진화론자들이 보는 생명의 기원과 그들의 문제점

진화론자들이 보는 생명의 기원과 그들의 문제점


    1862년 프랑스의 파스퇴르(Pasteur)는 백조목 플라스크를 이용한 실험을 통하여, 미생물의 번식은 온도, 습도, 공기 및 영양이 적당하더라도 밖으로부터의 미생물의 도입이 없는 한 미생물이 생기지 않는다는 결과를 산출하여 오랫동안 대립하여 왔던 자연발생설과 생명속생설의 논의를 끝맺었다. 그렇지만 이후에도 생명기원론의 논의들은 세 가지 측면에서 활발히 주장되어지고 그 논리들에 대한 끊임없는 증명의 시도들이 이루어져 왔다. 이러한 생명발생설은 3가지로 요약이 되어질 수가 있는데, 첫째, 지구에서 자연발생을 하였다는 것과, 둘째, 외부유입설로 우주로부터 생명체 형성의 근본인 유기물의 유입과 혹은 생명체 자체가 외부 우주로부터 유입되었다는 것이고, 셋째, 초자연적인 창조의 산물이라는 것이다. 이들 중 초자연적인 창조의 산물이라는 논리는 진화론자들에 의하여 논의 대상에서 밀려나게 되었으며, 지구 발생설과 외부유입설이 생명의 기원론의 유일한 논의 대상으로서 자리를 잡았다. 그렇지만 그들 스스로 주장하여왔던 이러한 이론들의 뒷면에는 그들조차도 부정하지 못하는 과학적인 사실들이 있으며, 아직도 그들은 그러한 답을 채우기 위하여 더욱더 많은 이론들을 내세우고 있다. 본 장에서는 현재 지구상에 존재하는 생명 기원론과 관련하여 그동안 출판되어진 문헌들과 타임지에 실린 기사들을 중점으로 그들의 주장이 무엇이며 문제점들이 무엇인지를 알아보고자 한다.

지구 자연발생설은 1938년 소련의 생화학자인 오파린(Oparin)이 저술한 생명의 기원이라는 책에서 발표되었는데, 이 가설은 Haldane (1929), Bernal(1951), Urey(1952) 등에 의하여 지지되어지고, 오파린-할데인 (Oparin-Haldane) 가설 혹은 종속영향 기원가설 (Heterotrophic Hypothesis, Hrowitz 1945)이라고 명명되어졌다. 이 가설의 시작은 코아세르베이트(coacervate)라는 작은 알맹이 형태로, 단백질 등의 콜로이드 입자들이 결합되어진 주위의 매질과 명확히 분리된 독립된 구조로서 설명이 되는데, 이런 코아세르베이트는 초기 지구 대기는 오늘날의 지구 대기 성분과는 달리 산소가 없고 메탄, 수소, 암모니아, 네온 헬륨, 아르곤 등으로 이루어졌다고 가정된다. 이 기체들이 태양의 자외선이나 공중방전의 에너지를 흡수하여 서로 반응하여 아미노산을 비롯한 여러 유기물질들이 생성된 후 바다 속에서 이것들이 상호 반응하여 코아세르베이트를 생성하였다고 본다. 이렇게 형성되어진 코아세르베이트는 내부교질 입자가 서로 정해진 위치에 붙어서 초기구조를 이루며, 한편으로 효소계가 형성되어 다른 유기물질을 분해하며, 그 분해로 얻어진 에너지로 자신을 합성하고 성장하여 원시생물로 성장되어져 갔다고 설명된다. 처음에는 자가영양체(auxotrophics)가 아닌 종속영양체 (heterotrophics)이었는데, 점차로 자가영양체인 광합성체 (Phothosynthetics)로 변하여갔다고 주장을 한다. 그러나 이러한 주장은 현재 너무 많은 불합리한 점을 갖는 가설로서 판명이 되어졌는데, 자연발생설의 대표적인 가설 중의 하나인 RNA가설에서와 같이 내부 효소계의 자연 생성의 설명 부재의 치명적인 단점을 지니고 있으며, 밀러가 실험을 통하여 증명하고자 하였던 초기지구의 가스와 방전을 통한 유기물의 합성 단계에서도 너무나 많은 이론적 결점을 드러내고 있다.

1952년 유레이(Urey)와 1953년 밀러(Miller)는 실험을 통하여 오파린 가설의 첫 단계인 초기지구 가스로부터의 유기물 합성이라는 결과를 산출하여, 밀러는 이 결과를 사이언스(science) 저널에 1953년 발표함으로써, 다윈이 1959년에 주창한 종의 기원과 더불어 진화론자들에게 있어서는 획기적인 사실로 자리를 잡게 되었다. 밀러는 방전시스템이 갖추어진 실험관에 물과 일정한 비율의 수소(H2), 메탄(CH4), 암모니아(NH3)의 기체 혼합물을 채운 후, 일주일 동안 높은 전압의 방전을 통하여 화합물을 생성하고 냉각기를 이용 화합물을 농축하여, 글라이신(glycine), 아스파라트산(asparatic acids), 글루탐산(glutamic acids) 등의 아미노산과 염기(Base) 등을 얻었다. 이러한 밀러의 실험은 오파린 가설을 뒷받침하는 획기적인 가설로 받아들여지게 되었으며, 많은 이들이 밀러의 실험결과를 지구의 자연발생설로서 받아들이게 되었다. 그러나 이러한 가설은 다른 진화론적 이론에 도전을 받게 되었으며, 특히 몇 가지의 치명적인 과학적인 사실에 의하여 부정되어졌다.

Delsemme(1981), Anders(1989), Chyba(1990), Chyba and Sagan(1992), Chyba and Mcdonald(1995) 등은 외부로부터의 생명구조물의 유입설을 제기하였다. 우주상의 전체 구조물의 98%는 수소(3/4)와 헬륨(1/4)이 차지하고 있었으며, 나머지 2% 중 1%의 구조는 탄소, 질소, 그리고 산소로 구성이 되어졌고, 1% 미만이 금속으로 구성되어졌다고 주장한다. 이렇게 초기의 우주는 매우 적은 C, N, O 금속으로 이루어졌고, 이러한 것들은 오래된 우주 혹성으로부터 오는 스펙트럼 분석으로 증명되어졌으며, 이러한 오래된 별들의 구성 성분 중, 금속(metal)의 경우는 지금 태양의 100 혹은 1000분의 1밖에 되지 않는 다는 것이다. 그러나 우주상의 몇몇의 별들에서는 별의 중점(stellar core)에서 발생되어지는 끊임없는 뜨거운 핵 합성 (Hot nuclear synthesis)을 통하여 C, N, O와 금속들이 생성되어진다는 것이다. 그리하여, 이러한 조건을 가진 초기 우주는 밀러가 주장한 그러한 초기 지구 대기 구성성분들을 부여할 수가 없으며, 오로지 우주상으로부터의 유기물의 유입이 지구상의 자연발생설을 뒷받침 할 수 있다고 주장을 한다.

이러한 문제점이 알려진 Miller 실험은 또 다른 두 가지의 조건을 갖고 있어야 하는데, 첫째 조건은 원시 지구가 차가운 상태였다는 것이다. 즉 유기물의 합성 후 냉각 장치를 사용하여 유기물을 농축 시켰는데, 이러한 냉각 장치의 근원은 원시 지구가 차가운 상태라는 논리를 가지고 출발하였으며, 사실적으로 유기물이 냉각 장치를 통하여 농축되어지지 않을 경우 계속된 방전에너지로 인하여 다시 분해되어질 수가 있다는 것이다. 이러한 냉각장치를 사용한 밀러는 원시지구는 그때 방사능 물질 감소로 인하여 지구중심 핵의 온도 상승 전까지 깊은 층 온도가 증가하지 않고, 그리하여 철과 같은 중금속은 즉시 녹지 못하여 지구 중심핵 쪽으로 이동할 수 없었다는 것이다. 그리하여 그들은 수 백만 년 동안 지구 표면 근처에 남게 되었다. 지구표면에 남아있는 철이 산소를 흡수하여 탄소와의 결합으로 CO2가 되는 것을 억제하게되고, 고대화산에서는 탄소와 질소 그리고 수소와의 화학작용이 용이하여 메탄, 암모니아가스 등을 만들었을 것이라는 것이다. 그러나 Chyba 는 '그것은 아름다운 그림이지만 불행하게도 잘못되었다'라고 말한다. 

지구의 탄생에 수반되었다고 믿어지는 격렬한 충돌은 철을 녹여서 깊은 곳으로 내려 보냈고 그 결과로 인하여 초기의 대기는 주로 이산화탄소로 이루어져 있어서 유기성분들은 이산화탄소가 있는 곳에서는 쉽게 생기지 못한다는 것이다. 이러한 Chyba의 논리는 오늘날의 지질 생화학자(geochemist)들의 주장으로 뒷받침되어지고 있다. 많은 지질 생화학자들은 초기 지구가 많은 양의 CO2를 지니고 있었으며, 이러한 조건 아래에서는 밀러의 실험결과와는 다르게 아미노산의 생성 또한 매우 제한적이라는 것이다. 더우기 최근에는 Guter Wahtershaer가 초기 생물의 시작은 CO2로부터 시작이 되었다는 이론 (황철광설; 아래참조)을 주장하였다. 이러한 문제들의 핵심에는 밀러의 이론에 치명적인 다른 문제점이 존재를 하는데, 합성된 아미노산의 형태가 생명체의 주요 구성성분인 단백질 합성에 필요한 L형의 아미노산도 합성이 되었지만, 생명 합성에 불필요하고 방해만 되어지는 D형의 아미노산도 함께 생성되었다는 것이다. 

이러한 전형적인 지구 자연발생설 및 유기물의 외부유입설과 더불어, 외계생명설이 존재를 하는데 19세기말 스웨덴의 물리학자인 아레니우스(Arrhenius, A)가 처음으로 주창하였다. 이것은 우주로부터 살아있는 포자가 지구로 유입되어졌다는 것으로, 이러한 가설은 포자가 어떻게 우주 방사선으로부터 생존할 수 있는가라는 근본적인 질문으로 설득력을 잃게 되었다. 그러나 DNA 나선구조를 밝힌 크릭 (Crick)은 아레니우스의 가설을 보완하여 가설로서 우주로부터 무인 우주선에 의한 포자의 전달을 통한 생명 기원설을 주창하였는데, 이 또한 구체적인 증거의 불충분함과 단순한 추측의 산물이라는 점으로 배제되어졌다.

외부생명설의 계속적인 논의는 지구 가까이 존재하는 태양계 내의 다른 행성에서의 생명체 유무로 관심이 집중되어져 왔는데, 그 중 화성(Mars)에서의 생명체 논의가 가장 많이 이루어져 왔다. 그러나 현재 화성은 생명체가 존재하기에는 너무 부족한 대기 압력과 온도, 그리고 액체 상태의 물이 존재하지 않는다고 알려졌다. 그러나 몇몇의 사람들은 오래 전 화성에 물이 존재하였다고 믿으며, 그로 인하여 생명체의 존재를 기대하고 있다. 그러나 이것 또한 화성에서의 명확한 생명체의 존재를 알려주는 화석이나 유기체들이 화성 표면상 (sediments)에서 발견되어져야 하는 매우 높은 산을 마주보고 있다.

그렇다면 이러한 이론들 이외에 현재 논의되어지는 지구의 자연발생 이론들을 살펴보면 다음과 같다. 첫째, 해양 거품 발생설은 Lawrence Berkeley 연구소의 Louis Lerman 연구원에 의하여 주창되어졌다. 해양 표면의 5%나 되는 해양 안의 거품이 화학적 원자로 역할을 수행하여 거품이 합쳐지려고 하는 성질 때문에 생명에 필수적인 화학 물질들을 모으려는 경향을 지니게 되고 거품이 터질 때 거품 안의 분자들은 중요한 화학 반응이 일어나는 대기로 방출되어 생명을 창출하였다고 말한다. 또한 해양 내의 양수성 이론은 Harold Morowitz에 의하여 주장되었는데, 분자들의 양수성 성질 (친수성과 소수성)이 해양 내에서의 구(vesicle)를 형성하였고, 이것이 화학 반응을 위한 이상적인 환경을 제공하여 이곳에서 최근의 생물이 형성되었다는 이론이다. 또한 황철광(ion-sulfur)설은 Guter Wahtershaser 등에 의하여 주창되어졌다. 이 이론에 따르면 유기분자들 사이의 일련의 화학 반응이 황철광에서 발생하는데, 황철광은 양전하를 수반하며 음전하를 띤 유기물질을 끌어들여 상보작용을 가능케 하여 광합성과 유사한 어떤 반응을 유도한다는 것이다. 생체 내의 Acetyl-CoA 가 작용하는 시트르산회로는 환원제를 필요로 하는데, Fe/H2S로부터의 산화적 황철광을 형성하여 모든 생화학적 환원 요소의 전위체 역할을 수행한다는 것이다. 이러한 지구 자연발생설 중 근래 최고의 관심 대상으로 떠오르는 것은 역시 Schwartz(1998), Ferris(1992), James and Ellington(1995)들이 주창한 RNA 가설로서 이 이론은 다음 3단계로 집약되어질 수가 있다.


*RNA 가설의 3단계 (by Schwartz, A.W)
1.짧은 단편(oligonucleotides)의 RNA 분자들이 처음 mononucleotide들의 무작위적 중합과정을 통해 만들어진다.
2.몇몇의 중합된 oligonucleotides가 그들 스스로 주형으로서의 기능을 하면서 에너지 또한 공급하여 mononucleotides를 결합시키고 상보적인 그들의 복사본을 만든다.
3.Oligonucleotides의 화학적 복제가 그들 자신의 합성을 촉매시키는 RNA분자들의 발달을 가져오고, 이 시점에서 자연선택에 의한 진화가 가능하게 되었다.


이러한 3단계에 걸쳐 이루어지는 RNA 생명설은 이 이론을 주창하는 자들 스스로 다음의 문제점이 있음을 인정한다. 그들은 말하기를, '우리의 문제점은 1단계와 2단계에 내재된 많은 어려움들이 있다는 것이다'라고 했다. 1과 2단계에서는 무작위적인 중합과정에 의한 짧은 단편의 oligonucleotide의 형성으로 효소적인 기능을 하는 분자의 생성을 나타낸다는 것인데, 이러한 기능적 RNA oligonucleotide의 수학적 합성확률은 너무 작기에 실제적으로 이런 일이 일어나기에는 불가능한 현실적 문제점을 지니고 있다. 생물학에서의 생명체는 동물, 식물, 박테리아 등을 의미하며 바이러스는 여기에서 제외되어지는데, 그 이유로는 바이러스는 단백질과 핵산 사슬만을 갖고 있어, 살아있는 세포를 외부에 재생산할 수 없는 상태로서 생물체로 취급을 하지 않는다. 결국 RNA가설도 이 벽을 뛰어넘는 새로운 정보를 기다리고 있다.


Nash, M 은 타임지 논고를 통하여 다음과 같이 말하고 있다.

'이 세상의 많은 어떤 사람들은 항상 교묘한 화학 반응이 아니라 신적인 그 무엇인가가 물질에 생명을 가져다 주었다고 믿고 있다. 그러나 아직까지 과학자들은 이러한 근본주의자들의 믿음을 흔들 수 있을 만한 시험관에서의 그 어떤 것도 생산해 내지 못하였다. 결국 RNA 가설을 주장한 Joyce의 연구실에 있는 분자는 바이러스만큼 복잡한 것도 아니며 여전히 박테리아보다 덜 복잡한 수준이다. 실제로 더 많은 과학자들이 연구할수록 더욱 이상한 생명체들이 나타난다. 마치 빅뱅이론이 우주의 신비를 해소하지 못한 것처럼 말이다. 그래서 생명의 기원에 대한 이해가 더 진행될수록 기원에 대한 의문은 해소되기보다는 궁극적으로 강화되고 있다.'


출처 - 창조 140호

구분 - 2

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2465

참고 : 6553|6486|6550|6149|6132|5081|5130|4639|5740|5683|5420|5994|6449|4821|6263|6018|6468|6148|6474|5510|5947|5954|5591|6211|5589|5602|5966|4837|6090|485|3890|390|2349|3782|6438|4510|5474|6495|5458|6243|5863|2698|6399|5460|6489|5135|5000|4828|6118|6394|6168|6138|5996|774|5497|5827|5158|5962|6358|6258|6119|4066|5544|5443|6556|6501|6096|5459|5274|5450|5909|6461|6436|5586|4542|5041|3391|6393|6476|6292|5796|5768|6271|5462|6146|6439|3591|6125|3426|6285|6152|6153|6022



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