모든 생물은 세포로 구성되어 있나요?
공통 조상의 증거
지금까지 알려진 지구상의 모든 생물들은 본질적으로 동일한 세포 구조로 이루어져 있다. 원핵생물을 포함한 모든 세포는 RNA, DNA와 같은 유전 물질을 통해 단백질을 생성하고 생장한다. 또한 진핵생물은 리보솜, 미토콘드리아와 같은 세포 소기관을 지니고 있으며 이들의 구성 방식과 역할은 생물 종과 관계없이 똑 같다. 이는 모든 생물이 동일한 공통 조상에서부터 진화한 것임을 뒷받침한다.
신경 세포
신경 세포(神經細胞, ) 또는 뉴런은 신경계를 구성하는 세포이다. 신경세포는 나트륨 통로, 칼륨 통로등의 이온 통로를 발현하여 다른 세포와는 달리 전기적인 방법으로 신호를 전달할 수 있다. 또한 인접한 신경세포와 시냅스라는 구조를 통해 신호를 주고 받음으로써 다양한 정보를 받아들이고, 저장하는 기능을 한다. 인간의 두뇌에는 대뇌피질에만 약 100억개의 신경세포가 존재하는 것으로 추산되고 있다. 신경계에는 뉴런보다 많은 숫자의 신경 아교 세포가 존재한다.
원생동물
원생동물(原生動物)은 하나의 세포로 구성된 현미경적 크기의 동물이다. 고등 동물을 구성하고 있는 세포들은 서로 도와가며 조직이나 기관을 형성하고, 각각 일정한 기능을 갖는 데 반해, 원생동물은 모든 기능이 하나의 세포 내에서 이루어지므로 그것이 하나의 개체로서 생활한다. 운동은 편모, 섬모, 위족으로 하는데 운동을 하지 못하는 것도 있다. 모양은 매우 다양하여, 좌우비대칭형·동그란형·원
추형·가늘고 긴 모양·납작하고 등과 배의 구별이 있는 것 등이 있다. 번식은 주로 이분법과 출아법으로 하며 교미와 접합의 유성 생식도 가능하다. 이러한 원생동물은 수생동물 유생의 먹이로 매우 중요하다. 또한 오염된 물에서 서식하는 대부분의 편모충류는 물을 정화시키는 역할을 하는데, 부유 생활을 하는 종류는 때에 따라 이상 증식을 하여 적조 현상을 일으켜 수생동물에게 큰 피해를 준다. 원생동물은 현재 전지구상에 3만 종 이상이 알려져 있고, 하천·호수·바다 등에 살고 있다. 대부분의 원생동물은 아주 작아 현미경으로만 볼 수 있으므로 원생동물에 대한 연구는 현미경의 발달과 함께 이루어져 왔다. 그러나 한정된 것만이 화석으로 남아 있을 뿐이며, 세포 기관의 연구 또한 무리 사이의 유연 관계를 설명하기에는 많이 부족하여 아직까지도 확실한 분류체계가 잡혀 있지 않다. 전통적으로 편모충류·육질충류·포자충류·섬모충류의 종류로 나누었다.
루시 샤피로
세포 주기, 비대칭 세포 분열, 세포 분화의 조절을 연구하면서, 샤피로의 연구는 동일한 세균 세포가 다른 세포 유형으로 분리되는 유전 및 분자적 과정을 훨씬 더 깊이 이해할 수 있게 되었다. 이것은 단세포 세균에서 다세포 생물에 이르기까지 모든 생명의 밑바탕이 되는 기본 과정이다. 카울로박터의 세포 주기 과정 또한 줄기 세포 분열과 유사하게 두 개의 별개 세포가 발생함을 보여주는데, 그 중 하나는 부모 세포와 다르며 다른 하나는 그렇지 않다.
세포내 공생설
대부분의 세포소기관과는 달리 이들이 핵의 지배를 받지 않고 (자체 DNA를 가지며 필요한 효소 일부를 자가 합성할 수 있다.) 독자적인 행동을 하는 미토콘드리아와 엽록체의 유사성에 착안하여 그들의 기원을 설명하기 위한 가설이다. 이 가설에 따르면 미토콘드리아는 호기성 세균(세균인 프로테오박테리아(proteobacteria)나 세균이 아닌 리케차(rickecha))에서 엽록체는 호기성광합성세균(시아노박테리아(cyanobacteria))에서 유래하였을 것으로 보인다.
조직 (생물학)
식물 세포는 핵, 세포벽 등 여러 가지 공통된 형질을 갖는다. 한편, 다세포의 식물체, 특히 관속 식물처럼 조직 분화가 현저한 식물체에서는 갖가지 형태나 성질을 가진 세포가 서로 기능적으로 분업하여 하나의 개체를 이루고 있다. 특정한 형태나 기능을 가진 세포가 모여 있는 세포의 집합을 '조직'이라고 한다. 이와 같이 어떤 기능을 가진 세포가 모이면, 그 기능이 더욱 잘 완수될 수 있다. 예를 들어, 물관의 세포는 연속적으로 배열된 긴 관의 형태로 존재하므로, 물이 능률적으로 잘 통과할 수 있다. 뿌리털은 적당한 간격을 두고 뿌리의 표면에 분포하여 표면적을 넓힘으로써, 물을 능률적으로 흡수하는 경우와 세포가 적당한 간격을 두고 분산해 있는 경우가 있다. 식물의 조직에는 다음과 같은 것들이 있다.
세포
세포의 영어 낱말 cell(셀)은 작은 방을 의미하는 라틴어의 "켈라(cella)"에서 유래하였다. 이 이름은 1665년 로버트 훅이 현미경으로 관찰하였던 코르크 세포를 수도승이 살던 작은 방에 비유한데서 유래하였다.
세포 분화
다 자란 생명체의 모든 세포(즉 영양막과 같은 조직으로는 분화할 수 없다)로 분화할 수 있는 능력을 가진 세포를 만능한() 세포라고 한다. 동물의 배아줄기세포와 고등 식물의 분열세포()가 만능한 세포이다. 태반 조직을 포함한 모든 세포로 분화할 수 있는 세포는 전능한() 세포이다. 포유류는 접합자와 초기 4-8세포기 할구들만 이런 능력을 가지는 반면, 식물은 분화된 세포라 하더라도 간단한 생명공학 기술로 전능성을 갖도록 할 수 있다.
세포병리학에서 세포 분화 정도는 암 진행 정도를 알아보는 지표로 쓰인다. 대체로 암의 분화도()는 종양이 얼마나 분화된 세포로 이루어졌는지에 따라 결정한다.
세포 이론
세포가 이미 존재하는 세포로부터 나온다는 개념은 이미 로베르트 레마크가 제시한 것이었지만, 피르호는 세포 이론을 정리하면서 레마크를 언급하지 않았다. 1852년 레마크는 세포 분열의 관찰 결과를 출간하였고, 거기서 기존의 슐라이덴과 슈반의 세포 재생산 이론이 부정확했음을 지적하였다. 루돌프 피르호가 세번째 개념을 추가함으로써 세포 이론은 완성된 형태를 갖추게 되었다.
분열조직
분열조직(分裂組織, meristem)은 세포 분열을 하여 식물을 성장하게 하는 부분으로서, 세포는 세포벽이 얇고 원형질로 충만되어 있다. 줄기나 뿌리 끝에 있는 생장점이 이에 속하며, 줄기·잎·뿌리 부분이 이를 통해 만들어진다. 이들은 각각 식물체의 끝부분에 있으므로 '정단분열 조직'이라고 한다. 한편, 줄기나 뿌리를 굵게 하는 '측생 분열 조직'을 가진 식물도 많다. 측생 분열 조직에는 부름켜(관다발 형성층)와 코르크 부름켜가 속하는데, 이들 분열 조직은 겉씨식물과 쌍떡잎식물 중에서도 특히 나무가 되는 식물에 잘 발달되어 있다. 위의 분열 조직 외에 '개재 분열 조직'도 있다. 예를 들어, 대나무류에서는 마디 부분이 비교적 빨리 성숙하는 데 비해, 마디와 마디 사이는 비교적 후기까지 천천히 생장하는데, 이 부분의 생장은 바로 개재 분열 조직의 활동에 의해 일어난다. 일반적으로, 개재 분열 조직에 의한 생장을 '개재 생장'이라고 한다.
분열 조직에서 만들어진 세포는 몇 번의 세포 분열 후, 성숙한 조직 세포로 분화하여 활동하게 된다. 이 때 분열 조직에서 성숙된 조직으로의 중간 단계로서, 다소 분화하기 시작했으나, 아직 분열 조직적인 성질이 남아 있는 부분이 있다. 이 가운데 표피가 되기 시작한 곳을 '원표피', 관다발로 분화되는 부분을 '원시 부름켜', 기타 유조직 부분이 되기 시작한 곳을 '기본 분열 조직'이라고 한다.
세포 핵
세포 핵(細胞核, Cell nucleus)은 모든 진핵생물에서 발견할 수 있는 세포 내의 세포 기관 중 하나로, 히스톤 단백질과 같이 염색체를 구성하는 다양한 단백질 복합체로 된 긴 선형의 DNA로 된 유전자중 대부분의 정보를 담고 있다. 핵은 유전자가 변형되지 않게 유지하고 유전자 발현을 조절함으로써 세포의 활성을 조절하는 역할을 하며 세포 분열과 유전에 관여한다. 공 모양이거나 타원 모양인 경우가 많다. 크기는 지름이 수μ에서 20~30μ 정도가 보통이다. 전자 현미경에 의한 관찰에서 핵은 안팎 2층으로 이루어진 핵막으로 둘러싸여 있고, 여기에 핵공이라는 다수의 구멍이 있는 것으로 알려져 있다. 대부분의 분자들은 핵막을 통과할 수 없고 작은 분자들이나 이온은 핵공을 통해 이동한다. 단백질과 같은 큰 분자들의 경우 운반체 단백질에 의해 조절되는 능동수송으로 이동한다. 또, 핵막의 바깥쪽 막은 그 일부가 세포질 쪽으로 튀어나와 소포체의 막과 연결되어 있어서, 핵과 소포체를 잇는 구조로서 주목되고 있다.
권터 블로벨
성인의 몸속에는 세포 약 100조 개가 있는데, 각 세포는 세포 소기관이라는 수많은 개별적인 단위들로 이루어져 있다. 세포 내의 별개의 칸막이 방처럼 존재하는 세포소기관들은 각각 생명에 필수적인 특별한 기능을 수행한다. 중요한 세포기관의 하나가 세포핵인데, 그 속에는 유전물질인 DNA와 단백질 합성을 위해 화학적으로 암호화된 DNA의 명령이 들어 있다. 암호화된 명령은 다른 세포소기관의 단백질을 만드는데 사용된다. 각 세포에는 단백질 분자 약 10억 개가 들어 있는데, 이 분자들은 매우 다양하고 특별한 기능을 지니고 있다. 
인체 세포 내에서는 생명유지에 필수적인 수많은 종류의 단백질이 꾸준히 만들어지는데 단백질은 자신의 기능에 따라 세포 내의 다른 소기관(Organelle:organell)으로 이동하거나 세포 밖으로 분비되어야만 제 기능을 할 있다. 어떤 단백질 분자는 세포 내에서 새로운 세포 성분들을 만드는 구조 재료로 사용된다. 어떤 단백질 분자들은 세포화학적 반응의 속도를 빠르게 하는 효소로 작용한다. 또 어떤 단백질 분자들은 세포막으로 이동한 다음, 세포 밖으로 배출되어 핏속에서 순환하면서 체내의 다른 부분으로 옮겨간다. 생명과 건강은 각기의 단백질이 그것을 필요로 하는 세포 속이나 세포 밖의 장소로 이동하는 능력에 달려 있다. 
그러나 단백질은 수용성(水溶性)인 반면에 세포를 둘러싸고 있는 원형질막은 지방성분이어서 세포 밖으로 나가기가 쉽지 않다는 점이 문제가 되어 단백질이 어떤 과정을 통하여 이 장벽을 통과하는 지가 의학계의 오랜 의문이었다. 수십 년 동안 생물학자들은 단백질의 중요한 처리 과정 2가지를 이해하지 못했다. 하나는 새로 만들어진 단백질이 세포 내의 특정 장소로 어떻게 이동해 가느냐 하는 것이고, 또 하나는 각각의 세포소기관을 둘러싸고 있는 밀폐된 막을 단백질이 어떻게 통과하느냐에 대한 것이었다. 세포생물학자이자 분자생물학자인 권터 블로벨은 세포 내에서 만들어지는 단백질의 맨 앞쪽에 특별한 인식장치(Signal polypeptide : 신호성 아미노산 결합물, 신호 폴리펩티드)가 있어 이것이 단백질의 이동경로를 결정한다는 사실을 밝혀내 이 두 가지 수수께끼를 풀었다.
권터 블로벨은 세포 속에서 새로 만들어진 단백질이 적절한 목적지로 찾아가도록 도와주는 세포 ‘우편번호’(ZIP CODE) 또는 ‘주소가 기재된 꼬리표’(address tag)를 발견하였다. 단백질은 특별한 순서로 배열된 아미노산 사슬들로부터 만들어지는데, 주소코드는 대개 단백질의 한쪽 끝에 위치한 아미노산 배열로 이루어져 있다. 주소코드는 단백질이 특정 세포소기관의 막을 통과할 수 있는지 없는지, 세포막에 합쳐질 것인지 말 것인지, 그리고 세포 밖으로 배출 될 것인지 아닌지를 결정한다. 그에 의하면 이 아미노산 결합물에 특정 단백질을 외부로 분비하라는 정보가 담겨 있다는 것이다. 이 체계에 이상이 생겨 단백질의 이동과정이 잘못되어 발생하는 질병들이 백인계의 대표적인 유전병인 낭포성섬유증(囊胞性纖維症)과 가족성 고지혈증 등이다. 그의 연구는 이러한 유전병들을 치료하는 전기를 마련한 것으로 평가 받아왔다. 또, 현대의학에서는 세포를 ‘단백질 공장’으로 이용하여 B형 간염백신, 조혈제 등 각종 의약품의 생산에 사용하고 있는데, 단백질의 합성 및 이동경로를 규명한 그의 연구성과는 세포를 보다 효율적으로 사용할 수 있는 길을 열어준 셈이 된다. 블로벨은 또한 구멍처럼 생긴 통로를 통해 단백질이 세포소기관에 들어가며, 그 통로는 단백질이 정확히 세포 소기관에 도착했을 때 세포소기관의 외부막이에서 열린다는 결론을 얻었다. 마침내 과학자들은 효모, 식물, 동물 세포를 포함해 다른 모든 형태의 고등 생물체의 유전자에도 이와 똑같은 구조적 특징에 기초한 ‘목적지 안내’ 신호체계가 존재한다는 사실은 밝혀냈다.
1999년 스웨덴 노벨상위원회는 단백질의 운명을 결정짓는 신호체계를 규명하는 등 인간 세포 내에서 단백질의 역할을 선구적으로 밝혀낸 업적을 인정하여 그를 1999년도 노벨생리·의학상 수상자로 선정하였다. 노벨상 위원회는 “블로벨 교수의 연구 성과는 몇몇 유전병의 분자구조를 설명하는 데 큰 도움을 주는 등 현대 세포생물학 연구에 중대한 공헌을 하였다.”고 노벨상 수상 이유를 밝혔다.
세포 이론
세포 이론(세포설, )은 생물학에서 세포의 고유한 특성을 설명하는 과학 이론이다. 세포는 모든 생물의 기본 단위이자 재생산의 단위이기도 하다. 17세기 현미경의 발명과 그 이후 계속하여 이루어진 개량으로 세포의 발견과 관찰이 가능하게 되었다. 세포의 발견에는 로버트 훅이 큰 기여를 하였으며, 이후 세포에 대한 연구로 세포생물학이 성립하게 되었다. 세포의 발견 이후 과학자들 사이의 논쟁을 거쳐 세포가 생물의 기본 단위라는 사실이 밝혀졌다. 1838년 마티아스 야코프 슐라이덴과 테오도어 슈반이 세포 이론을 발표하였고, 이후 루돌프 피르호와 같은 과학자들이 이론의 발전에 기여하였다. 세포 이론은 생물학의 기초 지식으로 자리잡고 있다.
유전자 발현
생물 개체는 각각의 세포마다 유전체 전체가 들어 있다. 사람의 경우에도 세포 마다 23 쌍의 염색체가 모두 들어있다. 따라서 생물의 발생과 신진대사 과정에서 유전자의 발현은 필요한 부분에서 필요한 만큼만 일어나도록 조절되어야 한다.
세포
세포분열은 하나의 모세포가 두 개의 딸세포로 분해되는 과정이다. 이 과정은 다세포 생물에서는 성장을 의미하며, 단세포 생물에서는 생식을 의미한다. 원핵세포는 이분열에 의해 분열되며, 진핵세포는 대개 유사분열이라 불리는 세포핵분열 과정을 거친 뒤 세포질 분열 과정을 통해 세포분열을 한다. 이배체 세포는 일배체 세포를 만들기 위해 감수분열을 한다. 일배체는 다세포 생물에서 생식자의 역할을 수행하며, 새로운 이배체 세포를 구성하기 위해 세포핵융합을 한다.
줄기세포
줄기 세포(-細胞, )는 실제로 태생기 전능세포(pluripotent cell)를 지칭한다. 이는 어떤 조직으로든 발달할 수 있는 세포를 의미한다. 줄기 세포는 주로 초기 분열 단계의 배아로부터 채취된다. 이 단계의 세포는 아직 장기 형성 능력이 없으므로 사전에 입력하는데 따라 특정하게 선택한 세포계(cell line)로 배양될 수 있다. 간세포(幹細胞), 모세포(母細胞)라고도 한다. 현재 세계 각국에서 경쟁적으로 줄기 세포 연구를 진행 중이다. 줄기 세포를 인류가 적절히 통제할 수 있는 기술이 확보된다면 질병 치료의 신천지가 열리게 된다. 장기 이식이 매우 손쉽게 이루어질 수 있기 때문이다. 종류에는 배아줄기세포와 성체줄기세포가 있다. 배아줄기세포의 경우에는 모든세포로 분화할 수 있다는 특징이 있고 성체줄기세포의 경우에는 특정 세포로만 분화한다는 특징이 있다.
신경 세포체
신경 세포체는 뉴런의 한 부분으로, 핵을 포함한 부분이다. 뉴런에 영양을 공급하고 유지시키는 일을 한다. 세포체(Cell Body)는 Soma라고도 한다. 보통의 체세포와 같이 핵과 미토콘드리아, 세포막이 있다. 신경 세포체는 뉴런에 따라 그 종류와 크기가 매우 다양하다.
세포 이론
현대 진화 이론에서는 오늘날 살고 있는 모든 생물이 모든 생물의 공통 조상에서 진화를 거쳐 분화되었다고 본다. 세포 단계에서 가장 먼저 분화가 된 것은 원핵생물과 진핵생물의 분화이며, 세포의 종류 역시 크게 보아 이 둘로 구분할 수 있다.
배지 (미생물학)
증식배지는 크게 세포배지와 미생물배지의 두 종류로 나뉜다. 세포배지란 즉 식물이나 동물에서 유래한 특정 세포를 배양하기 위한 종류의 배지이며, 미생물배지는 세균이나 효모같은 미생물들을 증식시키는 데 사용되는 배지이다. 미생물배지의 기본 성분은 영양분 혼합물과 한천이다. 일부 생물체들은 증식을 하기 위하여 특별한 환경이 필요하여 증식시키기 까다로운 경우도 있다. 예를 들어, 바이러스는 숙주 세포에 기생을 해야 증식할 수 있기 때문에 배지에 살아있는 숙주 세포를 첨가하여야 한다.
진화
지구상의 모든 생물은 최초 공통 조상 또는 최초의 동일한 유전자 풀에서 분화되었다. 오늘날 생존해 있는 모든 종은 종분화와 멸종을 반복하며 일어난 진화의 결과이다. 최초 공통 조상은 생명이라고 부를 수 있는 최소한의 특징들을 지니고 있었다. 첫째, 최초의 생물은 어디라 특정할 수는 없으나 상당한 크기 이상의 지역에 분포하였다. 둘째, 그것들은 단 하나의 형태가 아니라 유사성을 갖는 다양한 형태를 취하고 있었다. 셋째, 최초 공통 조상으로부터 전해진 유전형질이 무엇이었는지는 알 수 없으나 최소한 어느 시점을 지나면서 가계도와 같이 세대에서 세대로 유전형질이 전달되는 군집을 이루고 살았다. 한편, 현대 진화 이론은 찰스 다윈이 제시하였던 계통도인 생명의 나무는 더 이상 받아들이지 않는다. 오늘날의 생물 계통도는 수평적 유전자 이동과 같은 종간의 상호 연관으로 보다 복잡하게 얽혀 있다. 때문에 쿠닌 골도브스키와 같은 학자는 생명의 계통을 수형도의 개념으로 파악하는 기존의 "생명의 나무" 개념을 대체하여 네트워크의 개념으로 파악하는 "생명의 그물"을 새로운 계통도로 제시한다.
지구의 역사
학계는 처음 만들어진 원시 세포는 여러 종류가 있었으나, 이 중 단 한 종류만이 살아남아 모든 생물의 공통 조상 (last universal common ancestor, LUCA)이 되었을 것으로 본다. 이 “조상 세포”는 시생누대 초기, 대략 35억년 이상 전에 살았으며, 세포막과 리보솜을 갖췄으나 세포핵이나 막성 세포기관이 없는 원핵생물이었을 것이다. 현대의 세포들처럼, “조상 세포”는 DNA로 유전적 정보를 기록하고, RNA가 정보 전달과 단백질 합성을 맡았으며, 반응을 촉매하기 위한 수많은 효소들이 있었을 것이다. 몇몇 과학자들은 “조상 세포”는 한 종류가 아니었으며, 서로 유전자 전달을 통해 유전자 교환을 했을 것으로 보고 있다.
원형질
후형질을 제외한 원형질만으로 된 화학 성분을 분석하여 그 화학 조성을 밝히는 것은 실제로 매우 어렵다. 그래서 후형질이 적은 동물의 간세포나 변형 균류의 변형체 등의 분석 결과로 원형질의 화학 조성을 대충 추정한다. 또 원형질의 화학 조성은 세포의 종류에 따라 다르며, 같은 세포라도 생리 조건, 성장 정도에 따라 변화한다. 특히 식물 세포는 식물세포내에서 생긴 노폐물이나 색소등을 저장하는 액포를 세포내에 가지고 있는데, 이 액포는 환경에 대한 완충 역할을 함과 동시에 물질의 저장/배출을 담당하고 있어 식물의 세포는 외부 조건에 따라 원형질의 구성이 크게 변화한다.
생식 세포
생식 세포는 지구상에 처음 태어난 생물에서 연면히 계승되어 있다. 예를 들어, 유성 생식을 위한 배우자 즉 난자, 난세포, 정자, 정세포, 무성 생식을 위한 포자, 또한 그 원인이 되는 세포가 생식 세포이다. 이들은 함께 생식계열이라 불리는 일도 있다. 이 세포는 태생기 동안 세포 분열을 반복하여 남자는 정원 세포가, 여자는 난조 세포가 된다.
복제 (생물학)
줄기세포란 인간의 몸을 구성하는 서로 다른 세포나 장기로 성장하는 일종의 모세포로 간(幹)세포라 불리기도 하는데 이 줄기세포에는 사람의 배아를 이용해 만들 수 있는 ‘배아줄기세포(복수 기능 줄기세포)’와 혈구 세포를 끊임없이 만드는 골수세포와 같은 ‘성체줄기세포(다기능 줄기세포, 만능 세포)’가 있다. 즉, 줄기 세포는 우리 몸을 구성하는 모든 세포나 조직의 근간이 되는 세포로서 인체 내 210여 가지의 세포로 분화할 수 있는 만능세포이다. 줄기세포는 간이나 심장 등 장기를 형성하기 직전 단계의 세포로서 커다란 나무줄기가 잔가지를 뻗어내듯이 몸을 구성하는 모든 세포로 분화될 수 있는 세포라는 뜻에서 줄기라는 이름이 붙었다.
세포질
모든 세포는 세포질을 가지고 있지만, 생물 분류에 따라 그 특성은 매우 다르다. 동물 세포에서는 세포질이 거의 세포 부피의 절반을 차지하지만, 식물 세포에서는 액포의 존재로 인해 세포질이 훨씬 적은 부피를 차지한다.
식물의 진화
화석으로 생물 변천 과정을 추측할 수 있는 지질시대 이후부터 현재에 이르기까지 동물은 식물이 만들어낸 물질을 이용하여 왔다. 따라서, 이와 같은 생각에 기초를 둔다면, 지구상에 최초로 등장한 생물은 독립 영양 식물이었을 것이다. 그러나 이러한 추측과 달리, 오늘날에는 오파린이 제창한 코아세르베이트설이 유력시되고 있다. 즉, 오파린은 원시 해양 속의 단백질·핵산·당류 등의 유기물들은 전하를 지니고 있어서 주위에 물분자들을 잡아당겨서 콜로이드 입자 상태로 존재하였으며, 이들 콜로이드 입자들은 서로 모여 간단한 막에 싸이면서 액체 방울을 이루어 주위와 경계를 이루게 되었다고 설명하고, 이를 '코아세르베이트'라고 불렀다. 그리고, 그는 원시 생명체는 이 코아세르베이트의 상태에서 출발했다고 가정하며 코아세르베이트가 주위에서 각종 무기물과 유기물을 흡수함으로써 점점 원시세포의 형태로 발전되어 갔다고 설명하였다. 실제로 코아세르베이트는 생김새가 아메바 등의 미생물 세포를 닮았고, 효소와 핵산이 존재할 경우 주변의 물질을 그 속으로 받아들이고 분열을 하며 증식하는 등 생명체와 유사한 활동을 하는 것을 관찰할 수 있다. 따라서, 이와 같은 코아세르베이트가 핵산이나 효소의 존재하에서 물질 대사 기능과 자기 복제의 기능을 갖게 됨으로써 원시 생명체가 탄생되어 현재에 이르는 단계에까지 진화되었다고 생각된다. 이처럼 원시 생명체가 유기물의 화학적 진화에 의해 만들어졌다면, 코아세르베이트는 다른 코아세르베이트와 합쳐지거나, 원시 바다의 유기물을 끌어들여 생활하고 있었을 것이므로, 원시 지구에 최초로 출현한 생물은 종속 영양 생물이었을 것이다.
진핵생물
진핵생물은 단계통군으로 나타나며, 3개의 생물 도메인 중의 하나를 구성한다. 나머지 2개의 도메인은 세균과 고세균으로써 원핵생물로 불리며 이상과 같은 특징을 갖고 있지 않다. 진핵생물은 모든 생명체 중에서는 일종의 소수이다. 심지어 인체에는 사람의 세포수보다 10배나 많은 미생물이 들어 있다.
생활환
단상 생활환 (Haplontic life cycle)은 대부분의 균(fungi)과 조류를 포함하는 몇몇 원생생물에서 일어나는 유형의 생활환으로 복상 생활환 (Diplonic life cycle)과는 반대로 반수체(n, 단상)의 다세포 개체가 생활환의 대부분의 시기를 차지한다. 반수체의 다세포 개체는 체세포 분열을 통해서 단세포의 배우자(gamete)를 형성한 후 다른 배우자(gamete)와의 수정을 통해 단세포의 2배체(2n, 복상)인 접합자(zygote)를 형성한다. 그 후 곧바로 감수분열을 통해서 단세포의 반수체(n)인 포자(spore)를 만들며, 이 포자를 만들며 이 포자는 체세포 분열을 통해서 다시 반수체의 다세포 개체를 형성하여 생활환(life cycle)을 형성한다.
미생물학
세포 기초 대사 내용은 진핵 세포 를 이용한 것보다 개별 세포 클론을 얻을 수 있는 미생물로부터 많은 지식을 얻을 수 있었다. 이화 , 동화는 물론 단백질과 지질 , 핵산의 생합성 등은 미생물에서 얻을 수 있었던 것으로 해도 과언이 아니다.
물질대사
생물 종이 다를지라도 기본적인 대사경로와 그 구성 성분은 매우 유사하다. 시트르산 회로를 구성하는 중간체로 널리 알려진 카복실산들은 단세포 세균인 대장균에서부터 거대한 다세포 생물인 코끼리에 이르기까지 알려진 모든 생물에 존재한다. 대사경로는 진화 초기에 등장했으며, 그 효율성 때문에 계속해서 유지된 것으로 추정된다.
미생물군체
미생물군체(microbiota)는 미생물 집단 전체의 총합을 말한다. 이것은 환경이나, 사람 소화기관, 피부, 공기등에 존재하는 모든 미생물의 모든 종을 일컫고, 최근에는 무작위로 메타게놈방식(군유전체방식)으로 시퀀싱하여 정보를 생산하는 시대에 탄생한 용어이다.
광합성
광합성(光合成, , 영어: Photosynthesis) 지구의 식물이 빛을 이용하여 화합물 형태로 에너지를 저장하는 화학 작용으로, 지구상의 생물계에서 볼 수 있는 가장 중요한 화학 작용의 하나이다. 지구상의 모든 생물은 삶을 유지하기 위해 에너지를 필요로 한다. 박테리아의 번식을 비롯하여 콩이 싹을 틔우고 나무가 자라며, 우리가 태어나 숨을 거두는 순간까지의 이 모든 삶의 과정은 에너지에 직접적으로 의존하여 일어난다. 우리가 일상생활에서 자동차를 움직이고 전기 기구를 사용하며 온갖 산업 시설을 가동시키기 위해서 석유, 석탄을 연소시킬 때, 혹은 원자의 분열에서 생겨나는 에너지를 빌어쓰듯이, 생물이 존속하기 위한 기본 조건은 간략히 말하자면 에너지라 볼 수 있다. 에너지의 전환과 저장은 생물의 최소 단위인 세포에서 일어나며, 에너지는 화합물 형태로 저장된다. 모든 생물은 광합성으로 생성된 산물을 생체 내 연료로 사용하고 있으며 이것을 공급하는 방법이 엽록체에서 일어나는 광합성이다. 광합성으로 에너지를 얻는 생물을 광영양 생물(光營養生物, phototroph)이라고 한다.
인공생명
1960년대 존 콘웨이()가 주장한 생명게임()은 존 폰 노이만이 발표한 세포 자동자 이론의 한 예이다. 인공생명체는 바둑판과 같은 격자 위에서 벌어지는 생명의 가상적인 변화이다. 어떤 한 칸의 상태는 그 주위에 인접한 4개, 또는 8개 칸의 상태에 따라서 정해진다. 예를 들어 한 세포는 주위의 셀이 지나치게 많거나 적으면 다음 상태에서 죽는다. 그리고 주위의 셀이 적당하면 그 자리에 생명이 생기거나 생명이 유지된다. 이 실험에서 살아있는 세포의 위치 변화는 상상을 초월할 정도로 다양했으며, 놀랍게도 어떤 다세포체는 자신의 초기모습과 같은 개체를 사방으로 복제시켰다.
생물학
부모에서 자식으로 유전되는 생물학적 특징을 유전형질이라 한다. 모든 생물의 유전형질은 유전자 단위로 유전된다. 유전자는 염색체를 이루는 DNA 사슬의 일정 구간을 이루는 염기 서열이다. 박테리아에서부터 동물에 이르기까지 모든 생물의 유전형질은 같은 방식으로 전달된다. 세포핵에 있는 DNA는 코돈이라 불리는 염기 서열에 따라 어떤 단백질을 형성할 것인지를 지정한다. RNA에 의해 전사되어 나온 DNA의 코돈은 리보솜으로 전달되며 리보솜은 이 코돈을 번역하여 단백질을 생성한다. 생물의 종류과 관계 없이 같은 염기서열을 갖는 DNA는 같은 단백질을 만들게 된다. 예를 들어 사람의 인슐린을 만드는 DNA는 다른 생물에 이식되어 배양되어도 같은 인슐린을 만들게 된다.
세포 자동자
세포 자동자는 규칙적인 격자 형태로 배열된 세포 또는 칸(cell)들에서 정의된다. 각 세포는 유한한 수의 "상태"를 가질 수 있는데 예를 들어 "살아 있음/죽음"이 있다. 격자는 유한한 수의 아무 차원이면 된다. 각 세포에 대하여, "이웃들"이라 부르는 세포들은 그 세포에 대한 관계로 정의하는데, 예를 들어 그 세포에 대해 모든 방향으로 한 칸씩 떨어져 있는 세포들이라는 식으로 하면 된다. 시간 t=0 일 때의 각각의 세포의 상태를 지정해놓고 이를 초기 상태라고 한다. 새로운 "세대"(시간 t가 그 다음 자연수)는 고정된 "규칙"에 의해 이전 세대로부터 만들어지는데, 규칙은 각 세포와 그 이웃들의 상태에 따라 그 세포의 새로운 상태가 지정하는 수학적인 함수이다. 일반적으로 그 규칙은 각 세포에 대해 동일하고 시간에 따라 변하지 않으며 각 세대의 모든 세포에 동시에 적용되는데, 물론 일반적이지 않은 규칙을 적용한 세포 자동자도 있다.(예: , )
나이브 만능성 줄기세포
일반적으로, 줄기세포는 확립 방법 및 근원 (source)에 따라 분류할 수 있는데, 배아 (embryos)로부터 확립된 배아줄기세포(embryonic stem cells, ESC)와 성체의 조직으로부터 분리된 성체줄기세포(adult stem cells), 그리고 체세포 리프로그래밍 과정을 통해 인공적으로 확립된 유도줄기세포 (induced stem cells) 등으로 나눌 수 있다. 또한 분화 능력에 따라 한 종류의 세포로 분화할 수 있는 단분화능 (Unipotency), 여러 종류의 세포로 분화할 수 있는 다분화능 (Multipotency), 그리고 모든 조직세포로 분화할 수 있는 만능성 (Pluripotency) 줄기세포 등으로 나눌 수 있다.
그 중 대표적인 만능성 줄기세포에는 배아줄기세포(embryonic stem cells, ESC)와 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cells, iPSCs)가 있으며 이는 미분화 상태를 유지하면서 무한대로 자가 증식할 수 있는 능력과 인체의 모든 세포로 분화할 수 있는 분화능력을 가지고 있기 때문에 재생 의학적 활용에 있어 그 가치가 높이 인정되고 있다.
1981년 Martin John Evans와 Matthew Kaufman (캠브리지 대학교, 영국)박사 연구팀에 의해 생쥐 배아줄기세포 (mouse embryonic stem cell, mESC)가 확립되었으며, 1998년 James Thomson (위스콘신 대학교, 미국)박사 연구팀에 의해 인간 배아줄기세포 (human embryonic stem cell, hESC)가 확립되었다. 2006년에는 세계 최초로 Shinya Yamanaka (교토 대학교, 일본)박사 연구팀에 의해서 유도만능줄기세포(Induced Pluripotent Stem Cell, iPSC)가 확립되었으며 이 유도만능줄기세포가 배아줄기세포의 문제점인 난자 사용의 윤리적 문제 등을 해결하는 최고의 대안으로 떠오름에 따라 만능성 줄기세포 연구의 중요성에 대한 인식이 고조되었다.
2007년 배아줄기세포 및 유도만능줄기세포와는 다른 종류의 만능성 줄기세포도 확립이 되었다. I. Gabrielle M. Brons (캠브리지 대학교, 영국)박사 연구팀에 의해 생쥐로부터 인간 배아줄기세포와 형태학, 분자적 특징이 유사한 생쥐 배반엽 상층 줄기세포 (Epiblast stem cell, EpiSC)가 확립되면서 각각 다른 특징을 가지는 만능성 줄기세포의 특성을 이해하고 이를 제어하기 위한 연구가 전개되었다. 최근 이러한 연구를 배경으로 생쥐와 인간의 배아줄기세포를 발생학적으로 서로 다른 만능성 상태 즉, ‘naive 및 primed 만능성 상태’로 설명하는 개념이 나타나게 되었다.
Naive와 primed 만능성의 차이를 이해하기 위해서 먼저 생쥐의 초기 발생과정을 살펴볼 필요가 있다.
진화
진화에 대한 일반적인 오해 가운데 한 가지는 진화에 어떤 장구한 계획이나 목적이 있을 것이라 믿는 것이다. 그러나 실제 일어나는 진화에는 장구한 목적이 있지 않으며 보다 복잡함을 추구하는 계획 같은 것 역시 불필요하다. 진화의 결과 나타나는 진화의 복잡성 증가는 전체 생물체의 수가 증가하면서 나타나는 부수적인 효과일 뿐이며, 단순한 형태의 생물은 그대로 유지되는 것이 보다 일반적이다. 단적인 예로 전체 바이오매스의 절반을 차지하는 원핵생물들이 여전히 작은 크기를 유지하고 있는 사실을 들 수 있다. 또한 이들 원핵생물들은 지구에서 나타난 생물 다양성의 압도적 다수를 차지한다. 지구 전체의 역사를 통틀어 생물의 일반적인 형태는 단세포 생물이며 오늘날에도 이러한 사실에 변함이 없다. 보다 크고 복잡한 생물들이 주목 받는 까닭은 그것이 눈에 띄기 쉽기 때문이다. 이는 관찰자가 표본을 선택할 때 일으키는 편향 표본의 수집인 것이다. 미생물은 진화의 속도가 급격하여 진화의 결과를 실시간으로 관찰할 수 있기 때문에 실험진화학의 중요한 관찰대상이다. 이 때문에 오늘날에는 미생물의 진화에 대한 연구가 점차 중요하게 다루어지고 있다.
기관 (해부학)
기관(器官)은 다세포생물의 몸을 구성하는 단위로, 여러 가지 조직이 모여 통합된 구조를 형성하고, 특정 기능을 하는 구조를 말한다. 인체에는 위·간·폐·심장·림프절·치아·안구·갑상선·난소·피부·뇌 등 여러 기관이 있다.
신경줄기세포
줄기세포는 성체줄기세포와 배아줄기세포로 나뉘며, 이 둘의 가장 큰 차이점은 분화 능력에 있다. 분화 능력에 제한이 있는 성체줄기세포와 달리 배아줄기세포는 몸을 구성하는 모든 세포로 분화가 가능하다. 신경줄기세포는 분화 능력에 제한이 있는 성체줄기세포이며, 신경 발생 (neurogenesis) 과정을 통해 성체의 일생동안 만들어진다. 중추 신경계안의 완전히 분화된 신경 세포 (neuron)나 신경아교세포 (glial cell) 같은 세포들은 증식하지 못하기 때문에 신경줄기세포는 죽거나 손상된 신경계세포로 분화하여 이를 대체한다.
줄기세포
이 줄기세포는 신체 각 조직에 극히 소량만이 존재한다. 특정한 조직을 구성하는 세포로 즉, 골수세포는 혈구세포로, 피부줄기세포는 피부로, 후각신경세포는 후각신경세포로만 분화되도록 정해진 세포이다. 대표적인 예로 다능성 조혈모세포가 있다. 항상 우리 몸을 건강한 상태로 유지하는데 필요로 하는 최소한의 세포를 제공해 주는 세포이다. 어떤 손상이 발생하면 다른 장기에 있던 줄기세포가 몰려와서 손상된 조직으로 변하는 분화의 우연성이 있다. 분화가 안정적이어서 암세포 가능성이 없고, 이미 임상적 적용이 가능한 단계까지 왔다. 배아줄기세포와는 다르게 수정란의 파괴가 없어서 윤리적으로도 문제가 되지 않는다. 그러나 얻을 수 있는 줄기세포수가 적고, 배양이 어려우며 특정 세포로만 분화가 가능한 단점이 있고, 또 면역 거부 때문에 기증, 공여가 안 된다.
생화학의 역사
수 없이 다양한 생체분자 중에서 많은 것들은 유사한 반복 단위(단위체)로 구성된 복잡하고 큰 분자(중합체)이다. 생체분자 중합체의 각 부류는 기본 단위의 종류가 서로 다르다. 예를 들면, 단백질은 20가지의 아미노산들 중 선택된 아미노산들의 중합체이고, 탄수화물은 단당류, 올리고당류, 다당류로 알려진 당으로부터 형성된다. 지질은 지방산과 글리세롤로부터 형성되고, 핵산은 뉴클레오타이드로부터 형성된다. 생화학은 단백질과 같은 중요한 생물학적 분자의 화학적 특성 및 특히 효소 촉매 반응에 대해 연구한다. 세포 대사 및 내분비 시스템에 대한 생화학은 광범위하게 연구되었다. 생화학의 다른 영역으로는 유전 암호(DNA, RNA), 단백질 생합성, 세포막 수송 및 신호 전달이 있다.
미생물
진핵세포는 보다 복잡한 구조를 가진 진화된 세포이다. 뚜렷한 핵막과 세포기관을 갖고 있다. 모든 동식물의 세포는 진핵세포이며, 조류(원핵조류 제외), 균류(진균), 원생동물등의 고등미생물이 여기에 속한다.
생물학
세포 이론에서는 세포를 생명의 기본 단위로 파악한다. (조개의 외골격을 이루는 조가비와 같이 세포에서 나온 분비물에서 형성된 것들을 함께 다루기도 한다.) 모든 세포는 세포 분열을 통해 다른 세포에서 분리되어 나와 형성된다. 다세포 생물의 경우 몸을 이루는 모든 세포는 단 하나의 세포로 이루어진 알에서 출발한 것이다. 세포는 생물의 물질대사가 일어나는 기본 단위이기도 하다. 모든 세포에는 그 생물의 완전한 DNA가 들어있다. DNA는 세포 분열과 함께 새로 형성된 세포로 전달된다.
미생물막
미생물막(微生物膜, )은 미생물의 총합으로, 표면에 세포들이 서로 들러붙은 것을 말한다. 생물막(生物膜)이라고도 한다. 이러한 세포들은 종종 스스로 생산한 '세포 밖 고분자 물질'(EPS)의 망 내부에 끼워져 있다. 미생물막 EPS는 세포 외부의 유전자, 단백질, 다당류로 이루어진 고분자 복합체이다. 미생물막은 생물 또는 무생물의 표면에 형성될 수 있으며, 산업 시설이나 병원에 널리 퍼져 있을 수 있다. 미생물막에서 자라는 미생물 균체는 생리학적으로 액체 배양액에 떠 있거나 헤엄치는 플랑크톤의 단일 세포와는 구별된다.
핵소체
핵소체(核小體) 또는 인(仁)은 세포소기관의 하나인 세포핵 내부에 있는 또 다른 소기관이다. 대부분의 식물 및 동물 세포가 하나 혹은 그 이상의 핵소체를 지니고 있다. 세포핵 내부의 핵질로부터 핵소체 내부를 구분 짓는 막은 따로 존재하지는 않는다. 핵소체는 단백질과 RNA로 구성되어 있으며, 리보솜 RNA 등의 핵산 역시 지니고 있다. 이는 핵소체에서 리보솜을 만들고 성숙시키기 때문이다. 리보솜 생산 외의 다른 기능 역시 존재하는 것으로 생각된다.
아메바
몸 전체가 하나의 세포로 이루어져 있는데, 이 세포는 형태가 일정하지 않은 원형질 덩어리이다. 탄력 있는 얇은 막이 원형질을 둘러싸고 있으며, 이 막을 통해 물과 공기가 드나든다.
개체 (생물)
생물학에서의 개체(個體)는 하나의 생물체를 뜻한다. 개체는 세포들의 집합체인 조직과 기관으로 이루어져 있으며, 생존에 있어서 하나의 최소단위로서 행동한다. 개체들이 모여 개체군을 형성한다. 박테리아와 같은 미생물은 실질적으로 개체로 다루기 힘들기 때문에 주로 미생물 이상의 동식물을 지칭하는데 쓰인다.
미생물
원핵세포는 진핵세포에 비해 단순한 구조이며, 형태가 원시적이다. 핵과 세포기관이 없으며, 유전물질이 핵막에 둘러싸여 있지 않고 세포질의 핵양체(nucleiod)에 위치해 있다. 세균과 원핵조류가 여기에 속한다.
CW 복합체
formula_156차원 복소수 사영 공간 formula_157 위에는 각 짝수 차원에 하나씩, 총 formula_158개의 세포로 구성된 CW 구조가 존재한다. 이 세포들은 다음과 같다.
따라서, 그 세포 호몰로지는
이다. 모든 경계 사상들은 자명하며, 그 (세포) 호몰로지는
이다.
유전자 발현
생물의 발생은 지속적인 유전자 조절의 과정이다. 하나의 수정란에서 시작되어 세포 분열과 증식, 그리고 특수한 기능을 가진 기관의 형성에 이르기까지 매 단계마다 유전자 발현은 지속적인 조절 과정을 거친다. 이렇게 하여 발생을 마친 개체의 각 세포는 최종적으로 분화된 역할을 일생 동안 계속한다. 예를 들어 양의 유방 세포는 젖의 분비와 관련한 기능을 수행한다. 그러나, 특정한 역할만을 하는 체세포 역시 모든 유전체를 갖고 있기 때문에 조건만 맞는다면 다시 수정란과 같은 역할을 할 수 있다. 돌리의 복제가 바로 이러한 체세포의 능력을 증명한다. 복제 생물인 돌리는 정상적인 새끼를 낳아 생식능력 역시 문제가 없음을 보였다.
유기물
유기물 (有機物, )은 자연적이고 공학적인, 육상과 수생 환경에서 발견되는 탄소 기반 화합물의 대규모 조직을 가리킨다. 이는 식물이나 동물과 같은 생물의 잔류물과 환경의 폐기물에서 온 유기 화합물로 구성된 물질이다. 유기 분자는 생명을 수반하지 않는 화학 반응에 의해서도 만들어질 수 있다. 기본 구조는 셀룰로오스, 탄닌, 큐틴 및 리그닌과 함께 다양한 단백질, 지질 및 탄수화물로 만들어진다. 유기물은 환경의 영양소 이동에 매우 중요하며 지구 표면의 수분 유지에 중요한 역할을 한다.비교:
세포
생물체는 생물체 내에서 일어나는 화학반응(물질대사)를 통하여 생명활동에 필요한 에너지를 얻을 뿐만 아니라 생물체의 구성 성분을 합성하기도한다. 생명체 내에서 일어나는 물질대사 중 이화작용은 생물체가 섭취한 영양소를 분해하여 에너지를 만들어 내는 반응이고, 동화작용은 이화작용으로 생성된 에너지를 이용하여 간단한 화합물로부터 복잡한 구조의 화합물을 만들어 내는 반응이다.
비세포성 생물
원래 비세포성을 띠는 바이러스와 같은 것들은 무생물로 취급받았으나, 이러한 것들이 생물적 특징도 가지고 있다는 것을 근거로 하여 '비세포성 생물'이라는 분류가 추가됐다. 여기에는 바이러스와 바이로이드가 포함되는데, 바이러스는 DNA나 RNA로 이루어진 유전 물질과 단백질로 이루어진 감염체, (유전물질+단백질껍질) 바이로이드는 바이러스에게 전형적인 단백질 껍데기가 없이 RNA로 구성된, 고등 식물에 감염하는 식물 병원성이라고 한다. (그냥 RNA 덩어리)
세포점균류
세포점균류(細胞粘菌類)는 원생생물 분류의 하나이다. 동물의 배설물이나 부식질이 풍부한 토양에 많이 살고 있으며, 몸은 간단한 점균아메바이다. 점균아메바는 위변형체를 이루면서 서로 접해 있지만 개체가 독립적으로 존재하기 때문에, 물속에 넣으면 하나하나의 세포로 나누어지게 된다. 그러나 위변형체는 단순한 세포의 집단이 아니라 전체가 하나의 단위체로 행동하며, 이 동안에 위변형체 안에는 장차 자실체의 기반·자루·포자가 될 부분이 각각 정해져 있다. 위변형체는 이동한 후에 먼저 끝부분이 정지하고, 그 위에 뒤따르던 세포 무리가 쌓여 자루가 생기며 주변에는 셀룰로오스가 분비되므로, 세포는 포자가 될 때까지 자루 끝에서 각각 뭉쳐져 포자 덩어리가 된다.
세포질
세포질(細胞質, )은 세포 내부를 채우고 있는 균일하고, 일반적으로는 투명한 점액 형태의 물질이다. 세포질은 세포핵을 제외한 세포액과 세포소기관으로 이루어진다. 세포액은 수분, 염분, 세포소기관을 이루는 분자, 그리고 반응 촉매로 작용하는 효소로 구성된다. 세포질은 세포에서 중요한 역할을 하는데, 세포막으로 둘러 싸여 있는 이른바 "분자 수프"를 구성하며, 그 속에서 세포핵 및 세포소기관이 서로 뭉쳐있을 수 있게 해준다.
유전형
인간의 게놈은 약 30억 쌍(60억 bp)의 염기 서열로 이루어져 있다. 인간의 세포 하나에 들어있는 DNA의 길이는 2m에 이른다. 전형적인 바이러스의 게놈은 10,000개의 염기서열로 이루어져 있으며 대장균의 게놈은 4백 50만개의 염기서열로 이루어져 있다. 그러나 일반적으로 보다 복잡하다고 알려진 생물이 더 큰 게놈을 갖는 것은 아니다. 백합의 DNA 크기는 인간의 18배에 이른다. 이와 같이 아주 간단한 구조를 갖는 생물에서 조차 유전형질은 매우 다양한 대립형질로 이루어져 있다.
마이크로스피어
1959년 폭스(Sidney Fox), 하라다(K. Harada), 켄드릭(J. Kendrick)은 실험실에서 아미노산을 이용해 마이크로스피어를 합성하고, 이 물질에서부터 생명체를 구성하는 기본 단위인 세포가 생겨났을 것이라는 프로테노이드설(proteinoid theory)을 주장하였다.
자연과학
생물학은 많은 하위 학문을 포괄하는 광대한 주제를 다루는 학문이다. 이 가운데 현대 생물학의 주요한 핵심 연구 분야는 세포 이론, 진화, 유전자, 에너지, 항상성 등을 들 수 있다. 생물학의 하위분야는 연구의 방법과 목적에 따라 나뉠 수 있는데, 예를 들어 생물에서 일어나는 화학적 현상을 연구하는 생화학, 분자 수준에서 일어나는 생명 현상을 탐구하는 분자생물학, 세포에서 일어나는 생명 현상을 다루는 세포생물학, 기관이나 조직을 연구대상으로 삼는 생리학, 환경에서 다양한 생물 개체들이 맺는 관계를 탐구하는 생태학 등이 있다.
바이러스
생명의 진화 역사에 있어서 바이러스의 기원은 명확하지 않다. 어떤 바이러스는 박테리아로부터 진화했을 수도 있는 세포들 사이를 이동할 수 있는 DNA의 플라스미드 조각들로부터 진화했을 지도 모른다. 바이러스는 진화 과정에서 수평적인 유전자 전달의 중요한 수단으로, 이는 유전적 다양성을 증가시킨다. 바이러스는 유전 물질을 운반하고, 생식하고, 자연선택을 통해 진화하기 때문에 생명체의 한 형태라고 간주하기도 하지만 일반적으로 생명체로 분류하는데 필요한 주요 특성(예를 들어 세포 구조)을 가지고 있지 않다. 이와 같이 바이러스는 생명체로서의 특성을 모두 지니고 있는 것이 아니라 일부만을 지니고 있기 때문에 "생명의 가장자리에 있는 유기체" 및 복제 물질로 묘사되어 왔다.
줄기
어떤 줄기를 막론하고 속에 세로로 통하는 가늘고 긴 세포의 다발이다. 외떡잎식물은 줄기 전체에 걸쳐 불규칙하게 흩어져 있고, 쌍떡잎식물은 거의 모든 관다발이 동심원상으로 규칙적인 배열이다. 또 어느 경우에나 관다발 안에는 벽이 두꺼운 굵은 세포가 몇 개 있다. 이는 거의 원기둥 모양으로, 아래위에 구멍이 뚫려 있으며, 세로로 이어진 몇 개의 기다란 관으로 되어 있다. 이 관이 식물체에서 물이 전달되는 물관이다. 물관의 위치는 관다발 중에서 줄기의 중심에 가까운 쪽이고, 줄기의 중심에서 먼 쪽에는 좀더 가느다란 관이 몇 개 있는데, 이것이 체관이다. 이와 같이 각 관다발은 두 종류의 부분이 모여서 이루어져 있는데 물관이 포함되어 있는 안쪽 부분을 물관부라 하고, 가느다란 관이 모여 있는 바깥쪽 부분을 체관부라 한다. 쌍떡잎식물은 물관부와 체관부의 경계 부분이 여리고 약한 세포층으로 이루어져 있다. 이러한 층을 형성층이라 하는데, 외떡잎식물에는 이 형성층이 없다.
발생 (생물학)
신체의 모든 기관은 외배엽·중배엽·내배엽의 3배엽 중, 어느 것인가에서 형성된다. 한편, 각 배엽에서 만들어지는 조직이나 기관의 종류는 동물의 종류에 관계 없이 대체로 일정하다.
발생생물학
세포 분화는 눈으로는 구별되지 않는 여러 상태를 거쳐서 일어나는 마지막 발생 단계이다. 단일 종류의 조상 세포 또는 줄기 세포에서 형성된 하나의 조직은 종종 여러 종류의 분화된 세포로 이루어져 있다. 그들의 형성의 조절은 Notch-Delta 신호 체계를 기반으로 한 측면억제의 과정을 수반한다. 예를 들어, 태아의 신경판에서 이 체계는 NeuroD가 크게 표현된 뉴런의 전구체 세포를 발생시키기 위해 작동한다.
진화발생생물학
일련의 발생학적 연구를 통해 과학자들은 현생 생물의 툴킷 유전자를 밝혀 내고 그 역할과 모든 동물에서 툴킷의 공통성 또한 밝혀낼 수 있었다. 이보디보는 이에서 그치지 않고 과거의 생물에서 어떻게 지금의 다양한 형태의 생물군이 형성되었는지를 밝혀냄으로써 진화의 현대적 종합 이론의 큰 기여를 하였다. 이보디보가 주장하는 진화적 혁신의 주요 원리는 이미 존재하는 구조가 변형되어 새롭게 진화된 구조가 형성된다는 것이다. 진화적 혁신으로 가는 가장 쉬운 길은 일단 A로 간 후에 B로 가는 것이지, 아무것도 없는 곳에서 곧바로 B로 가는 길을 말하는 것이 아니라고 이보디보는 말한다. 또 하나의 원리는 다기능성과 중복성이다. 여러 기능을 담당하는 구조가 있는데 그 구조가 여러 개 중복되어 존재한다면, 노동 분업을 이루어 서로 다른 구조로 전문화되어 다양한 기관을 만들 수 있다. 마지막으로 모듈성이 있다. 익룡이 네 번째 손가락을 길게 진화시키고, 뱀이 수백 개의 척추 뼈들을 진화시켜 몸통을 늘이고, 박쥐의 손가락들이 길어져 날개막을 지지할 수 있었던 것은 모두 이들이 모듈 식 설계를 취하고 있었기 때문이다. 모듈성 덕분에 각 신체 부속들은 다른 부속들에게 전혀 영향을 미치지 않고 독립적으로 변형되거나 전문화 될 수 있었다. 이보디보의 논리에 따르면 생물이 이토록 다양한 형태를 띠게 된 것은 자명하다. 동물은 혁신을 이루어 새로운 생태지위를 얻을 수 있었고, 새로운 생태지위는 또한 다양성의 확장을 촉진했다
발생생물학
식물의 발생은 동물의 그것과 비슷한 과정을 수반한다. 하지만 식물 세포들은 대부분 움직일 수 없어서 형태 발생은 세포의 움직임 없이 분화 생장으로 인해 일어난다. 또한 식물 생장에서의 유도 신호와 유전자는 동물 발생을 조절하는 그것과 다르다.
원형질
원형질(原形質, )은 세포를 이루는 세포질과 세포핵을 통틀어 이르는 것이며, 단적으로 말하면 세포막 내에 존재하는 물질 전부를 의미한다. 현대 생물학에서는 사용빈도가 줄고 있다.
군체
다세포 동물은 세포의 군체라고 할 수 있으나, 이는 보다 진화된 하나의 개체로 되어 있는 것이다. 다세포 동물이 군체를 이루고 있는 예는 다음과 같다. 산호는 분비한 석회질 속에 많은 산호충(폴립)이 파묻혀 군체를 형성하고 있으며, 산호충의 강장은 서로 이어져 있다. 해파리와 산호충을 포함하는 강장동물 중에는 군체를 이루는 것이 많다.
생물학
생물학은 많은 하위 학문을 포괄하는 광대한 주제를 다루는 학문이다. 이 가운데 현대 생물학의 주요한 핵심 연구 분야는 세포 이론, 진화, 유전자, 에너지, 항상성 등을 들 수 있다. 생물학의 하위분야는 연구의 방법과 목적에 따라 나뉠 수 있는데, 예를 들어 생물에서 일어나는 화학적 현상을 연구하는 생화학, 분자 수준에서 일어나는 생명 현상을 탐구하는 분자생물학, 세포에서 일어나는 생명 현상을 다루는 세포생물학, 기관이나 조직을 연구대상으로 삼는 생리학, 환경에서 다양한 생물 개체들이 맺는 관계를 탐구하는 생태학등이 있다.
아쿠아포린
“아쿠아포린은 ‘세포의 배수 시스템’이다. 모든 세포는 물이 필수적이다. 그러나 물은 단순히 세포에 앉아있는 것이 아니고 조직화된 방법으로 이것을 통하여 움직인다. 그 과정은 아쿠아포린이나 물 채널을 가지고 있는 조직들에서는 빠르게 일어난다.” -Peter Agre-
오랜시간 동안 과학자들은 물이 세포막을 통하여 유출된다고 믿어왔고 어느정도의 물은 그렇기도 했다. 하지만 몇몇 세포들에서 보이는 물의 매우 빠른 움직임은 이러한 이론들에의해서는 설명되지 못했었다.
세포생물학
세포생물학(細胞生物學, )은 생물체의 기본 바탕을 이루는 세포의 구조를 연구하는 생물학의 전문 연구분야이다. 세포의 관찰과 연구는 분자 생물학적 차원에서 이루어진다. 세포학은 세포의 구조에서 비롯하여 세포 상호간에 이루어지는 여러 가지 현상을 관찰하고 분석함으로써 생물의 생성과 발전에 보다 상세한 지식을 얻음으로써 생물학 관련 분야, 생화학, 유전학, 진화 생물학 등에 유익한 자료를 제공한다.
시간
진화론의 논리는 대략 이렇다. 오랜 시간 전에 동물의 세포와 식물의 세포는 동일한 원형의 성질을 띄었다. 즉, 최초의 유기체는 동물과 식물의 형태를 모두 가지고 있었는데, 환경에의 적응, 효율적인 생존 전략의 선택 등의 원리에 따라 서로 다른 길로 진화해오게 된다. 달리 말해서, 식물 생활과 본능 생활, 그리고 이성적 생활. 이 세 가지 생활은 개체의 본성의 차이에 따라 유기체가 물질적 세계에 적응하고 자신의 생존에 필요한 에너지와 정보를 획득하는 최적의 비율을 찾는 방향으로 분배된다.
물질대사
동물과 식물, 미생물의 구조는 대부분 아미노산, 탄수화물, 지질(종종 지방이라고 불림) 이렇게 세 가지 기본적인 분자로 이루어진다. 생명 유지에 필수적이며, 대사는 이 분자들을 만들어 세포와 조직의 구성 성분으로 쓰거나, 분해하여 에너지로 쓰는 화학 반응이다. 주요 생화학 분자는 결합하여 DNA나 단백질 같은 고분자가 된다.
단백질은 아미노산이 펩타이드 결합을 통해 결합한 선형 사슬로 이루어져 있다. 단백질 중 다수는 효소로 대사의 화학 반응을 촉매한다. 기타 단백질은 세포 형태를 유지하는 세포골격과 같이 구조나 기계적 기능을 담당한다. 단백질은 또한 세포 신호, 면역 반응, 세포 부착, 막을 통한 능동수송, 세포 주기에 주요 역할을 한다. 아미노산은 또한 일차적으로 에너지를 공급하는 포도당이 부족하거나 세포가 대사적 스트레스 상태일 때 시트르산 회로에 진입하는 탄소원을 제공하여 세포의 에너지 대사에 관여하기도 한다.
창발
세포의 특징, 즉 형질은 복잡계의 창발성과 비슷하다. 계산으로는 그것을 포착하기가 어렵다. 이는 인간 같은 다세포생물로 가면 더 복잡해진다. 인간의 몸에는 약 100조 개의 세포들이 계층 구조를 이루고 있으며, 계층의 각 단계는 위아래 단계들에 의존한다. 몸은 기관으로 이루어지고, 기관은 조직으로 이루어지며, 조직은 세포로 이루어지고, 세포는 더 작은 세포소기관으로 이루어진다. 이런 식으로 분자 단계까지 죽 이어진다. 단계 사이에는 끊임없이 정보가 흐르므로, 복잡성의 어떤 단계에서 명확히 구분 짓는 임의의 선을 긋기란 불가능하다. 구름이나 난류처럼 생물도 다양한 규모에 걸쳐 구조를 보여준다.
물
물은 광합성과 호흡에 필수적이다. 광합성을 하는 세포는 태양 에너지를 이용하여 물의 수소를 산소에서 분리시킨다. 수소는 기체나 물에서 흡수한 CO와 결합하여 포도당을 형성하고 산소를 내뱉는다. 살아있는 모든 세포들은 이러한 재료를 이용하고, 수소와 산소를 산화시켜 태양 에너지를 포획하며, 그 과정 가운데 물과 CO를 다시 형성한다. (세포 호흡)
지표의 물에는 생물로 가득하다. 생물의 최초의 형태는 물에서 발생하였다. 거의 모든 물고기는 예외 없이 물 속에서 살며 돌고래, 고래와 같은 수많은 종류의 해양 포유류가 있다. 양서류와 같은 특정한 종류의 짐승들은 물과 땅을 오가며 산다. 켈프, 말과 같은 식물들은 물에서 자라며 일부 물속 생태계를 위한 기반으로 자리잡혀 있다. 플랑크톤은 일반적으로 바다 먹이 사슬의 토대가 된다.
세균
세균의 몸은 단세포이며 길이는 1μ(1/1000mm) 정도, 넓이는 이것의 1/2~1/7정도이다. 종류는 길쭉한 막대 모양의 간균, 둥근 모양의 구균, 그리고 나선형의 나선균 등이 있다. 크기가 작을 뿐만 아니라 세포 구조도 원시적이어서, 보통 생물체 세포에서 볼 수 있는 막으로 둘러싸인 핵·미토콘드리아·골지체, 그 밖의 색소체나 액포 등은 존재하지 않는다. 그러나 생장이 빠르고 생화학적인 역할이 다양하며, 환경에도 잘 적응할 수 있다. 세균류는 지구상의 어느 곳에서든지 부생·기생·공생 또는 독립 생활을 하며 살아가고 있다. 이 중 다른 생물체나 그 생산물에 의지하여 생활하는 경우에는 복잡한 유기물 분해에 의해서 생활에 필요한 에너지를 얻는데, 즉 분해자로서 자연 생태계를 유지하는 데 중요한 역할을 한다.
시스템 생물학
오믹스는 체학이라고도 하는데 다루는 대상에 따라 세분화된다. 오믹스(Omics)의 '옴(-ome)'은 덩어리라는 뜻을 가지고 있다. 어떤 것을 연구 할 때 모든 요소를 큰 덩어리로 보고 전체의 반응에 대해 예측하고자 하는 것이다. 여러 종류가 있지만 그 중 분자생물학의 중심원리와 밀접한 유전체학, 전사체학, 단백질 체학이 시스템 생물학과 밀접한 관계를 맺고 있다. 우리가 제대로 기능을 알고 있는 유전자의 수는 전체의 약 10-2-%정도인 3-5천개에 불과하다. 이런 유전자의 기능을 대규모로 밝히는 연구분야를 기능유전체학(functional genomics)이라 부른다. 오믹스 생물학과 시스템 생물학의 차이점을 살펴보면 오믹스생물학은 특정 대상에 대한 모든 요소에 대해 밝히는 것을 목적으로 한다면 시스템 생물학은 구성 요소간의 상호작용에 대해 규명하는 학문이라 할 수 있다. 시스템 생물학을 하기 위해서는 오믹스 생물학을 통해 나온 대량의 오믹스 데이터가 재료로 필요하다. 오믹스데이터는 마이크로어레이 데이터와 시퀀싱 데이터로 나눌 수 있다.
유전체학의 대표되는 기술
기계로 소량의 DNA 시료를 가지고 다양한 원리에 의해 서열을 해독해 낼 수 있다.
전사체학에서 대표되는 기술 생물학 데이터의 대량 생산에 큰 기여를 했다. 반도체 칩 제조공정과 유사한 방식으로 작은 판 위에 수백만 개의 유전자의 발현 정도를 볼 수 있다. 비교군과 대조군의 샘플에서 mRNA를 추출하여 상보적인 cDNA를 만들고 형광물질로 표지하여 탐침자가 붙어 있는 마이크로 칩에 뿌려주면 형광물질의 색으로 발현 정도를 볼 수 있다. 정량적이지 못하고 극단적이라는 단점이 있다. 사용하는 서열의 종류와 실험 기법에 따라 여러 종류가 있고 각 종류마다 나타내는 정보도 다르다.
기능 유전체학의 핵심은 발현이라 할 수 있다. 우리 몸의 모든 세포는 같은 유전자로 이루어져 있고 특정 부위의 발현 정도에 따라 각각 다른 세포로 분화되어 다른 기능을 가지게 되기 때문이다. 유전자 발현의 공간적, 시간적 변화정보를 얻기 위해 시스템 생물학을 통해 연구하려는 노력이 계속되고 있다. 발현 패턴을 통해 비슷한 발현 양상을 보이는 유전자들끼리 그룹 지을 수 있다. 이러한 그룹을 만드는 과정을 클러스터링이라고 한다. 특정한 기준을 알고 기준에 따라 나누는 것을 분류(classification)이라 한다면 클러스터링(clustering)은 기준을 모르는 상태에서 비슷한 것들끼리 뭉쳐보면서 기준을 찾는 것이다.
생명의 나무 (과학)
에른스트 헤켈은 여러 차례에 걸쳐 생명의 나무를 그렸다. 그는 1879년 《인간의 진화》에서 진화계통도의 정점에 인간을 표기한 생명의 나무를 삽입하였다.
현대 생물학에서는 생물의 가장 큰 분류를 3 개, 또는 4 개, 로 나눈다. 3개로 나눈 분류법에 따르면 모든 생물의 공통 조상에서 분화된 생물은 세균, 고세균, 진핵생물로 구분된다. 모든 동물과 식물을 포함하는 진핵생물의 진화계통수에서는 생물종의 분화에 대해 생명의 나무와 같은 설명이 여전히 유효하다. 그러나, 세균과 고세균의 영역에서는 수평적 유전자 이동 현상이 발견되어 더 이상 수형도로 분기를 나타내는 것이 유효하지 않다.
진화
지금까지 발견된 가장 오래된 다세포 생물의 흔적은 6억 1천만 년경 살았던 것으로 추정되는 에디아카라 생물군이다. 여러 가지 형태의 다세포 생물이 독립적인 진화 과정을 거쳐 출현하였다. 최초로 등장한 다세포 동물은 해면동물, 갈조류, 남조류, 점균류, 점액세균과 같은 것들이었다. 다세포 생물은 급격한 진화의 과정을 거쳤고 1억 년이 흐른 캄브리아기에 이르러 생물 다양성이 폭발적으로 증가하였다. 이를 캄브리아기의 대폭발이라 한다. 이때 이미 현생 생물의 형태와 관련이 깊은 대부분의 생물들이 출현하였다. 이 시기의 급격한 생물 다양성의 증가는 광합성의 결과 대기권의 산소 농도가 증가하였기 때문이라 추정된다. 5억 년 전 무렵이 되자 식물과 균계 생물이 지구 전역을 뒤덮게 되었으며 절지동물과 여러 동물들 역시 출현하게 되었다. 3억년 전 무렵 다른 양막류 동물들을 뒤따라 양서류가 등장하였다. 포유류의 출현은 2억 년 전 무렵에 일어났다. 1억 년 전 무렵에는 조류가 파충류에서 분화하였다. 이 모든 진화는 진핵생물의 출현에서 비롯된 것으로 성공적인 적응의 결과 지구 전체의 생물량에서 다수를 점유하게 되었다.
스티븐 제이 굴드
종종 진화는 장기적 관점에서 생물의 진보, 즉 보다 빠르게 달리고 보다 커지며 보다 지능이 높아지는 방향으로 진보의 행진을 하는 것으로 묘사된다. 굴드는 이와 같은 견해를 반박하면서 진화는 진보가 아니라 분화라는 점을 분명히 했다. 즉, 진화의 결과 종들은 다양한 분화를 거쳐 생물 다양성을 형성하게 된다. 생물은 자연발생을 시작한 이래 무작위 행보에 의한 유전자 변화를 거치며 진화해 왔으며 그 과정에서 복잡한 다세포 생물들이 출현하였다. 그러나 많은 기생 생물에서 볼 수 있듯이 진화의 과정에서 오히려 단순한 형태로 적응한 경우도 존재한다고 굴드는 지적하고 있다.
인체
한 개체가 성인의 시기로 접어들기 까지 온몸의 세포는 대략 100조 개에 달하는 세포로 이뤄져있다고 한다. 각 부분의 유기체는 필수적인 생명 기능을 수행하도록 되어 있는데 이들에는 순환 체계, 면역 체계, 호흡 체계, 소화 체계, 배설 체계, 근육 운동, 신경 운동, 남성과 여성의 생식 등이 포함된다.
원핵생물
최초로 생겨난 세포가 원핵 세포였을 것이라고 생각하고 있으며, 세포막, 세포벽, 유전자의 형태가 천차만별이다. 진핵생물은 특정 원핵생물의 분파로 보일 정도의 다양성을 가지고 있다.
세포
세포를 분류하는 하나의 방법은 스스로 살아가는가, 집단을 이루어 살아가는가 하는 것이다. 유기체는 홀로 혹은 군체를 이루어 독립적으로 살아가는 단세포 형태에서, 각각의 세포가 특화되어 있는 다세포 형태에 이르기까지 다양한 종류가 있다. 인체를 구성하는데는 220 종류의 세포 및 조직이 필요하다.
골지체
세포생물학에서 골지장치 혹은 골지체, 골지복합체()는 식물, 동물, 균류 등의 대부분의 진핵세포에서 발견되는 세포소기관이다. 골지장치의 이름은 이를 1898년에 처음으로 발견한 이탈리아 해부학자 카밀로 골지(Camillo Golgi)의 이름을 따서 명명된 것이다. 골지장치의 주요한 기능은 세포막, 리소좀, 엔도좀으로 향할 단백질을 처리하며, 소포에 정렬하는 것이다. 그러므로 세포의 중추 전달 체계라고도 할 수 있다.
셀룰로스
셀룰로스()는 수백에서 수천 개의 D-포도당 단위체들이 β(1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된 선형 사슬의 다당류로, 화학식이 (CHO) 인 유기 화합물이다. 셀룰로스는 녹색식물, 다양한 형태의 조류 및 난균류의 1차 세포벽의 중요한 구조적인 구성 요소이다. 어떤 종류의 세균은 셀룰로스를 분비하여 미생물막을 형성한다. 셀룰로스는 지구 상에서 가장 풍부한 유기 화합물이다. 식물은 해마다 10 kg 의 셀룰로스를 만들어내는데, 이는 지구상의 유기화합물들 중 가장 많은 양이다. 면섬유의 셀룰로스 함량은 90%이고, 목재의 셀룰로스 함량은 40~50%이며, 건조된 삼(hemp)의 셀룰로스 함량은 약 57%이다.
세포 이론
세포는 1665년 로버트 훅이 처음으로 발견하여 《마이크로그래피아》에 수록하였다. 훅은 이 책에 그가 관찰한 60 건의 다양한 생물 그림을 실었다. 그 중 하나는 코르크 병마개를 아주 얇게 저며 관찰한 것이는데, 훅은 코르크 조직에서 보이는 격자를 “세포”(cell)라고 불렀다. cell은 라틴어 cella에서 연원한 낱말로 작은 방을 뜻하였다. 훅의 시대에 cell은 벌집의 방과 같은 것을 가리키는 낱말로 쓰이고 있었다. 그러나 훅은 그가 관찰한 구조가 갖는 기능을 알지는 못하였다. 훅이 세포라고 생각한 것은 실은 살아있는 조직은 모두 사라지고 세포벽만 남은 빈 공간이었다. 당시 현미경의 배율이 그리 크지 않았기 때문에 훅은 세포안의 더 작은 구조들을 관찰할 수는 없었다. 따라서 훅은 세포가 살아있는 것이라고 생각할 수도 없었다. 훅이 관찰한 세포에는 세포핵이나 다른 세포소기관 역시 없었다. 《마이크로그래피아》에는 가죽 위에 핀 곰팡이를 관찰한 그림도 수록되어 있는데 훅은 포자를 관찰할 수 없었기 때문에 어떻게 곰팡이가 번식하는 지 알 수 없었다. 이러한 관찰 결과 훅은 자연발생설을 지지하게 되었다. 당시에는 아직도 아리스토텔레스 물리학이 통용되던 시절이었고, 보다 세밀한 관찰은 안톤 판 레이우엔훅이 고배율 현미경을 발명할 때가 되어서야 가능해졌다.
세포
세포(細胞)는 지구상 대다수 유기체의 기본 구조 및 활동 단위이다. 박테리아 등의 유기체는 단지 세포 하나로 이루어진 단세포 생물이다. 반면, 인간을 포함한 다른 유기체는 다세포이며, 인간의 경우 대략 60조 개 이상의 세포로 구성되어 있다.
세균
현재의 세균류는 지구상에 2번째로 번성한 생물군이 살아남은 것이라고 할 수 있는데, 약 40억 년 전 것으로 보이는 세균류의 화석은 이 사실을 더욱 확실히 해 준다. 한편, 세균류는 처음 지구에 출현한 후 몇 억 년 동안 환경 변화에 적응하면서 생화학적 진화를 계속하였다. 오늘날 세균류가 다양한 작용을 하는 것은 이러한 생화학적 진화 결과라고 할 수 있다. 세균의 세포벽은 탄수화물과 아미노산으로 이루어진 매우 얇은 막이다. 세포핵은 없지만 핵 부위라고 부르는 부분에 핵물질이 들어 있는 것도 있다. 이 부분은 보통 생물의 세포핵과 구조적인 차이를 보이므로 '핵양체'라고 한다. 특히, 대장균 등에서는 DNA 사슬이 둥근 고리로 존재하는데, 이것은 하나의 염색체에 해당되며, 여기에는 일반 염색체에서 볼 수 있는 히스톤과 같은 단백질이 없다.
무성생식
이 방법은 단세포 생물에서 볼 수 있다. 단세포라고는 하나 다세포 생물과 비슷한 생활을 영위하고 있기 때문에 세포 안에는 여러 기관이 잘 발달해 있는 경우가 많다. 이들 세포 기관들은 세포 분열에 의하여 새로운 두 세포로 나뉘게 된다. 예를 들면, 유글레나의 경우에는 운동을 중지하고 점액질에 싸여 편모가 있는 몸의 앞쪽에서부터 세로로 분열된다. 종류에 따라서는 유영 중에 분열하기도 한다. 또한, 와편모조류의 케라티움속은 외부에 튼튼한 세포벽이 있는데, 이 겉껍데기는 이분열을 할 때 일정한 선을 따라 위아래로 갈라진다. 이와 같이 나뉜 각각의 반쪽은 잃어버린 부분을 만들어 다시 원래와 같은 개체가 된다. 한편, 도시락의 경우와 같이 서로 겹친 2개의 껍데기를 가진 규조류도 케라티움속과 비슷한 방법으로 이분열을 하지만, 이것은 특히 2개의 껍데기 사이에 대소의 차이가 있다. 그리하여 뚜껑쪽의 큰 껍데기를 받은 분열 세포는 안쪽에 속 껍데기를 만들기 때문에 세포 전체의 크기는 본래와 같게 된다. 그러나 속 쪽의 작은 껍데기를 받은 분열 세포는 묵은 껍데기를 뚜껑 쪽으로 해서 새로운 세포벽을 만들기 때문에, 이분열을 거듭해 갈수록 세포는 점차 작아지게 된다. 따라서, 어느 한도까지 작아지게 되면 갑자기 원형질이 증대하여 묵은 껍데기를 벗고 원형질과 세포벽을 증대시켜 원래의 크기로 돌아간다. 효모균류는 일반적인 세포 분열에 의해 이분되는데, 이 밖에 세포가 부풀어 충분히 커지면 분리하여 독립된 개체를 만드는 수도 있다. 또한, 습한 육지에 자라는 녹조 식물은 다수의 핵을 가지면서도 몸은 단세포이며, 역시 몸의 일부가 부풀어 분리됨으로써 새로운 개체가 만들어진다. 이와 같은 방법을 '출아법(出芽法)'이라고 한다.
동물
동물(動物) 또는 뭍사리는 동물계(動物界, Animalia)로 분류되는 생물의 총칭이다. 엽록소를 갖지 않고 세포벽을 갖지 않으며 몸 속에 여러 기관이 있는 생물 중 다세포인 것을 말한다. 일반적으로 운동 능력과 감각을 가지고 있으며, 동시에 진핵생물이기도 하다. 일반적으로 ‘동물’이라고 하는 말은 특히 일상어의 수준에서는 사람을 포함하지 않는 ‘짐승’의 의미로 많이 사용한다. 그러나 이것은 어디까지나 ‘동물’이라고 하는 단어의 좁은 의미의 뜻일 뿐이며, 사람도 생물학적으로 동물이다.
생물속생설
생물속생설(biogenesis, 生物續生說)은 모든 생물은 생물에서 발생한다는 가설으로 자연발생설을 반증하면서 나타난 것이다. 19세기 프랑스의 루이 파스퇴르의 목이 긴 S자형 플라스크에 담긴 고기즙 실험으로 확립하게 되었다. 파스퇴르는 백조의 목처럼 긴 S자형의 플라스크에 고기즙을 넣고 멸균한뒤 S자 형의 굽은 부분에 물을 채워넣어 공기가 침투하지 못하도록 하였다. 이후 고기즙이 장기간 방치해도 상하지 않은 것을 보고 미생물도 모체가 없으면 생기지 않는다는 것을 알아냈다. 세균의 자연발생설이라는 것은 공기 속의 포자(胞子)가 침입하여 번식한 것에 지나지 않는다는 것을 실험으로 증명하여 자연발생설을 부정하였다.
생체전기
생물체 내에서 발생하는 미세한 전기를 말한다. 모든 전기에너지는 전위와 전류를 띄고 있다.
생체전기도 마찬가지다.
생체전기는 여러 생물학적 과정으로 생겨나는 미세한 에너지이다.
1786년경 이탈리아 볼로냐대 교수였던 루이지 갈바니(Luigi Galvani, 1737~1798)의 개구리 근육 흥분 실험이 대표적인 실험이다.
요약하자면 개구리의 뒷다리 근육이 전기 때문에 수축된다는 내용이다. 그 후 근육 흥분 시에 전위차가 나타나는 것을 증명하였고, 20세기에 들어서는 진공관 증폭기를 전자오실로그래프나 브라운관오실로스코프와 조합하여 전기생리학에 널리 사용하게 되어 빠른 전위변동도 정확히 묘사할 수 있게 되었다. 생체에서 전기발생은 여러 조직이나 기관에서 볼 수 있지만 전기발생과 기능과의 관계가 밀접한 것은 흥분성세포, 특히 신경이다.
원핵생물의 세포골격
원핵세포의 세포골격은 원핵세포 내에 있는 모든 구조적 섬유들을 일컫는 집단적인 언어이다. 한때 원핵세포들은 세포골격을 가지고 있지 않는다고 생각되었지만 시각 기술과 구조 결정의 전진은 1990년대 초에 이런 세포들의 섬유들의 발견을 이끌었다. 진핵세포에 존재하는 세포골격 단백질의 유사체 뿐만 아니라 진핵세포에 존재하지 않는 상동기관도 발견되었다. 세포 골격은 세포 분열의 중요한 역할을 하는데 그것은 다양한 원핵세포의 모양을 결정하거나 극성을 결정한다.
인체
사람의 몸은 조직체와 세포로 크게 구분하기도 하며 소분자에서부터 폴리펩티드와 같은 아미노산 결합물이 세포 속에 있으면서 세포의 발생을 촉진하게 된다.
세포
인체는 심장, 폐, 콩팥 등과 같은 많은 종류의 장기를 가지고 있으며, 각각은 각자의 기능을 수행한다. 세포 역시 세포소기관이라고 불리는 작은 기관으로 구성되어 있으며, 각 기관은 각자의 역할을 수행한다. 진핵세포의 경우, 각 기관 역시 세포막에 싸여있다.원핵세포는 세포핵을 둘러싸는 핵막이 없다는 점에서 진핵세포와 큰 차이를 지닌다. 또한 진핵세포에게서 특징적인 세포간의 소기관 및 구조물을 가지고 있지 않다. 중요한 예외는 리보솜으로, 진핵세포와 원핵세포에 모두 존재한다. 미토콘드리아, 골지장치, 엽록체와 같은 세포소기관의 대부분의 기능은 원핵세포에서는 세포막이 담당한다. 원핵세포는 3개의 영역을 지닌다. 편모와 필리(세포 표면에 붙어 있는 단백질)라고 불리는 부속 기관 영역, 피막, 세포벽, 세포막으로 구성된 세포외막(cell envelope) 영역, 마지막으로 유전체(DNA) 와 리보솜 및 여러가지 세포 물질을 포함한 세포질 영역이 바로 그것이다.
이기적 유전자
자연 선택이 어떤 유전자를 선호하는 것은 유전자 그 자체의 성질이 아니라 그 유전자가 표현형에 미치는 영향 때문이다. 그리고 하나의 유전자가 표현형에 미치는 영향은 보통 그 유전자가 있는 몸에 미치는 모든 영향뿐만 아니라 전 세계에 미치는 모든 효과로서 생각할 필요가 있다. 이 예로는 비버 댐, 새집, 그리고 날도래 애벌레의 집과 같은 건축물이 있다. 긴 진화의 시간을 거쳐 오면서 기생자는 더 이상 기생자가 아니라 숙주와 협력하여 종국에는 숙주의 조직에 합체될 것이며 기생자로서의 흔적은 찾을 수 없게 될 것이다. 또한 유전자가 만일 정자 또는 난자라고 하는 종전의 경로에 의존하지 않고도 자신을 퍼뜨리는 방법을 발견한다면, 그 유전자는 새로운 방법을 택하여 비협조적이 될 것이다. 세포가 무리를 이루는 이유는 무리내의 세포는 특수화 되어 각각의 임무를 보다 효율적으로 수행할 수 있고 큰 생물은 작은 생물을 먹을 수 있고 작은 생물에게 먹히는 것을 피할 수 있기 때문이다. 생물체의 병목형 생활사는 처음의 제도판으로 돌아가는 것과 같은 일을 가능케 한다. 그리고 병목화는 발생과정을 조절하는 데에 쓰일수 있는 달력이 된다. 또한 진화는 유전적인 변화(돌연변이)를 필요로 하는데 이때 세포의 유전적 이해관계가 같기 위해선 병목형 생활사가 적절하다. 모든 생명의 원동력이자 가장 근본적인 단위는 자기복제자이다. 자기복제자는 더 이상 흩어져 있지 않고 개체의 몸속에 포장되어 있다. 우주의 어떤 장소든 생명이 나타나기 위해 존재해야만 하는 유일한 실체는 불멸의 자기 복제자 뿐이다.
세포 이론
초기에 주장되었던 결정화와 같은 세포 형성 이론이 부정되고, 분자생물학에 의해 새로운 사실들이 알려지게 되자 세포 이론은 다음과 같이 정리되었다.
단세포 생물
단세포 생물(單細胞生物)은 다세포 생물과 달리 단 하나의 세포로 이루어진 생물로, 모나드(monad)라고도 한다. 가장 단순한 생물은 한 개의 세포로 이루어진 생물이다. 이들은 지구 상에 나타난 최초의 생물이며, 지금도 가장 흔히 볼 수 있다.
세포
세포는 또한 내부 구조에 따라 두 가지로 분류될 수 있다.
세포의 형태는 생물의 종류에 따라, 또 같은 생물이라도 조직이나 기관의 종류에 따라 다종다양하다. 그것은 세포의 기능과도 관계가 있지만 외부 요인, 예를 들어 기계적인 압력이나 표면 장력 등에 의해서도 결정된다. 단일 세포는 보통 공모양이 되기 쉽지만 특별한 것(구균)을 제외하면 공모양의 세포는 드물다. 실제로는 공모양이나 약간 변형된 타원체가 된 것(난세포·꽃가루 세포·세균 따위), 세포 표면에 편모나 섬모가 나 있는 것〔(정자·유주자(遊走子)·여러 가지 원생 동물> 등이 있다. 또 아메바·백혈구·점균의 변형체처럼 일정한 형태를 갖지 않고 모양이 끊임없이 바뀌는 세포도 있다.
합성생물학
생명의 정의는 생물의 본질적 속성으로 추상되는 모호한 개념이다. 생명은 성장하고 적응하고 대사활동하며, 환경과 물질을 교환하고 번식하고 진화하는 특성을 지닌다고 규정짓지만 아직 궁극적 실체에 대해 명확하게 정의된 바 없다. 이에 따라 생명이 무엇인가에 관해 다양한 견해들이 등장하였고 이러한 물음들의 일체를 생명관 또는 생명론이라고 한다. 여전히 명쾌한 해답이 제시되지 않은 현 시점에서 합성생물학이 생명이 무엇인가라는 의문을 규명하는데 도움을 줄 수 있다는 주장이 제기되고 있다. 
인류는 생명현상의 발현은 물질과 근본적으로 다른 힘에 의해 지배되고 있다는 관념에 오래전부터 사로잡혀 있었다. 아리스토텔레스는 이것을 영혼설(靈魂說)로 철학적 형식을 부여하였고 질료(質料)로부터 형상(形相)을 실현시키는 원리를 엔텔레케이아라 하고, 생물에서는 그것은 식물적 ·동물적 ·인간적인 3종의 영혼이라고 하였다. 이런 관념은 역사의 흐름과 함께 많은 학자들에 의해 다양한 형태로 표현되었지만 17세기 이후, 기계론에 의해 점차로 세력이 흔들리게 되었다. 이러한 시점에서 물질로부터 생명의 합성이 가능하게 되었음을 시사해주는 최근 크레이그 벤터의 인공세포 합성 연구 결과로 생기론의 종언이 다가왔다는 주장이 제기되고 있다. 생기론의 종언과 더불어 생명의 입지가 뒤바뀔 것이라는 예측도 나오고 있다.
생명의 기원으로 지구상 생물의 기원에 대해서는 다음과 같이 크게 3가지 주장이 있다. 첫째, 초자연현상으로 설명하는 관점이다. 이는 신(창조주)의 행위라고 생각하는 가설이다. 둘째, 지구상에서 화학진화의 결과라고 생각하는 것이다. 물질의 존재 상태의 발전의 한 형태로서 생명의 기원을 설명하고 있다. 셋째, 지구 외에서 기원을 찾는 것을 들 수 있다. 판스페르미아(pans-permia)에 의거하는 주장이다. 현재도 첫째 또는 셋째에 관련된 가설을 발표하는 학자가 있는데, 일반적으로는 A.I. Oparin과 J.B.S. Haldane이 각각 독립적으로 발표한 물질진화에 근거하는 가설이 받아들여지고 있다. 그의 요점은 무기물에서 유기물이 합성되고 이러한 유기물이 원시해양에서 처음으로 일정한 형태를 만든 것이 코아세르베이트(coacervate)라는 것이다. 원시해양 속에서 유기물이 생성되어 축적될 수 있다는 점에 관해서는 1960년 이후의 수많은 실험 결과가 뒷받침하고 있지만, 원시생명체에서의 핵산과 단백질의 중요성이라든지, 이들 두 물질의 관계, 그리고 현재의 생물 세포의 구조는 코아세르베이트에 비해 훨씬 복잡하다는 등의 여러 가지 해명하지 않으면 안 될 기본적인 문제가 아직 많이 남아 있다. 복잡 미묘한 생명은 언제 어떠한 경로를 거쳐 이 지구상에 나타난 것인지에 대한 접근법은 각 시대에 생명관(生命觀)과 밀접한 관계가 있다. 그런데 최근 크레이그 벤터의 실험이 이 생명의 기원에 관한 해답을 줄 수 있을 것이라는 주장이 제기되고 있다.
세포 분열
세포 분열()은 어미 세포가 두 개의 ‘딸세포’로 나뉘는 과정을 말한다. 생명체는 성장하고 또 자손을 만들어낸다. 따라서 생명체는 최소 기본 단위라 할 수 있는 세포의 수를 늘려야 하며, 이를 위해 세포 분열을 한다.
영혼
“하나님은 육체와 영혼으로 된 사람을 창조하셨다”
“영혼은 죽지도 없어지지도 않는다”
이와 같은 이부(二部)구조적인 인간관은 창세기와 예수 그리스도의 영원한 생명론에 근거를 두는 것이지만 이 교리가 형성되기까지는 오랜 세월이 걸렸다. 아리스토텔레스는 영혼을 자연철학적인 원리인 질료형상론(質料形相論, Hylemorphism)으로 설명한다. 모든 사물의 구조원리가 그렇듯이 모든 생물의 구성원리는 원질(原質) 혹은 질료와 체형(體形) 혹은 형상으로 되어있다. 여기서 모든 생명체의 체형 또는 형상이 혼이다. 따라서 식물에게는 생혼(生魂)이 있고, 동물에게는 각혼(覺魂)이 있으며 이 각혼은 생혼의 기능을 동시에 한다. 그리고 인간에게는 지혼(知魂)이 있는데, 지혼은 생혼, 각혼의 기능을 동시에 하고 있다.
서열체
서열체 혹은 서열정보체는 생명정보관련한 모든 서열들의 총합을 말한다. 서열체를 비롯한 모든 생물학적 "체"는 생명학의 각 단위에서 개별적으로 정의가 된다. 예를 들면, 세포 내의 모든 서열들의 합을 세포의 서열체라고 할 수 있고, 한 종의 모든 단백질, DNA 서열도 하나의 서열체라고 할 수 있다.