철이 없으면, 생명체도 없다
: 생물의 철 이용에 나타난 지적설계
(No Iron, No Life: Intelligent Design in Iron Availability)
by David F. Coppedge
진화론이 성립하기 위해 필요한 행운들의 횟수를 연습 삼아 세어 보라.
생명체는 철(iron, 철분)에 의존하고 있지만, 철은 독성도 갖고 있다. 그리고 이 희소한 자원을 필요한 곳에 공급하는 것은 어려운 일이다. 여기에 지구 생명체에게 "딱 맞는" 골디락스(Goldilocks) 조건을 더욱 강화시켜주는 또 다른 미세조정 사례가 있다.
<Photo: Iron, via Wikimedia Commons>.
철의 생물물리학
Evolution News는 세포 내 효소들이 철을 부드럽게 처리하는 방식에 대해 보도하고 있었다. 하워드 글릭스먼(Howard Glicksman) 박사는 혈액을 붉게 만드는 헤모글로빈에서 철과 산소의 섬세한 상호작용을 설명하고 있었다. 그는 특수 효소가 철의 획득, 운반, 그리고 조절을 어떻게 조절하는지 설명한다. 실제로 철을 포함하고 있는 헤모글로빈의 구성 요소인 헴 분자는 세포 내에서 독성을 띠므로, 이 기사에서 언급된 것처럼 매우 조심스럽게 다루어야 한다.
워싱턴 대학(Washington University) 연구팀이 제작한 두 편의 CcsBA 효소 애니메이션을 보면, 얼마나 세밀하게 작동되는지를 알 수 있다. 이 효소는 헴(녹색 그림, 중앙에 주황색 철 원자가 있는)을 중심으로 스스로 형성되어 운반을 위해 준비되고 조립된다. 연구팀은 이 원리를 알아내는 데 30년이 걸렸는데, 이 효소는 단지 박테리아에 있는 효소이다!
이처럼 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducibly complex, 환원 불가능한 복잡성)’을 지닌 시스템들은 각각 매우 흥미롭지만, 사람들은 철이 주변 환경에서 어떻게든 이용 가능하게 되었을 것이라고 가정한다. 그러나 어떻게 그런 일이 일어날 수 있었을까?
철의 지구물리학
지구상 철의 이용은 정밀하게 조절되어야 한다. 지구의 핵에는 철이 풍부하게 있지만, 지표면의 식물이나 바다생물에게는 아무런 도움이 되지 않는다. 우리는 철이 지각 광물에 풍부하게 존재한다는 것을 관찰하고 있는데, 사막의 많은 절벽들이(그리고 화성이) 산화철(iron oxides)에 의해서 다채로운 붉은색을 띠는 것을 볼 수 있다. 철은 감람석(olivine)에도 풍부한데, 이 암석은 화산 폭발에 의해서 맨틀에서 방출될 수 있다. 최근 Evolution News의 기사는 태양계의 "유성 먼지"가 규조류와 같은 광합성 미생물이 이용할 수 있도록, 바다에 철을 부드럽게 비처럼 내리는 방법을 설명하고 있었다. 그렇다면 철은 어떻게 양과 가용성 측면에서 미세조정될 수 있었을까?
지구물리학자들은 철이 초신성 폭발로 만들어져서, 행성들이 형성됐던 태양계 원반에 흡수되어 기원되었다고 추정하고 있다. 그러나 그러한 철의 대부분은 핵으로 가라앉았을 것이다. 다행히 지구에서는 핵과 맨틀이 분리되어, 판구조 운동을 통해 철이 지표면으로 이동할 수 있었다는 것이다. 바다에 용해된 철은 대기 중 산소의 량에 민감하다. 진화론자들은 약 24억 년 전에 소위 "산소 대폭발 사건(Great Oxygenation Event, GOE)“으로 인해, 대기 중 산소량이 극적으로 증가했다고 오랫동안 주장해 왔다. (산소는 캄브리아기 폭발의 원인으로도 주장되고 있다. 여기를 참조). 하지만 그 이야기는 진핵생물이 철을 이용할 수 있게 된 시기와 일치해야 한다. 태양이 밝아지고, 지구가 식고, 바다가 형성되고, 최초의 세포가 자연 발생하고, 철이 바다에서 떨어져 나가고, 복잡한 생물들이 출현했다는 진화 이야기는 모든 것들이 균형 있게 유지되는 것을 필요로 하는데, 이는 매우 어려운 일이다.
철의 지화학
이제 네 명의 유럽 과학자들이 "행성 철의 일시적 변화"가 "진화의 원동력"이었다고 주장하고 있었다. PNAS 지에 기고한 웨이드(Wade) 등의 연구자들은 세상이 변화하는 동안 골디락스(Goldilocks) 요구 사항들을 어기지 않으면서, 원소들이 어떻게 조화될 수 있었는지에 대한 질문을 다루고 있었다.
철은 생명체에 필수적인 단백질과 효소계의 대체 불가능한 구성 요소이다. 이러한 철의 필요성은 진화 메커니즘에 의한 유전적 선택을 잘 나타낸다. 그러나 철의 생물학적 이용 가능성이 생물권을 어떻게 형성했는지는 잘 알려지지 않고 있다. 처음에는 행성적 강착(accretion, 부착)에 의해 결정되지만, 지질학적 시간 틀에 따라 전 지구적 규모에서 상당한 변동을 보이고 있기 때문이다. 본 연구에서는 40억 년 이상의 형성 과정과 지구화학에서 대기의 산소화를 거쳐 현재의 숙주-병원체 역학에 이르기까지, 행성의 거주가능성에 대한 철의 영향을 설명하고 있다. 지구형 행성 내 철과 전이 원소들의 분포를 분석함으로써, 지구 핵의 형성은 지각 구성과 지표수의 수명 모두에 제약이 되며, 따라서 행성의 거주 가능성에 영향을 미친다.
그들은 철은 "희소하지만 필수적인 영양소"로 묘사하고 있는데, 산소 대폭발 사건(GOE)이 해수면과 해양에서 수용성 제1철(Fe2+)을 상당 부분 제거하고, 해저로 떨어진 불용성 제1철(Fe3+)로 대체하면서, 철의 이용 가능성이 줄어들었다고 주장한다. 이로 인해 철을 재활용할 수 있는 진핵생물과 다세포 동물이 출현하도록 만든 "진화적 압력"이 발생했다고 주장한다.
이러한 발전은 부족하지만 필수 영양소들을 생명체가 더욱 효율적으로 활용할 수 있도록 해준다. 육상 생명체의 시작은 풍부한 맨틀/지각 철의 생화학적 특성 덕분이었지만, 그에 따른 철의 생물학적 이용 가능성의 감소는 보상적 다양성을 촉진한 중요한 요인이었을 가능성이 있다.
모든 게 잘 풀려서 다행인가? 효소들은 어려운 상황을 극복하기 위해 등장했고, 산소는 캄브리아기 동물들이 폭발적으로 출현하도록 만들었고, 철은 육상동물들이 번성하게 했고, 다양한 형태로 진화하게 만들었다는 것이다. 원자의 창조력은 분명 주목할 만한 것인가?
옥스퍼드 대학의 할 드레이크스미스와 존 웨이드(Hal Drakesmith and Jon Wade)는 The Conversation 지의 한 토론에서 이 논문을 간략하게 설명했다. 이상하게도 그들은 철의 지구물리학적 특성을 진화적 이점으로 설명하고 있었다. "철의 획득과 사용을 최적화하는 행동은 명백한 선택적 이점을 가져다주었을 것이다"라고 그들은 주장한다. 그리고 철의 조율이 지구에서 매우 효과적이었기 때문에, 그들은 외계생물에 대한 지표로서, 우주생물학자들은 철 복권에 당첨된 다른 행성계를 탐색할 수 있을 것이라고 생각하고 있었다.
철은 생명체에 필수적일 뿐만 아니라, 지구물리학적 과정에도 필수적이다.
맨틀의 철 함량은 표면 수분 유지를 포함한, 여러 행성 활동 과정을 조절하는데에 필수적이다. 물이 없다면 우리가 알고 있듯이 생명체는 존재할 수 없다. 다른 태양계에 대한 천문관측을 통해 외계행성의 맨틀 철 함량을 추정할 수 있으며, 이는 생명체가 존재할 수 있는 행성 탐색 범위를 좁히는 데 도움이 될 수 있다.
그들은 생명체에 있어서 철의 독특한 특성에 대해 논의하고 있었다.
철은 행성의 거주 가능성에 기여할 뿐만 아니라, 생명체가 탄생할 수 있도록 하는 생화학의 핵심 요소이다. 철은 다양한 방향으로 화학 결합을 형성할 수 있는 능력과 전자 하나를 얻거나 잃는 것이 비교적 용이함 등의 독특한 특성을 갖고 있다. 결과적으로 철은 세포 내 여러 생화학적 과정, 특히 화학반응을 가속화하는 촉매 작용을 매개한다. DNA 합성이나 세포 에너지 생성과 같이 생명체에 필수적인 대사 과정은 철에 의존하고 있다.
철이 없으면, 생명체도 없다. 하지만 이 필수 원소는 이용 가능한 형태로 존재해야 하며, 독성 또한 제어되어야 한다. 산소 대폭발 사건 이후 시데로포어(siderophores)라 불리는 분자가 어떻게든 등장하여 박테리아가 산화된 광물에서 산화철(ferric iron)을 포획할 수 있게 되었다는 것이다. 그 후 진핵생물은 박테리아로부터 이 철을 훔치는 법을 배웠고, 이는 기생 및 공생 관계로 이어졌다. "이 과정 덕분에 양측 모두 끊임없이 진화하여 철 자원을 공격하고 방어했다" 그리고 생물은 또 다른 기술, 즉 재활용을 배웠다는 것이다. 이러한 이야기는 여러모로 아이러니하다.
철에 편향된 관점에서 보면, 감염, 공생, 다세포성은 생명체가 철의 한계에 대응하는 다양하면서도 우아한 수단을 제공했다. 철의 필요성은 오늘날 우리가 알고 있는 생명체를 포함한 진화의 토대를 형성했을 것이다.
지구는 철의 존재에 대한 중요성을 보여준다. 생물학적으로 접근 가능한 철을 지닌 초기 지구와 그 이후 지표면 산화 과정에서 철이 제거된 과정이 결합되면서, 더 단순한 전구체로부터 복잡한 생명체로의 진화를 촉진하는 독특한 환경적 압력이 형성되었다.
철의 수학
그래서 이야기는 이렇게 이어진다. 모든 것들이 연속적인 행운들에 의해 해결되었다는 것이다. 우리 행성은 거주 가능 영역 안에서 충분한 철로 강화된 초신성 먼지들을 모아 적절한 크기의 구체를 형성했다. 용융된 지구 속으로 철이 내려오면서, 운 좋게도 지구 핵은 맨틀과 분리되었다. 맨틀은 바다로 운반할 수 있는 희소 자원인 철을 충분히 보유하고 있었다. 지구 대기가 철을 상당히 감소시키기 전에 미생물은 용해성 형태의 철을 발견했다. 이러한 감소는 미생물에게 암석에서 용해되지 않는 형태를 이용할 수 있는 효소들을 진화시키도록 "선택 압력"을 가했다. 복잡한 진핵세포가 등장하자, 미생물은 철을 훔쳐 군비 경쟁으로 이어졌고, 이는 때로는 무역 협정이나 게릴라전(즉, 병인)으로 이어졌다. 이는 복잡한 생명체가 더 크고 강하게 성장하도록 진화적 압력을 가했다. 양측 모두 지속 가능한 미래를 위해 철을 재활용하는 방법도 배웠다는 것이다. 존 웨이드는 우리가 존재하게 된 행운들을 다음과 같이 요약하고 있었다 :
옥스퍼드 대학 지구과학과 부교수이자 공동 저자인 존 웨이드(Jon Wade)는 "지구 암석 내 초기 철의 양은 행성 강착(planetary accretion)이라는 조건에 따라 '결정'되는데, 이 과정에서 지구의 금속 핵이 암석 맨틀에서 분리되었다"라고 말한다" 수성처럼 암석 부분에 철이 너무 적으면 생명체가 존재할 가능성이 낮다. 화성처럼 철이 너무 많으면 복잡한 생명체의 진화에 필요한 기간동안 표면에 물을 유지하기 어려울 수 있다.“
그는 산소 대폭발 사건 이후 "수 기가톤(gigatons)의 철이 바닷물에서 떨어져 나왔는데, 생명체가 이용할 수 있는 철의 양은 훨씬 적었다"라고 말했다.
공동저자인 옥스퍼드 대학 분자의학 연구소의 할 드레이크스미스(Hal Drakesmith)는 "생명체는 필요한 철을 얻기 위한 새로운 방법을 찾아야 했다"라고 말한다. "예를 들어, 감염, 공생, 다세포성은 생명체가 이 희귀하지만 필수적인 영양소를 더욱 효율적으로 포획하고 활용할 수 있도록 해주는 행동이다. 이러한 특징을 채택함으로써 초기 생명체는 더욱 복잡해졌고, 오늘날 우리 주변에서 볼 수 있는 형태로 진화했을 것이다."
철의 아이러니 : 이야기에서 원인으로
연습 삼아 진화론이 성립하기 위해 발생해야 했던 행운들의 횟수를 세어 보라. 초신성에서 충분한 철이 생성되는 것에서부터, 그것을 이용할 효소들이 우연히 출현하는 것까지, 모든 행운들을 말이다. 엄격한 제약 조건 내에서 각각의 독립적 요구 조건이 충족될 확률은 매우 낮다. 이러한 확률들을 계속 곱하면, 결국 전체 확률은 극도로 작은 확률로 나타날 것이다. 그런 다음 순환논법을 제거하라. 즉 "우리는 여기에 있다, 그러므로 우리는 진화했다"를 제거하라. 그리고 자연선택을 의지가 있는 공학자처럼 취급하는(여기를 클릭), 논리적 오류인 의인화를 제거하라. 그러면 무엇이 남을까? 그들의 이야기는 순전히 우연에서 시작하여 우연으로 끝나는 공상소설 이야기인 것이다.
다른 설명이 있다. 지속 가능하고 상호작용하는 생물권을 구축한다는 목표로 이 모든 필수 단계들을 계획하고, 이를 높은 정확도로 조정할 수 있는 선견지명과 지성을 갖춘 존재가 창조했다는 것이다. 이것은 고도로 복잡한 시스템이 어떻게 발생하는지에 대한 우리의 일관된 경험과 부합한다. 과학에서 순전히 우연에 의존하는 것보다 필요충분 원인에 호소하는 것이 더 바람직하다. 따라서 생명체의 철 이용에서 관찰되는 생물물리학적, 지구물리학적, 지구화학적, 그리고 수학적 특성들에 대해서, 논리적으로 일관되고 공정한 과학자라면 지적설계를 선호해야 할 것이다.
*참조 : ▶ 원소들과 주기율표
https://creation.kr/Topic302/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6724113&t=board
▶ 생명체의 초고도 복잡성
https://creation.kr/Topic101/?idx=6405658&bmode=view
▶ 한 요소도 제거 불가능한 복잡성
https://creation.kr/Topic101/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6405309&t=board
▶ 자연발생이 불가능한 이유
https://creation.kr/Topic401/?idx=6777690&bmode=view
▶ 특별한 지구
https://creation.kr/Topic302/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6724342&t=board
▶ 우주의 미세 조정
https://creation.kr/Topic302/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6725092&t=board
출처 : CEH, 2022. 1. 25.
주소 : https://crev.info/2025/03/enst-how-iron-fortifies-the-earth-and-life/
번역 : 미디어위원회
철이 없으면, 생명체도 없다
: 생물의 철 이용에 나타난 지적설계
(No Iron, No Life: Intelligent Design in Iron Availability)
by David F. Coppedge
진화론이 성립하기 위해 필요한 행운들의 횟수를 연습 삼아 세어 보라.
생명체는 철(iron, 철분)에 의존하고 있지만, 철은 독성도 갖고 있다. 그리고 이 희소한 자원을 필요한 곳에 공급하는 것은 어려운 일이다. 여기에 지구 생명체에게 "딱 맞는" 골디락스(Goldilocks) 조건을 더욱 강화시켜주는 또 다른 미세조정 사례가 있다.
<Photo: Iron, via Wikimedia Commons>.
철의 생물물리학
Evolution News는 세포 내 효소들이 철을 부드럽게 처리하는 방식에 대해 보도하고 있었다. 하워드 글릭스먼(Howard Glicksman) 박사는 혈액을 붉게 만드는 헤모글로빈에서 철과 산소의 섬세한 상호작용을 설명하고 있었다. 그는 특수 효소가 철의 획득, 운반, 그리고 조절을 어떻게 조절하는지 설명한다. 실제로 철을 포함하고 있는 헤모글로빈의 구성 요소인 헴 분자는 세포 내에서 독성을 띠므로, 이 기사에서 언급된 것처럼 매우 조심스럽게 다루어야 한다.
워싱턴 대학(Washington University) 연구팀이 제작한 두 편의 CcsBA 효소 애니메이션을 보면, 얼마나 세밀하게 작동되는지를 알 수 있다. 이 효소는 헴(녹색 그림, 중앙에 주황색 철 원자가 있는)을 중심으로 스스로 형성되어 운반을 위해 준비되고 조립된다. 연구팀은 이 원리를 알아내는 데 30년이 걸렸는데, 이 효소는 단지 박테리아에 있는 효소이다!
이처럼 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducibly complex, 환원 불가능한 복잡성)’을 지닌 시스템들은 각각 매우 흥미롭지만, 사람들은 철이 주변 환경에서 어떻게든 이용 가능하게 되었을 것이라고 가정한다. 그러나 어떻게 그런 일이 일어날 수 있었을까?
철의 지구물리학
지구상 철의 이용은 정밀하게 조절되어야 한다. 지구의 핵에는 철이 풍부하게 있지만, 지표면의 식물이나 바다생물에게는 아무런 도움이 되지 않는다. 우리는 철이 지각 광물에 풍부하게 존재한다는 것을 관찰하고 있는데, 사막의 많은 절벽들이(그리고 화성이) 산화철(iron oxides)에 의해서 다채로운 붉은색을 띠는 것을 볼 수 있다. 철은 감람석(olivine)에도 풍부한데, 이 암석은 화산 폭발에 의해서 맨틀에서 방출될 수 있다. 최근 Evolution News의 기사는 태양계의 "유성 먼지"가 규조류와 같은 광합성 미생물이 이용할 수 있도록, 바다에 철을 부드럽게 비처럼 내리는 방법을 설명하고 있었다. 그렇다면 철은 어떻게 양과 가용성 측면에서 미세조정될 수 있었을까?
지구물리학자들은 철이 초신성 폭발로 만들어져서, 행성들이 형성됐던 태양계 원반에 흡수되어 기원되었다고 추정하고 있다. 그러나 그러한 철의 대부분은 핵으로 가라앉았을 것이다. 다행히 지구에서는 핵과 맨틀이 분리되어, 판구조 운동을 통해 철이 지표면으로 이동할 수 있었다는 것이다. 바다에 용해된 철은 대기 중 산소의 량에 민감하다. 진화론자들은 약 24억 년 전에 소위 "산소 대폭발 사건(Great Oxygenation Event, GOE)“으로 인해, 대기 중 산소량이 극적으로 증가했다고 오랫동안 주장해 왔다. (산소는 캄브리아기 폭발의 원인으로도 주장되고 있다. 여기를 참조). 하지만 그 이야기는 진핵생물이 철을 이용할 수 있게 된 시기와 일치해야 한다. 태양이 밝아지고, 지구가 식고, 바다가 형성되고, 최초의 세포가 자연 발생하고, 철이 바다에서 떨어져 나가고, 복잡한 생물들이 출현했다는 진화 이야기는 모든 것들이 균형 있게 유지되는 것을 필요로 하는데, 이는 매우 어려운 일이다.
철의 지화학
이제 네 명의 유럽 과학자들이 "행성 철의 일시적 변화"가 "진화의 원동력"이었다고 주장하고 있었다. PNAS 지에 기고한 웨이드(Wade) 등의 연구자들은 세상이 변화하는 동안 골디락스(Goldilocks) 요구 사항들을 어기지 않으면서, 원소들이 어떻게 조화될 수 있었는지에 대한 질문을 다루고 있었다.
철은 생명체에 필수적인 단백질과 효소계의 대체 불가능한 구성 요소이다. 이러한 철의 필요성은 진화 메커니즘에 의한 유전적 선택을 잘 나타낸다. 그러나 철의 생물학적 이용 가능성이 생물권을 어떻게 형성했는지는 잘 알려지지 않고 있다. 처음에는 행성적 강착(accretion, 부착)에 의해 결정되지만, 지질학적 시간 틀에 따라 전 지구적 규모에서 상당한 변동을 보이고 있기 때문이다. 본 연구에서는 40억 년 이상의 형성 과정과 지구화학에서 대기의 산소화를 거쳐 현재의 숙주-병원체 역학에 이르기까지, 행성의 거주가능성에 대한 철의 영향을 설명하고 있다. 지구형 행성 내 철과 전이 원소들의 분포를 분석함으로써, 지구 핵의 형성은 지각 구성과 지표수의 수명 모두에 제약이 되며, 따라서 행성의 거주 가능성에 영향을 미친다.
그들은 철은 "희소하지만 필수적인 영양소"로 묘사하고 있는데, 산소 대폭발 사건(GOE)이 해수면과 해양에서 수용성 제1철(Fe2+)을 상당 부분 제거하고, 해저로 떨어진 불용성 제1철(Fe3+)로 대체하면서, 철의 이용 가능성이 줄어들었다고 주장한다. 이로 인해 철을 재활용할 수 있는 진핵생물과 다세포 동물이 출현하도록 만든 "진화적 압력"이 발생했다고 주장한다.
이러한 발전은 부족하지만 필수 영양소들을 생명체가 더욱 효율적으로 활용할 수 있도록 해준다. 육상 생명체의 시작은 풍부한 맨틀/지각 철의 생화학적 특성 덕분이었지만, 그에 따른 철의 생물학적 이용 가능성의 감소는 보상적 다양성을 촉진한 중요한 요인이었을 가능성이 있다.
모든 게 잘 풀려서 다행인가? 효소들은 어려운 상황을 극복하기 위해 등장했고, 산소는 캄브리아기 동물들이 폭발적으로 출현하도록 만들었고, 철은 육상동물들이 번성하게 했고, 다양한 형태로 진화하게 만들었다는 것이다. 원자의 창조력은 분명 주목할 만한 것인가?
옥스퍼드 대학의 할 드레이크스미스와 존 웨이드(Hal Drakesmith and Jon Wade)는 The Conversation 지의 한 토론에서 이 논문을 간략하게 설명했다. 이상하게도 그들은 철의 지구물리학적 특성을 진화적 이점으로 설명하고 있었다. "철의 획득과 사용을 최적화하는 행동은 명백한 선택적 이점을 가져다주었을 것이다"라고 그들은 주장한다. 그리고 철의 조율이 지구에서 매우 효과적이었기 때문에, 그들은 외계생물에 대한 지표로서, 우주생물학자들은 철 복권에 당첨된 다른 행성계를 탐색할 수 있을 것이라고 생각하고 있었다.
철은 생명체에 필수적일 뿐만 아니라, 지구물리학적 과정에도 필수적이다.
맨틀의 철 함량은 표면 수분 유지를 포함한, 여러 행성 활동 과정을 조절하는데에 필수적이다. 물이 없다면 우리가 알고 있듯이 생명체는 존재할 수 없다. 다른 태양계에 대한 천문관측을 통해 외계행성의 맨틀 철 함량을 추정할 수 있으며, 이는 생명체가 존재할 수 있는 행성 탐색 범위를 좁히는 데 도움이 될 수 있다.
그들은 생명체에 있어서 철의 독특한 특성에 대해 논의하고 있었다.
철은 행성의 거주 가능성에 기여할 뿐만 아니라, 생명체가 탄생할 수 있도록 하는 생화학의 핵심 요소이다. 철은 다양한 방향으로 화학 결합을 형성할 수 있는 능력과 전자 하나를 얻거나 잃는 것이 비교적 용이함 등의 독특한 특성을 갖고 있다. 결과적으로 철은 세포 내 여러 생화학적 과정, 특히 화학반응을 가속화하는 촉매 작용을 매개한다. DNA 합성이나 세포 에너지 생성과 같이 생명체에 필수적인 대사 과정은 철에 의존하고 있다.
철이 없으면, 생명체도 없다. 하지만 이 필수 원소는 이용 가능한 형태로 존재해야 하며, 독성 또한 제어되어야 한다. 산소 대폭발 사건 이후 시데로포어(siderophores)라 불리는 분자가 어떻게든 등장하여 박테리아가 산화된 광물에서 산화철(ferric iron)을 포획할 수 있게 되었다는 것이다. 그 후 진핵생물은 박테리아로부터 이 철을 훔치는 법을 배웠고, 이는 기생 및 공생 관계로 이어졌다. "이 과정 덕분에 양측 모두 끊임없이 진화하여 철 자원을 공격하고 방어했다" 그리고 생물은 또 다른 기술, 즉 재활용을 배웠다는 것이다. 이러한 이야기는 여러모로 아이러니하다.
철에 편향된 관점에서 보면, 감염, 공생, 다세포성은 생명체가 철의 한계에 대응하는 다양하면서도 우아한 수단을 제공했다. 철의 필요성은 오늘날 우리가 알고 있는 생명체를 포함한 진화의 토대를 형성했을 것이다.
지구는 철의 존재에 대한 중요성을 보여준다. 생물학적으로 접근 가능한 철을 지닌 초기 지구와 그 이후 지표면 산화 과정에서 철이 제거된 과정이 결합되면서, 더 단순한 전구체로부터 복잡한 생명체로의 진화를 촉진하는 독특한 환경적 압력이 형성되었다.
철의 수학
그래서 이야기는 이렇게 이어진다. 모든 것들이 연속적인 행운들에 의해 해결되었다는 것이다. 우리 행성은 거주 가능 영역 안에서 충분한 철로 강화된 초신성 먼지들을 모아 적절한 크기의 구체를 형성했다. 용융된 지구 속으로 철이 내려오면서, 운 좋게도 지구 핵은 맨틀과 분리되었다. 맨틀은 바다로 운반할 수 있는 희소 자원인 철을 충분히 보유하고 있었다. 지구 대기가 철을 상당히 감소시키기 전에 미생물은 용해성 형태의 철을 발견했다. 이러한 감소는 미생물에게 암석에서 용해되지 않는 형태를 이용할 수 있는 효소들을 진화시키도록 "선택 압력"을 가했다. 복잡한 진핵세포가 등장하자, 미생물은 철을 훔쳐 군비 경쟁으로 이어졌고, 이는 때로는 무역 협정이나 게릴라전(즉, 병인)으로 이어졌다. 이는 복잡한 생명체가 더 크고 강하게 성장하도록 진화적 압력을 가했다. 양측 모두 지속 가능한 미래를 위해 철을 재활용하는 방법도 배웠다는 것이다. 존 웨이드는 우리가 존재하게 된 행운들을 다음과 같이 요약하고 있었다 :
옥스퍼드 대학 지구과학과 부교수이자 공동 저자인 존 웨이드(Jon Wade)는 "지구 암석 내 초기 철의 양은 행성 강착(planetary accretion)이라는 조건에 따라 '결정'되는데, 이 과정에서 지구의 금속 핵이 암석 맨틀에서 분리되었다"라고 말한다" 수성처럼 암석 부분에 철이 너무 적으면 생명체가 존재할 가능성이 낮다. 화성처럼 철이 너무 많으면 복잡한 생명체의 진화에 필요한 기간동안 표면에 물을 유지하기 어려울 수 있다.“
그는 산소 대폭발 사건 이후 "수 기가톤(gigatons)의 철이 바닷물에서 떨어져 나왔는데, 생명체가 이용할 수 있는 철의 양은 훨씬 적었다"라고 말했다.
공동저자인 옥스퍼드 대학 분자의학 연구소의 할 드레이크스미스(Hal Drakesmith)는 "생명체는 필요한 철을 얻기 위한 새로운 방법을 찾아야 했다"라고 말한다. "예를 들어, 감염, 공생, 다세포성은 생명체가 이 희귀하지만 필수적인 영양소를 더욱 효율적으로 포획하고 활용할 수 있도록 해주는 행동이다. 이러한 특징을 채택함으로써 초기 생명체는 더욱 복잡해졌고, 오늘날 우리 주변에서 볼 수 있는 형태로 진화했을 것이다."
철의 아이러니 : 이야기에서 원인으로
연습 삼아 진화론이 성립하기 위해 발생해야 했던 행운들의 횟수를 세어 보라. 초신성에서 충분한 철이 생성되는 것에서부터, 그것을 이용할 효소들이 우연히 출현하는 것까지, 모든 행운들을 말이다. 엄격한 제약 조건 내에서 각각의 독립적 요구 조건이 충족될 확률은 매우 낮다. 이러한 확률들을 계속 곱하면, 결국 전체 확률은 극도로 작은 확률로 나타날 것이다. 그런 다음 순환논법을 제거하라. 즉 "우리는 여기에 있다, 그러므로 우리는 진화했다"를 제거하라. 그리고 자연선택을 의지가 있는 공학자처럼 취급하는(여기를 클릭), 논리적 오류인 의인화를 제거하라. 그러면 무엇이 남을까? 그들의 이야기는 순전히 우연에서 시작하여 우연으로 끝나는 공상소설 이야기인 것이다.
다른 설명이 있다. 지속 가능하고 상호작용하는 생물권을 구축한다는 목표로 이 모든 필수 단계들을 계획하고, 이를 높은 정확도로 조정할 수 있는 선견지명과 지성을 갖춘 존재가 창조했다는 것이다. 이것은 고도로 복잡한 시스템이 어떻게 발생하는지에 대한 우리의 일관된 경험과 부합한다. 과학에서 순전히 우연에 의존하는 것보다 필요충분 원인에 호소하는 것이 더 바람직하다. 따라서 생명체의 철 이용에서 관찰되는 생물물리학적, 지구물리학적, 지구화학적, 그리고 수학적 특성들에 대해서, 논리적으로 일관되고 공정한 과학자라면 지적설계를 선호해야 할 것이다.
*참조 : ▶ 원소들과 주기율표
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▶ 생명체의 초고도 복잡성
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▶ 한 요소도 제거 불가능한 복잡성
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▶ 자연발생이 불가능한 이유
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▶ 특별한 지구
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▶ 우주의 미세 조정
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출처 : CEH, 2022. 1. 25.
주소 : https://crev.info/2025/03/enst-how-iron-fortifies-the-earth-and-life/
번역 : 미디어위원회