(domain)->계->문->강->목->과-> 속-> 종 과거 : 2개의 계 :동물, 식물 현재 : 5개의 계 : 동물, 식물, 원생생물, 균류, 박테리아(원핵생물), 기본 분류 : 박테리아(prokaryote – lack of nucleus 원핵생물), 단세포 1 마이크로미터 진핵생물 (eukaryote – true nucleus) : 10 –30 마이크로미터 크기의 세포, DNA를 함류

기본분류 진핵생물(Eukaryotes) 세포핵 , DNA를 보호 원핵생물(Prokaryotes) 다세포 생물에 세포 Amoebas같은 단세포도 있다. DNA 는 핵에 염록소라 불리는 복잡한 구조 속에 배열 (인간 23 쌍의 염록소) 수십만개 이상의 유전자 원핵생물(Prokaryotes) 세포핵이 없다. Single circular strand of DNA 박테리아 같은 단세포 수천개의 유전자

원핵 생물Prokaryotes 둘로 분류 : Eubacteria = “true” bacteria Archea 오래된 것 열악한 환경에서 : hot springs, undersea vents, salty seashores, 등 초기 지구에 흔했을 것 일부가 땅밑 깊은 곳에 살아 지구의 biomass에 큰 비중. 원시적일수록 열을 좋아하는 것  생명이 뜨거운 곳에서 발생?

진핵생물(Eukaryotes) 모든 동물 식물 균류

고대세균 DNA 세계 박테리아 진핵생물 최종 공통 조상 DNA,RNA, 단백질 RNA 세계 다윈의 진화 – 자체복제 –최초 유기물 Prebiotic 스프 무생물세계 지구 생성

또 다른 기본 분류 자가 영양생물 (autotrophs) ; 식물 비 자가 영양생물 (heterotroph) ; 동물 박테리아 : 두 경우

유전자로 분류? 유전자로? : 놀랍게도: 1, 다른 과(family)에 속하는 인간과 침판지는 99% 같은 DNA,(쥐와는 97%). 2, 거의 같은 모양의 두 종의 과일 나방이는 단지 25%만 같다. 이런 차이의 일부 원인은 junk DNA 때문.

찰스 다윈(1809-1882) 진화론 : 화석 기록 : 점점 복잡한 생물로 발전

방사능 원소의 년대 측정 거의 모든 원자 핵은 안정하다. 그러나 일부 불안정(unstable) -> 새로운 핵으로 감쇄 “radioactive” 예 1: Carbon C=6p Carbon-12: 6p+6n, stable Carbon-14: 6p + 8n, unstable (1/2 life of 5730 years) Nitrogen-14: 7p + 7n, stable 예 2: Uranium U=92p uranium-238: 92 p + 126 n (1/2 life of 4.5 billion years)

Radioactive Decay Examples http://www.colorado.edu/physics/2000/isotopes/radioactive_decay3.html

방사능 원소의 감쇄 방사능 원소가 감쇄하고 그 결과 생성되는 원소의 증가 반으로 감쇄하는 기간  반감기 Time t since start # parents # daughters N t1/2 ½ N = half as much ½ N have appeared 2t1/2 ¼ N = half again as much ¾ N 3t1/2 1/8 N 7/8 N 30t1/2 About N/109 99.9999999% N 방사능 원소가 감쇄하고 그 결과 생성되는 원소의 증가 반으로 감쇄하는 기간  반감기 각 방사능 원소마다 다른 반감기

Carbon-14에 의한 나이 결정 지구 대기로 들어온 우주선이 14N 과 작용하여 14C를 만든다. . 지구 대기에는 대부분 14C 이 14CO2로 존재한다. 식물이 14CO2 과 12CO2 를 광합성에 이용하고 동물은 식물을 먹으므로 결국 각 생물은 일정한 비의 14CO2/12CO2을 유지한다. 생물이 죽으면 14C 은 감쇄되어 14N.이 되므로 남은14C 을 측정하여 화석의 나이를 측정한다. 이 방법은 대략 60,000 년 까지 잘 적용된다. . 바이킹이 콜럼버스보다 500년 앞서 뉴파운드랜드에 착육 Turin의 수의가 예수의 수의가 아니라 1330 AD 년대 것이라는 것

바위의 나이 결정 14C의 반감기 보다 긴 방사능 동위원소 필요 . Potassium-argon Uranium-lead 40K 이 감쇄하여 40Ar 으로 (반감기 12 억년) Uranium-lead 235U 가 감쇄하여 207Pb 으로 (반감기 7억년) 그러나 이 반응들은 화산층에 적용 화석의 년대는 화석의 위, 아래 화산층 나이에서 유출

Era Period MyrAgo Life Forms Events 신생대 제4기 2 유인원(H. Sapiens) 빙하 Ice ages 제3기 65 영장류(Primates) 공룡멸종 중생대 백악기 136 조류(Birds) S. Atlantic open to 1900 miles 쥐라기 190 N. Atlantic open to 600 miles 트리아스기 225 포유(Mammals) Continental drift 고생대 페름기 280 파충류(Reptiles) Pangaea breaks up 석탄기 345 양서류(Amphibians) 석탄(Formation of coal) 데번기 395 곤충(Insects) 실루아기 430 식물Land Plants 오르도바스기 500 물고기Fish 캄브리아기 543 삼엽층Trilobites 선캄브리아 545 조개류Small Shelly Fossils 580 동물문Ediacarans 600-800 Multicellular life Snowball Earth episodes

Myr Ago Era Event Now 신생대 중생대 고생대 Macroscopic life/Snowball Earth 캄부리아기 1000 Worm tracks Multicellular algae Eukaryotes certain Sexual reproduction 2000 Eukaryotes possible 원생대Protozoic Oxygen-rich atmosphere Snowball Earth Formation of continents 3000 시생대 Archean Life begins? 4000 Formation of Oceans Bombardment decreases Frequent impacts Hadean Earth formed

원핵 생물에서 진화 원핵 생물이 진핵생물보다 단순하므로 지상에 먼저 출현. 화석에 원핵 생물 검증하기가 어려우나 15-20억년전에 단지 원핵생물만 있었다는 원핵 생물 화석 가장 오래된 것은 38억년전 ; 논란 그러나 28억년 화석은 긍정적 모든 진핵 생물을 기반으로하는 생물은 겨우 6-8억년전 지구 나이의 1/6th 부터 나타남

지구의 산소  생명의 육지 진출 초기 원핵 생물(박테리아)는 광합성으로 지구의 산소를 만듬 . 청록해초로 알려진 시아노박테리아가 활동-충분히 많은 산소를 배출 – 자유 산소  웅집된 스트로마톨라이트 ( 7억년전에 한창) 탄소 기반의 분자에서 에너지 유출 – 산소활용의 신진대사  복잡한 진핵세포로 진화  지구 대기의 오존층 형성).  생명의 육지 진출

생태환경 선택

지상의 생물학적 진화는 전형적인 것 인가 현재 지구상 진화에서 무엇이 진화에 가장 큰 역할을 하는가? 지상의 생물학적 진화는 전형적인 것 인가 현재 지구상 진화에서 무엇이 진화에 가장 큰 역할을 하는가? 상당한 선택(selection)은 적응(adaptation) 보다 운(luck)으로 생각됨 큰 변화는 대량 멸종(mass extinction)으로 결정 그러나 지적 생명체는 지구상에서 진화되는 방식과 다르게도 진화될 수 있음

Summary This following slides are from: http://www.udayton.edu/~INSS/ Nice timeline of life on Earth.

지구 지질 연표 하데스 대(hadean eon) ;46억 - 38억년 시생대(Archean eon) : 38억 - 25억 원생대(Proterzoic eon) : 25억 – 5억7천 현생대 – 고생대 : 5억7천 -2억 4천8백 - 중생대 :2억 4천 8백 – 6천 5백 -신생대 :6천 5백 –

4600 million years ago (4.6 billion years ago) Formation of Earth

4500 million years ago (4.5 billion years ago) Accretion of Earth Formation of the Moon

4400 million years ago (4.4 billion years ago) Accretion of Earth

Earth separates into layers 4300 million years ago (4.3 billion years ago) Iron Catastrophe Earth separates into layers

4200 million years ago (4.2 billion years ago) Early Atmosphere No Life

4100 million years ago (4.1 billion years ago) Early Atmosphere No Life

4000 million years ago (4.0 billion years ago) Oldest Rocks on Earth

3900 million years ago Liquid Water Present Early Oceans Form (3.9 billion years ago) Liquid Water Present Early Oceans Form

First Bacteria (Prokaryotic) 3800 million years ago (3.8 billion years ago) First Bacteria (Prokaryotic)

3700 million years ago (3.7 billion years ago) Bacteria

3600 million years ago (3.6 billion years ago) Bacteria

Photosynthesis Produces Oxygen! 3500 million years ago (3.5 billion years ago) Stromatolites Cyanobacteria (aka blue green algae) Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 3400 million years ago (3.4 billion years ago) Stromatolites Cyanobacteria (aka blue green algae) Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 3300 million years ago (3.3 billion years ago) Stromatolites Cyanobacteria (aka blue green algae) Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 3200 million years ago (3.2 billion years ago) Stromatolites Cyanobacteria (aka blue green algae) Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 3100 million years ago (3.1 billion years ago) Stromatolites Cyanobacteria Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 3000 million years ago (3.0 billion years ago) Stromatolites Cyanobacteria Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 2900 million years ago (2.9 billion years ago) Stromatolites Cyanobacteria Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 2800 million years ago (2.8 billion years ago) Stromatolites Cyanobacteria Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 2700 million years ago (2.7 billion years ago) Stromatolites Cyanobacteria Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 2600 million years ago (2.6 billion years ago) Stromatolites Cyanobacteria Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 2500 million years ago (2.5 billion years ago) Stromatolites Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 2400 million years ago (2.4 billion years ago) Stromatolites Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 2300 million years ago (2.3 billion years ago) Stromatolites Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 2200 million years ago (2.2 billion years ago) Stromatolites Photosynthesis Produces Oxygen!

Photosynthesis Produces Oxygen! 2100 million years ago (2.1 billion years ago) Stromatolites Photosynthesis Produces Oxygen!

First Pollution Crisis! Redbeds 2000 million years ago (2.0 billion years ago) Beginning of Oxygenated Atmosphere First Pollution Crisis! Redbeds Evidence of significant free oxygen

Oxygenated Atmosphere 1900 million years ago (1.9 billion years ago) Oxygenated Atmosphere Cyanobacteria still producing oxygen!

Oxygenated Atmosphere 1800 million years ago (1.8 billion years ago) Oxygenated Atmosphere Cyanobacteria still producing oxygen!

Single-celled Eukaryotes Appear 1700 million years ago (1.7 billion years ago) Single-celled Eukaryotes Appear Cells get a nucleus! Still Present:

Single-celled Eukaryotes 1600 million years ago (1.6 billion years ago) Single-celled Eukaryotes Still Present:

Single-celled Eukaryotes 1500 million years ago (1.5 billion years ago) Single-celled Eukaryotes Still Present:

Single-celled Eukaryotes 1400 million years ago (1.4 billion years ago) Single-celled Eukaryotes Still Present:

Single-celled Eukaryotes 1300 million years ago (1.3 billion years ago) Single-celled Eukaryotes Still Present:

Single-celled Eukaryotes 1200 million years ago (1.2 billion years ago) Single-celled Eukaryotes Still Present:

Single-celled Eukaryotes 1100 million years ago (1.1 billion years ago) Single-celled Eukaryotes Earth View Still Present:

Multicellular Organisms Appear 1000 million years ago (1.0 billion years ago) Multicellular Organisms Appear Marine Invertebrates Soft Bodies

Marine Invertebrates Flourish 900 million years ago Marine Invertebrates Flourish Still Present:

Marine Invertebrates Flourish 800 million years ago Marine Invertebrates Flourish Earth View Still Present:

Marine Invertebrates Flourish 700 million years ago Marine Invertebrates Flourish Earth View Still Present:

600 million years ago Ediacara Fauna Earth View Still Present:

500 million years ago Earth View 543 mya First Hard Parts (Shells & Bones) First Primitive Fish Life Migrates to Land 470 mya Earth View

438 million years ago Mass Extinction

Most life still underwater 400 million years ago Most life still underwater First Seed Plants First Amphibians Still Present:

367 million years ago Mass Extinction

Vast Coal Swamps on Land 300 million years ago Vast Coal Swamps on Land Origin of Many Animals amphibians, sharks, reptiles, insects Earth View

245 million years ago Mass Extinction 90 % of all species perish Earth View

Fern 200 million years ago Age of the Dinosaurs and Reptiles Plant Life: Ferns & Gymnosperms First mammals Earth View Still Present:

First Placental Mammals 100 million years ago First birds First Placental Mammals First Flowering Plants Still Present:

Extinction of the dinosaurs and others 65 million years ago Mass Extinction Extinction of the dinosaurs and others Earth View

65 million years ago to Present Day (0 mya) Dominance of flowering plants, insects mammals, and birds Earth View Humans 5 mya Still Present:

Picture Credits Smithsonian Institute Field Museum NASA University of California, Berkeley Museum http://rainbow.ldeo.columbia.edu/courses/v1001/7.html http://www.geol.umd.edu/~kaufman/ppt/chapter3/sld019.htm http://www.uta.edu/geology/geol1425earth_system/images/gaia_chapter_11/ArcheanLandscape.jpg http://www.uta.edu/geology/geol1425earth_system/1425chap11.html http://www.exhibits.lsa.umich.edu/Exhibits/Anthropology/Diaramas/Nat.Am./Copper/Copper.html