경이로운 생물들은 진화되었는가, 창조되었는가? - 2부 : 우연이 극복할 수 없는 폐에서의 가스 교환 문제 : 창조 설계-인간 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

창조설계-사람

2024-11-17

경이로운 생물들은 진화되었는가, 창조되었는가? - 2부

: 우연이 극복할 수 없는 폐에서의 가스 교환 문제

(The Gas Exchange Problem Insurmountable by Chance)

David F. Coppedge

제임스 스미스(James O. Smith) 박사는 복잡한 동물이 세포에 산소를 공급하는 방식은 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’의 한 사례라고 말한다.

1부에서는 경이로운 생물들의 기원 이야기에서 직면하고 있는 몇 가지 주요 미스터리들을 살펴보았다. 그리고 주변에서 흔히 볼 수 있는 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducible complexity, 환원 불가능한 복잡성)’이라고 할 수 있는 구조들을 살펴보았다. 생물학자인 마이클 비히(Michael Behe)는 그의 책 ‘다윈의 블랙박스(Darwin’s Black Box)‘에서 많은 박테리아들은 편모(flagellum)라는 모터 엔진을 갖고 있는데, 이 엔진은 그것을 구성하고 작동하는 데 필요한 30개 이상의 단백질들에 의존하고 있다는 사실을 보여주었다. 이 미생물의 경이로운 구조인 편모에서 동력을 공급하는 생물학적 모터의 세 주요 구조들은 박테리아 유전체의 서로 다른 부분에서 독립적으로 만들어지며, 세 가지 중 하나라도 없다면 치명적인 결함이 될 수 있다.

비히 박사가 제시한 박테리아 편모의 모터에서 발견되는 세 주요 구조들이 진화된 것이라면, 아마도 현재 관찰되는 것보다 더 간단하고 미약한 시스템이 먼저 작동됐었을 것이라는 가설을 세울 수 있다. 아마도 세 부분 중 한 두 부분은 어설프게 작동됐고, 우수한 기능의 편모로 대체되었고, 기능이 약했던 이전의 유전적 흔적은 새로운 우수한 박테리아의 DNA에서 사라졌을 것이다. 이것이 사실인지 아닌지는 판단할 방법은 없으며, 상상되고 있는 이전의 더 간단한 구조가 생존을 위해 효과적인 회전 운동을 어떻게든 진화시킬 수 있었다는 가정은 상상에 불과한 것이다.

가스 교환의 신비

이제 진화가 포유류와 인간으로 옮겨갈 때 문제는 더욱 심각해진다. 편모보다 훨씬 더 중요한, 생명-사망을 결정하는 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’의 사례들이 우리 신체에서 무수히 존재한다. 예를 들어, 포유류의 가스 교환 시스템은 수많은 생화학적 구조들이 있어야 하며, 이 모든 구조들은 함께 연합하여 기능을 수행하고 있으며, 그렇지 않을 경우 생물체는 몇 분 안에 죽음을 맞이할 것이다. 여기서 자연선택의 경쟁 대상이 되는 개체들이 성능을 시험해볼 수 있었던 "시험장"에 대한 근거는 없다. 즉, 이러한 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(IC)’은 시간이 지남에 따라 점진적으로 변화, 조정 및 생존이 가능하도록 하나씩 하나씩 변화되는 것을 감당하지 못한다.

이 논의는 "틈새의 신(God-of-the-gaps)"에 대한 논의가 아니다. 극도로 복잡한 상호 작용을 하고 있는 구조들은 맹목적인 우연한 과정 대신에 지혜와 설계를 가리키며, 이는 창조주를 가리키는 것이다. 그러한 구조들의 기능과 본질적인 특성 및 상호 작용은 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’의 설득력 있는 예를 제공하고 있다. 이러한 복잡성에 대한 자연주의적 설명이 신뢰성을 유지하려면, 이러한 시스템의 존재를 자연주의적 과정으로 설명할 수 있어야 한다.

나는 생화학자가 아닌 의사(심장 전문의)의 입장에서 이 글을 쓴다. 나는 이 분야에서 나보다 더 깊고 상세한 작업을 수행한 전문 생화학자가 있다면, 그의 의견을 존중할 것이다. 하지만 의학 분야는 생체내 화학물질들, 각 장기들의 기능적 능력을 이해하는 것이 포함되며, 폐에서의 가스 교환과 같은 시스템의 본질적인 특성을 고려할 때, 환자가 왜 죽었는지, 왜 그가 죽어가고 있는지를 알 수 있고, 그 과정을 변경시켜, 생명을 구할 수 있다는 이점이 있다. 다시 말하지만, 분모를 늘려 장구한 시간이면 불가능해 보이는 것도 가능할 수 있다는 주장은 일종의 신념인 것이다.

사람이 숨을 들이마실 때, 질소, 산소, 이산화탄소 및 기타 기체의 혼합물이 물리적으로 가슴으로 이동한다. 근육 및 공기 통로의 구조(및 기능)의 도움으로 공기는 중요한 호흡기관의 다른 쪽 끝에 도달한다. 나는 폐의 모세혈관들에서 공기 중 산소가 혈류와 밀접하게 접촉하는, 포유류의 놀라운 호흡 시스템을 말하고자 한다. 공기 중에서 혈류 안으로 산소가 이동하기 위해서는 통과하는 임계 거리가 있다. 화학적 친화력이 이러한 움직임을 일으킨다. 화학 물질이 정확하지 않거나, 일산화탄소와 같은 독성물질(혈류에 대한 화학적 친화력이 더 높은)이 존재하거나, 거리가 너무 멀어 산소가 이동할 수 없는 경우에, 산소 전달에 실패한다. 개입이 없다면, 개체는 몇 분 만에 사망할 수 있다. 진화가 일어날 시간이 없다. 이것은 포유류 시스템의 많은 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’ 중 하나이다.

작은 공기주머니인 폐포에서 이산화탄소가 이동하는 과정에서도 두 번째 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’이 관찰된다. 이산화탄소를 배출할 수 없다면, 산소화가 일어날 수 없다.

세 번째 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’은 비교적 복잡한 헤모글로빈의 생화학에서 관찰된다. 이 단백질은 혈액에 여전히 용해되어 있음에도 불구하고, 입체화학적(고체) 구조를 형성하는 4개의 글로불린(globulins)으로 구성되어 있다. 글로불린을 형성하는 복잡한 아미노산의 중앙에는 평면의 고리가 위치한다. 고리에는 산소를 화학적으로 끌어당기는 힘을 생성하는 철 분자가 포함되어 있다. 산소를 공급받은 혈액은 심장으로 들어가 온몸으로 펌핑된다. 세포 수준에서는 헤모글로빈으로부터 산소를 빼내는 다른 친화력이 존재하며, 헤모글로빈은 대사에 사용된다. 분명히 펌핑하는 심장은 산소를 흡수하는 세포 시스템과 마찬가지로 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’이다. 혈관 자체도 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’이다.

공기로부터 산소를 세포로 전달하는 것은 일련의 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’의 산물이다. 그러나 비교적 간단한 이 과정은 생물체의 필수 요소 중 하나인 출산(childbirth)으로 인해, 더욱 복잡해진다. 다음 세대를 생산하는 것은 생물 종의 생존에 필수적이다. 그러나 자궁 내의 태아에게 산소를 전달하는 데에는 문제가 발생한다. 태아는 외부 공기를 흡입할 수 있는 능력이 없다. 오직 어미로부터 산소를 공급받아야만 한다. 그러나 태아의 헤모글로빈이 어미의 헤모글로빈과 동일하다면, 산소 분자를 어미에서 태아로 옮기려는 생화학적 동기는 없을 것이다. 바로 여기에 또 다른 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’이 존재하는데, 이 복잡성 없이는 번식은 불가능하다. 태아 헤모글로빈(HgbF)은 일반 성인 헤모글로빈(HgA)과 다르며, 산소에 대한 친화력과 이산화탄소를 발산시키는 능력이 더 높다.

따라서 성공적인 개체는 자궁에서 생존하기 위한 HgbF는 물론, HgA에 대한 고유한 DNA 코돈을 갖고 있어야만 한다. 그리고 또 다른 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’은 산소 친화력이 뛰어나지만 HgbF 생성이 중단되는 과정에서 관찰된다. 그 우위가 유지된다면, 바로 다음 세대는 환경에서 산소를 동화시킬 수단이 없다.

요약하면...

가슴으로 공기를 이동시키는 근육이 기능하지 못하는 경우 : 사망

폐포가 없는 경우: 사망

폐포가 너무 큰 경우 : 사망

폐포 벽이 너무 두꺼운 경우 : 사망

헤모글로빈이 불완전한 경우 : 사망

페리틴 고리(ferritin ring)가 불완전한 경우 : 사망

두 번째(태아) 헤모글로빈이 없는 경우 : 사망

심장 기능이 부적절한 경우 : 사망

심장과 세포들 사이에 혈관 구조가 없는 경우 : 사망

세포 친화성이 없는 경우 : 사망

대사 시스템이 없는 경우 : 사망

CO2를 방출할 수 없는 경우 : 사망

생명을 유지하기 위해서는 이러한 모든 하위 시스템들이 함께 존재해야 하고, 기능해야 하며, 다른 모든 시스템들과 통합되어 있어야 한다. 혈관과 같은 시스템은 장구한 시간(큰 분모)이 걸린 과정을 통해 발생했을 수 있다고 가정할 수도 있다. 그러나 위의 사례에서처럼, 대부분의 경우들에서 기능들은 즉시 작동될 수 있어야만 하며, 그렇지 않다면 사망한다.

위의 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’을 한 번 더 확장하면, 심장 기능도 완전히 작동되고 있어야만 한다. 따라서 이 복잡성들은 목록화하기에 너무도 광범위하며, 놀라운 구조와 기능들이 여전히 발견되고 있다. 기본적으로 이 모든 것들은 산소가 풍부한 혈액을 기계적으로 펌핑하는 구조와 기능에 의해 유지된다.

심장(heart)은 미세한 튜브에서 형성되어, 형성되자마자 움직이는 구조로 부풀어 오른다는 점도 고려해야 한다. 심장 세포 안팎으로 빠르게 흐르는 전해질(나트륨, 칼륨, 칼슘 등)에 의존하여, 심장 박동이 유발되고, 밀리초 만에 재설정되어, 다시 뛸 준비를 하는, 일련의 막 펌프가 설계로 내장되어 있다. 이러한 펌프가 완벽하게 작동하지 않으면, 사망이 뒤따른다. 이 세포들은 스스로 시작하여, 신체의 필요에 따라 적응하여 속도를 높였다가 줄였다가 하고, 밀리초 이내에 재설정되어, 최대 한 세기(100년) 이상 조금도 쉬지 않고 박동하며, 생명을 유지한다.

펌핑되는 혈액에는 무수히 많은 백혈구, 적혈구, 혈소판, 단백질들이 포함되어 있으며, 혈장을 통해 생명 유지에 필요한 영양소들을 신체의 각 세포들로 운반한다. 혈액은 이상적인 흐름을 허용하는 점성도를 갖고 있으며, 공기(또는 기타 물질)에 노출되면 응고되는 독특한 능력을 갖고 있다.

폐포들을 갖고 있는 폐는 공기를 드나들도록 하는 근육 시스템에 의해 작동된다. 여러 갈래로 분기되어있는 공기주머니인 폐포들은 극히 작아서, 산소 및 기타 가스들이 폐포막을 통과하여 혈류로 이동할 수 있을 만큼 충분히 작다. 호흡 과정은 자동으로 계속되며, 모든 생물체가 잠잘 때 숨 쉬는 것을 잊어버린다면 죽는다. 이것은 또 다른 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’이다.

요약하면, 단순한 생명체가 돌연변이와 자연선택을 통해 점진적으로 변화될 수 있었다는 가정에는 거대한 장벽들이 있다. 이러한 장벽들 중 하나가 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’의 개념이다. 폐의 가스 교환에서, 여러 부품들이 하나씩 점진적으로 생겨나 이러한 복잡성을 갖는 기관으로 진화했다는 가설은 거의 가능성이 없는 것으로 나타난다. 고도로 복잡한 기관들은 지적으로 설계되었다는 가설을 거부하는 것은 매우 불합리해 보인다. 나는 생물의 신체 기관들이 '우연한 돌연변이'에 의해서 발생했을 가능성은 극히 낮다고 생각한다. 이는 아무리 작은 변화에도 불구하고, 변화를 허용할 수 있는 시간은 매우 짧다는 것으로 더욱 강화된다.

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추천 독서: 라우프만과 글릭스만(Laufmann and Glicksman)의 책 '당신의 설계된 몸(Your Designed Body)'에는 우리를 살아있게 해주는 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’의 더 많은 흥미로운 사례들이 제시되어 있다. 저자들이 말했듯이, 죽는 방법은 천 가지가 있지만, 살아있는 방법은 하나뿐이다.