인간 비진화의 노벨상 : 43만 년 전의 DNA가 분석될 수 있을까?

미디어위원회

진화론-유인원

2022-10-17

인간 비진화의 노벨상

: 43만 년 전의 DNA가 분석될 수 있을까?

(Nobel Prize for Human Non-Evolution)

by Jerry Bergman, PhD

인간 진화에 대한 연구로 스반테 페보에게 노벨상이 수여되었다.

아이러니하게도, 그의 연구는 인간의 진화를 뒷받침하지 못한다.

독일 막스플랑크 진화인류학연구소의 스반테 페보(Svante Pääbo)는 인간 화석에 대한 DNA 연구로 2022년 10월 3일 노벨 생리의학상을 받았다. 그 사실은 진화의 또 다른 증거로 선전되고 있었다. 하지만, 그의 연구에 대한 평가는 진화를 전혀 지지하지 않음을 보여주며, 사실 그 반대임을 확인시켜준다.

그의 연구

페보의 연구팀은 최초로 네안데르탈인의 뼈에서 미토콘드리아를 추출해 염기서열을 분석했었다. 그리고 세 네안데르탈인 뼈 표본으로부터 핵에서 발견된 고대 DNA의 염기서열을 분석했었다. 이 뼈 표본들은 크로아티아의 빈디야 동굴(Vindija cave)과, 독일, 러시아, 스페인에서 발견된 네안데르탈인에서 채취된 것이었다. 결국 페보는 네안데르탈인 전체 유전체(genome)인 30억개 염기쌍의 염기서열을 분석했다. 그후 페보는 남부 시베리아의 동굴에서 발견된 손가락 뼈에서 DNA 염기서열을 분석했다.

이러한 분석을 완수하여 성공시킨다는 것은 불가능한 것으로 널리 믿어졌었다. 그러나 이제, 그것은 흔하게 되었다. 페보의 성공은 새로운 분야, 즉 고대 DNA 분석과 관련된 현재 경쟁이 치열해지고 있는 고유전학(paleogenomics) 분야를 열었다.[1] 지금까지 고유전학은 거의 8,000명의 "고대" 인들에 대한 유전자 염기서열을 완성했다.[2]

오염 관리

나는 몇 년 전에 네안데르탈인의 DNA 연구에 관한 페보의 책을 읽어보았다.[3] 고대 DNA가 현대 DNA에 의해 오염될 가능성을 줄이기 위해서, 그가 실시한 세밀한 주의는 인상적이었다. 이것은 현대의 DNA가 우리의 피부, 모발, 분비물을 비롯하여, 우리 몸을 둘러싼 거의 모든 곳에 있기 때문에, 진정한 관심사였다. 현대의 DNA에 의한 오염 방지는 청정등급 5클래스의 클린룸(class-5 clean room)에서 연구를 실시해야만 방지할 수 있다. 게다가, 고대 DNA 연구는 팀원들이 오염방지에 대한 광범위한 훈련을 받아야만 한다. 연구자들은 탈의실, 에어샤워, 에어록을 통해 클린룸을 출입한다. 또한 클린룸에서의 작업자들은 피부와 신체에서 자연적으로 생성되는 오염물질의 누출을 방지하기 위해, 특별히 고안된 옷을 입어야만 한다.[4]

내가 오하이오 의과대학에서 DNA를 연구한 경험에 의하면, 사람은 피부, 땀 증발, 옷 뿐만 아니라, 숨을 쉴 때마다 DNA와 RNA를 흘리기 때문에, 실험대와 다른 장소들을 깨끗이 닦아야 했던 것을 기억한다. 우리는 또한 피펫, 비커, 플라스크, 주걱, 중합효소 연쇄반응 장비, 다른 실험실 장비 등에서 DNA, DNase, RNase 오염을 제거하는, 표면청정 용액인 Obliterase를 사용했다. DNase와 RNase 모두 고대 유기체에서 고-DNA를 연구하는 데 주요한 문제가 된다. 다른 주의사항으로는 시료 복제 및 각 단계의 평가가 포함된다. 내가 인상적으로 생각했던 것은 페보의 결과는 타당할 수 있다는 것이었다.

연대 추정

나의 주된 관심사는 그 연구에서 DNA가 추출된 뼛조각이 43만 년 전의 것이라는 주장이었다. 전통적인 인간 진화론에 의하면, 유인원에서 현대인이 되는 데에는 많은 진화적 변화가 필요하기 때문에, 네안데르탈인은 오랜 연대를 필요로 한다. 따라서 페보는 "우리 조상들의 오래되고, 분해되고, 오염된 유전자"를 사용하여, 많은 전문가들이 "불가능한 도전"이라고 생각했던, 즉 오래되고 분해되고 오염된 DNA의 염기서열을 분석했다는 것이었다.[5]

관계

(한때 유럽과 서아시아에서 대부분 살았다는) 네안데르탈인 DNA를 비교한 결과, 네안데르탈인 DNA는 현대인 DNA, 침팬지 DNA와 모두 구별되어 있음을 보여주었다. 페보의 연구는 이러한 견해를 뒷받침했다. 그 연구는 인간과 침팬지 DNA 사이에는, 자주 주장되는 2%가 아닌, 깊은 간격(많은 차이)이 존재한다고 결론을 내렸다.

인간과 침팬지 사이에는 명백한 DNA 유사성이 있다는 초기 주장에도 불구하고, 대규모 DNA 염기서열 분석 프로젝트는 다른 그림을 제시하기 시작했다. 2002년에 한 대형 DNA 염기서열 분석 실험실은 전체 침팬지 게놈에서 무작위적으로 얻은 50~900개의 작은 염기 조각들에서 300만 개 이상의 침팬지 DNA 염기서열을 분석했다. 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여, 이것들을 인간 DNA와 비교했을 때, DNA 염기서열의 3분의 2만이 인간 DNA에 정렬될 수 있었다. 인간 DNA와 유사한 많은 짧은 DNA들이 있었지만, 이것은 침팬지 DNA 염기서열의 30% 이상이 인간의 DNA와 전혀 비슷하지 않다는 것을 의미했다![6]

네안데르탈인의 DNA가 "구별된(distinct)" 것이었다는(현대의 DNA와 달랐다는) 발견은 놀라운 일이 아니다. 오늘날에도 한 사람의 인종적 배경을 결정하기 위해 DNA 검사를 실시하고 있다. 왜냐하면 서로 다른 인종 집단은 구별된 DNA를 갖고 있기 때문이다. 여기에는 네안데르탈인의 DNA를 현대인의 DNA와 비교하는 것도 포함된다. 또한 페보는 "네안데르탈인의 DNA와 전 세계의 인간 DNA 사이의 비교를 통해, 네안데르탈인의 DNA는 유럽이나 아시아의 인간과 더 가깝게 일치한다“는 것을 발견하였다.

네안데르탈인과 현대인의 교배

네안데르탈인의 유전체(genome)는 그 당시 커다란 놀라움이었다. DNA 비교는 다음의 결과를 보여준다 :

호모 사피엔스가 약 7만 년 전에 아프리카에서 이동한 후, 네안데르탈인과 성관계를 갖고 아이들을 낳았다는 것은 커다란 놀라움이다. 그들은 한 세기 이상 믿어졌던 잃어버린 고리가 아니다. 그리고 여러분은 오늘날에도 여전히 그 차이의 유산을 볼 수 있다. 현대 인간 DNA의 1~4%가 네안데르탈인 친척에게서 온 것이며, 이것은 심지어 감염에 반응하는 우리 몸의 능력에 영향을 미친다."[7]

따라서 네안데르탈인은 현생인류와 교배할 수 있었고, 이는 그들이 하나의 종(창세기에 기록된 인간 종)이라는 것을 보여준다. 진화론자들이 다윈 시대부터 주장해 온 것처럼, 그들은 다른 종이나 잃어버린 연결고리가 아니다. DNA 염기서열 분석은 "우리 아프리카 조상들의 삶과 현생인류의 출현에 대한 새로운 통찰력을 제공"하는 대신에, 기껏해야 현재에도 존재하는 많은 다양성처럼, 과거에도 인간 종 내에 많은 다양성이 존재했음을 보여주고 있는 것이다.(아래 도표 참조).[8]

.진화론적 시도는 인간 가계(human family)에 현재의 다양성처럼, 과거에도 다양성이 존재했음을 보여준다. 화살표는 서로 다른 가지들 사이의 교배가 발생했음을 나타낸다.

나도 최근에 내 DNA에 대한 검사를 받았다. 나의 DNA는 동유럽에 살고있는 인간과 매우 비슷하지만, 나머지 세계에 살고 있는 인간과는 달랐다. 나는 319개의 네안데르탈인 유전자 변이들을 갖고 있었는데, 이것은 나의 DNA 염기서열을 분석할 때까지 23명의 유전자 분석 결과 중에서 96%가 넘는 높은 수치였다. 그리고 염기서열 분석은 내 특징 중 어떤 것이 네안데르탈인의 DNA에서 나온 것인지를 보여주었다.[9]

또한 페보는 네안데르탈인과 유사한 민족 집단인 데니소바인(Denisovans)의 DNA 시료를 추출할 수 있었다. DNA 분석 결과는 "호모 사피엔스는 데니소바인과 함께 번식했으며... 동남아시아의 일부 지역에서는 사람들의 DNA 중 최대 6%가 데니소바인의 것이었다."[10]

'DNA의 반감기 문제'와 43만 년이라는 추정 연대

DNA는 시간이 지남에 따라 분해된다. 이것은 추정 연대에 의문을 제기한다. 이번 노벨상에 대한 The Scientist 지의 한 기사는 "DNA는 비교적 빨리 분해되기 때문에, 연구자들은 종종 신체의 잔해에서 분자 파편들을 정제하고 분석하는데 어려움을 겪는다"고 말한다.[11] DNA의 분해율은 열, 물, 햇빛, 산소, 특히 방사선에 대한 노출에 따라 달라진다. 만약 어떤 잔해가 햇빛과 비에 노출된다면, DNA는 단지 몇 주만에 분해되어 분석할 수 없게 될 것이다. 반대로, 남극의 얼음 깊숙한 곳에서, 단단하게 얼어붙은 DNA는 10만 년 정도 지속될 수 있다. 이상적인 보존 조건은 매우 건조한 상태로, 밀폐된 용기에 담겨져서, 방사선으로부터 보호되고, -80℃ 정도로 냉동된 시료이다. 그럼에도 불구하고 주변 방사선은 결국 DNA를 분석에 사용될 수 없게 만들 것이다.[12]

DNA의 수명에 대해서는 많은 논란이 존재한다.[13] 살아있는 생물에서 모든 DNA는 지속적으로 손상을 입지만, 99.9%의 정확성을 지닌, 인체의 정교한 수선 시스템(repair system)에 의해 지속적으로 복구되고 있다.[14] 이는 다음과 같은 이유로 발생한다.

이온화 방사선은 약 10^-19초에서 10^-14초 이내에, 목표 구조에 에너지를 축적함으로써 물질과 상호작용한다. 이 에너지 축적 사건은 수초에서 수일의 시간 범위에서, 후속 효소 수선 반응의 기질인 DNA를 변화시키는, 방사화학(radiochemical) 과정으로 이어진다. 이러한 물리적, 화학적, 생물학적 과정은 방사선이 단세포와 다세포 생물에 미치는 영향을 결정한다.[15]

페보의 연구팀은 (수천 년 동안의 배경복사와 오염에 노출되어 원인된) DNA 손상 정도를 추정하는 방법을 개발함으로써, 이 문제를 해결했다. 이를 위해, 그들은 미생물과 현대인의 염기서열을 이용했다.

비판

나의 주된 관심사는 고대 DNA 시료가 발견된 동굴의 환경은 DNA를 보존하기에 이상적이지 않고 열악했다는 것이다. 그 시료가 43만 년 전의 것이라고 결론은 매우 문제가 많은 주장이다. 그렇게 오래된 DNA는 부분적으로라도 온전한 유전자를 갖고 있지 않을 것이다. 43만 년이라는 연대는 DNA나 그 환경에서 밝혀진 어떤 증거에 근거한 것이 아니라, 진화론의 필수 요소인 장구한 연대를 가정함으로부터 온 것이다.

.네안데르탈인에게 양복을 입히면, 대부분의 사람들은 그 차이를 알아차리지 못할 것이다.

요약

나는 네안데르탈인 DNA의 염기서열 분석 결과에 의문을 제기하려는 것이 아니다. 그 결과는 네안데르탈인과 데니소바인은 완전한 인간이었음을 보여주는 다른 연구들과 일치한다. 그들은 오늘날 살아있는 현대인들과는 구별되는 다른 사람 그룹들인 것이다. 그들은 인간 이전의 진화적 조상이 아니라, 창세기가 가르치는 것처럼 인간 가족의 일부인 것이다. 다른 소위 사라진 연결고리, 즉 원시인들도 인간 가족의 일부였다. 프린스턴 대학의 유전학자 조수아 아키(Joshua Akey)는 2022. 10. 7일 The Conversation 지에서, 소위 "원시 인간(primitive humans)"들 사이의 유전체 비교에 관한 글에서 이렇게 말했다 :

잘 알려진 네안데르탈인과 유라시아의 더 수수께끼 같은 데니소바인(Denisovans), 인도네시아 플로레스 섬의 작은 '호빗인(hobbit)‘인 호모 플로레시엔시스(Homo floresiensis), 남아프리카에 살았던 호모 날레디(Homo naledi)까지, 여러 호미닌(hominins, 사람족)들이 풍부히 있었다."[16]

이러한 다양성은 한때 "인종(races)"이라고 불렸던, 오늘날 볼 수 있는 현대인의 다양성과 다르지 않다. 그들은 모두 정확하게 사람 그룹이라고 불려진다.

내가 동의할 수 없는 것은 DNA를 추출하는 데 사용됐던 뼛조각의 추정 연대에 관한 것이다. 그 화석들은 보존되기에 이상적인 장소가 아니라, 비교적 열악한 곳에서 발견되었다. DNA 분해속도에 대한 알려진 사실을 고려해볼 때, 발견된 네안데르탈인의 DNA가 43만 년 전의 것이라는 주장은 믿기 어려운 것이다.

References

[1] Callaway, Ewen, and Heidi Ledford. 2022. Geneticist who unmasked lives of ancient humans wins medicine Nobel. Nature 610: 16-17, p. 16.

[2] Prendergast, Mary. 2022. What’s Next for Ancient DNA Studies After the Nobel? The Scientist Oct 5).

[3] Svante Pääbo. 2014. Neanderthal Man: In Search of Lost Genomes. New York, NY: Basic Books.

[4] Wong, Carissa. 2022. Nobel prize awarded for study of human evolution using ancient DNA. New Scientist, October 30.

[5] Gallagher, James. 2022. The Nobel Prize in Physiology or Medicine has gone to Sweden’s Svante Pääbo for his work on human evolution. BBC News, October 3.

[6] Ebersberger, I., D. Metzler, C. Schwarz, and S. Pääbo. 2002. Genome wide ccomparisons of DNA ssequences between humans and chimpanzees. American Journal of Human Genetics 70(6): 1490-1497, June. Emphasis added.

[7] Gallagher, 2022.

[8] D’ Alessio, Vittoria. 2022. Ancient DNA brings us closer to unlocking secrets of how modern humans evolved. European Research, Sept 5.

[9] “Results of Testing on Jerry Bergman.” 23 and Me. 2018.

[10] Gallagher, 2022.

[11] Williams, Shawna. 2022. Svante Pääbo awarded Nobel for Paleogenomics. The Scientist, October 3. https://www.the-scientist.com/news-opinion/svante-p-bo-awarded-nobel-for-paleogenomics-70579

[12] Sachs, Rainer, et al., 1992. DNA damage caused by ionizing radiation. Mathematical Biosciences 112(2): 271-303, December.

[13] Young, Emma. 2002. Row unravels over claim of oldest DNA. NewScientist, May 22. https://www.newscientist.com/article/dn2317-row-unravels-over-claim-of-oldest-dna/

[14] Frankenberg-Schwager, Marlis. 1989. Review of repair kinetics for DNA damage induced in eukaryotic cells in vitro by ionizing radiation. Radiotherapy and Oncology 14(4): 307-320, April.

[15] Frankenberg-Schwager, 1989, p. 307.

[16] Akey, Joshua. 2022. Our Homo sapiens ancestors shared the world with Neanderthals, Denisovans and other types of humans whose DNA lives on in our genes. The Conversation, Oct 7.

*관련기사 : 노벨 생리의학상에 '네안데르탈인' 인구 진화 연구한 스반테 페보 (2022. 10. 3. TV 조선)

http://news.tvchosun.com/site/data/html_dir/2022/10/03/2022100390121.html

[2022 노벨생리의학상] 멸종한 네안데르탈인 게놈 발견한 獨스반테 페보 박사 (2022. 10. 3. 서울신문)

https://www.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20221003500138

[노벨상 2022] "내 몸속에 네안데르탈인 유전자가"...생리의학상에 고유전체학 창시 스반테 페보 (2022. 10. 3. 동아사이언스)

https://www.dongascience.com/news.php?idx=56507

네안데르탈인 게놈 분석 ‘인류 진화 비밀’ 풀다 (2022. 10. 3. 경향신문)

https://m.khan.co.kr/science/science-general/article/202210032103015#c2b

"우리몸에 네안데르탈인 피 있다" 노벨 생리의학상에 스반테 페보 (2022. 10. 3. 파이낸셜뉴스)