Textbook

우주의 기원과 진화

1. 빅뱅 우주론(대폭발 우주론)

2. 우주는 모든 물질과 에너지가 모인 한 점에서 대폭발로 시작하였으며, 지금도 계속 팽창하고 있다고 설명함

3. 한 점의 초고온, 초밀도 상태여서 폭발이 일어난 후 오늘날까지 팽창하여 우주의 온도와 밀도는 점점 낮아짐

2. 입자의 생성 과정

3. 빅뱅 우주론의 증거

1. 빅뱅 우주론에서 예측한 수소와 헬륨의 질량비(약 3:1)

ㄱ. 빅뱅으로 약 3분 후, 양성자와 중성자의 개수비는 약 7:1이었다. 

ㄴ. 양성자 14개와 중성자 2개 중에서 양성자 12개는 소수 원자핵 12개가 되고, 양성자 2개와 중성자 2개는 헬륨 원자핵 1개가 된다.

ㄷ. 수소 원자와 헬륨 원자의 질량비는 약 12:4=3:1

2. 실제 우주에 분포하는 수소와 헬륨의 질량비(약 3:1)

우주에서 온 빛의 선 스펙트럼을 통해 우주를 구성하는 원소의 종류와 질량을 분석하니 우주는 수소 약 74%와 헬륨 23%로 이루어져 있고 질량비는 수소:헬륨=3:1임을 알아냈다.

결론: 수소와 헬륨의 질량비가 3:1로 나타나는 것은 빅뱅 우주론의 증거이다.

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원시 지구의 화학적 진화

1. 원시 지구 환경

워시 대구 성분은 대부분 수증기와 메테인, 암모니아, 수소, 이산화 탄소, 질소 등으로 구성

2. 화학적 진화(원시 생명체의 탄생)

생명체 탄생의 기본 요소)

• 유전 정보를 유전 물질에 저장하고, 자기 복제가 가능해야 함

• 단백질 효소를 스스로 합성해 물질대사가 가능해야 함

• 세포막이 있어 외부와 구분하고, 물질 출입을 조절해야 함

생명의 진화
1) 원시 생명체의 진화

2) 원시 지구의 환경 변화(독립 영양 생물의 출현 이후→ 산소 생성 후)

1. 환경의 변화

ㄱ. 해수: 산소가 바닷속 철 이온과 결합하여 산화 철이 형성됨

ㄴ. 대기: 대기로 산소가 유입, 오존층이 생성됨

2. 생물계의 변화

ㄱ. 호흡: 산소 농도의 증가로 산소 호흡 생물이 등장

ㄴ. 서식: 오존층이 생성되면서 수중 생물이 육상으로 진출

ㄷ. 영양 방식: 종속 영양 생물이 출현

생물의 진화설

화석

화석: 생물의 유해나 흔적이 지층 속에 남아 있는 것

화석의 생성 조건:

ㄱ. 개체수가 많고, 단단한 부분이 있어야 함

ㄴ. 지각 변동을 받지 않아야 함

ㄷ. 빨리 묻혀야 함

생물이 살았던 시대와 환경

지질시대: 지각이 만들어진 약 46억 년 전부터 인류의 역사가 시작된 약 1만 년 전까지의 시대

지질 시대의 상대적 길이: 선캄브리아대 > 고생대 > 중생대 > 신생대

생물의 진화와 멸종

진화: 생물이 환경에 적응하는 방향으로 진화

멸종: 환경에 적응하지 못한 생물은 멸종

→ 멸종의 원인: 대륙의 이동, 기후의 큰 변화, 운석의 충돌, 화산의 폭발 등

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1.지질 시대의 환경과 생물

지질 시대와 환경

지질시대: 지구가 탄생한 약 46억 년 현재까지

화석: 지질 시대에 살았던 생물의 유해나 흔적이 지층에 남아 있는 것

생물의 진화

• 선캄브리아 시대가 끝나고 고생대가 시작되면서 수많은 생물이 출현

• 먹이를 잡을 튼튼한 다리와 먹이를 깨물 수 있는 단단한 주둥이를 가진 생물이 생존 경쟁 유리

• 피식자는 몸의 바깥을 딱딱한 껍데기로 감싸거나 굴을 파서 바다 밑바닥으로 들어감

• 더 빨리 도망가기 위해 운동 기관을 만들고 발달

• 이외에도 생물들은 다양한 감각 기관을 발달시켜 나감

선캄브리아 시대

• 생물들이 바다에서 생활하였을 것으로 추정

• 오존층 형성이 되지 않아 강한 자외선 때문에 육지에서 생존 불가능

화석이 많이 없는 이유: 개체수 적음, 단단한 것(뼈, 껍데기)이 없어, 지각 변동, 

주요 화석: 스트로마톨라이트, 에디아라카라 동물군 화석

스트로마톨라이트 -

에디아라카라 동물군 화석 -

고생대

• 기후: 대체로 온난, 말기 - 빙하기

• 판게아 형성

• 바다: 삼엽충, 어류

• 오존층 형성 - 생물 육지 진출

• 양치식물 거대한 산림

중생대

• 기후: 전반적으로 온난, 

• 판게아 분리 - 대륙과 해양의 분포가 변함

• 전세계적으로 지각 변동

• 바다: 암모나이트

• 육지: 공룡과 같은 파충류

• 겉씨식물 번성

신생대

• 기후: 대체로 따뜻, 말기 - 빙하기와 간빙기 반복

• 수륙 분포가 현재와 비슷

• 바다: 화폐석이 번성

• 육지: 매머드 등과 같은 포유류

• 속씨식물 번성

• 인류의 조상 출현

지구 환경이 변하면 생물은 환경에 적응하는 방향으로 진화하며, 환경에 적응하지 못한 생물은 멸종

지구 5대멸종

1차 대멸종: 고생대 오르도비스기 말(4억4,300만년 전)

• 갑작스런 기후변화

• 당시 해양에 살고 있던 생물의 57% 정도가 멸종함

2차 대멸종: 고생대 데본기 말(3억7,000만년 전)

• 고생대 데본기와 석탄기의 경계에서는 10만년에서 30만년의 간격을 두고 두 차례의 대멸종이 발생

• 소행성 충돌이나 거대한 화산재가 지구의 기온을 낮추면서 발생한 것으로 봄 

3차 대멸종: 고생대 페름기/중생대 트라이아스기 경계(2억4,500만년 전)

• 대규모 화산폭발

• 지구 역사상 가장 컸던 대규모 멸종 

• 지구 생명체의 약 96%를 멸종시킴

4차 대멸종: 중생대 트라이아스기/중생대 쥐라기 경계(2억1,500만년 전)

• 대규모 화산폭발

• 지구에 소행성이 충돌하면서 육지에 살았던 생물의 약 80%가 멸종 

• 해양 생물체의 약 20%가 멸종

5차 대멸종: 중생대 백악기/신생대 제3기 경계(6,600만년 전) - 공룡 멸종

• 소행성 충돌

• 대멸종 가운데 가장 빠르게 대멸종이 발생한 사건

지구의 환경은 여러 요인(화산 활동, 소행성 충돌, 지각 변동 등)으로 변한다. 지구 환경의 변화는 생물 대멸종을 일으키기도 하지만, 환경에 적응한 생물에게는 다양한 종으로 진화하여 멸종한 생물을 대신할 기회를 제공하기도 함

2.생물의 진화

변이

진화: 오랜 기간 동안 여러 세대를 거쳐 이루어진 생물의 변화 과정

변이: 같은 생물종의 개체 간에 나타나는 형질의 차이

ex)유럽정원달팽이의 껍데기 차이, 사람의 피부색 차이, 앵무의 깃털 색 차이

변이와 자연 선택에 의한 진화

자연 선택: 다양한 변이가 있는 개체들 중에서 자연환경에 가장 잘 적응한 개체가 선택된다는 것

자연 선택에 의한 내성 세균의 출현

→ 항생제 저항성 유전자를 가진 세균의 출현

항생제 내성이 없는 세균이 많고 , 돌연변이로 생긴 항생제 내성 세균은 낮은 비율로 존재함

→ 항생제 사용

항생제 내성이 없는 세균은 대부분 죽고 항생제 내성 세균은 살아남아 증식

→ 항생제 사용

항생제를 사용할수록 항생제 내성 세균의 비율은 점차 증가

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지구 형성 과정

1. 우리 은하의 나선팔에 위치한 거대한 성운에서 가스와 먼지가 모여 태양계 성운이 형성되었다.

2. 태양계 성운은 회전하면서 수축하여 중심에는 원시 태양이, 납작해진 원반에서는 여러 개의 고리가 형성되었다.

3. 각 고리에서 수많은 미행성체가 만들어졌고, 미행성체가 충돌하고 결합하여 원시 행성들이 만들어지면서 원시 태양계가 형성되었다. 

4. 원시 태양계가 형성되는 과정에서 원시 지구도 생겨났다.

5. 미행성의 충돌열 때문에 지구의 온도가 상승하여 마그마 바다가 형성되었고, 지구 내부는 맨틀과 핵으로 분리되었다.

6. 지표가 식어 원시 지각이 만들어졌고, 빗물이 낮은 곳으로 모여 원시 바다가 만들어졌다.

7. 원시 바다는 태양으로부터 오는 강한 자외선을 차단하여 바다에서 생명체가 출현하였다.

요약) 태양과 행성은 태양계 성운이 회전하면서 수축하는 과정을 거쳐 형성되었으며, 원시 지구도 이 과정에서 형성되었다. 원시 지구가 현재와 같은 모습으로 진화하는 과정에서 원시 바다가 만들어졌고, 원시 바다에서 생명체가 출현하였다.