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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

현창기
2006-04-20

토콘드리아 및 미토콘드리아 리보솜의 세포내공생 진화가설에 대한 비판적 고찰 

(A Christian Critical Perspective on the Evolutionary Endosymbiosis 

of Mitochondria and Mitochondrial Ribosomes)


1. 서 론

   지구상에 존재하는 모든 세포는 원핵세포(prokaryotic cells)과 진핵세포(eukaryotic cells)의 두 가지로 분류된다. 그리고 모든 생물은 분류되기를 박테리아(Bacteria), 고대박테리아(Archeae), 및 진핵생물(Eukarya)의 3개 영역(domain)으로 나뉘는데, 이들을 다시 5계의 분류체계(five-kingdom system)로 나눈다면 원핵생물계(Monera), 원생생물계(Protista), 균계(Fungi), 식물계(Planta), 동물계(Animalia)로 나뉘게 된다. 이 중 박테리아 및 고대박테리아 영역, 즉 원핵생물계는 이른바 세균이라 불리우는 생물로서 원핵세포에 해당하며, 원생생물계, 균계, 식물계, 동물계 등을 모두 포함하는 진핵생물 영역의 생물들은 진핵세포로 구성되어 있다.

이러한 세포들의 기원에 대해서는 진핵세포가 원핵세포로부터 진화되었다고 설명되고 있다. 즉 두 가지 과정에 의해 원핵세포에서 진핵세포로 진화하게 되었는데, 첫 번째 과정은 막함입(membrane infolding, 막주름) 과정으로서 원핵세포의 원형질막(cytoplasmic membrane)이 세포 안쪽으로 접히면서 중첩이 일어나 미토콘드리아와 엽록체(chloroplast)를 제외한 여러 가지 세포소기관들이 발생되었다는 것이며, 두 번째 과정에서는 세포내공생(endosymbiosis) 과정으로서 막함입이 일어나 형성된 큰 원핵세포에게 다른 작은 원핵세포가 잡아먹힌 후 공생관계가 유지되면서 미토콘드리아와 엽록체로 진화하게 되었다는 것이다. 여기서 미토콘드리아의 조상이 된 원핵세포는 산소를 이용하여 세포호흡(cellular respiration)을 하는 호기성 박테리아(aerobic bacteria)의 일종이었으며, 이 세포에 의해 만들어지는 많은 에너지를 숙주(host)가 된 원시 진핵세포가 이용하게 되고 숙주세포에 머물게 된 세포는 생화학적으로 점차 숙주에게 의존하게 되면서 형성된 상호 의존성을 바탕으로 하나의 개체 세포로 진화하게 되었다고 설명되고 있다. 한편 엽록체의 조상이 된 원핵세포는 광합성 박테리아(photosynthetic bacteria)의 일종으로서 미토콘드리아의 진화과정과 유사한 세포내공생 관계가 형성되었다고 보고 있다.

그렇다면 미토콘드리아의 진화를 설명하는 이 세포내공생 가설은 어떤 관찰 근거들을 가지고 주장되고 있는가. 그것은 바로 박테리아와 미토콘드리아 간에서 발견되는 유사성(similarities) 때문이라 하겠다. 진핵세포 내에 존재하면서도 독자적인 유전체(genome)과 리보솜을 가지고 이분법(binary fission)으로 분열하는가 하면, 그 유전자 및 단백질들의 염기 및 아미노산 서열에 있어 상호 유사성이 발견된다는 것이다. 하지만 유사성에 기초한 세포내공생 진화가설의 내용을 들여다보면 그 유사성이 위배되는 문제로 인해 모순성을 드러내는 여러 부분들이 발견되고 있다. 특히 최근 여러 생물 종에 대한 미토콘드리아 유전체(mitochondrial genome)의 염기서열 분석이 속속 완성됨에 따라 그 분석 데이터들을 근거로 하여 미토콘드리아 및 미토콘드리아 리보솜에 대한 세포내공생 진화가설에 대한 새로운 해석들이 90년대 말부터 활발하게 제시되고 있다. 하지만 이로부터 얻어지는 새로운 분자생물학적 관찰결과들은 오히려 세포내공생에 대한 기본적인 의문들을 야기하고 있음을 보게 된다.

본 고찰에서는 미토콘드리아의 세포내공생 진화가설에 있어서의 논리 전개방식을 소개하는 한편, 새롭게 주장되는 해석들과 기존 가설과의 갈등의 내용들을 살펴보고, 또한 이 진화가설 자체가 가지고 있는 논리상 문제점들을 지적 비판하고자 한다.


1. 세포내공생 진화 가설 (Endosymbiotic evolution theory)

생물의 진화를 설명함에 있어 약 15억년보다 오래된 연대로 추정되는 화석에는 현존하는 원핵세포들의 형태와 크기와 유사한 단순한 생물체들이 나타나며, 15억년전 이후부터 초기 진핵세포들이 발생되어 나온 것으로 추정하고 있다. 원핵세포로부터 진핵세포로 진화하기 위해서는 3가지 중요한 단계가 있었음이 강조되고 있다.

첫 단계에서는 고대박테리아(archea)의 일종으로 추정되는 원핵세포가 더 많은 DNA를 얻게 되고, DNA 분자를 특정 단백질들과 결합시켜 독립적인 복합체(염색체, chromosome)로 보다 밀도있게 접어주는(folding) 한편, 세포분열시 이를 동일하게 나누어 딸세포(daughter cell)에 나누어 주는 일련의 메카니즘이 보다 정교해지게 되었다는 것이다.

이어서 두 번째 단계에서는 세포가 더욱 커지고 세포 내에는 막함입에 의해 막 구조물들(intracellular membranes)이 형성되어, DNA가 이중막(double membrane)으로 둘러싸여 핵(nucleus)을 형성하게 되면서 RNA 합성과정은 핵 내에서, 단백질 합성과정은 세포질에서 일어나도록 분리된다. 이것이 바로 혐기성(anaerobic)의 초기 진핵세포(early eukaryotes)인데 아직은 광합성(photosynthesis)이나 호기적 대사(aerobic metabolism)을 할 수는 없는 상태였다고 주장되어지고 있다(Fenchel and Finlay, 1994).

세 번째 진화단계에서는 이러한 초기 진핵세포에  호기성 박테리아와의 세포내 공생관계(endosymbiosis)가 형성되면서 박테리아가 미토콘드리아로 진화하게 된다. 광합성 박테리아의 경우에는 유사한 과정을 통해 녹조류(green algae)의 엽록체 등 플라스티드(plastids)로 진화하여 차후에 식물체(plants) 엽록체의 조상이 되었다는 것이다(Margulis, 1993; Gray 1989).

이러한 세포내공생의 과정을 거쳐 초기 진핵세포는 다양한 단세포 원생생물(unicellular protists)로 진화하면서 유글레나(Euglena), 클라미도모나스(Chlamydomonas)와 같은 광합성 능력이 있는 조류(photosynthetic protists, algae)와 짚신벌레(Paramecium), 점균류(Dictyostelium)와 같은 광합성을 할 수 없는 원생동물(nonphotosynthetic protists, protozoa)로 나뉘게 되고, 계속하여 다세포 생물인 진균류(fungi) 및 동, 식물이 진화되어 나오게 되었다는 것이 세포내공생 진화가설의 주요 맥락으로 요약될 수 있다.

1920년대에 이미 제기되었던 세포내공생 진화가설은 1970년에 린 마굴리스(Lynn Margulis)에 의해 정리된 가설로 발표되었고(Margulis, 1970), 초기에는 많은 비판을 받기도 하였지만 현재는 이른바 ‘단계적 세포내 공생론(the serial endosymbiosis theory)'이라는 이름으로 진핵세포 진화가설의 주류가 되었다. 마굴리스는 초기 진핵세포가 혐기성의 고대박테리아에 스피로헤타(spirochetes)가 공생함으로써 형성되었다고 추가적인 가설을 제안하였지만(Margulis, 1993), 최근에는 초기 진핵세포의 형성에 대해서 ‘수소 가설(hydrogen hypothesis)'이라는 새로운 가설이 제안되면서 활발한 토론이 계속되고 있다(Martin and Muller, 1998).

이 가설에 의하면 혐기성이면서 수소를 절대적으로 필요로 하고 탄소 고정능력이 있는 고대박테리아가 숙주가 되고 수소와 이산화탄소를 노폐물로 배출하는 혐기성 진정박테리아(eubacterium)가 공생균(symbiont)이 되어 대사적 결합이 일어나게 되었다고 주장된다. 이 가설에서는 미토콘드리아를 갖지 않는 진핵세포가 가지는 효소의 일부가 진정박테리아의 것과 유사하며 하이드로게노솜(hydrogenosome, 미토콘드리아를 갖지 않는 진핵세포에서 발견되며 수소를 발생시키고 ATP를 생산해내는 세포 소기관)이 미토콘드리아와 공통적인 특성을 갖는다는 점을 근거로 제시하고 있다(Lopez-Garcia and Moreira, 1999).

어찌 되었든 진핵세포의 진화를 설명하는 가설들에 있어서 그 핵심은 미토콘드리아의 진화에 있는 만큼, 본 고찰에서는 미토콘드리아 및 미토콘드리아 리보솜(mitochondrial ribosome)의 진화에 대한 가설에 초점을 맞추어 살펴보았다.


2. 미토콘드리아 유전체의 염기서열과 미토콘드리아 진화가설의 문제들

진핵세포의 세포내공생 진화가설에 있어서 진화론 내에서도 다음과 같은 의문들에 대한 논쟁은 계속되고 있다. 미토콘드리아는 진핵세포의 나머지 부분들과 동시에 발생했는가? 미토콘드리아는 호기적 세포호흡을 담당하고 있는데 최초 발생시의 조건은 혐기적이었는가? 호기적이었는가? 미토콘드리아와 하이드로게노솜 사이의 진화적 연관성은 무엇이며 그것은 타당한가? 즉 또 다른 적응의 형태인가, 아니면 진화적으로 보다 원시적인 단계로서 진핵세포로의 진화과정에서 분화되어 나온 형태인가 라는 질문들이 그것이다. 아직도 이들 의문들은 여전히 논쟁의 대상이 되고 있지만(Gray et al., 1999; Lang et al., 1999a), 최근의 각종 유전체 연구를 통해 얻어진 결과를 이용하여 미토콘드리아의 기원과 진화에 대한 유전체학적 설명들이 시도되고 있다.

지난 20여년간 여러 미토콘드리아 DNA(mtDNA)의 염기서열이 완전 해독되면서 미토콘드리아 유전체(mitochondrial genome)의 구조 뿐만 아니라, 유전자의 함량, 조직, 발현에 이르기까지 다양한 측면에서의 분석이 이루어졌다(Lang et al., 1999b; Boore, 1999). 특히 원생생물(protists) 및 진균(fungi)의 mtDNA에 대한 미토콘드리아 유전체(mitochondrial genome) 염기서열 해독 프로젝트가 진행되어(The Organelle Genome Megasequencing Program, OGMP, [http://megasun.bch.umontreal.ca/ ogmpproj.html], The Fungal Mitochondrial Genome Project, FGMP, [http://megasun.bch.umontreal.ca/People/lang/FMGP/FMGP.html]), 이로부터 미토콘드리아 유전체의 진화에 대한 여러 시각들이 제시되기에 이르렀다.

그 첫 번째로는 ATP 생산과 미토콘드리아 단백질(mitochondrial protein)의 번역(translation)이 미토콘드리아의 기능에 있어서 기본이 되는 것인데 이 기능은 모든 미토콘드리아 유전체에 있어 공통적이며 결국 α-proteobacteria 조상으로 역추적된다는 것이다 (Gray et al., 1999; Lang et al., 1999a). 또 한가지는 현재까지 알려진 미토콘드리아 유전체 중 가장 원시적이면서 가장 박테리아에 가깝고(most bacterium-like) 가장 유전자를 많이 보유함으로써(most gene-rich) 가장 초기 진화단계의 미토콘드리아를 보여주는 것은 원생생물인 Reclinomonas americana의 mtDNA로서 69,034개 염기쌍(bp)의 크기로 나타났다(Lang et al., 1997). 다른 종류의 원생생물과 진균, 그리고 모든 동물의 mtDNA들은 R. americana의 mtDNA로부터 분화되어 발전된 것으로 볼 수 있다는 것이다.

유전체 염기서열 분석으로 얻어지는 또 하나의 결론은, 이들 미토콘드리아 유전체들은 “축소적 진화(reductive evolution)'를 통해 그 유전자의 수, 즉 암호화 능력(coding capacity)이 박테리아의 유전체에 비해 현저하게 낮아지는 과정을 거치게 되었다는 것이다(Andersson and Kurland, 1998). 축소적 진화 과정의 주 원인으로는 미토콘드리아로부터 핵으로의 유전자 이동(mitochondrion-to-nucleus gene transfer)을 들고 있고(Gray et al., 1999; Lang et al., 1999; Adams et al., 2000), 어떤 유전자의 경우에는 상호 무관한 별도의 핵 유전자(nuclear gene)에 의해 그 기능이 대체됨으로써 유실될 수도 있었을 것으로 보고 있다(Gray and Lang, 1998). 한편 핵 유전자에 의한 기능적 대체 없이도 특정 미토콘드리아 유전자가 완전히 유실될 수도 있다는 가설도 제시되고 있다(Kurland and Andersson, 2000).

또한 유전체 염기서열 분석에 의하면 미토콘드리아 유전체(즉 미토콘드리아 자체)으로의 진화는 단 한번밖에 일어나지 않았다고 주장되고 있다(Gray et al., 1999; Lang et al., 1999a; Gray, 1999). 이 주장의 근거로는 특정 기능을 담당하고 있는 미토콘드리아 유전자들은 R. americana의 mtDNA에서 발견되는 것들의 일부분들로 보인다는 점(약간의 예외는 있음: Pont-Kingdon et al., 1998)과, 많은 경우에 미토콘드리아 단백질을 암호화하는 유전자 군(cluster)들은 박테리아에서 발견되는 유사유전자(homolog)들에서 나타나는 유전자 순서를 유지하고 있고 미토콘드리아의 종류에 따라 나타나는 특별한 유전자 소실이 있다 하더라도 그들이 공통조상으로부터 각각 분화되어 나왔다고 보기에는 어렵다는 점 등을 들고 있다.

마지막으로 미토콘드리아 유전체 염기서열 분석을 통해 주장되는 또 하나의 내용은 핵 DNA(nuclear DNA)와 mtDNA로부터 각각 만들어지는 계통수(phylogenetic trees)를 비교해 볼 때 상호간에 매우 유사하게 진화가 진행되어 왔음을 발견하게 된다는 것이다(Philippe et al., 2000; Gray et al., 1999; Lang et al., 1999a). 하지만 이 주장은 그러한 계통수에서 확실한 진화를 보여주는 진핵세포 종들(species)과 다른 종들 간의 연결에 대해서는 아직 잘 알 수 없다는 설명을 덧붙이고 있다.

지금까지 밝혀진 여러 박테리아 유전체 염기서열(bacterial genome sequences) 중에는 Rickettsia prowazekii (1,111,523 bp)의 것이 가장 미토콘드리아에 가까운 서열을 보여준다(Andersson et al., 1998). 한편 앞서 설명한 바와 같이 가장 박테리아에 근접하는 DNA 염기서열을 가지는 것은 R. americana의 mtDNA이다. 미토콘드리아의 세포내공생 진화가설에서는 이 두 DNA 염기서열의 상호 비교에 의해, 리케치아(Rickettsia)가 속하는 α-proteobacteria 계통의 한 아문(subdivision)으로부터 미토콘드리아가 진화되어 나왔을 것으로 추정하고 있다. 그러나 이 비교 결과를 구체적으로 들여다보면 이들 두 염기서열은 그러한 결론을 내기에는 자연스럽지 않은 여러 특징들을 보여주고 있다.

그 첫 번째로는, R. prowazekii 유전체와 R. americana mtDNA의 염기서열은 다른 많은 병원성 박테리아들의 유전체에서 나타나는 것처럼 각각의 독립적인 진화 상의 유전자 축소과정(reductive evolution)으로부터 발생된 것으로 보인다는 점이다(Gray et al., 1999; Gray et al., 2001). 특히 유전자 순서 등의 상호 연관된 특성을 살펴볼 때 다른 박테리아 유전체들과 구별되는 어떤 것도 발견되지 않는다는 점에 주목할 필요가 있다. 오히려 이들은 공통의 조상으로부터 나와 서로 분리된 유전체 축소(genome reduction) 과정을 거쳐 왔을 가능성이 더 높다고 주장되고 있어서(Gray et al., 1999; Gray, 1998), 진화론적인 해석에 있어서도 상반되는 설명이 동시에 제시되고 있는 것이다.

두 번째로 볼 것은, R. prowazekii 및 미토콘드리아는 ATP 생산의 관점에서 볼 때 매우 유사한 기능적 특성들을 보이고 있지만, ATP의 이용에 대한 측면에서는 서로 매우 다르다는 점이다. 예를 들면, 미토콘드리아는 생산된 ATP를 세포질로 방출시키지만 리케치아는 자신이 생산한 ATP를 스스로 사용하며 오히려 그 숙주세포로부터 ATP를 잡아들이기까지 한다(Andersson, 1998). 즉 미토콘드리아 및 리케치아의 막(membrane)에 각각 존재하는 ADP/ATP 이동효소(translocase)들을 보면 상호 간에 특별한 유사성 관계가 관찰되지 않는다는 것이다. 이것은 기생 박테리아와 세포 소기관이 공통 조상으로부터 갈라져 나온 후 세포 내에서의 적응과정에서 각각 독립적으로 진화해 온 것을 보여주는 것이라고 해석되고 있다. 즉 리케치아와 미토콘드리아의 진화적 상관성이 정면으로 부정되고 있는 것이다. 리케치아와 미토콘드리아가 모두 해당작용(glycolysis)에 관련하는 효소들을 가지고 있지 않다는 점 등의 대사적 유사성(metabolic similarities)을 들면서 이들이 진화 상의 수직적 관계에 있는 것이 아니라 공통 조상으로부터 분화되어 나왔다고 주장되고 있는 것을 볼 때에도(Andersson et al., 1998; Muller and Martin, 1999) 미토콘드리아의 진화가설이 가지는 자기 모순적인 측면을 엿볼 수가 있다. 즉, 유전체 염기서열의 판독결과에 의하면 수직적인 진화과정 중에 있는 것으로 보이지만, 생화학적 및 생물물리화학적 분석으로는 정반대로 공통조상에서 나온 수평적 관계를 보여주고 있다는 것이다.

세 번째로 살펴볼 것은, 리케치아 그 자체가 절대적으로 숙주세포가 필요한 기생성 박테리아라는 점을 고려한다면 미토콘드리아의 조상이 자유롭게 서식하던(free-living) α-proteobacterium 이었을 때 가지고 있었을 자유 서식에 필요한 유전자들을 어떻게 보완해 왔는지에 대한 의문을 풀 수 없다는 것이다. 즉, 그 보완 유전자들에 대한 설명이 가능하기 위해서는 자유 서식 α-proteobacteria의 훨씬 큰 유전체에 포함된 다양한 유전자들에 대한 보완 유전자들 가지고 있어야 하지만, 리케치아의 작은 유전체는 그러한 대사적 다양성의 변화과정을 보여주지 못한다는 점이다.

그럼에도 불구하고 최근 완전 해독된 Caulobacter crescentus의 유전체(4,016,942 bp)과 이와는 근본적으로 다른 종류의 α-proteobacteria인 Bradyrhizobium japonicum의 유전체(8.7 megabase) 및 광합성 α-proteobacteria(Rhodobacter 등)의 유전체 염기서열들을 비교한 결과를 이용하여, 미토콘드리아의 조상(the proto-mitochondrion)이 이들로부터 대사적 변화능력(metabolic versatility)을 물려받았다고 하는 주장도 여전히 공존하고 있다(Nierman et al., 2001). 유전체 상으로는 가장 미토콘드리아의 조상으로 유력한 리케치아가 전혀 그러한 대사적 변화능력에 대한 보완적 유전자를 보여주지 못하고 있는 가운데 α-proteobacteria로부터의 미토콘드리아 진화가설은 또다른 α-proteobacteria 유전체 염기서열을 이용하여 여전히 주장되어지고 있는 상황인 것이다.

이와 같이, 최근 밝혀지고 있는 유전체 염기서열 판독의 결과들로부터 추론되는 진화론적 해석들을 살펴보면 기존의 생화학, 생리학, 물리화학적 연구결과로부터 세워왔던 미토콘드리아 진화가설에 빈번히 상반되는 내용들이 주장되고 있음을 알 수 있다. 그런데 또한 이들 상반된 주장들의 논리는 그 특성상 상호 타협이 이루어질 수 없는 것들임을 보게 된다. 다시 말해서, 현재와 같은 진화론적 해석들이 이어져 간다면 미토콘드리아의 진화에 대한 정설이 도출되기는커녕 그야말로 가중되는 혼란을 정리하는 것도 어려울 것으로 보여지고 있다. 만일 미토콘드리아 진화가설이 과학적 사실이라면, 새롭게 관찰되는 연구결과를 통해서 기존 가설이 보다 구체화되거나 새로운 지류적 가설이 발전되어 나올 것이지만, 현재의 미토콘드리아 진화 가설은 새로운 관찰에 의해 얻어진 해석이 기존 가설의 기본적인 가정에서부터 의문을 제기하는 양상으로 전개되고 있는 것이다.


3. ‘유전자 전달 가설'의 고찰을 통한 미토콘드리아 진화가설의 문제점 분석

다음으로는 미토콘드리아 진화가설의 논리 전개에 있어 가장 핵심이 되는 ‘유전자 전달 가설(gene transfer hypothesis)'에 대해 살펴보도록 한다. 앞에서 언급한 바와 같이 미토콘드리아 유전체들이 “축소적 진화(reductive evolution)'를 거치기 위해서는 미토콘드리아로부터 핵으로의 유전자 이동(mitochondrion-to-nucleus gene transfer)이 일어났을 것으로 추측하고 있다. 이른바 ‘유전자 전달(이동) 가설'로 불리우는 이 가설에서도 적지 않은 논리적 문제점들을 발견하게 된다. 단순한 진핵세포인 효모(Saccharomyces cerevisiae)의 미토콘드리아가 가지는 단백질들(mitochondrial proteome)을 분석한 결과 약 630가지 단백질이 있는 것으로 추정하게 되었는데, 그 중 mitochondrial DNA가 스스로 암호화(coding)하는 단백질은 10%보다 적고, 대부분의 단백질은 nuclear DNA에 의해 만들어지는 것으로 밝혀졌다(Marcotte et al., 2000). 미토콘드리아 단백질이 대부분 nuclear DNA에 의해 암호화 된다는 사실이 ‘유전자 전달 가설'의 가장 주된 논리적 근거가 되고 있는 것이다. 그런데 nuclear genome에 의해 만들어지는 이들 단백질들의 유사성(similarity)을 조사하였더니 전체 단백질 중 50~60%는 원핵세포와 유사하고(’prokaryote-specific'), 20~30%는 진핵세포의 특성을 가지는 것들이었으며(‘eukaryotic-specific'), 약 20%는 효모에만 존재하는(’unique') 단백질들이었다 (Karlberg et al., 2000). 여기서 우리는 효모 미토콘드리아에만 존재하는, 20%를 차지하고 있는 그 고유의 단백질들의 기능이 확실치 않다는 점에서 의문을 갖게 된다. 즉, 원핵세포 유사성 단백질들은 주로 생합성(biosynthesis), 에너지 생산(bioengergetics), 및 단백질 합성에 관련된 기능을 담당하고 있고, 진핵세포 유사성 단백질은 막 구성(membrane components), 조절(regulation), 물질수송(transport) 관련 기능을 맡고 있어서 미토콘드리아의 주된 기능은 두 부류의 단백질들이 거의 수행하고 있는데, 효모 미토콘드리아에만 나타나는 고유의 단백질들은 그 기능이 아직 모호하다는 점이다. 효모 고유의 단백질이라면 유전자 이동(gene transfer)에 의해 물려받은 것이 아니라 효모 핵 스스로가 암호화하고 있는 단백질을 의미하게 되는데, 그들이 미토콘드리아 자체의 특정한 기능을 담당하지 않고 있음에도 특별히 효모의 핵 유전체가 자발적으로 암호화함으로써 미토콘드리아에게 그들을 제공하게 되었다는 것이 과연 타당한 논리일까? 물론 다른 종의 미토콘드리아 단백질 유전정보(mitochondrial proteome)에 대한 조사가 완벽히 이루어져 상호 비교가 이루어져야 보다 명확한 결론을 얻을 수 있을 것이지만, 효모의 핵 유전체 내에 효모 미토콘드리아에만 존재하는 고유의 단백질에 대한 정보가 존재한다는 사실은 ‘유전자 전달 가설’의 논리, 즉 미토콘드리아의 세포내공생 진화가설의 논리를 매우 부자연스럽게 한다. 오히려 모든 진핵세포들이 박테리아의 공생으로 인해 진화된 미토콘드리아를 가지고 있다기보다는, 다른 세포 소기관과 마찬가지로 그 세포 자체가 이미 핵 유전체에서 암호화하고 기능을 부여하는 하나의 세포 소기관으로서의 미토콘드리아를 갖는다는 논리가 더 자연스럽다고 볼 수 있는 것이다.

‘유전자 전달 가설'에 따르면 미토콘드리아로부터 핵으로의 유전자 이동은 매우 점차적으로 일어난 연속적 축소과정(sequential reduction)이라고 한다. 그러한 주장의 근거로는 가장 유전자를 많이 보유함으로써 가장 초기 진화단계의 미토콘드리아를 보여주는 원생생물 R. americana의 mtDNA와 비교해 볼 때 다른 진핵세포들의 mtDNA에는  R. americana의 mtDNA가 암호화하는 단백질 또는 rRNA 유전자 집합의 일부분(subset)을 암호화하고 있다는 점이다(Gray et al., 1999). 즉 진화가 상당히 진전된 세포에서는 전자전달계(electron transport system), 즉 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)에 관여하는 미토콘드리아 내막 단백질들(inner membrane proteins)과 ribosomal RNAs(rRNAs) 및 transfer RNA(tRNAs)에 관한 유전자만이 mtDNA를 구성하고 있고, 이보다 덜 진화된 세포는 거기에 추가적인 ribosomal protein들의 유전정보가 포함되어 있다는 것이다.

이러한 주장은 염기서열 분석이 완료된 6종류 세포의 mtDNA 유전자들을 비교함으로써 제시되었다(Gray et al., 1999). 즉 6종류 세포는 모두가 5개의 유전자를 공통적으로 가지고 있었는데 그것들은 각각 rRNA(rns, rnl), cytochrome b(cob) 및 두개의 cytochrome oxidase subunit(cox1, cox3)를 암호화하는 유전자이다. 그러나 제시된 mtDNA 중 가장 단순한 진핵세포는 Plasmodium(원생동물 일종, 말라리아 병원성 기생성 세포가 속함)으로서 mtDNA가 위의 5개 유전자만 보유하고 있고, 그 다음으로 단순한 것은 Schisaccharomyces(효모의 일종)로서 추가로 atp6, atp8, atp9, cox2, rps3 등 5개 유전자가 포함되고, 그 다음으로 인간 세포로서 atp6, atp8, cox2, nad1~6, nad4L 등 10개 유전자가 추가된다. 이어서 가시아메바(Acanthamoeba, 원생동물 일종), 우산이끼속(Marchantia, 선태식물 일종)의 순으로 mtDNA의 유전자 수가 많아지고 가장 복잡한 mtDNA가 Reclinomonas(R. americana)의 것이었다.

그런데 여기서 제시된 6종류의 세포를 살펴볼 때 mtDNA의 복잡성에 있어서 진화의 순서와 맞지 않는 불연속성을 발견하게 된다. ‘유전자 전달 가설'에서 주장하는 바와 같이 점차적이고 연속적인 mtDNA 유전자의 축소과정이 일어났다면, 당연히 가장 진화가 진전된 인간 mtDNA가 가장 적은 유전자만 보유하고 있어야 할 것이다. 하지만 제시된 비교 결과를 보면 인간 mtDNA 보다 Schizosaccharomyces 또는 Plasmonium이 더 적은 유전자를 보여줌으로써 상대적으로 유전자 이동이 많이 일어난 것으로 나타나고 있다. 이것은 미토콘드리아로부터 핵으로 유전자가 점차적으로 이동하였다는 '유전자 전달(gene transfer)'이라는 전제, 즉 세포내공생 진화가설의 기초부터 수정되어야 함을 보여주는 결과라 하겠다.

미토콘드리아의 세포내공생 진화가설의 문제점은 포유동물의 미토콘드리아 유전체에서만 나타나는 매우 특징적인 면들을 살펴보아도 명백하게 드러난다. 일찍이 인간 미토콘드리아 유전체는 핵 유전체에 비해 크기가 매우 작아서 초기의 염기서열 분석 프로젝트의 대상이 되었고, 이미 1981년에 16,569 bp의 전체 염기서열이 해독되었다. 그런데 이 염기서열과 핵, 엽록체 및 박테리아 등의 유전체 염기서열을 비교해 본 결과, 매우 흥미로운 특징들이 발견되었다. 그 중 하나는 세포의 세포질(cytosol) 이나 엽록체에서는 단백질 합성 시 30종류 이상의 tRNA가 각 아미노산을 담당하는데, 포유동물의 미토콘드리아에서는 22 tRNA만으로 단백질 합성을 수행하고 있다는 점이다(Barrell et al. 1980). 즉, 정상적인 코돈-안티코돈(codon-anticodon) 결합 규칙(pairing rule)이 포유동물의 미토콘드리아에서만은 상당히 완화됨으로써(relaxed), 하나의 tRNA가 4가지 코돈(codon) 중 어느 하나와도 짝을 이룰 수 있도록 되어 있어서 훨씬 적은 종류의 tRNA를 가지고도 단백질 합성이 가능하게 된다. 세포질이나 박테리아에서는 물론, 미토콘드리아처럼 세포내공생 진화에 의해 발생되었다고 주장되고 있는 엽록체에서의 단백질 합성과정에서도 찾아볼 수 없는 미토콘드리아만이 보여주는 이러한 특징적인 모습은 미토콘드리아가 박테리아의 공생으로부터 발생되었다는 진화가설의 논리적 설득력을 상당히 감소시키는 것이라 하지 않을 수 없다.

또 한가지 놀라운 사실은 미토콘드리아 유전체(mitochondrial genome)에서는 64개 코돈 중에서 4개의 코돈이 다른 유전체와 다른 의미를 갖는다는 점이다 (Jukes, 1983). 예를 들어 UGA 코돈은 핵, 엽록체, 박테리아 등 대부분의 단백질 합성에 있어서는 ‘stop’ 코돈이다. 그러나 포유동물, 진균, 무척추동물의 미토콘드리아에서는 이것이 트립토판(tryptophan) 아미노산을 의미하는 코돈으로 작용한다. 그리고 AGG는 보편적으로는 아르기닌(arginine) 아미노산의 코돈이지만 포유동물 미토콘드리아에서는 ‘stop’ 코돈으로, Drosophila(초파리)에서는 세린(serine)의 코돈이다(Tomita et al., 1999; Jukes and Osawa, 1993). 이렇게 미토콘드리아의 암호(code)는 보편적인 암호(universal code)와 다를 뿐 아니라, 더욱 특징적인 사실은 그러한 코돈 인식방법의 차이가 식물에서는 나타나지 않고 동물세포에서만 관찰되고 있으며, 동물세포 중에서도 생물종에 따라 서로 다르게 나타나고 있다는 점이다(다음 표 참고, Alberts et al., 2002).

CodonUniversal codeMitochondrial code
포유동물무척추동물효모식물
UGA
AUA
AGA, AGG
CUA
'stop'
isoleucine
arginine
leucine
tryptophan
methionine
'stop'
leucine
tryptophan
methionine
serine
leucine
tryptophan
methionine
arginine
threonine
'stop'
isoleucine
arginine
leucine


이렇게 동물세포의 미토콘드리아가 생물종에 따라 각각의 독특한 코돈 인식체계를 가지고 있다는 사실로부터, 다시 한번 미토콘드리아의 세포내공생 진화가설의 중심에 있는 ‘유전자 전달 가설'의 논리적 모순성을 발견하게 된다. 즉, 보다 복잡한 생물체로 진화하는 과정에서 미토콘드리아로부터 핵으로의 유전자 이동이 점차적으로 일어남으로써 미토콘드리아 유전체의 유전자가 연속적으로 적어지게 되었다면, 아직 단순한 생물체로서 진화를 앞둔 생물(예를 들면 효모, 무척추동물 등)에 있어서 이미 미토콘드리아에 형성된 차별적인 코돈 인식방법으로 특정 단백질을 암호화하는 유전자가 핵 유전체로 이동하게 된다면 그 유전자는 핵 유전체에서 과연 단백질 암호화 능력을 유지할 수 있을까? 예를 들어 효모 미토콘드리아 유전자 염기서열 중 UGA 코돈을 가지는 유전자가 핵으로 이동하면 전혀 쓸모없는 유전자가 되고 말 것이다. 그렇다면 ‘독특한 코돈 인식체계는 유전자 이동 후에 미토콘드리아에서만 일어난 돌연변이에 의해 형성될 수도 있다’라고 반론할 수도 있을 것이다. 그러나 독특한 코돈 인식체계가 식물체에서는 전혀 나타나지 않고 동물세포에서만 나타나고 있다는 점을 기억해야 한다. 식물체 내에서도 유사한 돌연변이가 얼마든지 일어날 수 있으니 식물에서도 독특한 코돈 인식체계가 나타나야 할 것이다.

또한 같은 분류체계 내(예를 들면 포유동물 내)에서도 그러한 돌연변이는 진화과정에서 계속하여 일어나는 것이 당연한 일일 것이기 때문에 독특한 인식체계는 훨씬 더 다양하게 동물 종에 따라(예를 들면 포유동물 내에서도 마우스, 소, 원숭이, 사람 등) 각각이 다른 형태로 나타나야 할 것이다. 하지만 분명하게도 식물에서는 나타나지 않으며, 동물세포는 동일 분류체계 내에서는 동일한 인식체계를 이용하고 있다.

이러한 사실들을 종합해 볼 때 미토콘드리아는 세포내공생에 의해 형성되어 진화되어 왔다는 논리보다는, 당초 세포가 기원하는 시점부터 미토콘드리아는 세포가 보유하게 된 하나의 세포 소기관으로서, 에너지 생산이라는 타 세포들에서도 나타나는 공통적인 기능을 수행하면서도 한편으로는 그 세포가 가지는 고유의 특징들을 가지고 있는 것으로 인식하는 것이 더 타당하다는 결론에 이르게 된다.

여기서 '유전자 전달 가설‘의 논리적 모순성과 관련하여 한가지 덧붙여 생각하여야 할 것은, 미토콘드리아 단백질들이 핵 유전체에 암호화되어 세포질에서 합성된 후에 미토콘드리아로 표적화(targeting)되는 과정을 면밀히 살펴볼 필요가 있다는 것이다. 진핵세포는 원핵세포와 달리 여러 세포 소기관을 가지고 있기 때문에 리보솜에서 단백질을 합성한 후에 복잡한 단백질 분류(protein sorting) 과정을 거쳐 각 단백질들을 최종 목적지에 따라 분류하여 보내게 된다. 미토콘드리아 단백질들도 세포질에 있는 자유리보솜(free ribosome)에서 합성될 때 미토콘드리아로 유입되기 위해서 반드시 필요한 신호서열(signal sequence)이 단백질의 끝부분에 함께 합성됨으로써 미토콘드리아에 의해 인식되어 유입될 수 있게 된다. 즉 특정 미토콘드리아 단백질이 세포질에서 합성될 때에는 원래의 단백질이 아니라 신호서열이 끝부분에 추가로 연결된 전구체 단백질(precursor protein)로 합성되고 미토콘드리아로 유입되는 과정에서 신호서열이 잘려 나가면서 비로소 성숙한 단백질(mature protein)이 되는 것이다. 이 유입과정에서는 세포질에 존재하는 샤페론 단백질(chaperone protein, cytosolic Hsp70, DnaJ 등)의 도움을 받아 미토콘드리아의 외막(outer membrane) 및 내막(inner membrane)에 있는 수용체(receptor)에 의해 인식되고 단백질 이동체(protein translocator)를 통해 유입되는데, 이 때 mitochondrial Hsp70이 ATP를 소모하면서 유입 모터(translocation motor)의 작용을 일으킴으로써 단백질을 끌어들이게 된다(Haucke and Schatz, 1997).

다시 말하면, 단백질 이동(protein transport) 현상은 세포질 샤프론, 미토콘드리아 막에 존재하는 수용체 및 이동체(translocator), 그리고 이동모터(translocation motor) 등의 다양한 분자장치들이 상당히 복잡한 과정을 거쳐야 가능함을 알 수 있다. 이동체만 보더라도 미토콘드리아 외막과 내막에 대해 각각 독립적으로 TOM(translocase of the outer membrane) complex(TOM5, -6, -7, -40 등 포함) 및 TIM(translocase of the inner membrane) complex(TIM11, -14, -17, -23, -33 등 포함)가 담당하고, 이동모터 역시 TIM44-mHsp70-GrpE로 결합된 complex의 형태로 작용한다는 것이 밝혀져 있다. 더욱 흥미로운 것은, 세포질의 Hsp70-DnaJ 시스템은 여러 세포소기관으로의 단백질 이동을 수행하지만, MSF(mitochondrial import-stimulation factor)라는 샤페론은 오직 미토콘드리아 단백질의 이동에만 관여한다는 사실이다.

그렇다면 핵 DNA에 의해 암호화되어 세포질에서 합성된 미토콘드리아 단백질들을 미토콘드리아로 이동시켜주는 이러한 복잡한 메커니즘과 분자장치들은 어떻게 형성될 수 있었던 것일까? 원핵세포는 진핵세포와 달리 세포 소기관이 없기 때문에 이러한 복잡한 단백질 이동과정을 거칠 필요가 없다. 즉 단백질 이동을 일으키기 위한 복잡한 분자 장치들이 필요치 않은 것이다. '유전자 전달 가설'에 따라 미토콘드리아의 진화 형성과정에서 가장 초기단계라는 R. americana의 mtDNA로부터 점차적으로 유전자들이 핵으로 이동하면서 진화가 이어져 왔다면, 이동되는 유전자들은 미토콘드리아 자체의 성숙한 단백질을 암호화하고 있었을 것이다. 그렇다면 과연 이 유전자들이 핵으로 이동한 후에 자연적인 돌연변이에 의해 스스로 미토콘드리아로 표적화(targeting)되기 위한 신호서열이 발생되도록 지혜롭게 변화하는 일이 가능한 것인가? 다른 세포소기관으로 표적화되는 돌연변이의 축적은 왜 일어나지 않았는가? 미토콘드리아로 표적화되어야 할 단백질은 한, 두 개가 아니다. 인간 미토콘드리아의 경우만 보더라도 미토콘드리아에 존재하는 수많은 단백질 중에 mtDNA가 스스로 암호화하는 단백질은 매우 한정적이어서 전자전달계(electron transport system)에 관여하는 것 밖에 없고 그나마 필요한 100가지에 가까운 단백질 중 13개만을 암호화하는 것이 전부이다. 다시 말하면 미토콘드리아가 필요로 하는 단백질의 대부분이 핵 DNA에 암호화되어 세포질에서 합성된 후 유입되고 있는 것이다. 이렇게 많은 단백질들에 대한 유전자들이 진화의 과정에서 미토콘드리아로부터 유전자 이동에 의해 핵으로 옮겨간 후 각각의 유전자에 돌연변이가 축적됨으로써 신호서열이 정확히 발현되고 그래서 어느 하나도 빠짐없이 미토콘드리아로 표적화되어 돌아오게 된다는 것은 도저히 불가능한 일이라 아니할 수 없다.

또한 이들을 이동시켜 미토콘드리아 안으로 유입시키거나 막에 삽입시키는 복잡한 분자장치는 어떠한가? 이 분자장치들은 진화 단계의 세포에도 전혀 존재하지 않았을 뿐더러, 또한 mtDNA에도 암호화되어 있지 않았던 새로운 단백질들이다. 숙주 세포 자신이 미토콘드리아로 가야 할 단백질들을 위해 제공하고 있는 이들 분자 장치들은 과연 어디서 유래한 것인가? 특히 세포질에 존재하는 여러 샤프론 단백질들 중 오직 미토콘드리아 단백질들만 특이적으로 인식하여 이동시켜주는 MSF의 존재는 무엇을 의미하는가? 더욱 이해하기 어려운 것은 미토콘드리아 외막과 내막에서 미토콘드리아 단백질들을 인식하고 유입시켜주는 수용체들과 이동효소(translocase)들이라 하겠다. 이들은 진화 초기단계의 미토콘드리아에는 존재하지 않았으므로 원래의 mtDNA에도 암호화되지 않았으면서도, 그 자신들 또한 미토콘드리아 단백질로 인식되어 미토콘드리아로 표적화되어 유입된 단백질들이다. ‘유전자 전달 가설'을 따라 유전자 이동을 받아들이려면 이동되지 않은 유전자의 발생에 대해서까지 가설을 세워야 하는 그야말로 가설 자체의 논리전개 상의 한계를 명백히 드러내고 있는 것이다.

지금까지 미토콘드리아의 세포내공생 진화가설에 대한 문제점들을 고찰함에 있어, 유전체 염기서열 판독결과에 의한 진화론적 해석과 기존의 해석 간에 일어나는 논리적 갈등, 유전자 전달 가설 자체가 가지는 논리적 모순성, 포유동물의 미토콘드리아에서만 나타나는 독특한 특징들이 보여주는 반진화론적 반증들, 미토콘드리아 단백질들의 합성과 이동 메커니즘에서 나타나는 미토콘드리아 진화가설의 논리상 부적합성 등을 중심으로 살펴보았다. 1970년에 발표된 후 현재에 이르기까지 진화론적 생물학의 다각적인 지지를 받아 오면서 마치 다른 대안적 가설은 존재할 수 없을 것처럼 그 입지를 굳혀가고 있는 형상이다. 그러나 본 고찰에서 살펴본 바와 같이 무리한 논리전개와 모순성들을 지니고 있으면서도, 미토콘드리아의 세포내공생 진화가설은 ‘유사성’이라는 대전제를 논리적 근거로 앞세우고 흔들림 없이 모든 새로운 발견들을 그 틀 안에 맞추어 가고 있다. 그 위세는 '유사성‘의 전제에 위배되는 현상이 관찰된다 하더라도 또 다른 가정을 도입하면서까지 그 근간을 지켜나갈 정도로 이미 진화 생물학 안에 뿌리를 깊게 내리고 있는 것이다. ‘미토콘드리아는 세포내공생에 의해 발생 진화하였다’라는 가설의 결론은 이미 불변의 사실로 못 박아 둔 채, 얻어지는 모든 실험적 데이터들은 그 결론에 합당하도록 배열되고 해석되는 연역적 논리전개 방식은 모든 분야의 진화론적 논증법과 동일하다.

하지만 분명한 것은 이러한 논리전개 방식이 관련 분야에 있어서 다양한 가설의 형성과 발전을 저해하게 된다는 것을 부인할 수 없다. 미토콘드리아의 세포내공생 진화가설의 강력한 연역적 논리전개는 결국 진핵세포 내의 미토콘드리아라는 세포 소기관 고유의 ‘독립적인 구조와 기능’에 대한 연구에 장애가 되고 있다. 애초에 미토콘드리아를 가지고 존재했을 수도 있는 진핵세포에 대한 세포학적 탐구를 차단함으로써 결국 미토콘드리아가 세포 자체에 미치는 기능적 구조적 기여를 객관적으로 설명하는 것은 이미 불가능해진 상태가 되어 버렸다.


4. 미토콘드리아 리보솜 진화가설에 대한 고찰과 비판

이번에는 미토콘드리아의 세포내공생 진화가설의 한 부분으로서 미토콘드리아 리보솜 (mitochondrial ribosome, mitoribosome)의 진화론적 가설에 대해 살펴보도록 하자. 포유동물의 미토콘드리아 리보솜은 미토콘드리아 내막의 안쪽(matrix)에 존재하면서 미토콘드리아 내막에서 전자전달계를 통한 산화적 인산화 과정을 일으키는 13개 단백질을 합성해내는 역할을 한다. 앞에서 언급한 바와 같이 미토콘드리아의 세포내공생 진화가설에 의하면 미토콘드리아 조상으로 가장 가까운 박테리아 종은 α-proteobacteria 중 리케치아 아문(rickettial subdivision)에 속한 박테리아인 것으로 추정하고 있다. 따라서 미토콘드리아 리보솜은 그 구조와 기능에 있어서 박테리아 리보솜과 유사할 것으로 생각되어 왔다. 그러나 실제 미토콘드리아 리보솜은 박테리아 리보솜과는 상당히 다른 모습을 보여준다. 많은 미생물학 교과서에서는 박테리아 리보솜과 미토콘드리아 리보솜이 동일하게 70S라는 침강계수를 보여주기 때문에 미토콘드리아의 세포내공생 진화를 뒷받침하는 것으로 서술하고 있지만, 그것은 잘못된 내용이다. 미토콘드리아 리보솜은 진핵세포의 종류에 따라 침강계수가 달라서 효모는 73S, 식물체에서는 78S, 포유동물에서는 55S를 나타내어 박테리아 리보솜과는 매우 다르며, 침강계수를 기준으로 본다면 진화 순서 상의 연속성과도 일치하지 않는다.

또한 포유동물의 미토콘드리아 리보솜은 침강계수는 박테리아 리보솜보다 낮지만 분자량이나 공간적인 크기는 오히려 더 크다는 사실도 염두에 두어야 한다. 박테리아 리보솜과 미토콘드리아 리보솜을 단순 비교하여 진화적 연관성을 언급하는 것은 곤란하다는 것이다. 그리고 포유동물 중에 소(bovine)의 미토콘드리아 리보솜을 예로 들어 보면, 침강계수는 55S이고 분자량은 2.83 megadalton(MDa)이며, small subunit(28S)와 large subunit(39S)로 구성되어 있다(Hamilton and O'Brien, 1974; O'Brien, 2002). 놀라운 것은, 미토콘드리아 리보솜의 rRNA 및 단백질 구성을 분석한 결과, 소의 미토콘드리아 리보솜은 박테리아 리보솜과 완전히 상반된 조성을 가지고 있다는 사실이다(O'Brien, 2002). 즉, 박테리아 리보솜은 RNA의 양이 단백질의 양보다 2배 많은데 비해, 소의 미토콘드리아 리보솜에는 오히려 단백질의 양이 RNA의 양보다 2배 많아 정반대의 구성으로 되어있다는 것이다. 이들의 구체적인 함량을 다음 표에 정리하여 비교하였다.

 소의 mitoribosome1박테리아 ribosome2
   Small subunit
rRNA
Protein
Large subunit
rRNA
Protein
Protein:RNA ratio
28S
12S (950 nt*)
29 proteins
39S
16S (1,560 nt)
48 proteins
69:31
30S
16S (1,542 nt)
21 proteins
50S
5S (120 nt), 23S (2,904 nt)
33 proteins
33:67

 1. Koc et al., 2001; O'Brien et al., 2000; Suzuki et al., 2001a, 2001b

 2. Wittman-Liebold, 1985

 * nucleotides

앞에서 언급한 바와 같이 모든 진화가설의 중심에는 ‘유사성’이라는 논리의 근거가 이용된다. 유전체의 염기서열과 단백질의 아미노산 서열에서 나타나는 유사성이 생물종 간의 진화적 연관성의 척도가 되고 생물종들의 진화적 분류에 있어 가장 중요한 기준이 되고 있는 것이다. 미토콘드리아 진화가설에 있어서도 박테리아(symbiont)가 원시적인 초기 진핵세포(host)와의 세포내공생에 의해 진핵세포의 미토콘드리아로 진화하였다는 논리의 중심에는 박테리아와 미토콘드리아에 존재하는 각 유전체의 염기서열과 각 단백질의 생화학적 특성들이 유사성을 보여준다는 사실을 가장 중요한 근거로 삼고 있다.

하지만 박테리아와 미토콘드리아의 리보솜이 갖는 RNA 및 단백질로부터 관찰되는 특징들은 어떠한가. 예상과는 너무나 다르게도 RNA-단백질 조성은 완벽하게 정반대의 구성을 보여주고 있는 것이다. 이러한 논리적 장벽에 부딪힌 미토콘드리아 진화가설은 현재 새로운 진화론적 논리의 돌파구를 찾기 위해 노력하고 있다. 예를 들면 미토콘드리아는 진화를 거치면서 미토콘드리아 리보솜의 단백질이 추가되거나 크기가 커지면서 점점 짧아져가는 rRNA를 기능적 및 구조적으로 보완하게 되었다는 설명이 그것이다(Suzuki et al., 2001a, 2001b; Sharma et al., 2003). 그 근거로 제시된 것은, 미토콘드리아 리보솜에서 짧아진 rRNA의 결합 부위(binding site) 근처에 있는 단백질들이 그와 대응되는 박테리아 리보솜의 단백질과 비교할 때 크기가 상대적으로 크게 나타난다는 것이다. 하지만 이러한 설명은 매우 설득력이 부족하다. rRNA 결합부위 근처의 단백질이 커지고 rRNA의 구조와 기능을 보완해준다고 해도, 미토콘드리아 리보솜의 단백질 함량 비율이 박테리아 리보솜보다 높은 이유에 대해 전혀 답이 될 수 없다는 것이다. 왜냐하면 대부분의 미토콘드리아 리보솜 단백질들(mitochondrial ribosomal proteins, MRPs)은 미토콘드리아 리보솜에서 합성하는 것이 아니라, 핵 DNA에 암호화되어있어 세포질의 리보솜에 의해 합성된 후 미토콘드리아로 유입되기 때문이다(Graack and Wittmann-Liebold, 1998). 효모의 미토콘드리아 리보솜의 경우에는, 50여종이 넘는 MRP 중, small subunit의 단백질인 var1라는 단백질 하나만 제외하고 나머지 모든 단백질이 세포질에서 합성되고 있으며, 인간, 소 등 포유동물의 미토콘드리아 리보솜의 경우에는 모든 MRP가 세포질에서 합성되고 있다. 즉, MRP의 합성에는 미토콘드리아 리보솜 rRNA가 관여하지 않으며 미토콘드리아 리보솜 rRNA의 기능이란 미토콘드리아의 전자전달계에 관련되는 13개 단백질의 합성에 국한되어 있다. 따라서 미토콘드리아 리보솜 내 rRNA 주변의 단백질이 커짐으로써 rRNA의 구조와 기능을 보완한다는 것은 미토콘드리아 리보솜 자체의 높은 단백질(MRPs) 함량과는 아무런 관계가 없는 것이다.

결국 미토콘드리아 리보솜의 단백질 대 RNA 비율이 박테리아 리보솜과 정반대라는 사실이 밝혀짐에 따라, 미토콘드리아와 박테리아를 진화론적으로 연결시키는 세포내공생 가설은 해결하기 어려운 논리적 모순성에 부딪히게 되었음을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 인간, 소, 효모(yeast), 마우스(mouse), 랫드(rat) 등의 MRP들에 대해 아미노산 서열을 비교한 결과 이들 사이에서는 유사성을 발견하기가 어려울 정도로 각각의 특징적인 서열을 보여주고 있다는 사실에 주목할 필요가 있다(Graack and Wittmann-Liebold, 1998; O'Brien et al., 2000). 진핵세포의 진화과정을 고려한다면 당연히 MRP에 대해서는 생물종 상호 간에 유사성이 존재하여야 하지만, 실제 그러한 유사성이 관찰되지 않는다는 것이다. 앞서 언급한 바와 같이 유사성이라는 기준은 진화가설에 있어서 가장 근본적인 대전제임을 상기할 때 미토콘드리아의 진화가설과는 정면으로 대립됨을 알게 된다. 이렇듯 여러 생물종들의 MRP들에 대한 연구결과들은 세포내공생 진화가설이 맞부딪힌 논리적 장벽을 더욱 극복하기 어렵게 하고 있는 것이다.


결 론

지금까지 살펴 본 미토콘드리아 리보솜의 특징들을 볼 때 오히려 미토콘드리아는 박테리아로부터 진화되었다기 보다는 각각의 고유 특성을 가지고 존재하는 다양성을 보여주고 있다고 보는 것이 더 타당함을 알 수가 있다. 기본적으로 세포 호흡과 관련되는 시스템은 생물종 전체가 동일한 원리로 운영되기 때문에 시스템을 구성하는 단백질들 및 그들을 암호화하는 유전정보는 유사할 수밖에 없다. 유사성이란 세포가 생명현상을 운영함에 있어 보편적인 원리를 채용하고 있음으로 인해 관찰되는 당연한 현상이라고 볼 수 있다. 두 생물종의 유사성 자체는 두 종을 생물학적으로 관련짓고 진화적 방향성을 부여할 수 있는 아무런 근거도 제시하지 않는다는 점에 유의하여야 한다. 오히려 각 생물종은 모든 생물의 기본보편적 생명현상에 대한 유전정보에 그 생물종 만의 특징을 표현하는 유전정보가 추가적으로 혼재하면서 한 생물종으로서의 조화로운 완성체를 이루고 있다고 볼 수 있다. 각 생물종이 가지고 있는 미토콘드리아 역시 모든 생물이 수행하는 세포 호흡, 즉 전자전달계를 통한 산화적 인산화에 의해 에너지를 생산하는 보편적인 기능을 수행함과 동시에, 각 생물종 만의 가지는 특성들을 함께 가지고 있다. 이러한 특성은 미토콘드리아의 유전체에서, 그리고 미토콘드리아의 단백질들을 암호화하는 핵 유전체에서 각 생물종에 따라 독특한 염기서열로 나타나고 있으며, 또한 미토콘드리아 리보솜의 구성과 MRP의 아미노산 서열상에서의 차별성으로 나타나고 있는 것이다.

앞서 미토콘드리아 진화가설의 문제점을 비판 고찰한 부분에서도 문제제기한 바와 같이 미토콘드리아 리보솜의 진화가설에서도 동일하게 연역적 논리전개 방식으로부터 근본적인 문제가 발생함을 알 수 있다. 생물의 진화론에서 흔히 사용되는 '상동성(homology, 상동관계)’이라는 개념이 있다. 원래 공통조상으로부터 유래되어 발생되는 염기 또는 아미노산 배열 상의 유사성을 표현하는 것이지만, 최근 생물정보학(bioinformatics) 분야에서는 단순히 ‘유사한 서열’까지도 상동성이라고 쉽게 부르고 있다. 특정 생물종 간에 나타나는 염기 또는 아미노산 서열이 상동성을 가지게 되면 그 유전체 또는 단백질은 진화론적 상관관계가 규정되면서 각각의 구조와 기능에 있어서도 상호 간의 관계를 중심으로 이해하게 되는 것이다. 하지만 그들의 구조와 기능은 유사한 부분은 물론 서로 다른 부분도 함께 가지고 있음을 우리는 잘 알고 있다. 문제는 그들을 분석함에 있어 유사한 부분을 이해의 중심에 놓고 해석하는 방식과 서로 다른 특징적 부분으로부터 논리를 세워가는 방식이 서로 다른 결론을 낳을 수 있다는 사실이다. 여기서 우리는 상동성에 집중된 해석방식으로는 특징적 부분이 가질 수 있는 구조적, 기능적 의미들을 정확하게 알아내기 어렵게 될 수 있다는 점에 보다 유념할 필요가 있다. 구조와 기능의 기원을 탐구함에 있어 유사성을 기준으로 한 진화적 방향성을 미리 전제하고 접근하는 것이 그 기원 자체에 대한 창의적 분석에 대해서는 치명적인 방해요인이 됨을 간과해서는 안 된다.

본 고찰에서는 생물종간에 나타나는 상동성을 진화론적 유사성의 표현이 아니라, 생물종 간의 기본적 생명현상에 대한 표현이며 다양성이 표현되기 위한 하나의 기반으로 이해하고 접근하는 방식을 제안한다. 특히 본 고찰에서 발견된 미토콘드리아 만이 갖는 고유의 특징들은 세포의 발전소(power plant)로서의 그 고유기능을 담당하기 위한 지적인 설계의 반증으로 인식되어야 함을 아울러 제안한다. 우리는 이 고찰에서 미토콘드리아가 박테리아와 다르고, 생물종 간에서도 서로 다른 특징을 보여주는 예들을 살펴보았다. 그리고 새롭게 관찰되는 모든 결과들이 이미 정해진 결론에 맞도록 해석되어지고, 그 결론에 맞지 않는 결과에 대해서는 새로운 가정을 도입하면서까지 동일한 결론으로 귀결시키려 노력하는 논쟁들이 있음도 볼 수 있었다. 이는 가히 미토콘드리아 및 미토콘드리아 리보솜 진화가설이 가지는 열렬한 신앙적 단면이라 아니할 수 없다.

미토콘드리아는 진정한 과학의 영역으로 되돌아와야 한다. 박테리아로부터의 진화라는 정해 놓은 결론의 굴레를 벗겨주고, 더 이상 ‘그렇지 않은’ 기원론 속에 갇혀있지 않도록 이제는 미토콘드리아를 과학의 냉철함으로 바라보아야 할 것이다. 모든 과학적 능력과 데이터들은 미토콘드리아를 보다 객관적이고 창의적으로 탐구하는데 집중되도록 쓰여야 한다. 그렇게 해야만 생물계가 가지고 태어난 신비하고 아름다운 세포소기관으로의 미토콘드리아가 비로소 그 본래의 존재 의미를 되찾게 될 것이며, 우리에게 그 놀라운 자태를 속속 드러내게 될 것이기 때문이다.



References

Adams, K.L., Daley, D.O., Qiu, Y.L., Whelan, J., and Palmer, J.D. 2000. Repeated, recent and diverse transfers of a mitochondrial gene to the nucleus in flowering plants. Nature 408:354-357.
Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., and Walter, P. (eds) 2002. Molecular Biology of the Cell. New York: Garland Science.
Andersson S.G.E. 1998. Bioenergetics of the obligate intracellular parasite Richettsia prowazekii. Biochim. Biophys. Acta 1365: 545-551.
Andersson, S.G.E. and Kurland, C.G. 1998. Reductive evolution of resident genomes. Trends Microbiol. 6:263-268.
Andersson, S.G.E., Zomorodipour, A., Andersson, J.O., Sicheritz-Ponten, T., Alsmark, U.C., Podowski, R.W., Naslund, A.K., Eriksson, A.S., Winkler, H.H., and Kurland, C.G. 1998. The genome sequence of Rickettsia prowazekii and the origin of mitochondria. Nature 396: 133-140.
Barrell, B.G., Anderson, S., Bankier, A.T., de Bruijn, M.H., Chen, E., Coulson, A.R., Drouin, J., Eperon, I.C., Nierlich, D.P., Roe, B.A., Sanger, F., Schreier, P.H., Smith, A.J., Staden, R., and Young, I.G. 1980. Different pattern of codon recognition by mammalian mitochondrial tRNAs. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77: 3164-3166.
Boore, J.L. 1999. Animal mitochondrial genomes. Nucleic Acids Res. 27:1767-1780.
Fenchel, T. and Finlay, B.J. 1994. The evolution of life without oxygen. Am. Sci. 82: 22-29.
Graack, H.-R. and Wittmann-Liebold, B. 1998. Mitochondrial ribosomal proteins(MRPs) of yeast. Biochem. J. 329: 433-448.
Gray, M.W. 1989. The evolutionary origins of organelles. Trends Genet. 5: 294-299.
Gray, M.W. and Lang, B.F. 1998. Transcription in chloroplasts and mitochondria: a tale of two polymerases. Trends Microbiol. 6:1-3.
Gray, M.W. 1999. Evolution of organellar genomes. Curr. Opin. Genet. Dev. 9:678-687.
Gray, M.W., Burger, G., and Lang, B.F. 1999. Mitochondrial evolution. Science 283: 1476-1481.
Gray, M.W., Burger, G., and Lang, B.F. 2001. The origin and early evolution of mitochondria. Genome Biol. 2: 1018.1-1018.5.
Hamilton, M.G. and O'Brien, T.W. 1974. Ultracentrifugal characterization of the mitochondrial ribosome and subribosomal particles of bovine liver: molecular size and composition. Biochemistry 13: 5400-5403.
Haucke, V. and Schatz, G. 1997. Import of proteins into mitochondria and chloroplasts. Trends Cell Biol. 7: 103-106.
Jukes, T.H. 1983. Evolution of the amino acid code: inferences from mitochondrial codes. J. Mol. Evol. 19: 219-225.
Jukes, T.H. and Osawa, S. 1993. Evolutionary changes in the genetic code. Comp. Biochem. Physiol. B. 106: 489-494.
Karlberg, O., Canbak, B., Kurland, C.G., and Andersson, S.G.E. 2000. The dual origin of the yeast mitochondrial proteome. Yeast 17: 170-187.
Koc, E.C., Burkhart, W., Blackburn, K., Moyer, M.B., Schlatzer, D.M., Moseley, A., and Spremulli, L.L. 2001. The large subunit of the mammalian imtochondrial ribosome. Analysis of the complement of ribosomal proteins present. J. Biol. Chem. 276: 43958-43969.
Kurland, C.G. and Andersson, S.G.E. 2000.Origin and evolution of the mitochondrial proteome. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 64: 786-820.
Lang, B.F., Burger, G., O'Kelly, C.J., Cedergren, R., Golding, B.G., Lemieux, C., Sankoff, D., Turmel, M., and Gray, M.W. 1997. An ancestral mitochnodrial DNA resembling a eubacterial genome in miniature. Nature 1997 387: 493-497.
Lang, B.F., Gray, M.W., and Burger, G. 1999a. Mitochondrial genome evolution and the origin of eukaryotes. Annu. Rev. Genet. 33:351-397.
Lang, B.F., Seif, E., Gray, M.W., O'Kelly C.J., and Burger, G. 1999b. A comparative genomics approach to the evolution of eukaryotes and their mitochondria. J. Eukaryot. Microbiol. 46:320-326.
Lopez-Garcia, P. and Moreira, D. 1999. Metabolic symbiosis at the origin of eukaryotes. Trends Biochem. Sci. 24: 88-93.
Marcotte, E.M., Xenarios, I., van der Bliek, A.M., and Eisenberg, D. 2000. Localizing proteins in the cell from their phylogenetic profiles. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97: 12115-12120.
Margulis, L. 1970. Origin of Eukaryotic Cells: Evidence and Research Implications for a Theory of the Origin and Evolution of Microbial, Plant and Animal Cells on the Precambrian Earth. New Haven: Yale University Press
Margulis, L. 1993. Symbiosis in cell evolution: Microbial evolution in the Archean and Proterozoic eons, 2nd Ed, W.H. Freeman and Company, New York.
Martin, W. and Muller, M. 1998. The hydrogen hypothesis for the first eukaryote. Nature 392:37-41.
Muller, M. and Martin, W. 1999. The genome of Rickettsia prowazekii and some thoughts on the origin of mitochondria and hydrogenosomes. BioEssays 21: 377-381.
Nierman, W.C., Feldblyum, T.V., Laub, M.T., Paulsen, I.T., Nelson, K.E., Eisen, J.A., Heidelberg, J.F., Alley, M.R., Ohta, N., Maddock, J.R., Potocka, I., Nelson, W.C., Newton, A., Stephens, C., Phadke, N.D., Ely, B., DeBoy, R.T., Dodson, R.J., Durkin, A.S., Gwinn, M.L., Haft, D.H., Kolonay, J.F., Smit, J., Craven, M.B., Khouri, H., Shetty, J., Berry, K., Utterback, T., Tran, K., Wolf, A., Vamathevan, J., Ermolaeva, M., White, O., Salzberg, S.L., Venter, J.C., Shapiro, L., Fraser, C.M., and Eisen, J. 2001. Complete genome sequence of Caulobacter crescentus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 27: 4136-4141.
O'Brien, T.W. 1971. The general occurrence of 55S ribosomes in mammalian liver mitochondria. J. Biol. Chem. 246: 3409-3417.
O'Brien, T.W., Liu, J., Sylvester, J., Mourgey, E.B., Fischel-Ghodsian, N., Thiede, B., Wittmann-Liebold, B., and Graack, H.-R. 2000. Mammalian mitochondrial ribosomal proteins(4): amino acid sequencing, characterization and identification of corresponding gene sequences. J. Biol. Chem. 275: 18153-18159.
O'Brien, T.W. 2002. Evolution of a protein-rich mitchondrial ribosome: implications for human genetic disease. Gene 286: 73-79.
Philippe, H., Germot, A., and Moreira, D. 2000. The new phylogeny of eukaryotes. Curr. Opin. Genet. Dev. 10: 596-601.
Pont-Kingdon, G., Okada, N.A., Macfarlane, J.L., Beagley, C.T., Watkins-Sims, C.D., Carvalier-Smith, T., Clark-Walker G.D., and Wolstenholme, D.R. 1998. Mitochondrial DNA of the coral Scrcophyton glaucum contains a gene for a homologue of bacterial MutS: a possible case of gene transfer from the nucleus to the mitochondrion. J. Mol. Evol. 46: 419-431.
Sharma, M.R., Koc. E.C., Datta, P.P., Booth, T.M., Spremulli, L.L., and Agrawal, R.K. 2003. Structure of the mammalian mitochondrial ribosome reveals an expanded functional role for its component proteins. Cell 115: 97-108.
Suzuki, T., Terasaki, M., Takmoto-Hori, C., Hanada, T., Ueda, T., Wada, A., and Watanabe, K. 2001a. Proteomic analysis of the mammalian mitochondrial ribosome. Identification of protein components in the 28S small subunit. J. Biol. Chem. 276: 33181-33195.
Suzuki, T., Terasaki, M., Takmoto-Hori, C., Hanada, T.,Ueda, T., Wada, A., and Watanabe, K. 2001b. Structural compensation for the deficit of rRNA with proteins in the mammalian mitochondrial ribosome. Systematic analysis of protein components of the large ribosomal subunit from mammalian mitochondria. J. Biol. Chem. 276: 21724-21736.
Tomita, K., Ueda, T., Ishiwa, S., Crain, P.F., McCloskey, J.A., and Watanabe, K. 1999. Codon reading patterns in Drosophila melanogaster mitochondria based on their tRNA sequences: a unique wobble rule in animal mitochondria. Nucleic Acids Res. 27: 4291-4297.
Wittman-Liebold, B. 1985. Ribosomal proteins: their structure and evolution. In: Structure, Function, and Genetics of Ribosomes, B. Hardesty and G. Karmer (eds) New York: Springer-Verlag.

 


Abstract

  How mitochondria originated and have evolved is the closely connected issue to recent debates on the eukaryotic cell evolution. As a favored model for explaining the generation of mitochondria, the endosymbiotic evolution theory is defining events in the evolutionary process. If we focus only on a few similar figures of bacteria and mitochondria, it seems like a just-so story. Many molecular and cell biological facts, however, strongly suggest that the evolutionary endosymbiosis cannot give any possibility of generation of mitochondria. Genome sequence data, pattern of mitochondrial codon recognition, features of mitochondrial protein import system show that the endosymbiosis theory is so baseless in scientific aspects. Several features of mitochondria rather indicate that the amazing organelle exists as an intentionally designed component in cells. Considering the mitochondria as a designed organelle, not an evolved one, for eukaryotic cells will be essential for a full understanding of the origin of cell.

Key words : Mitochondria, mitochondrial ribosome, endosymbiosis, evolution, intelligent design.

(본 논문은 통합연구 제18권 2호 (통권45호) 에 실린 내용입니다.)


구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=3247

참고 :

Dr. Georgia Purdom
2006-03-31

진화 : 사실인가 허구인가? 

: 사람과 침팬지의 유전체 차이점

(Evolution: fact or fiction?)


유타주와 다른 모든 곳에서, 그것은 모두 당신의 선입견에 달려있다.

미국 유타주는 오늘날 미국의 다른 주들과 마찬가지로 진화론에 관련해서 공립학교에서 무엇을 가르칠 것인지에 대한 격론이 진행 중에 있다.[1] 유타주 입법부는 공립학교 선생님들이  학생들에게 인류의 기원에 대한 하나의 특별한 이론만을 가르치는 것을 허락하지 않는 법안을 고려 중에 있다. (참조 : Utah legislature is currently considering a bill)
 
솔트레이트 트리뷴(Salt Lake Tribune) 신문의 한 기자는 과학자들은 ”법적인 경쟁자는 없다(진화가 최고임을 의미)” 고 믿고 있으며, 논란이 되고있는 것은 진화가 일어났는가 하는 것이 아니라, 진화가 어떻게 일어났는가에 대한 것이라고 말했다. [2]

그리고 그 기자는 일반 대중이 이해하는(혹은 잘못 이해하는) '이론(theory)'이라는 단어와 과학자들이 말하는 그것의 정의에 대한 문제점을 이야기하고 있다. ”과학자들은 이론이라는 단어는 관찰되어지는 무엇인가를 설명하기 위한 혹독한 검증을 거친 가설(hypothesis)이나 생각(idea)에 대해서 사용한다.” 그 기사의 뒷부분에서 한 과학자는 다음과 같이 말했다. ”과학은 관찰될 수 있는 사건에 대해 실험할 수 있는 설명을 요구한다” 이 두 인용문에서 중요 단어는 '관찰되는/관찰될 수 있는(observed/observable)' 이다.

'기원과학(Origin Science)'과 '작용과학(operation science)'사이에서 서로 다른 차이점에 대한 일반적인 오해가 있다. 기원 과학은 과거에 일어났던 일들과 그렇기 때문에 현재 관찰될 수 없는 사건들을 다룬다. 반면 작용과학은 현재 관찰될 수 있는, 실험실에서 현재 행해지는 과학을 다룬다. 작용과학이 과거에 일어났을지도 모르는 일들을 이해하는 것을 도와줄 수는 있지만, 그것은 우리가 오늘날 관찰하는 증거들에 기초한 외삽(extrapolation)이거나, 최선의 추측일 뿐이다.
 
과학자들은 다른 모든 사람들처럼 한편으로 치우친 편견을 가지고 있다. 그들은 그들의 선입견(presupposition, 전제조건)을 가지고 과거의 상태와 어떻게 생명이 시작되었는지에 대한 연구를 하는 것이다.  예를 들어, 만약 한 과학자의 선입견이 하나님이 계시지 않으며 살아있는 생명체들은 수천만년동안의 진화의 산물이다 라고 생각한다면, 그의 실험적 과학의 결과에 대한 해석은 그가 가지고 있는 과거에 대한 관점을 지지하는 것처럼 보이게 될 것이다. 반면, 한 과학자가 하나님이 존재하시고 모든 살아있는 생명체가 창조주의 능력으로 6일 만에 창조되었다고 믿는다면, 그는 작용과학의 결과들을 성경의 주장을 지지하는 것으로 해석하는데 사용할 수 있을 것이다. 모든 과학자들이 같은 데이터를 가지고 일하기 때문에, 이러한 (과학자들 사이의) 전쟁은 증거 자체에 대한 것이 아니라, 과학자가 가진 선입견(전제조건)에 의해서 조명된 증거들의 해석(interpretation of that evidence in light of the scientist’s presuppositions)에 대한 것이다. 기원과학은 실험할 수 있는 것이 아니기 때문에, 과학자들의 편견에 의해 더욱 영향을 받는 경향이 있으며, 따라서 객관적이라기보다는 더욱 주관적인 경향이 있다.


인간과 침팬지의 유사성

트리뷴지의 기사는 수억년 동안 분자에서 인간으로 진화되었다는 가정을 지지하는 작용과학의 증거로서 종종 인용되고 있는 인간과 침팬지 유전체(genome, 게놈)의 유사성을 다루고 있다. 인간과 침팬지의 유사성은 ”절대적이고, 완전하고, 전적으로 확신을 주는것이며, 이것은 진화를 입증하였다” 라고 유타 대학의 한 생물학자는 주장했다. 이것은 참으로 놀라운 문장인데, 왜냐하면 과학에서 어떤 하나의 이론이 완전히 확증되거나 반증될 수는 없기 때문이다. 증거(evidence)는 한 이론을 지지하거나, 또는 지지하지 않는 것이며, '입증(proof)'이라는 단어는 너무 강한 의미가 있어서, 대신에 '지지한다' 라는 단어가 항상 선호되고 있다. 이 과학자는 계속해서 ”그 증거를 검사해 본 사람은 누구나 이러한 유사성이 모든 종들을 연결시켜 주는 고대의 공통된 조상을 가리키고 있음을 볼 수 있다”는 것이다.
 
나는 한 사람의 과학자이며, 분자 유전학자(molecular geneticist)이다. 나도 같은 증거들에 대해서 조사해 보았다. 그러나 나는 이러한 유사성은 여러 종류의 동물들과 사람을 창조하신 공통된 디자이너를 가리키고 있다고 믿는다.

또한 실제로 인간과 침팬지의 유전체는 얼마나 비슷할까? 주로 인용되는 숫자인 96-99% 라는 숫자는 단백질들을 암호화하고 있는 DNA (DNA는 유전정보를 지닌 분자이다)의 영역에서만 해당하는 것이다. 만약 특별한 한 단백질이 한 생물체에서 어떤 기능을 담당하고 있다면, 그 기능은 다른 생물체에서도 필요할 것이므로 같은 단백질이 발견될 것이라고 생각되지 않는가?

덧붙여서 '정크(Junk, 쓰레기)' DNA를 구성하고 있는 유전자 서열의 부분과 고도로 반복적인 서열들은 이러한 유사성이 조사되지 않았다. 왜냐하면 진화론자들은 그것들이 별로 중요하지 않다고 생각하기 때문이다.

예를 들어 정크 DNA는 진화를 진행해가다 남겨진 것으로 생각하고 있다. 그러나 이러한 정크 DNA가 중요한 역할을 하고있다는 증거들이 늘어나고 있다. 그것은 단백질들이 실제로 DNA로부터 얼마나  발현되어야하는 지를 조절하는 역할을 하고 있을 것으로 생각된다. 정크 DNA는 단어들 사이에서 띄어쓰기 기능의 스페이스 바와 같은 역할을 수행하고 있을 지도 모른다. 띄어쓰기가 없는 단어들은 아무런 의미없는 문장을 만들게 되는 것이다.


사람과 침팬지의 차이점

여기에 일반적으로 알려지지 않은 몇 가지 사람과 침팬지 유전체(genomes)들의 흥미로운 차이점이 있다.

.침팬지의 유전체(genome)는 사람의 것보다 12%가 더 크다.

.두 개의 유전체 사이에 단지 24억개의 염기만이 정렬하고 있으며, 이것은 최대 유사성이 68-77% 임을 의미한다.

.유전체의 많은 영역에서, 주된 DNA 서열의 재배열이 있으며, 이것은 추가로 10-20%의 불일치성을 가져온다

. (두 종에서 성염색체를 제외하고) 침팬지는 46개의 염색체(chromosomes), 그리고 사람은 44개의 염색체를 가지고 있다 

. 돈과 시간을 절약하기 위해서, 침팬지의 유전체는 인간 유전체를 모형(template)으로 사용하여 조합되었다 (왜냐하면 인간이 침팬지와 같은 선상에서 진화되었다는 가정때문에). 현재는 이러한 침팬지 유전체의 '퍼즐' 조각들이 올바로 맞추어졌는지에 대해서는 알려지지 않고 있다.

이러한 문제점들과 다른 문제점들을 해결하기 위해서 ICR이 후원하는 '유전자 프로젝트(GENE project)'가 수행될 예정인데, 여기에서 한 부분으로 인간과 침팬지의 유전체(genomes)에 대한 비교도 연구될 예정이다. 생명정보학(bioinformatics) 연구팀은(본인도 참가함) 인간과 침팬지 유전체의 비교에 특별히 중점을 두고 인간 유전체에 대한 서로 다른 분야를 분석할 것이다. ICR 연구 프로젝트의 리더인 댄 크리스웰(Dan Criswell)이 말한 것처럼, 'GENE project'의 목표는 동물의 각 '종류(kind)'는 다른 동물의 '종류들(kinds)'과 다르게 창조되었으며, 사람은 동물들과 다르게 구별되어 창조되었다는 성경의 주장을 뒷받침하는 과학적인 증거를 제공하는 것'이다. 다시 한번 말해서 이 모든 것은 각 사람의 선입견에 의존하고 있는 것이다.

작용과학으로부터 나온 과학적 증거들의 해석은 기원과학에 관한 우리의 믿음에 정보를 제공하고 있다. 반드시 이해해야만 하는 것은 과학자들의 선입견이 이러한 증거들에 대한 그들의 해석(하나님이 존재하는가 아닌가, 6일(1일은 24시간)창조냐 수억 년의 진화냐, 성경의 권위를 받아들일 것인가 말 것인가)을 결정한다는 것이다.

그 트리뷴지의 기사에서 한 생물학자는 다음과 같이 말했다. ”진화의 중요성을 인식하지 않고 생물학자가 되는 것은 매우 어려운 일이다” 그러나 나는 다음과 같이 바꾸어 말하고 싶다. ”하나님과 그의 창조의 중요성을 인식하지 않고 생물학자가 되는 것은 매우 어려운 일이다.”

 


References

1. The State Senate in Utah has approved the bill, and it is now in the State House for a vote.
2. www.sltrib.com/search/ci_3416115.


*참조 : Chimp genome sequence very different from man
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j20_2/j20_2_48-50.pdf



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.answersingenesis.org/docs2006/0202Utah.asp ,

출처 - AiG, February 2, 2006

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=3210

참고 : 3145|650|2765|589|2065|3063|3210|3745|3878|4315|4824|5406|5226|5322|5107|5458|5847|5863

Lee Strobel
2006-03-15

DNA는 인간창조의 설계도이다.


       1953년에 ‘프랜시스 크릭’과 ‘제임스 왓슨’이 DNA의 이중나선 발견 이후, 과학자들이 우리 몸속에 있는 100조개의 세포 안에 단단히 말려있는 180cm의 DNA를 연구하면서 얻은 결론은, ‘그것이 우리 몸을 구성하는 모든 단백질을 만드는데 필요한 유전정보를 제공하는 빙식이 놀랍다’는 것이다. 사람의 23쌍의 염색체 안에 들어있는 3만개의 유전자들은 무려 20,500가지 종류의 서로 다른 단백질을 만들어 낼 수 있다. 그런 정보를 담을 수 있는 DNA의 놀라운 역량은 네 글자 화학 알파벳으로 세심하게 기록되어 있다.

딘 케니언(생물학 교수), ”지성 외에는 이 복잡한 세포장치를 창조할 수 없을 것이다. 분자유전학이라 불리는 이 새로운 영역에서 우리는 지구상에서 가장 강력한 설계의 증거를 본다.”

프랜시스 콜린스(인간 게놈 프로젝트 책임자), ”DNA가 이전에는 신에게만 알려졌던, 우리 자신의 사용설명서다.”

창조주에 대한 이러한 공식적인 경의 표시는 (1)국민 다수가 신앙인인 미국의 정치사회적 관습에 불과할까? (2)DNA 안의 풍부한 정보를 근거로, 지적설계자가 유전물질 안에 단백질 합성을 지시하는 정보를 주입했다는 결론을 내리는 것이 정당할까? (3)최초의 세포들에 나타나는 생물학적 정보의 출처를 설명할 수 있는 자연주의적 해법이 있을까?


일곱 번째 인터뷰 : 스티븐 마이어 박사

철학자, 과학자, 디스커버리연구소 과학문화센터의 책임자겸 수석연구원, 팜비치애틀랜틱 대학 교수(과학의 개념적 토대 강의). 석사학위(케임브리지): 분자생물학과 진화론의 역사에 대한 연구; 박사학위(케임브리지): 생물학 중 생명 기원 분야의 과학적, 방법론적 쟁점들을 분석; (평가)‘평소에는 교수답게 점잖지만, 어려운 질문들이나 열렬한 다윈주의자들과의 피 터지는 논쟁을 피하는 것을 본 적이 없다.’


DNA로 얻을 수 있는 설계 논증

생명 기원의 문제는 생물학적 정보의 기원문제와 기본적으로 같다. 생물이 새로운 기능이나 구조를 얻으려면 세포 어딘가에 정보를 제공해야 한다. DNA는 단백질을 만드는 법을 세포의 기계장치에 알려주는 디지털 코드의 창고이다. 살아있는 세포를 만드는데 필요한 화학물질이 다 있다고 해도, 세포가 생물 기능을 제대로 수행하려면 그 물질들을 특정한 배열로 정리하는 법에 대한 정보가 필요하다.

단백질이 세포의 중요한 기능을 수행하지만, 그 단백질은 DNA에 저장된 정보에 의해 조립되어 나온 산물이다. 그런데 DNA에 있는 정보(생명이 시작되는데 필요한 정보)의 기원은 지적원인으로 가장 잘 설명할 수 있다. 흔히 사용하는 자연주의적 원인들은 제대로 된 설명을 제공하지 못한다.

구체적으로, DNA 안에 있는 정보란 DNA가 4문자의 디지털 코드로 된 정보(단백질 조립에 대한 상세한 지시)를 저장한다는 것이다. 그 문자들은 아데닌(adenine), 구아닌(guanine), 시토신(cytosine), 티민(thymine)이라는 물질로, A, G, C, T로 나타낸다. 이 네 가지를 염기라 하는데 이것들을 적절하게 배열하면 다른 배열의 아미노산(단백질의 구성요소)들을 만들라는 지시가 세포에게 전달된다. 즉, 문자들의 배열이 달라지면 배열이 다른 아미노산들이 생겨난다.

단백질은 세포에서 핵심기능을 담당하는 분자인데, 그것들이 없으면 생명이 있을 수 없다. 그러면 그것들은 어디서 왔을까? DNA는 일차원 아미노산의 서열을 만들어서 삼차원 모양의 단백질을 창조한다. 단백질의 기능적 특성은 DNA 분자에 저장된 정보에서 나온다. 그러면 궁극적으로 DNA 안에 저장되어 있는 정보, 즉, 단백질 조립지시는 어디서 나왔을까?


생명에 필요한 정보의 창고 - DNA

DNA에는 단백질 구조와 접힘을 만들기 위해 정확한 배열로 기다랗게 이어진 A, C, G, T가 있다. 단백질 하나를 만들기 위해서는 평균 1,200에서 2,000개의 문자 내지 염기가 필요하다. 그것은 상당히 많은 정보인데, 이것은 다시 정보의 기원에 대한 문제를 제기할 뿐 아니라, 이 문제 때문에 생명의 기원에 대한 모든 자연주의적 설명이 실패로 돌아갔다. 이것은 가장 결정적이고 근본적인 질문이기 때문이다. 그 정보의 출처를 설명하지 못하면 생명을 설명하지 못한 것이다. 분자가 기능하게 해 주는 것이 바로 이 정보이기 때문이다. 세포 안에 있는 정보는 지적 행위자의 활동으로 설명하는 것이 가장 타당하다.
 

수프는 어디로 갔는가?

1871년 다윈, ”어떤 작고 따뜻한 웅덩이에 온갖 암모니아와 인염, 빛, 열, 전기 등이 생겨나 단백질 화합물이 화학적으로 형성되었을 때 생명이 출현했을 것이다.” → 원시 수프

이 원시 수프가 실제로 존재했다는 증거가 얼마나 있을까? 증거는 하나도 없다. 원시 수프가 정말로 존재했다면 아미노산이 풍부했을 것이다. 그렇다면 아미노산은 질소를 함유하니까 질소도 많았을 것이다. 그렇다면 지구의 최초 퇴적물들을 조사하면 질소가 풍부한 무기물들이 많이 발견되어야 한다. 그런데 그런 퇴적물들은 한번도 발견되지 않았다. 초기 유기물의 질소 함유량은 상당히 낮은 0.15%에 불과하다. 이 사실로 인해, 선캄브리아기 퇴적물이 형성될 때 지구에는 많은 양의 ‘원시 수프’가 절대 없었음을 확신할 수 있다. 그런 수프가 존재했다 하더라도 아주 짧은 시간뿐이었을 것이다.

생명의 기원에 대한 수많은 논의에서 과학자들은 원시 수프가 이미 확증된 사실인 것처럼 언급한다. 이 사실을 감안할 때 원시 수프의 존재를 입증하는 실제적인 증거가 전혀 없다는 사실은 정말 충격적이다.


생명의 기원을 합리적으로 설명해 주는 자연주의적 해법의 시나리오

첫 번째 시나리오 : 무작위한 자연

복잡성의 최소치라는 것이 있다. 단백질이 기능을 수행하려면 특정하게 접힌 소위 ‘3차 구조’가 필요하다. 적어도 75개 이상의 아미노산이 있어야 단백질에서 3차 구조를 얻을 수 있다. 이 단백질 분자가 우연히 발생하려면 무엇이 필요한가?

첫째, 아미노산 사이의 적합한 결합이 필요하다. 둘째, 아미노산에는 오른손 타입과 왼손 타입이 있는데, 왼손 타입의 아미노산만 따로 모아야 한다. 셋째, 아미노산은 문장 속의 문자들처럼 특정한 순서로 연결되어야 한다. 이것들이 저절로 맞아떨어질 확률은, 아무리 짧은 생체 단백질이라 하더라도 10의 125승 분의 일이다. 더군다나 이것은 단백질 분자 하나에 해당하는 수치이다. 아무리 간단한 세포라도 300개에서 500개의 단백질 분자가 필요하다. 게다가 이 모든 과정이 지구가 식은 후부터 지금까지 발견된 가장 최초의 미생물화석 사이의 기간인 불과 1억년 사이에 이루어져야 한다.

이런 확률에도 불구하고 생명이 우연히 생겨났다고 말하는 것은 무지를 실토하는 행위이다. 1960년대이래 과학자들은 DNA나 단백질의 기원에 ‘우연’이 중대한 역할을 했다는 말을 매우 주저하고 있다. 그럼에도 불구하고 이 이론은 일반 대중 속에서 영향력을 발휘하고 있다.


두 번째 시나리오 : 자연선택

무작위한 우연만으로 생명의 기원을 설명하지 못하자 리처드 도킨스는 '자연선택이 우연한 변이에 작용하면 진화는 어마어마하게 높은 봉우리를 오를 수 있다”고 말한다. 이것은 자연이 우연히 작은 변이를 제공하면 자연선택이 그 중 가장 나은 것을 고른다는 다윈주의의 개념을 나타낸다. 작은 변화들이 오랜 시간에 걸쳐 축적되어 큰 변화가 된다고 한다.

그런데, 자연선택은 진화가 살아있는 첫 번째 세포를 만드는 산을 어떻게 올랐을까? 생명의 기원을 더 단순한 화학물질로 설명하려는 화학진화에서는 자연선택이 무용지물이다. 다윈주의적 진화가 일어나려면 자기복제 하는 생물이 있어야 하는데, DNA 안에 필요한 정보가 갖춰지기 전까지는 자기복제 하는 생물이 있을 수 없다. 그런데 다윈주의자들이 처음에 설명하려는 내용이 바로 DNA에 있는 정보이다.

다른 변명으로, 처음에는 복제가 훨씬 간단한 방식으로 시작된 다음에 자연선택이 넘겨받았다는 설명이 있다. 소위 ‘RNA 기원 가설’ 같은. 거기에는 문제가 엄청나게 많다. RNA 분자는 DNA와 마찬가지로 정보가 있어야 기능을 한다. 그 정보는 어디서 나왔는가? 또한, RNA 한 가닥을 복제하기 위해서는 근처에 똑같은 RNA 분자가 있어야 한다. 적당한 길이의 똑같은 RNA 분자 두 개를 맞춰낼 타당한 확률을 확보하려면 10의 55승 개의 RNA 분자가 있어야 한다. 즉, 원시적 복제체계가 우연히 생겨날 가능성은 없다.

코네티컷 대학의 세포분자생물학 교수였고 핵산전문가인 제이 로스, ”첫 번째 생물체계의 존재를 위한 정보를 담고 있는 본래 주형이 RNA이건 DNA이건 똑같은 문제가 존재한다. 가장 필요한 본질만 적나라하게 남긴다 해도, 이 주형은 매우 복잡했을 것이 분명하다. 현재로서는 이 주형만으로도 창조주의 가능성을 떠올리는 것이 합당해 보인다.”


세 번째 시나리오 : 화학친화력과 자기조직

과학자들은 화학친화력 때문에 DNA의 알파벳 4자가 자기조직을 했거나, 아미노산이 그 상호간의 자연적 친화력 때문에 저절로 연결되어 단백질이 만들어졌다는 가설을 세웠다. 이 접근방식의 첫 번째 주창자는 딘 케니언이었다. 그는 단백질의 아미노산과 DNA 알파벳인 염기 문자들은 그 자체로 자기조직화 능력을 갖고 있어 그것이 이 분자들 안에 있는 정보의 기원을 설명해 주기 때문에 생명의 발달은 불가피하다고 주장했다. 그런데 나중에 케니언은 자기 책의 결론을 이렇게 부정했다. 즉, ”가장 단순한 세포가 화학진화로 생겨났을 가능성은 전혀 없으며, 지적설계가 분자생물학에서 발견된 많은 증거들에 가장 잘 들어맞기 때문에 설득력이 있다.”

화학친화력 때문에 일종의 자기조직화가 일어나는 사례가 자연에 있기는 하다. 소금 결정이 좋은 예인데, 화학친화력 때문에 나트륨 이온이 염소이온과 결합해 소금 결정 내의 대단히 규칙적인 패턴을 형성한다. 케니언과 다른 연구자들은 단백질과 DNA도 그런 경우이길 기대했지만, 실험해 본 과학자들은 아미노산이 이러한 결합 친화력을 보이지 않는다는 것을 발견했다. 아주 약간의 친화력은 있었지만, 기능 단백질에서 볼 수 있는 서열 패턴들과는 맞지 않았다.

그 외에 이론적으로도 난점이 있다. DNA와 단백질의 서열을 자기조직화 특성의 결과로 설명할 수 있다면, 자기조직화는 유전 메시지가 아니라 반복적인 주문만 만들어 낼 것이다. 정보를 전달하기 위해서는 서열상의 불규칙성이 필요하다. 불규칙성과 ‘특정화된 복잡성’을 접할 때마다 그것을 정보로 인식한다. 그리고 이런 종류의 정보는 지성이 개입한 결과이다. 우연, 자연선택, 혹은 자기조직화 과정의 결과가 아니다. DNA에서 볼 수 있는 정보가 이런 종류의 것이다.


기적에 가까운 일

자연주의의 어떤 가설도 생명의 기원에 필요한 정보가 어떻게 생겨났는지 설명하기에는 형편없이 부족하다. 과학자들이 앞으로 다른 가설을 내놓을 수도 있지만, 그렇다고 해도 단호하게 배제할 수 있는 가능성은 분명히 있다. 즉, 자기조직화 과정이 새로운 정보를 제공한다는 생각은 단호하게 배격할 수 있다.

일부 회의론자들이 지적설계 옹호자들에게, ‘무지에 호소하는 논증’이라는 오류를 범하고 있다고 비난할 것이다. 다시 말해서, 생명이 어떻게 시작되었는지 모른다고 과학자들이 시인하니까 지적설계자가 있었던 것이 분명하다는 결론을 내렸다고 말한다.

그러나, 단지 다른 이론들이 실패했기 때문에 지적설계가 타당하다는 말이 아니다. 지금 우리에게 문제가 되고 있는 결과는 정보이다. 정보를 만들어 내는데 필요한 인과적 힘을 가진 한 가지 실재는 분명히 존재하는데 그것이 바로 지성이다. 우리는 우리가 알지 못하는 그 실재를 추론하는 것이 아니라 분명히 아는 내용을 근거로 추론한다. 그것은 무지에 호소하는 논증이 아니다.

복잡하고 독립적인 패턴이나 기능 요건에 부합하는 순차적인 배열들은 언제나 지성의 산물이다. 책, 컴퓨터 코드, DNA는 모두 이러한 두 가지 특성을 다 갖고 있다.

많은 분야의 과학자들은 정보와 지성 사이의 연관성을 인정한다. 고고학자들이 로제타 석(Rosetta stone, 1799년에 나폴레옹의 이집트 원정군이 나일 강 어귀의 로제타 마을에서 발견한 비석)을 발견했을 때 그들은 거기 새겨진 비문이 무작위적인 우연이나 자기조직화 과정의 산물이라고 생각하지 않았다. 동일한 원리에 의해 DNA에도 지성이 작용했다고 말할 수 있다.


생물학적 빅뱅

오직 지성만이 유전물질 안에 담긴 정밀한 정보의 존재를 설명할 수 있다. ‘캄브리아기 폭발’(새로운 생물 형태들이 완전한 형태로 갑자기 등장한다)도 설계자에 대한 강력한 증거이다. 이 현상이 나타나기 위해서는 지적 원천에서만 올 수 있는 엄청난 양의 새로운 유전정보와 기타 생물학적 정보가 갑작스럽게 주입되어야 했을 것이기 때문이다.

태생학과 발생생물학의 새로운 발전으로 인해 DNA가 중요하지만 그것이 전부가 아니라는 사실이 밝혀지고 있다. DNA는 새로운 형태와 기능을 가진 새로운 생물을 만드는데 필요한 정보의 일부를 제공한다. DNA는 단백질을 만들어내지만, 단백질은 더 큰 구조로 조립되어야 한다. 다른 종류의 세포들이 있고, 그 세포들이 모여 조직을 이루고, 조직들이 모여 기관을 이루고, 기관들이 모여 전체 체제를 이루어야 한다.

DNA가 직접 관여하지 않는 새로운 정보는 어디서 나오는가? 세포, 조직, 기관과 체제의 계층적 배열은 어떻게 발달하는가? 다윈주의자들에게는 답이 전혀 없다. 그들은 이런 문제가 있는지조차 모른다.


눈 깜짝할 사이에

오늘날 고생물학자들은 5백만 년이라는 제한된 시간 동안에 최소한 20가지 많게는 35가지의 문(phylum)이 독특한 체제를 가지고 불쑥 생겨났다고 생각한다. 그 속도는 지구 역사 전체를 24시간으로 압축할 경우 캄브리아기 폭발은 대략 1분 정도에 해당한다.

캄브리아기 폭발은 생물의 복잡성이 거짓말처럼 비약적으로 도약했음을 보여준다. 그전까지 지구상의 생명체는 상당히 단순했다. 단세포 박테리아, 청록색 해조류, 일부 해면과 원시벌레들 또는 연체동물들이 전부였다. 그러다 화석기록상 어떤 조상도 없이, 다양한 종류의 복잡한 생물들이 지질학적으로 볼 때 눈 깜짝할 사이에 등장한다. 그 후에는 평형상태가 나타나서 기본적인 체제가 오랜 세월 동안 그대로 유지되었다. 이 모두는 시간의 경과에 따라 생물의 느리고 점진적인 발달을 예측한 다윈주의와 완전히 반대된다.

여기서 핵심 문제는, 이 모든 새로운 단백질, 세포와 체제를 만든 정보는 어디서 왔을까? 오늘날의 동물에게 있는 라미신 옥시디아제 분자에는 400개의 아미노산이 필요하다. 그런 복잡한 분자들을 만드는 유전정보는 어디서 왔을까? 여기에는 무작위한 우연이나 자연선택, 자기조직화 등이 생성할 수 없는 대단히 복잡하고 특정화된 유전정보가 필요하다.

일부 진화론자들이 돌연변이 등의 개념을 꺼내어 해명하려 하지만, 문제가 해결된 것은 하나도 없다. 모든 증거를 포괄하는 설명은 하나뿐이다. 다른 과학 분야에서는 명백하게 받아들여질 답을 생물학의 많은 과학자들은 피하고 있다. 그 답은 지적 설계이다.


하향식 패턴에 맞추기

일단 목적을 가진 창조주의 개입가능성을 대안설명 중 하나로 허용하면 캄브리아기 폭발의 퍼즐은 금새 맞춰진다. 이 경우 캄브리아기 특성 중 하나인 ‘하향식 패턴’에 대해서도 지적설계로 잘 설명할 수 있다.

그런데 신다윈주의는 ‘상향식 패턴’을 예측한다. 즉, 진화하는 생물들의 형태상 차이점들이 처음에는 작다가 시간이 갈수록 점점 형태와 체제구성의 차이가 커진다는 것이다.

그러나 캄브리아기 폭발 동안 나온 화석들은 전혀 다른 ‘하향식 패턴’을 보여준다. 형태와 체제상의 주요한 차이점들이 먼저 나타나는데, 그들 앞에 위치했을 더 간단한 전이형들은 없다. 그 후 서로 구별되고 본질적으로 다른 체제의 틀 내에서 사소한 변이들이 일어난다.

몇몇 사람들은 ‘단속평형설’ 같은 진화적 변화의 커다란 도약을 제안하여 이것을 설명해보려 했지만 하향식 현상을 설명할 수는 없다. 사실 단속평형설은 시간이 지날수록 진화적 변화의 증가분이 더 클거라고 주장하는 상향식 패턴을 예측한다. 그러나 지적설계를 가정하면 하향식 패턴은 수긍이 된다. 그것은 인간의 기술적 설계의 역사에서 볼 수 있는 패턴과 일치하기 때문이다.

캄브리아기 동물들의 체제들은 설계자의 생각에서 비롯된 것이라고 한다면, 형태상의 주요한 차이점이 먼저 나타나고 이어서 소규모의 변이들이 나중에 따라오는 이유가 설명이 된다. 지성은 우리가 화석기록과 인간 기술에서 볼 수 있는 하향식 패턴을 만들어 내는 유일한 원인이다.

이제는, 최선의 자연주의적 설명만 찾아서는 안 되고 대신에 최선의 설명을 찾아야 한다. 그리고 지적설계는 세계의 운영방식에 가장 부합하는 설명이다.


마음의 특징

20년 앞을 내다보자. 그러면 생물학에서 벌어지고 있는 정보혁명이 다윈주의와 화학진화론에 조종을 울리고 있다고 볼 수 있다. 자연주의는 ‘물질과 에너지에서 지성의 정보 주입 없이 어떻게 생물학적 기능을 얻을 수 있는가’라는 근본적인 문제에 답할 수 없다. 정보는 마음의 특징이다. 유전학과 생물학의 증거만으로 우리의 마음보다 훨씬 거대한 마음의 존재를 추리할 수 있다. 의식과 목적이 있고, 합리적이고 지적이며, 놀랍도록 창의적인 설계자를.

(요약) 생명의 중심부에 있는 자료는 무질서하지 않고, 소금 결정처럼 규칙적이지만도 않다. 그것은 기가 막힌 임무를 완수할 수 있는 복잡하고 특정한 정보다. 지성 외의 다른 무엇이 정보를 생성할 수 있는가? 지적 존재가 유전 암호에다 네 가지 화학 문자로 자기 존재의 증거를 새겨 놓았다. 마치 창조주가 모든 세포 위에 서명을 해 놓은 것 같다.

인간 의식이라는 독특한 현상은 무엇으로 인해 만들어졌을까? 순전히 생물학적 처리능력만 가지고 내가 생각하거나 신념을 형성하거나 자유롭게 선택을 내릴 수 있을까? 내 의식은 뇌의 물리학과 화학만으로 설명될 수 있을까, 아니면 내 안에 비물질적인 마음과 영혼이 있는 것일까? 그리고 영혼에 대한 설득력 있는 증거가 있다면, 그것은 창조주의 존재와 내세에 대해 무엇을 말해줄 수 있을까?

 

*참조 : Molecular Visualisations of DNA (DNA가 포장 및 복제되는 과정 동영상)
http://www.wehi.edu.au/education/wehitv/molecular_visualisations_of_dna/



번역 - 이종헌 편저

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=3179

참고 : 4366|4321|4389|4200|4182|4126|4023|4011|4008|3998|3892|3927|4315|3769|3878|3358|3275|2065|2533|6003|5831|5836|5900|6000|5883|5970|5954|5949|5947|5863|5799|5787|5784|5734|5762|5729|5728|5667|5474|6009|6105|6126|6134|6138|6207|6274|6319|6321|6363|6389|6148|6467|6468|6474|6487|6495|6599

Lee Strobel
2006-02-11

다윈에게는 세포가 블랙박스였다.


      마이클 베히는 드렉셀 대학에서 화학분야의 학위를 우등으로 받았고, 펜실베니아 대학에서 생화학 박사학위를 받았다. 그리고 펜실베니아 대학과 국립보건 연구원에서 박사후 과정을 연수한 후, 1985년에 리하이 대학의 교수가 되었다. 국립과학재단의 분자세포생물과학 분과의 분자생화학 평가위원도 역임했다. 그는 과학 잡지에 ‘DNA 염기 서열’ 등 40편이 넘는 논문을 실었다. 현재는 미국 생화학분자생물학회, 분자생물학과진화학회 등 여러 전문단체의 회원이다.
   
그는 어렸을 때 하나님이 우주를 만드셨다고 배웠는데, 정규 학교 교육에서는 그 전체 과정을 다윈주의적 진화를 통해 발견한다고 배워야 했다. 생화학을 전공하면서, 생명이 자연주의적 과정으로 생겨나려면 필요한 것들, 즉, 단백질, 유전암호, 세포막 등 필요한 구성요소들을 열거하면서, 생명체는 결코 저절로 생겨날 수 없다고 판단했다.
 
그 후 베히는 유전학자 마이클 덴튼의 획기적인 저서 ‘위기에 처한 진화론’을 읽고, 처음으로 다윈주의에 대한 논리 정연한 과학적 비판을 접하게 된 그는 깜짝 놀랐다. 이전까지는 다윈을 의심하는 것은 ‘종교적 광신도들’ 뿐이라고 생각했다. 덴튼의 책에 자극 받은 베히는 생화학자인 자신이야말로, 과학적 증거가 생물체 존재의 근원으로 다윈주의를 지목하는지 하나님을 지목하는지 조사할만한 완벽한 조건을 갖추고 있음을 깨달았다.

다윈주의적 진화가 제대로 작동하려면 아미노산, 단백질, DNA의 미시차원에서부터 제대로 변화가 일어나야 한다. 세계의 설계자가 있다면 그의 지문이 세포 전반에 묻어있을 것이다. 세포의 세계는 전형적인 세포 하나를 만드는데  1013 개의 원자가 필요한, 엄청나고 복잡하면서도 아주 작은 곳이다. 베히는 최대한 선입견을 배제하고 새로운 눈으로 분자의 증거를 꼼꼼히 살펴나갔다. 결국 결론으로 ‘다윈의 블랙박스’라는 책을 출간했는데, ‘내셔널 리뷰’ 지는 그 책을 20세기의 가장 중요한 비소설 중의 하나로 꼽았다.


여섯 번째 인터뷰 : 마이클 베히 박사

마이클 베히의 이론들은 세포 세계를 움직이는 작지만 복잡한 분자 기계들이 설계자에 의해 창조되었다는 생각을 강하게 뒷받침해 준다.


다윈의 블랙박스

다윈에게 블랙박스는 세포였다. 여기서 블랙박스란 흥미롭지만 모르는 체계나 기계를 묘사할 때 과학자들이 쓰는 용어이다.
 
다윈 시대에 과학자들은 세포가 어떤 일을 하는지 알지 못했다. 대부분의 과학자들은 세포를 깊이 탐구할수록 더욱 단순한 구조를 발견하게 될 것이라고 추측했지만, 정반대의 일이 벌어졌다. 분자의 차원에까지 이르며 생명의 밑바닥을 살펴보았더니 그 끝까지 생명은 복잡했다.

다윈은 ‘종의 기원’에서 이렇게 말했다. “수많은 연속적인 작은 변이들에 의하여 생겨날 수 없는 어떤 복잡한 기관의 존재가 증명된다면, 나의 이론은 그 날로 무너질 것이다.” 그런데 세포를 조사해 보니까, 세포가 무시무시할 정도로 복잡하다는 것과 적당한 모양과 힘을 갖고 적당한 상호작용을 하는 마이크로 기계들에 의해 가동된다는 사실을 알게 되었다. 이러한 기계들의 존재는 다윈 자신이 제시했던, 위와 같은 시험에 도전이 되었다.

다윈의 말은 환원 불가능한 복잡성(한 요소도 제거불가능한 복잡성, 비축소적 복잡성)이라는 마이클 베히의 개념의 토대가 되었다. 환원 불가능하게 복잡하다는 말은, 어떤 체계나 장치를 구성하는 수많은 다양한 요소들이 모두 유기적으로 작동해야만 제 임무를 감당할 수 있고 그 요소 중 하나만 빠져도 더 이상 기능하지 않을 경우를 말한다. 환원 불가능하게 복잡한 체계가 다윈주의 진화 과정을 통해 하나씩 만들어질 가능성은 대단히 낮다.


쥐덫의 예

쥐덫은 최소한 다섯 개의 장치, 즉 첫째, 다른 부분들과 이어진 나무판자. 둘째, 쥐를 때려잡는 일을 하는 금속망치. 셋째, 쥐덫이 장치되어 있을 때 길게 나온 끝부분으로 판자와 해머를 눌러주는 스프링. 넷째, 생쥐가 조금이라도 압력을 가하면 풀리는 걸쇠. 다섯 번째, 덫이 장치되어 있을 때 걸쇠에 연결되어 해머를 뒤로 젖힌 상태로 지탱해 주는 금속 막대로 구성되어 있다.

이 부분들 중 어느 하나를 빼 버린다면 쥐덫의 효율성이 전보다 절반으로 떨어지거나 생쥐를 절반밖에 못 잡는 것이 아니라, 쥐를 한 마리도 못 잡게 된다. 쥐덫은 전혀 작동하지 않는다. 이 다섯 부분이 있기만 하면 되는 것이 아니라, 크기와 위치가 잘 맞아야 한다. 어떤 지성적인 존재만이 쥐덫을 그런 식으로 만든다.

그렇다면 세포 안에서 각 부분을 결합시켜 주는 것은 누구인가? 자기 스스로 해야 한다. 세포의 구성요소들이 올바른 방향으로 결합되도록 지시하는 정보가 이미 체계 내에 존재해야 한다. 쥐덫은 환원 불가능하게 복잡한 생물학적 체계들이 다윈주의로 설명될 수 없는 이유를 잘 보여준다. 진화는 환원 불가능하게 복잡한 생물 기계를 어느 날 갑자기 한순간에 만들어낼 수는 없다. 선구 체계의 연속적이고 수많은 작은 돌연변이 역시 환원 불가능하게 복잡한 기계를 직접 만들 수는 없다. 모든 선구 체계가 불완전하므로 결과적으로 제대로 기능할 수 없기 때문이다.

환원 불가능하게 복잡한 생물학적 체계들을 발견할수록, 다윈이 제시한 진화론의 실패 기준이 충족되었음을 더욱 확신할 수 있다.

그렇다면 세포 수준에서 생물학적 기계의 종류는 얼마나 될까? 한 마디로 전부이다. 세포 기능의 모든 부분은 대단히 정교하고 복잡한 기계들의 제어를 받는다. 다윈주의 진화론의 대담한 주장은 복잡한 체계들이 어떤 지성의 개입도 없이 조립될 수 있다는 것이다. 그런데 여러 부품들만 있고 그것들을 제 위치에 맞춰 놓을 능력이 없다면 작동하는 쥐덫을 만들 수 없다. 이 일이 저절로 일어날 가능성의 확률은 매우 낮다.


섬모의 움직임

옛날 과학자들은 배율이 낮은 현미경으로 섬모를 보았을 때, 그것을 그냥 작은 털로 보았다. 그러나 이제는 전자현미경 덕분에 섬모가 매우 복잡한 분자기계라는 사실이 밝혀졌다. 대부분의 털은 앞뒤로 움직이지 않는데, 섬모는 유체를 헤치고 저어갈 수 있다. 섬모는 대략 200개 가량의 단백질 성분으로 이루어져 있다.

섬모의 작동원리는 다음과 같다. 가늘고 길고 유연한 막대기 모양의 미세소관 아홉 쌍이 두 개의 미세소관을 둘러싸고 있다. 바깥의 미세소관들은 소위 넥신 연결사로 서로 이어져 있다. 그리고 각 미세소관은 디네인이라는 팔이 달린 모터단백질을 갖고 있는데, 거기에는 팔이 달려 있어서 한 미세소관에 있는 모터단백질은 팔을 뻗어 다른 미세소관을 붙잡고 밀어 내린다. 그렇게 해서 두 개의 미세소관은 길게 서로 미끄러지면서 움직이기 시작한다. 그것들이 미끄러지기 시작하면 느슨한 밧줄 같던 넥신 연결사가 당겨져 팽팽해진다. 디네인이 점점 더 많이 밀어내면 미세소관이 휘어지기 시작한다. 그러면 디네인은 이번에는 미세소관을 반대쪽으로 밀고 미세소관은 다시 반대쪽으로 휘어진다. 이렇게 해서 섬모의 노 젓는 운동이 생겨난다.
 
사실 섬모의 복잡성을 설명하는 것은 이런 내용으로는 부족하다. 그러나 중요한 것은 막대기(미세소관), 연결사(넥신), 그리고 모터(디네인)가 모두 다 있어야 미끄러지는 운동을 휘는 운동으로 변환시켜 섬모가 움직일 수 있다는 것이다.
 
모든 것이 다 결합되어 있어야만 섬모가 움직이기 때문에 다윈주의 진화론으로는 그것을 설명하지 못한다. 진화론으로 그것을 설명하려면 그것이 어떻게 점진적으로 발전할 수 있는지 생각해 내야 하지만, 그것을 성공한 사람은 아직 없다.


박테리아 편모

섬모는 노처럼 움직여 세포들을 이동시키지만, 편모는 프로펠러처럼 움직인다. 편모는 매우 효율적으로 작동한다. 편모의 프로펠러는 기다란 채찍 모양인데, 플라젤린(flagellin)이라는 단백질로 만들어져 있다. 프로펠러는 갈고리 역할을 하는 단백질의 도움을 받아 구동축에 붙어있는데, 갈고리는 만능 이음새로 작용하여 프로펠러와 구동축이 자유롭게 돌아가도록 해 준다. 투관물질로 작용하는 몇 가지 종류의 단백질 덕분에 구동축은 박테리아의 벽을 뚫고 회전모터에 붙어있을 수 있다.

편모가 에너지를 얻는 것은 흥미롭다. 근육과 같은 생물학적 체계들은 소위 ‘운반체분자’에 저장된 에너지를 사용한다. 그러나 편모는 또 다른 체계, 즉 박테리아 세포막으로 들어오는 산(acid)의 흐름으로 생겨나는 에너지를 사용한다. 이것에 대해서는 과학자들이 아직도 연구 중이며 이해하려고 노력하는 복잡한 작용이다. 편모는 분당 만 번 회전할 수 있다. (기존의 최첨단 자동차도 분당 회전수가 최대 9,000회에 불과하다.) 뿐만 아니라 그 프로펠러는 1/4 회전 만에 회전을 멈추고 즉시 1만 RPM의 속도로 반대 방향으로 회전할 수 있다. 하버드대학의 하워드 버그는 그것을 우주에서 가장 효율적인 모터라고 불렀다. 더군다나 한 개의 편모의 크기는 약 2마이크론 정도이다. 대부분의 길이를 프로펠러가 차지하니까 모터 자체는 아마 0.05 마이크론 정도일 것이다. 현대 기술을 총 동원해도 이런 것을 만들기엔 부족하다. 편모를 확대한 그림을 보면 신비할 정도로 인간이 만들어 낼 법한 기계처럼 보인다.

지적 설계의 주장에 대해 아주 회의적인 사람에게 박테리아 편모의 그림을 보여주었더니, 그제서야 지적설계자가 세상을 설계했다는 데 대해 동의를 한 사람도 있다. 게다가 박테리아 세포는 유도 장치를 갖추고 목표물을 찾아가는 스마트 미사일과 비슷하다. 박테리아 세포 안에 있는 감각체계가 편모에 정보를 줘서 언제 작동되고 언제 작동을 멈출지 지시하면, 편모는 그 지시를 받아 음식, 빛, 또는 다른 목표물을 찾아간다. 이 편모도 환원 불가능하게 복잡하다. 유전학 연구에 따르면, 제대로 작동하는 편모를 만들기 위해서는 서른 개에서 서른다섯 개 정도의 단백질이 필요하다. 현재 우리는 그 단백질들의 기능조차 모른다. 그러나 편모에는 최소한 여러 단백질로 이루어진 세 가지 요소인 구동축, 회전자, 모터가 있어야 한다. 그 중 하나를 제거하면 예를 들어 분당 5천 번 회전하는 기능의 편모가 나오지 않는다. 전혀 작동하지 않는 편모가 남을 뿐이다.
 
편모가 점진적 과정으로 어떻게 생겨났는지 진화론적 설명을 제안한 사람은 아무도 없다. 환원 불가능하게 복잡한 체계 대부분에 대해 현실적이라고 말한 설명은 전혀 없다. 기껏해야 ‘진화는 생물학적 기능을 위해 가장 적절한 분자를 선택한다’는 정도의 말밖에 찾을 수 없다. 어떤 사람은 시간이 지나면 편모를 더 잘 이해할 날이 올 것이라고 주장하는 사람도 있다. 그러나 우리가 목격하는 복잡성은 우리가 더 많이 안다고 해서 해소되는 것이 아니라, 그럴수록 더욱 복잡해질 뿐이다. 편모에 대한 복잡성은 다윈주의 이론에 더욱 더 큰 도전이 된다.


세포 내 수송체계

세포는 안에 있는 모든 내용물들이 출렁거리는 간단한 수프 주머니가 아니다. 진핵세포(박테리아를 제외한 모든 생물의 세포) 안에는 마치 집안의 방들처럼 수많은 칸막이 방이 있다. DNA가 있는 핵, 에너지를 생산하는 미토콘드리아, 단백질을 처리하는 소포체, 다른 곳으로 수송되는 단백질의 중간역인 골지체, 폐기물 처리장인 리보솜, 세포 밖으로 내보내질 화물을 저장하는 분비소포, 지방의 물질대사를 돕는 페록시좀이 있다. 각 방에는 벽이 있고 문이 달린 방처럼 막으로 밀폐되어 있다. 각 세포에 있는 칸막이 방은 스무 개가 넘는다.
 
세포는 끊임없이 오래된 성분을 제거하고 새로운 성분을 만들어 낸다. 대부분의 새로운 성분들은 세포 속 중간에 위치한 리보솜에서 만들어진다. 리보솜은 1백만 개 이상의 원자를 담고 있는 커다란 분자가 50개 정도 모인 집합체인데, 이것은 DNA의 지시에 따라 어떤 단백질이라도 합성해 낸다. 정확한 유전정보만 주어지면 리보솜은 단백질을 기반으로 한 모든 생물학적 기계를 만들 수 있다.
 
리보솜만 놀라운 것이 아니라, 이들 새로 만들어진 성분들이 제 몫을 수행할 수 있도록 올바른 방에다 집어넣는 일이 있다. 그것을 위해서는 또 다른 복잡한 기계가 필요하다. 우선 밀폐되고 모터가 달린 분자 트럭이 있어야 한다. 그리고 그것들이 이동할 수 있는 고속도로가 있어야 한다. 그 다음에는 어떤 부품이 어떤 트럭에 실리는지 알 수 있어야 한다. 결국 각 부품은 특정한 방으로 가야하기 때문에, 단백질을 올바른 분자트럭에 태우기 위해서는 단백질에 어떤 표시가 있어야 한다. 그리고 트럭은 자기가 어디로 가는지를 알아야 한다. 또 트럭이 목적지에 도달하고 나면 화물을 꺼내어 칸막이 방에 집어넣을 방법이 있어야 한다. 이 미시적 운송체계가 오랜 세월에 걸친 점진적 변이로 자동 조립될 수 있을까? 세포 내 수송체계는 설계의 특징을 모두 갖추고 있다.


혈액응고 연쇄반응

혈액응고 체계는 대략 스무 가지 정도의 서로 다른 분자성분을 사용하여 대단히 조직적으로 이루어지는 10단계 연쇄반응이다. 전체 체계가 동시에 제자리를 차지하지 않으면 혈액응고는 이루어지지 않는다. 혈액응고의 핵심은 응고 그 자체보다, 응고 체계를 어떻게 조절하는가에 있다.
 
뇌나 허파 같은 엉뚱한 장소에 응고가 생기면 사람이 죽는다. 몸에서 피가 다 빠져나오고 20분 후에 응고가 되어도 죽는다. 혈액응고가 상처 부위로 제한되지 않으면 혈액 전체가 굳어져 죽는다. 상처부위 전체에 응고가 일어나지 않아도 죽는다. 완벽하게 균형을 이루는 혈액응고 체계를 만들기 위해서는 단백질 부품 다발이 단번에 삽입되어야 한다. 이것은 다윈주의의 점진적 접근방식이 아닌 지적설계자 가설에 들어맞는다. 일부 과학자들은 유전자 중복 과정을 통해 복잡한 생물학적 체계 안의 새로운 성분들이 만들어질 수 있다고 제안했지만, 중복된 유전자는 이전과 똑같은 단백질일 뿐, 새로운 특성을 가진 새로운 단백질이 생기는 것은 아니다. 과연 혈액응고 체계가 오랜 시간에 걸쳐 단계적으로 발달할 수 있을까? 그 체계가 완성되는 동안 동물들이 상처가 날 때마다 죽지 않게 막아줄 효과적인 방법이 없다. 더군다나 혈액응고 체계는 구성요소의 일부만 갖춰져 있을 때는 일부만 작동하는 것이 아니라, 전혀 제 기능을 하지 않는다.


지적설계의 반대자들

다윈주의자들은 지적설계 옹호자들이 종교적 신념으로 과학을 채색한다고 비난할 때가 많다. 마이클 베히는 신문기자에게 이렇게 말한 적이 있다. “내 경험으로 볼 때 … 설계 이론을 가장 요란하게 반대하는 사람들은 종교적 이유에서 그렇게 한다.” 과학자들은 언제나 가설을 제안한다. 그러나 ‘생명 발달의 추진력은 자연선택이 아니라 지적설계라고 생각합니다’ 라고 말하면, 사람들은 그것을 또 다른 의견으로 받아들이지 않는다. 많은 사람들이 펄쩍 뛰고 얼굴을 붉히는데, 그들이 흥분하는 이유는 과학적인 문제에 대해 의견을 달리하기 때문이 아니라, 지적설계가 과학 외적으로 함축하는 바가 마음에 들지 않기 때문이다.


결론

베히의 환원 불가능한 복잡성 개념은 부정적인 동시에 적극적인 논증이다. 첫째, 그는 다윈의 말을 그대로 받아들여 상호 연결된 생물학적 체계들이 진화론의 주장처럼 연속된 수많은 작은 변이들을 통해 만들어질 수 없다는 사실을 증명했다. 그 결과 다윈주의에 치명적인 충격을 주었다. 둘째, 베히는 복잡한 생물학적 기계들이 어떻게 만들어질 수 있었는지 충분히 설명하는 대안이 존재한다고 지적했다.
 
환원 불가능하게 복잡한 체계들은 어떤 지적 행위자가 목적과 의도를 가지고 세상을 설계했다는 강한 증거이다. 자연주의적 방법은 그 복잡한 생물학적 체계들을 설명하지 못했다. 다윈주의자들도 솔직하게 마음을 여는 순간 그 사실을 시인한다. 과학의 발전과 더불어 우리는 세포 세계에서 점점 더 많은 복잡성을 발견하고 있다. 이것은 진보의 화살이다.
 
과학자 앨런 샌디지의 말, “세상이 우연의 산물이라고 보기엔 모든 부분들의 상호 연관성이 너무나 복잡하다. 나는 모든 생물들에서 발견되는 생명의 질서가 너무나 서로 잘 결합되어 있다고 확신한다. 생물의 각 부분은 나머지 부분들과 조화를 이룰 때만 제 기능을 할 수 있다.” 



번역 - 이종헌

링크 - ,

출처 - 창조설계의 비밀, 제8장

구분 - 2

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=3125

참고 :

Jerry Bergman
2005-11-17

뒤로 향하는 인간 망막이 형편없는 설계인가? 

(Is the Backwards Human Retina Evidence of Poor Design?)


서론

소위 뒤로 향하는 망막(backwards retina)은 창조론에 반하는 논쟁점 중의 한 가지 예로 오래 전에 틀렸음이 증명되었다. 그럼에도 불구하고, 생명은 설계되지 않았다라고 주장하는 다윈주의자들에 의해 가장 흔하게 사용되는 논쟁점들 중의 하나이다. 예를 들면, 미국의 주도적인 다윈주의자 중의 한 사람인 브라운 대학(Brown University) 교수인 케네쓰 밀러(Kenneth Miller)는 ‘빈약한 설계(poor design)’에 대한 주된 예로 인간 눈(human eye) 내에서 빛이 망막의 광수용체(retina photoreceptors)에 도달하기 전에 신경층(neuron layers)을 가로질러서 지나간다는 사실을 들고 있다. 그는 이러한 설계는 불완전한 지적설계자를 반영하고 있으며, 밀러 자신에게는 어떠한 설계자도 존재하지 않는다는 명백한 증거를 제공한다고 주장한다. 도리어 그것은 돌연변이와 자연선택에 의해서 눈이 진화되었으며, 설계된 것이 아니라는 것을 보여준다는 것이다. 밀러의 말에 따르면, 지적인 설계자라면 빛이 들어오는 쪽으로 향하는 면에 망막의 신경배선(neural wiring)을 두지 않았어야만 한다는 것이다. 이러한 배열은 우리의 시력을 덜 세밀하게 만들고 빛을 산란시키며, 심지어 시각 정보를 뇌로 운반하는 시신경을 만들기 위해서 배선이 빛에 민감한 망막을 가로질러 당겨지는 부분에 맹점(blind spot)이 만들어진다는 것이다 (1999, p. 101).


하지만, 맹점여러 가지 이유로 시각의 질을 감소시키지 않는다. 그것을 알아내기 위해서조차도 특별한 검사들이 대개 필요한데, 그것은 다른 쪽 눈이 갭(gap)을 메우기 때문이다. 게다가, 뇌는 이미지를 구성하기 위해서 망막으로부터 온 정보를 사용할 뿐이며, 그림자, 반사문제, 흐릿한 빛, 그리고 안경에 있는 먼지와 같이 다른 ‘맹점’들을 처리하는데 있어서 뛰어나게 일을 수행한다. 셔며(Shermer)는 인간의 눈은 단지 서투르게 설계된 것이 아닐 뿐만 아니라, 인간 눈의 해부학적 구조는 명백히 ‘지적으로 설계된’ 것임을 보여준다고 주장한다. 그것은 빛 신호를 신경자극으로 변환하는 빛에 민감한 간상세포와 원추세포에 도달하기 전에 각막, 렌즈, 수양액(aqueous fluid), 혈관, 신경절세포(ganglion cells), 무축삭세포(amacrine cells), 수평세포(horizontal cells), 그리고 이극성 세포(bipolar cells)를 가로질러 빛의 광자가 지나가도록 아래 위가 바뀌어서 그리고 뒤쪽으로 향하도록 만들어져 있다(2005, p. 186).

윌리암즈(Williams)는 인간의 눈뿐만이 아니라, '다른 모든 척추동물의 눈들은 기능적으로 우둔한 망막의 위아래가 뒤집힌(upside-down orientation) 방향성을 가지고 있으며”, 그리고 '사실 기능적으로 뛰어난 배열은 오징어와 다른 연체동물(mollusks)의 눈에서 발견되는 것이다” 라고 덧붙였다 (1997, pp. 9-10). 이러한 주장에 대한 평가는, 그것은 고지식할 뿐만이 아니라, 철저하게 틀렸음을 보여주고 있다.


연구를 통한 발견

안과 의사들의 연구는 명백히 인간의 망막은 ‘전도 된(inverted, 거꾸로 된)’ 설계라고 불리는 것을 반드시 사용해야만 하는 이유를 보여주었다. 전도 된 망막은 들어오는 빛이 망막의 앞부분을 가로질러 광수용체에 도달할 때, 광수용체들이 빛으로부터 멀리 떨어져서 마주 대하게 한다. 반대 배치(광수용체들이 눈 앞에서 직면하게 되는)는 ‘전향 된(verted, 바로 된)’ 설계라고 불린다. 전도된 설계에 대한 많은 이유들 중의 하나는 광수용체 뒤에 다기능적이고 필수불가결한 구조인 망막색소 상피세포(retinal pigment epithelium)가 놓여있다는 것이다 (Martínez-Morales 2004, p. 766). 이러한 단층조직(monolayered tissue)은 망막에 의해 붙잡히지 않은 대부분의 빛을 흡수하는 검은 멜라닌 색소(black pigment melanin)를 함유하고 있다. 이러한 설계는 빛이 눈의 뒤쪽으로부터 망막으로 반사되는 것을 막아주는데 매우 유용하며, 만약 이러한 설계가 아니라면 시각 이미지의 선명도가 떨어지게 되는 것이다.


광수용체(간상세포와 원추세포)는 또한 광수용체에 혈액을 공급하는 맥락막(choroid) 위에 있는 색소 상피세포(pigment epithelium)와 가까이 접촉하기 위해서 눈의 앞쪽으로부터 멀리 떨어져서 마주 대해야만 한다. 이러한 배열은 시각(vision)이 불가능하게 됨 없이 간상세포와 원추세포로 흘러가는 ‘매우 중요한 분자인 레티날(retinal, 비타민 A 변형체)의 지속적인 흐름’을 허락하게 한다 (Kolb 2003, p. 28). 밀러에 의해 뛰어난 것으로 주장되고 있는 전향된(verted) 설계는 광수용체를 그것들의 영양, 산소, 그리고 레티날의 근원(맥락막)으로부터 멀리 떨어진 곳에 두게 할 것이다. 이러한 설계는 커다란 문제들을 유발할 수 있다. 왜냐하면 간상세포와 원추세포는 기능, 유지 및 교정에 있어서 매우 높은 대사(작용)를 위해 엄청난 양의 에너지가 필요하기 때문이다. 게다가 광독성(phototoxicity) 손상 때문에 간상세포와 원추세포는 대략 약 7일마다 완전히 교체되어야만 한다.

광수용체와 망막 상피세포(retinal epithelium)는 눈이 떠져있을 때 지속적으로 엄청난 양의 빛을 흡수한다. 빛은 대개 열로 바뀌기 때문에, 망막은 색소 상피세포 바로 뒤에서 맥락막의 혈액공급에 의해 다시 제공되는 매우 효과적인 냉각시스템을 가지고 있어야만 한다. 만약 색소 상피세포 조직이 망막의 앞쪽에(in front) 위치해 있다면, 시각은 심각하게 손상될 것이다. 또한 색소 상피세포로부터 망막을 멀리 두도록 하기 위해서 망막을 뒤집어놓게(reversing) 되면 광수용체가 기능에 필요한 영양분을 얻기 위해서 망막의 색소 상피세포 속에 끼워져 있어야만 하기 때문에 하나도 볼 수 없는 정도로까지 시각을 손상시킬 수도 있다.


이러한 설계는 망막이 시력을 위해 광수용체의 계속적인 교체(replacement)에 기인한 높은 대사 수준(high metabolism level)을 필요로 하기 때문에 너무나 위험하다. 결과적으로, 망막은 풍부한 혈액 공급을 필요로 하면서 몸의 다른 거의 모든 부분들보다도 더 많은 산소와 영양분을 사용한다. 전향된 설계는 높은 대사율에 필요한 혈액공급 때문에, 간상세포와 추상세포가 적절하게 기능하지 못하게 할 수도 있다. 만약 광수용체가 신경(neurons)의 앞쪽에 있다면, 혈액 공급은 수용체의 빛이 지나가는 통로에 바로 있어야 하든지, 아니면 그쪽 면에 있어야만 한다. 그렇게 되면, 시각에 사용되는 광수용체의 숫자가 현저하게 줄어들게 될 것이다.


무엇보다도, 망막의 신경 성분들이 광수용체 앞쪽에 위치하는 것은 몇 가지 이유로 시각적 장애를 만들어내지 않는다. 한 가지 이유는 신경 요소들이 빛의 한 파장보다도 짧게 떨어져 있다는 것이다. 결과적으로, 산란이나 회절이 매우 작거나 거의 일어나지 않으며, 빛은 마치 거의 완벽하게 투명한 것처럼 이 영역을 가로질러 지나간다. 두 번째 이유로, 현미경 하에서 관찰하면 대부분의 세포는 대개 투명하다. (이러한 이유로 세포의 여러 부분들을 잘 볼 수 있기 위해서는 Eosin-Y나 Hematoxylin 2와 같은 염색법이 요구된다). 결국, 망막 앞쪽에 있는 얇은 간상세포와 원추세포 층의 광차단효과(light blocking effect)는 거의 무시해도 될 정도이다.

가장 높은 해상도를 가지는 망막 부위에서, 광수용체 앞에 있는 신경단위(neurons)인 중심망막(central retina, 중심와(fovea)와 특히 중심소와(foveola))은 빛이 원추세포에 바로 도달하도록 하기 위해서 옆쪽으로 이동되어 있어서 가장 중요한 곳에서의 왜곡을 최소화 하고 있다. 고해상도를 가지는 황반(macula)은 또한 높은 해상도와 색각(color vision)을 얻도록 촘촘하게 밀집되어있는 원추세포를 사용한다. 망막 주변부는 해상도가 낮고 대부분 흑백시각을 위해 대부분 간상세포로 구성되어 있다.


이러한 설계는 뇌신경을 따라 엄청난 양의 데이터를 정확하게 전달하기 위해 가장 효과적인 방법이다. 이것은 마치 컴퓨터 파일의 전송을 용이하도록 하기 위해서 파일을 압축하고 푸는 것과 유사한 방식이다. 기능이 잘 돌아가기 위해서는 전달이 매우 빨라야만 한다. 왜냐하면 이미지는 TV 이미지의 화소(pixel)처럼 지속적으로 새로 재공급되어져야 하기 때문이다. 눈의 설계는 사실상 가시광선 스펙트럼의 물리적 한계에 이르기까지 최적화되어 있는 것으로 보인다 (Calkins 1986).


색소 상피세포 조직은 망막의 생존력과 활동성에 중요한 많은 다른 기능들을 수행한다. 한 가지는 그것이 주간에 각각의 광수용체 바깥 부분의 10% 정도의 양을 식균작용(phagocytosis)을 한다는 것이다. 그리고 지속적으로 그것의 모든 변형 배열(all-trans configuration)로부터 11-cis-retinal(비타민A 산화물)까지 발색단(chromophore)을 회복시킴으로써, 시각 색소의 합성과 재생을 허락하고 있다 (Dowling 1987, p. 198). 그것은 또한 외부의 혈액-레티날 장벽(blood-retinal barrier)의 일부분이고, 신경망막과 맥락막 사이의 물과 이온 흐름을 유지하도록 도우며, 유리기 손상(free radical damage)으로부터 보호해주며, 레티노이드 대사(retinoid metabolism)를 조절한다 (Martínez-Morales, et al., 2004, p. 766).


이 짧은 글에서, 단지 포유류의 망막에 존재하는 설계의 우수성에 대한 많은 이유들 중의 몇 가지만을 다루었다. 현재 우리의 지식은 망막의 설계가 단지 수 년 전에 이해했던 것보다 더 뛰어남을 보여준다. 정교한 설계에 대한 우리의 반응은 오만함보다 감사함이 더 적절하지 않겠는가!

Note : I wish to thank Jody Allen for her review of an earlier draft of this article.

 


*참조 : Is our ‘inverted’ retina really ‘bad design’?
http://creationontheweb.com/content/view/1683

Evolution’s theological underpinnings
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j21_2/j21_2_40-43.pdf

Dawkins’ eye revisited
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j15_3/j15_3_92-99.pdf

Fibre optics in eye demolish atheistic ‘bad design’ argument
http://creationontheweb.com/content/view/5214

An eye for detail : Why your eyes ‘jitter’
http://creationontheweb.com/content/view/5293/

The Prostate Gland–is it ‘badly designed’?
http://creationontheweb.com/content/view/5757/

Evolutionists Can't See Eye Design (2016, Acts & Facts. 45 (10)).
http://www.icr.org/article/9589

 

References

1.Bergman, Jerry. 2000. 'Is the Inverted Human Eye a Poor Design?' Journal of the American Scientific Affiliation. 52(1):18-30, March.

2.Calkins, Joseph L. 1986. 'Design in the Human Eye.' Bible-Science Newsletter. March. pp. 1-2.

3.Dowling, John E. 1987. The Retina: An Approachable Part of the Brain. Cambridge, MA: The Belknap Press of Harvard University Press.

4.Kolb, Helga. 2003. 'How the Retina Works.' American Scientist. 91:28-35.

5.Martínez-Morales, Juan Ramón, Isabel Rodrigo, and Paola Bovolenta. 2004. 'Eye Development: A View from the Retina Pigmented Epithelium.' BioEssays. 26:766-777.

6.Miller, Kenneth R. 1999. Finding Darwin's God: A Scientist's Search for Common Ground Between God and Evolution. New York: Cliff Street Books.

7.Shermer, Michael. 2005. Science Friction: Where the Known Meets the Unknown. New York: Henry Holt/Times Books.

8.Williams, George C. 1997. The Pony Fish's Glow and Other Cluesto Planand Purposein Nature. New York: Basic Books.

* Jerry Bergman is on the Biology faculty at Northwest State College in Ohio. Joseph Calkins is an Ophthalmologist in private practice, formerly Professor of Ophthalmology at Johns Hopkins University.



번역 - 길소희

링크 - http://www.icr.org/index.php?module=articles&action=view&ID=2476 ,

출처 - ICR, Impact No. 388, 2005

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2978

참고 : 2125|345|2899|2340|383|1492|54|5152|5827|5896|5158|4759|4661|4643|4565|4528|4124|1816|6118|6394

Daniel Criswell, Ph.D.
2005-08-12

ICR 에서의 지노믹스

(Genomics at ICR)


     2001년에, 엄청난 환호와 열광 가운데 완벽한 인간 게놈지도가 발표되었다.[1] 많은 사람들은 인간 유전정보(게놈, 지놈, genome)에 대한 지식을 통해 인간에 대하여 완벽하게 이해할 수 있을 것이라고 기대했다. 인간 게놈 외에도, 현재 침팬지를 포함한 25종류가 넘는 식물과 동물에 대해 완성된 혹은 초안의 게놈이 완료되어, 이들 모든 유기체들에 대한 완전한 ‘생명의 책’이 제공되었다.[2] 불행하게도, 과학자들은 단지 이러한 각각의 책의 적은 부분만을 이해하고 있다.
 
이러한 유기체의 게놈으로부터 ‘지노믹스(genomics)’이라고 불리는 새로운 과학 분야가 등장했다. 지노믹스란 수집된 수많은 DNA 염기서열 자료를 이해하고자 하는 학문이다. 인간 게놈에 대한 연구는 유전자의 숫자와 조직 및 전사의 산물(단백질)에 대해 많은 것을 밝혀줄 것이다. 과학자들은 이러한 정보를 통해 유전에 대한 많은 의문에 답할 수 있을 것이고, 많은 유전적 질병을 치료할 수 있게 될 것이다. 그러나 게놈은 우리자신에 대해 그 밖의 어떤 것들을 말해주고 있는가? 이것이 인류의 기원에 대해 어떤 새로운 정보를 제공해서, 동물계에서 사람을 독특하게 만드는 것이 무엇인지를 알 수 있게 할 것인가? 세상의 많은 과학자들은 인류의 기원과 모든 생명체의 기원에 대한 진화론적 가설을 뒷받침하는 데에 이러한 정보를 다양한 방식으로 사용해왔다. ICR(미국 창조과학회)에서도 또한, 인간이 동물과는 확연히 다르게 창조되었으며, 각 ‘종류(kind)’의 동물도 다른 ‘종류들’과는 명백하게 다르게 창조되었다는 성경적 입장을 뒷받침하는 과학적 증거를 제공하기 위해서 지노믹스란 분야를 연구하기 시작했다.


ICR에서 현재 실시되고 있는 연구 영역 중에 인간과 침팬지(학명: Pan troglodytes) 게놈에 대한 비교가 있다. 인간이 다른 ‘종류’의 피조물과는 달리 특별한 피조물(창세기 1:27)이라는 성경적 가르침은 원시적인 영장류에서 인간이 진화되었다는 진화론적 패러다임과는 상반된다. 진화론의 사고방식에 따라, 진화론자들은 침팬지가 현대인과 가장 가까운 관계이며, 둘 다 가상의 공통 조상으로부터 진화되었다고 주장하고 있다. 진화론자들은 공통 조상에 대한 증거로 특정한 화석 및 인간과 침팬지의 전반적인 유사성을 사용한다. 지난 30년에 걸쳐 (단백질 내 아미노산 서열을 포함한) 분자 단위의 자료가 축적됨에 따라, 이러한 진화론적 연관성이 확인된 것으로 보인다. 인간과 침팬지의 경우 게놈 내의 단백질 정보 염기서열 여럿이 98.5%의 염기서열 상동성(homology, 두 유기체 간에 일치하는 DNA 퍼센트)을 가지고 있는 것으로 보고되었다. 그러나, 이러한 염기서열의 유사성은 인간과 침팬지의 전체 게놈 중에서 작은 부분에만 기초를 둔 것이고, 또한, 전체의 유전자 내용물이 아니라, 세포의 단백질 내용물에 근거하여 인간과 침팬지의 생리적 유사성만을 반영한 것이다. 인간과 침팬지 게놈에 대해 자주 보고된 이러한 상동성은 염기서열 상동성이 ‘0’인 영역인 ‘삽입(insertions)과 삭제(deletions)’를 제외했다. 브리튼(Britten) 등에 의한 최근의 분석에서는, 인간과 침팬지 염기서열 내의 ‘삽입과 삭제’를 포함했더니 인간과 침팬지의 상동성이 95%로 감소되었다.[3] 그런데, 지노믹스 데이터베이스와 최근의 논문을 이용한 ICR의 예비 조사에서는, 가령 이질염색질(heterochromatin; 암호화되어 있지 않은 DNA가 압축되어 있는 부분)과 미정의 정렬 갭(unresolved alignment gaps)과 같은 더 많은 지노믹스 영역을 상동성 연구에 포함시켰을 때, 인간과 침팬지 사이의 염기서열 상동성이 90% 미만이 될 것으로 나타났다.


인간과 침팬지 게놈 사이의 두드러진 차이점이 과학 저널에 점점 더 많이 보고되고 있다. 이것에 대한 한 가지 예로, 인간 염색체 21번과 상동인 침팬지 염색체 22번 사이의 염색체 재배열을 확인하는 한 기사가 게놈 연구(Genome Research) 지에 보고되었다.[4] 32.4 Mb (1Mb = 1백만 개의 염기)의 인간염색체 21번으로 채워져 있는 많은 긴 영역의 인간 PCR 프리머(한 번에 10,000개의 염기를 배열하는데 사용되는 프리머)를 사용해서, 대략 27 Mb의 침팬지 염색체 22번을 성공적으로 차례로 배열했다. 그 결과, 침팬지 염색체 22번 내에서는 발견되지 않는 인간 염기서열이 5.4 Mb가 남았다. 침팬지 게놈 내에서 배열될 수 없었던 5.4 Mb의 DNA가 그에 대응하는 인간 염기서열과 70%의 상동성을 갖는다고 가정하여(정렬할 수 없는 염기서열에 대해 매우 관대한 값이다!), 이것을 27 Mb의 배열된 침팬지 DNA와 결합하게 되면(이 부분의 상동성이 95%라고 추정하는 위의 내용 참고), 인간 염색체 21번과 침팬지 염색체 22번에 대한 상동성이 90%가 나오게 된다. 만약 정렬할 수 없는 영역의 상동성이 70% 미만이라면, 인간 염색체 21번과 침팬지 염색체 22번의 상동성은 90% 미만으로까지 될 것이다. 염기서열의 상동성을 결정짓는 모든 요소를 고려하여, 인간과 침팬지 게놈 사이의 전체 염기서열 비교가 마침내 이루어진다면, 실제적인 DNA 염기서열 상동성의 정도는 분명히 거의 90% 미만이 될 것이다.


98.5% 대 90%라는 상동성이 뜻하는 것은 무엇인가? 만약 인간과 침팬지의 게놈이 10%나 다르다면, 인간과 침팬지가 공통 조상으로부터 진화되었다는 가능성은 제거된다. 만약 두 게놈 간의 차이가 10%라면, 그 때 DNA 염기서열 내의 차이가 나는 전체 수치는 대략 3억 개의 뉴클레오티드 염기(인간과 침팬지 내에 존재하는 30억 핵산의 10%)가 될 것이다. 그것은 인간과 침팬지 양쪽 내의 1억 5천만 염기가 최근의 공통조상으로부터 개체군 내에서 돌연변이를 일으켜 고착되었다는 것을 의미한다. 만약 인간과 침팬지의 가설적인 분화가 약 5백만 년 전에 일어났고, 인간의 한 세대가 약 20년(그리고 침팬지는 그보다 약간 짧다)이라고 주어진다면, 인간과 침팬지가 공통 조상으로부터 분화된 때로부터 250,000 세대가 지나갔다. 250,000 세대 내에 1억 5천만 개의 핵산이 변화되기 위해서는, 두 후손에서 각 세대마다 인간과 침팬지의 선조에 대한 각 개체군 내에서 600개의 유익한 돌연변이가 고착되어야만 할 것이다. 그러나 거의 모든 돌연변이는 중립적이어서 아무런 영향도 미치지 않으므로 선택적일 수 없거나, 혹은 해로운 것이어서 유기체의 개체군 내에 유전적 퇴보를 일으킨다. 소수의 유익한 돌연변이, 즉 박테리아 내의 항생제 저항성(antibiotic resistance)과 인간 내의 겸상적혈구보인자(sickle cell trait)와 같은 것들이 관찰된다고 주장되기도 한다. 그러나 이러한 돌연변이조차도 각 개체가 생존을 위한 최적의 상태로 되돌아가서 돌연변이가 없는 다른 개체와 경쟁하게 될 때는 해롭게 작용한다. 한 개체군 내의 어떤 돌연변이를 고착하는데 드는 높은 유전적 비용을 인정하면서, 진화론자인 J.B.S. 할데인(Haldane)은 자연선택을 통해 인간 내에서 단지 1,000 가지의 유익한 돌연변이를 고착시키는 데 6백만 년이 걸릴 것이라고 수학적으로 계산했다.[5] 만약 돌연변이 중 단지 1,000 가지만 이롭다면, 인간 계통 내에서 거의 모든 1억5천만 가지의 돌연변이들은 거의 다 약간 해롭거나 중립적일 것이다. 해로운 돌연변이는 게놈의 퇴화를 이끌어 멸종을 야기할 수도 있을 것이고, 중립적인 돌연변이는 아무런 변화도 일으키지 않을 것이다. 이것은 보다 더 적합한 피조물에 대해 어떤 ‘대도약적 전진(great leap forward)’을 이끌지는 않는다. 이 문제에 대해 타당한 진화론적 해결책이 전혀 없기 때문에, 이런 전반적인 상황을 ‘할데인의 딜레마(Haldane's dilemma)’라고 이름을 붙였다. 심지어 인간과 침팬지의 상동성 차이가 단지 98.5%라 할지라도, 여전히 지난 5백만 년 내에 양 개체군 내에서 250,000가지의 유익한 돌연변이가 고착되어야 한다. 이것은 할데인이 계산한 것(6백만년에 1,000가지) 보다 너무도 많은 엄청난 수치이다.


인간과 침팬지 사이의 차이점은 단순히 염기서열의 상동성 정도로만 결정될 수는 없다. 유전자의 조절(regulation) 또한 중요한 요소이다. 인간과 침팬지 내의 단백질 발현 차이(differential expression)가 뇌와 간(liver) 세포에서 확인되었다. 인간과 침팬지 양쪽의 뇌와 간 세포에서 발현된 538개의 단백질을 비교해 본 결과, 이들 단백질들 중에서 31%가 인간과 침팬지 사이의 발현 차이를 보여주었다.[6] 비교를 위해 두 종의 쥐(Mus musculusMus spretus)에 대해서도 마찬가지의 단백질 발현차이를 분석했는데, 차별적으로 발현된 단백질의 수치가 단지 7.5%의 차이를 보였다. 인간과 침팬지 사이의 차이가 이것보다 더 크다는 것은 그것들이 서로 구분된 두 ‘종류(kinds)’에 속하는 반면에, 같은 속(genus)으로 분류된 쥐들은 한 ‘종류’라는 입장을 뒷받침한다.


또한 인간과 침팬지 사이의 발현 단계에서 다르게 발현된 일부 단백질의 경우에는 10배 이상의 차이가 있기 때문에, 발현(expression)의 차이도 사소한 것이 아니다.[7] 뇌와 간 세포 내의 단백질 차이를 조절하는 유력한 후보자는 인간과 침팬지 안에 있는 유전 프로모터의 DNA 염기서열 간의 차이이다.[7] 이러한 차이는 각각의 단백질을 암호화하는 유전자의 발현에 필요한 DNA와 효소 사이의 결합 유사성에 영향을 미칠 것이다. 단백질의 발현 차이는 설계자가 인간과 침팬지의 일부 신체적 및 행동적 차이점을 구체화한 한 방식일 수도 있을 것이다.


명백히, 인간과 (침팬지를 포함한) 동물들의 진정한 차이점은 성경에 나와 있듯이, 인간은 하나님의 형상대로 창조되었다는 것이다. 인간과 창조주와의 관계는 인간이 행동하는 방식에 커다란 영향을 미치며, 궁극적으로 인간을 동물계와 구분 짓는 명백한 특징이다. ICR에서의 지노믹스 연구는, 인간이 다른 피조물로부터 진화될 수 없다는 유전적 특징을 사람이 가지고 있음을 보여주면서 이러한 사실을 뒷받침하고자 한다.


이 기사는 ICR에서의 지노믹스 연구의 시작을 나타낸다. 우리는 현재 인간과 침팬지 상동성 연구 외에도 지노믹스와 관련된 많은 연구 프로젝트들을 수행하고 있다. 일부 우리가 제안한 프로젝트에는 다음과 같은 목적을 가진 미토콘드리아의 DNA 배열을 포함할 것이다.

1) 인간 내의 돌연변이율 측정 (Measuring mutation rates in humans.)
2) 분자시계의 타당성 결정 (Determining the validity of molecular clocks.)
3) 모든 인간의 관련성을 보여주는 미토콘드리아 이브 가설에 대한 상세한 논술
 (Refining the mitochondrial Eve hypothesis showing the relatedness of all humans.)
4) 창조된 종류에 대한 서술 (Delineating the created kinds.)


우리는 또한 컴퓨터 모델을 사용하여, 진화론의 유전학적 이론이 더 가능성이 있는지, 문자 그대로 아담과 이브로부터 오늘날의 개체군이 출현한 것이 실제로 더 가능성 있는지에 대한 연구를 수행할 것이다.



References:


1. Venter, J. C., et al., 2001. The sequence of the human genome. Science291:1304-1351.
2. Genome sequences can be found at www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/
3. Britten, R. J., 2002. Divergence between samples of chimpanzee and human DNA sequences is 5%, counting indels. Proceedings of the National Academy of Science 99(21):13633-13635.
4. Frazer, K. A., et al., 2003. Genomic DNA insertions and deletions occur frequently between humans and nonhuman primates: Genome Research 13:341-346.
5. Haldane, J. B. S., 1957. The cost of natural selection. Journal of Genetics 55:511-524.
6. Enard, W., et al., 2002. Intra- and interspecific variation in primate gene expression patterns. Science 296:340-343.
7. Watanabe, H., et al., 2004. DNA sequence and comparative analysis of chimpanzee chromosome 22. Nature 429:382-388.


*Dr. Daniel Criswell has a Ph.D. in molecular biology and is a biology professor at the ICR Graduate School.


*참조 : 1. 사람과 침팬지의 DNA 유사성이 98% 이상인가? 그렇지 않다
http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2065

2. 인간 유전체 : 창조론자의 견해
http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=650

3. 창조과학자의 입장에서 본 인간지놈 해독의 의미
http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=1340



번역 - 길소희

링크 - http://www.icr.org/index.php?module=articles&action=view&ID=2324

출처 - ICR, Impact No. 385, 2005

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2801

참고 :

Jonathan Sarfati
2005-07-14

물의 놀라움

(The wonders of water)


      물(Water)! 마시고, 세탁하고, 요리하고, 수영하고.... 우리는 그것을 당연한 것으로 여긴다. 이렇듯 생활의 많은 부분을 차지하고 있는 이 무색 무미 무취의 놀라운 액체의 가치를 우리는 거의 생각하지 않고 있다. 우리 몸의 65%는 물이고, 물이 없으면 우리는 몇 일만에 죽게 된다. 물은 우리 몸에 꼭 필요한 미네랄과 산소를 녹이고, 노폐물을 씻어내 밖으로 내보내며, 필요한 영양분을 운반한다. 이러한 역할을 하는 것은 오직 물밖에 없다. 또한 물은 다른 많은 중요한 특성들을 가지고 있으며, 생명체를 위한 바로 그러한 역할을 담당하기위해 고안된 것이다.


액체

물질은 고체(solid), 액체(liquid), 기체(gas)의 세 가지 상태로 존재한다. 이 세 가지 상태는 모두 생명체에게 필수적이다.

1. 고체는 그 형태(shape)를 유지한다.
2. 액체는 흐르고, 용기에 따라 모양이 달라지지만, 동일한 전체 부피를 유지한다.
3. 기체는 그 용기의 형태와 크기대로 팽창하여 채운다.

분자들이 서로 반응을 하기위해서는 서로 인접해 있는 것이 바람직하지만, 또한 서로 자유로이 움직일 수 있어야 한다. 그것이 액체 상태가 제공하는 것이며, 그것이 모든 생물체의 모든 세포에서 일어나는 수천가지의 화학 반응 모두에 이상적인 것이다.

그러나 -270°C(-454°F)도 에서부터 가장 뜨거운 별의 내부인 수백만 도의 온도에 이르는 우주의 모든 온도 영역에서 물은 매우 좁은 온도범위 내에서만 액체로 존재한다. 보통의 기압조건에서 물은 단지 0~100 °C (32~212 °F)의 영역에서만 액체로 존재한다. 그러므로 우주에서 지구 만이 유일하게 액체 상태의 물이 존재하는 행성이라는 사실은 그리 놀라운 일이 아니다. 그리고 이러한 액체상태의 물이 존재한다는 것은 우리의 지구가 그 밝기나 크기 면에서 너무 밝지도 어둡지도 않으며, 너무 크거나 작지도 않은 적당한 조건을 갖춘 별임을 나타내고 있는 것이다. 그리고 지구는 또한 태양으로부터 적당한 거리에 있다. (The sun: our special star 참조)


온도의 완충

물의 또 다른 중요한 특성은 높은 비열이다. 물은 가열할 때 많은 에너지가 필요하며 (철에 비해 대략 10배), 또한 냉각되기 위해서는 많은 에너지를 잃어버려야만 한다. 그리하여 지구상에 있는 막대한 량의 물은 지구의 온도가 꽤 일정하게 유지될 수 있도록 하고 있다. 반면 육지 표면은 물에 비해 빨리 차가워지고 빨리 더워지는데, 이것은 상당히 안정된 물의 온도와 관련되어 유익한 점을 만들어낸다. 그것은 대기의 다른 부분들이 서로 다르게 가열되어진다는 것을 의미한다. 이것은 바람(wind)을 일으킨다. 바람은 신선한 공기를 유지하는데 필수적이다.

액체들은 증발할 때 주위부터 열을 흡수한다. 이것은 우리가 시원해질 수 있는 유용한 수단(땀흘림)을 가지고 있다는 것을 의미한다. 이것에 있어서 가장 중요한 부분은 물의 증발 시에 필요한 높은 잠열(latent heat)이다. 이것은 대부분의 다른 액체들보다 물이 증발하는 데에 훨씬 많은 에너지가 소모된다는 것을 의미한다. 그래서 우리는 체온을 낮추기 위해 단지 약간의 물만 내보내면 된다는 것이다. 만약 우리가 다른 액체로 땀을 흘린다면, 그 양은 엄청날 것이다. 


훌륭한 용제 (solvent)

물은 우리 주변에 가장 가까이 있는 것으로 하나의 ‘우주적 용제(universal solvent)’이다. 각종 미네랄(minerals)과 비타민(vitamins)들은 운반되기 위해 용해되어져야만 하고, 따라서 물은 이러한 것들을 체내에서 효과적으로 전달한다. 용해된 나트륨(sodium)과 칼륨(potassium) 이온들은 신경계의 자극전달을 위해서 필수적이다. 물은 또한 공기로부터 산소(oxygen)와 같은 기체들을 녹이는데, 이것은 수중 생물들이 산소를 이용할 수 있도록 해준다. 물은 또한 혈액의 주요 성분으로[1], 모든 세포의 에너지 생산 시 만들어지는 노폐물인 이산화탄소(carbon dioxide)를 녹여 폐로 운반하여 호흡을 통해 밖으로 배출할 수 있도록 해준다.[2]  

그러나 실제 우주적 용제라도 그것을 담을 수 있는 용기가 없다면 소용이 없을 것이다. 그러나 물은 유성 화합물(oily compounds)들과는 혼합되지 않으며, 따라서 세포막은 이러한 유성 성분으로 이루어져 있다. 우리 몸의 많은 단백질들은 부분적으로 유성 부분들을 가지고 있으며, 그들은 서로 접혀지는 경향이 있으나, 주위의 물과는 섞이지 않는다. 이것이 그렇게 다양한 모양의 단백질이 존재할 수 있도록 하는 데에 부분적으로 기여한다. 이들 단백질들의 모양들은 생명유지 기능을 수행하는 데에 아주 중요한 역할을 한다.  


얼음에 들어있는 놀라운 사실

물의 중요하고 매우 독특한 특성 중의 하나는 그것이 얼음이 되었을 때 부피가 증가한다는 것이다. 이것이 빙산이 뜨는 이유이다. 사실 물은 4°C(39.2°F)에 도달할 때까지 온도가 낮아짐에 따라 부피가 감소하다가, 그 이하의 온도에서는 다시 부피가 증가하기 시작한다. 이것은 얼음이나 차가운 물이 4°C 물보다 밀도가 낮으며, 물 위로 뜬다는 것을 의미한다. 이것은 상당히 중요한 점으로, 대부분의 액체는 찬 공기와 접촉하면 냉각되고 찬 액체는 아래로 가라앉을 것이며, 더 많은 액체를 위로 밀어 올려 찬 공기에 의해 계속 냉각되게 할 것이다. 결국 바닥부터 꼭대기까지의 모든 액체가 열을 잃고 차가와져 결국은 모두 얼게 될 것이다. 그러나 물은 차가운 영역이 낮은 밀도를 가지기 때문에(물 표면에 존재하기 때문에) 찬 공기로 열을 잃게 되지 않으며, 이것은 표면은 얼게 되나 물의 아래는 여전히 생명체들이 살아갈 수 있는 환경을 만드는 것이다. 그러나 만약 북아메리카의 그레이트 레이크(Great Lakes)처럼 물이 다른 성분들로 대체 된다면 지구 전체에 위험한 일이 벌어질 것이다.


물에 대한 상식, 알고 계십니까?

- 지구는 70%가 물로 덮여 있다. 바다는 대략 13억7천 km3(3억3천4백만 mile3)의 물을 포함하고 있으며, 매년 육지에 내리는 비의 총량은 대략 11만3백 km3 이다.
- 전 세계 물의 단지 1%만이 인간이 이용할 수 있다. 대략 97%는 소금물이고, 2%는 얼음이다. 이 2%의 물은 2천9백만 km3(7백만 mile3)라는 엄청난 양으로 거대한 얼음층과 빙하에 갇혀 있다.
- 오스트레일리아는 가장 메마른 대륙으로 최소의 지표수를 보유하며 70%의 사막을 가지고 있다.
- 가정용수의 단지 1% 만이 식수로 이용된다. 나머지는 잔디에 물주기, 샤워 등으로 사용된다.
- 한 가정의 화장실에서 하루에 대략 150 리터의 물이 소모된다.
- 계속 줄줄 흐르게 방치된 물로 600 리터의 물이 하루에 낭비되며, 똑똑 떨어지게 방치된 물로는 하루에 30 리터의 물이 낭비된다.
- 정원에 덮개를 덮으면 75% 정도 증발을 줄일 수 있다.
- 스프링클러는 시간당 1000 리터의 물을 사용한다.
- 자연의 물중 소량의 광물염(mineral salts) 등이 용해된 물은 맛을 가지나 순수한 물은 맛이 없다.
(가정에서 물 사용에 대한 수치는 평균치이다. 그러나 개인의 습성과 이용하는 용품들에 따라 차이가 있다.)


얼음은 왜 그렇게 미끄러운가?

많은 사람들이 스케이팅이나 스키 같은 겨울 스포츠를 즐긴다. 무엇이 얼음을 그렇게 미끄럽게 하여 이러한 활동들을 가능하게 할까? 많은 사람들은 그것은 얼음에 압력이 가해질 때 생기는 액체가 윤활층을 형성하기 때문이라고 믿고 있다. 실제로 물리화학자들에게는 잘 알려진 대로, 가해진 압력은 물질들이 최소의 공간을 가지도록 한다. 그러므로 압력은 얼음을 녹여 물이 되게 하는데 (물은 다른 액체들과 달리 얼음보다 부피가 작다), 결국은 그것의 녹는점(melting point)은 낮아지게 될 것이다.

그러나 이러한 효과는 많은 사람들이 생각하는 것보다는 훨씬 작아서, 대략 100 기압의 압력이 단지 1 oC 정도 녹는점을 낮춘다.[3] 그래서 압력이 훨씬 작은 스케이팅에서는 이 효과로 설명되어질 수 없다. 또한 비행기들이 얼음을 녹이고 75m (250 피트)나 가라앉게 되는 원인이 될 수 없는 것이다. (잃어버린 비행중대, The lost squadron 참조).

진실된 이유는 또 다른 독특한 특성 때문인데, 얼음 표면의 분자들은 자유로이 움직일 수 있는 것은 아니지만 고체 내부의 분자보다 훨씬 강하게 진동한다는(vibrate) 것이다. 이것은 얼음 표면을 ‘유사’ 액체(quasi-liquid, 액체 같은 그러나 액체는 아닌)의 성질을 띠게 만든다.[4]


표면 장력

물은 매우 높은 표면장력(surface tension)을 가지고 있다. 표면장력은 표면을 가능한 적게 유지하려고 하는 힘이다. 물은 글리세롤(glycerol)과 같은 시럽형의 액체보다 표면장력이 매우 높다. 표면장력은 거품을 만드는 경향이 있고 방물들을 구형으로 만든다. 그리고 일부 곤충들을 포함한 가벼운 물체들을 지탱하기에 충분히 강하다. 더욱 중요한 것은 이것은 생물학적 화합물질들이 표면 근처로 집중시킬 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 생명체의 여러 중요한 반응들의 속도를 높일 수 있다.      


물의 힘

물은 평상시에는 평온한 것처럼 보이지만, 많은 양이 빠르게 움직인다면, 그것은 자동차만한 바위들을 움직일 수 있고, 깊은 협곡을 파낼 수 있으며, 심지어 단단한 바위를 자를 수도 있다. 물이 매우 빠르게 흐를 때, ‘캐비테이션(cavitation)’ 이라고 불리는 매우 파괴적인 과정이 발생한다. 자세한 사항을 알기 원하면 Interview with Dr Edmond Holroyd을 보라. 또한 화학적 차원에서 물은 살아있는 세포에서 많은 중요한 큰 분자들을 빠르게 분해시킨다. 반면에 살아있는 세포는 많은 정교한 수선 메커니즘(repair mechanisms)을 가지고 있다. DNA는 세포 밖의 물에서 오래 지속되어질 수 없다 [5]. New Scientist 에 실린 최근의 한 논문은 생명체의 기원을 진화론적 개념으로 일하는 연구자들에게는 하나의 골칫거리로서 이것을 기술하였다 [6]. 그 논문은 또한 이것은 좋은 뉴스가 아니라고 말함으로서, 그들의 유물론적 편견을 보여주었다. 그러나 진정으로 나쁜 뉴스는 확실히 진화론적(모든 것들이 스스로 만들어졌다는) 신념이다. 이것은 객관적인 과학을 짓밟아 버리고 있다. (더 자세한 설명을 위해서는 Origin of life: the polymerization problem을 보라).      


물은 왜 유일한가?

물의 가장 작은 구성요소는 물 분자이다. 이것은 수소 원자가 산소원자와 104°의 각도로 V 자를 이룬다. 그것은 극성(polar)을 띠는데, 산소원자는 음극의 전하를 띠고 반면 두 개의 수소원자는 양극의 전하를 띤다. 이것이 왜 물이 소금(salt)들과 같이 전기적으로 전하를 띤 구성 단위들을 가지고 있는 수많은 물질들을 잘 녹일 수 있는 지에 대한 이유이며, 반면에 기름(oil)과 같이 전하를 띠지 않는 분자들을 가지는 물질들을 잘 용해시키지 못하는 이유이다.

또한, 물은 수소결합(hydrogen bonds)에 의해 물 분자들끼리 서로 꽤 강하게 끌어당긴다. 이 수소결합은 보통의 화학결합보다 10배 정도 약한 결합이나, 실온에서 액체 상태의 물을 만들 수 있을 만큼 충분히 강한 결합이다. 반면에 비슷한 화합물인 황화수소(hydrogen sulfide)는 이러한 수소결합이 없기 때문에, 같은 온도에서 기체상태이다. 수소결합은 또한 물의 높은 표면장력(surface tension), 비열, 잠열 등의 성질들을 가지게 한다.

분자 모양과 수소결합은 얼음(ice)이 매우 열려진 육각형 모양의 결정 구조를 가지게 하는데, 이것은 다양한 종류의 눈송이(snowflakes)들에 의해 훌륭하게 설명되어진다. 이 결정 구조는 많은 공간을 차지하나, 결정이 녹을 때 붕괴가 되기 때문에, 액체인 물은 더 치밀해진다. 이것이 얼음이 물에 뜨는 이유이다. 최근의 연구는 물 분자들이 액체 내에서, 특히 6개의 분자들로 이루어진 새장 같은 구조에서 다발(clusters)을 이루는데 [7], 이것은 물의 많은 독특한 특성들을 가지게 한다. 

다른 최근의 연구는, 물에는 2 종류의 수소결합이 있으며, 하나의 결합은 다른 것에 비해 두 배나 강하다는 것을 보여준다. 이것은 물이 넓은 영역에 걸쳐 액체상태인 이유를 설명하고 있다. 용융(melting)은 단지 약한 결합만을 끊지만, 비등(boiling)은 또한 강한 결합도 끊어야만 한다. 이 연구는 또한 강한 결합에서 약한 결합으로 변화되는 데에는 어떤 온도를 필요로 하는데, 이 중에 하나가 37°C (98.6°F)이다. 이 온도는 사람의 체온이며, 이것은 우리 몸이 많은 복잡한 설계 특성들을 가지고 있음을 가리키고 있는 것이다.


물, 성경, 그리고 과학

성경이 많은 현대 과학을 예견하고 있었는데, 물에 관해서는 성서적으로 적어도 두 가지의 언급이 있다. 그중 하나는 물의 순환 (증발, 구름, 비) 이다.

욥기 36:26-28에는 '하나님은 크시니 우리가 그를 알 수 없고 그 년수를 계산할 수 없느니라 그가 물을 가늘게 이끌어 올리신즉 그것이 안개 되어 비를 이루고 그것이 공중에서 내려 사람 위에 쏟아지느니라' 라고 기록되어 있다.

다른 하나는 시편8:8의 ‘바다의 해로(paths of the seas)’ 에 대한 언급이다. 해양학의 개척자 매튜 모리(Matthew Fontaine Maury, 1806~1873)는 이 구절에 의해 해류 순환의 도표를 만들어내게 되었다 [8]. 모리는 성경은 모든 것에 관한 귄위(authority)로서, 단순한 교리가 아니라 모든 것을 언급하고 있으며, 그것은 과학과 역사도 역시 포함한다는 것을 믿었던 것이다. 그가 해로를 밝혀냄으로써 여행시간을 크게 단축시키는 혁신을 이루었다. 

모리는 그의 발견으로 하나님께 영광을 돌렸다. 그리고 우리도 물의 모든 경이로움에 대해 하나님께 온전히 영광을 돌리고, 그 많은 사용에 대해 감사해야만 할 것이다.



References and notes

[1] But blood is unique - it is chemically too different to have evolved from seawater, despite the claim of the article ‘blood’, Encyclopædia Britannica (15th Ed., 1992) 2:290 see Don Batten, Red-blooded evidenceCreation 19(2):24-25, March-May 1997.

[2] Actually, only 5% of CO2 is transported as such in solution. 88% is in the form of the bicarbonate ion (HCO3-), a pH buffer which helps keep our pH (acid-base level) constant. Some CO2 binds to hemoglobin in the blood to form carbamate. See ‘Respiration and Respiratory Systems’, Encyclopædia Britannica (15th Ed., 1992) 26:742.

[3] This figure was calculated from the phase diagram of water in P.W. Atkins, Physical Chemistry (Oxford University Press, 2nd Ed., 1982), p. 193. The melting point is 273.15 K at 1 atm; the triple point temperature and pressure are 273.16 K and 0.006 atm. Therefore the slope of the melting line (dp/dTm) is (0.006-1) atm/(273.16-273.15) K = -99.4 atm/K.

[4] D. Kestenbaum, New Scientist 152(2061/2):19, 21/28 Dec., 1996; C. Seife, Science 274(5295):2012, 20 Dec. 1996.

[5] T. Lindahl, Instability and decay of the primary structure of DNA, Nature 362 (6422):709-715, 1993.

[6] R. Matthews, Wacky Water, New Scientist 154(2087):40-43, 21 June 1997.

[7] R. Matthews, Ref. 6.

[8] See Ann Lamont, 21 Great Scientists who Believed the Bible, Creation Science Foundation, Australia, 1995, pp. 120-131.

 

*참조 : The wonders of water
http://creationontheweb.com/content/view/800

Do you know the laws of the heavens?— the Bible and the hydrologic cycle
http://creation.com/the-bible-and-the-hydrologic-cycle



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.answersingenesis.org/creation/v20/i1/water.asp ,

출처 - Creation 20(1):44-47, December 1997

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2734

참고 :

Sean Pitman M.D.
2005-06-19

무질서와 복잡성

(Chaos and Complexity)


     아래 고찰의 대부분은 무질서, 복잡성 그리고 엔트로피(chaos, complexity, and entropy)와 관련하여 캠브리지의 이론 물리학 센터의 미셀 바랭거(Michel Baranger)가 쓴 아주 흥미로운 논문에 대해서 이루어진 것이다. 바랭거의 논문에 의하면, 무질서와 복잡성이라는 두 개념은 비록 많은 이들이 혼란스러워 하거나 같은 개념으로 이해하고 있지만, 아주 판이하게 다른 개념이다.


“무질서(chaos, 혼돈)는 복잡성(complexity)과는 매우 다르다” 무질서에는 상당히 중요한 일면이 있다. “무질서는 자주 매우 간단한 시스템의 특성이 될 수 있다.” 증명된 것처럼 “단순한 질문들은 종종 복잡한 대답들을 유도한다. 만약 어떤 단순한 운동 법칙과 단순한 초기 조건의 제시로 단순한 질문이 이루어졌다하여도, 결국 그것은 시간이 지남에 따라 물체의 운동 공간에서의 궤적을 갖으며, 무질서적으로 된다는 것이다.” “무질서는 미적분과 달리 비선형적 시스템(non-linear systems)의 결과이다” 그러나 “이것은 모든 무질서적 시스템들이 복잡하다는 것을 의미하는 것은 아니다.... 한 가지, 무질서 상태는 매우 적은 구성요소들로 발생된다. 그러나 복잡성은 그렇지 않다. 사실 무질서와 복잡성 사이에는 상당히 거대한 차이가 있는 것이다.”


복잡한 시스템(complex systems)은 비선형적으로 상호작용을 하는 많은 구성요소들을 포함하고 있을 뿐만 아니라, “구성요소들은 하나의 복잡한 시스템을 구성하기 위해 상호의존적이다.” 예를 들어 “용기에 들어있는 가스처럼, 많은 구성요소들을 가지고 있는 비복잡한 시스템을 우선 생각해 보자. 가스들 중 10개 또는 모두를 제거해 보라. 대체적으로 마지막 가스는 원래의 가스처럼 보이고 행동한다. 그러나 한 복잡한 시스템에서 같은 실험을 실시해 보라. 예를 들어 사람의 몸에서 10%를 제거해 보라. 아니면 다리를 하나 자른다고 해보자! 그 결과는 가스보다는 훨씬 더 극적일 것이다. 아직 시나리오가 남아 있다. 당신에게 머리를 잘라보라고 제안하지 않았다.”        


용기에 들어있는 가스나 “날씨 패턴”과 같은 것에서는, 어떤 특정한 분자나 일련의 분자들이 다른 일련의 분자들 보다 전체 시스템의 기능에 더 중요한 것은 없다. 복잡한 시스템은 그러한 무질서적 시스템과는 다르다. 비록 무질서적 시스템이 다소 “간단한 질문” 혹은 단순한 변수들의 집합에 기초한다 할지라도, 사실 복잡한 시스템의 작동은 무질서적 시스템의 작동보다 예측하기가 더 쉽다. 


또한, 하나의 복잡한 시스템은 기능적 복잡성을 갖는 여러 등급(scales) 또는 단계(levels)의 구조들을 가지고 있다. 예를 들어 인체를 한번 살펴보자.

등급 1 : 머리, 몸통, 다리
등급 2 : 뼈, 근육, 장기, 신경, 혈액
등급 3 : 세포, 미토콘드리아, 세포질, 핵
등급 4 : 염색체, 특수 단백질들 (각각은 특별한 기능과 역할을 가짐)...

각 등급에서 우리는 꽤 안정적인 구조를 발견하게 된다. 이 안정적 구조는 특별한 또는 고도의 기능을 수행하기 위해서 다른 구조들과 그 모양과 관계들을 유지해야만 한다. 이것은 한 복잡한 시스템의 필수적이고 근본적인 면이고, 또 다른 복잡성의 특성인 행동의 ‘출현’을 유도한다.  

여기서 사용되는 “출현(emerging or emergent)” 이라는 용어의 개념은 이 용어를 사용하거나 이해하고 있는 몇몇 사람들의 방식과는 매우 다른 것이다. 그것은 시간이 흐름에 따라 발전되는 “새로운” 기능이나 특성을 지칭하는 것이 아니다. 그것은 매우 특별한 방식으로 동시에 함께 작동되는 여러 부분 또는 과정들의 결과들이 모여서 존재하게 되는 집단적 능력(collective abilities)을 지칭하는 것이다. “출현은 하나의 등급에서 그 위의 확대된 등급으로 주의를 전환할 때 나타난다”


기능을 가지는 어떤 등급이나 단계에서 관측되어지는 어떤 하나의 기능(function)이나 행동(behavior)은, 만약 그 등급의 모든 부분들을 동시에 고려하지 않고 그것을 개별적으로 연구하였을 때, 그것이 이해되지 않는다면 출현되었다고 말해진다. 그러나 출현한 하나의 기능이나 행동은 고려된 등급에서 독특하게 나타나는 집단적 현상(collective phenomenon)으로, 이것은 어떤 등급 내 구성요소들 간의 전체적인 상호작용의 결과인 것이다. 예를 들어, 사람의 몸은 걸을 수 있는 능력이 있다. 그것은 위에서 언급한 등급 중 가장 상위 등급(등급 1)에서 출현하는 특성이다. 만약 머리, 몸통, 혹은 다리만이 따로 따로 연구되어 진다면, 걷는다(walking)는 개념은 결코 이해될 수 없다“ 걷는다는 기능을 이해하기 위해서는 인체의 모든 부분들이 고려되어야만 한다. 걷는다는 기능은 사실 이런 모든 부분들이 매우 특별한, 예측 가능한, 그리고 반복적인 방식으로 작동되는 것에 달려있는 것이다.               


“구조와 출현의 조합은 자가 조직체(self-organization)가 된다” 다른 말로 하면, 특성화된 반복 가능한 방식으로 함께 작동되는 선행(pre-formed) 조직이 걷기와 같은 조직화된 행동 패턴을 만들어낸다는 것이다. “다시 복잡성과 무질서의 관계로 돌아가 보자. 그들은 같은 것이 아니다”


“아주 기초적인 수학적 차원분열 도형(mathematical fractal)을 볼 때, 매우 ‘복잡한(complex)‘ 것처럼 보일 수 있다. 그러나 이것은 ’복잡한 시스템(complex systems)’을 말할 때의 복잡성과 같은 개념이 아니다. 단순한 프랙탈은 무질서한(chaotic) 것이고, 복잡한 것이 아니다. 또 다른 예가 앞에서 언급한 단순한 기체가 될 수 있다. 이것은 매우 무질서적이다. 그것은 지금 언급한 개념으로 복잡한 것이 아니다. 실제적으로 모든 비선형적 시스템은 언제인가는 무질서적이기 때문에, 복잡성은 무질서의 존재를 의미한다. 그러나 그 역은 성립하지 않는다. 무질서는 아주 커다란 주제이다. 많은 기술적인 논문들이 발표되었고, 많은 이론들이 입증되어져 왔다. 그러나 복잡성이라는 주제는 이것보다 훨씬 더 크다. 그것은 무질서와 관련이 없는 많은 개념들을 포함하기도 한다. 무질서는 근본적으로 순수 수학이고, 지금까지 상당히 잘 알려져 있다. 복잡성은 아직까지도 거의 모든 것이 알려지지 않았다. 이것은 이론 물리학이나, 이론적인 어떤 학문에 좀 더 가깝다. 물론 일단 모양이 갖추어지면, 많은 수학들 아마도 많은 새로운 수학들이 사용될 것이다.“      


“그래서 무질서의 영역은 복잡성의 영역에서 매우 작은 부분적 영역이다. 이 두 개념의 가장 두드러진 차이는 다음과 같다. 하나의 복잡한 시스템은 항상 여러 등급(scales)들을 가지고 있다. 반면에 무질서한 시스템은 등급 n 이 지배적이고, 그보다 위의 확장된 등급 (등급 n-1)은 자가 조직이 되어진다 (즉, 부분들의 합보다도 크다). 그러므로 복잡한 시스템의 특성 목록에 항목을 하나 추가한다면, 복잡성은 무질서와 비무질서 사이의 교차영역을 포함하고 있다는 것이다. 사실 많은 사람들이 ”복잡성은 무질서의 경계영역에서 일어난다“ 라고 제안해왔었다. 그러나 아무도 이것을 확실하게 규명하지는 못했다.        


어느 경우에라도 기후 시스템, 유체의 난류, 산맥 등과 같은 프랙탈 타입의 무질서를 보잉 747기, 자동차, 컴퓨터, 엔진, 편모, 그리고 여러 다양한 생물체들에서 발견되는 복잡한 기능을 하는 상위 등급이나 단계들과 비교하는 것은 잘못된 것이다. 이것은 단순하게 사과와 오렌지를 비교하는 것이다. 그들 각각의 복잡성은 같은 것이 아니다.

 


Sean : http://necsi.org/projects/baranger/cce.pdf

Chaos, Complexity, and Entropy
A physics talk for non-physicists
Michel Baranger Center for Theoretical Physics, Laboratory for Nuclear Science and Department of Physics Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA and New England Complex Systems Institute, Cambridge, MA 02138, USAMIT-CTP-3112

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Quotes from Scientists

 

*참조 :

1. 질서 또는 무질서?   http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2008


번역 - 미디어위원회

링크 - http://naturalselection.0catch.com/Files/chaoscomplexity.html ,

출처 -

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2696

참고 :

Stephen Caesar
2005-06-17

컴퓨터상의 인공생명체는 설계자를 증거한다.

(Artificial Life Yet Again)


     최근에 소개된 이 칼럼에서는 컴퓨터 프로그래머에 의한 인공생명체(artificial life, a-life)의 창조와, 어떻게 이 인공생명체가 놀라울 정도로 실제 생명체의 특징들을 모방할 수 있었는지에 관하여 논의하였다. 결국 자연의 복잡성 뒤에는 절대적으로 설계자의 존재가 필요하다는 것이다. Scientific American 지의 2000년 11월의 이슈에 의하면, 컴퓨터 프로그래머들은 컴퓨터로 만들어진 동물들이 살게 되는 가상 환경들을 창조해 왔다. 대부분의 이러한 인공생명체들은 자연의 DNA를 모방한 특별한 자료(special data)들에 기초하고 있다. 그 자료에는 어떻게 그 인공생명체가 주변의 사이버 환경과 반응을 하고, 심지어 어떻게 번식될 것인지에 대한 (Carlson 2000: 112) 정보가 포함되어 있다. 실제 DNA를 모방하여 그 인공생명체는 무작위적인 돌연변이가 일어날 수 있도록 프로그램화 되어 있어서, 주변 사이버환경에 대한 적응력도 변화할 수가 있었다. 몇 분(이런 연구에 사용되는 컴퓨터는 처리속도가 빠르다) 안에 변이가 일어난 인공생물체들의 여러 번식단계를 거친 많은 세대들을 추적함으로써, 프로그래머들은 디지털 DNA의 ‘진화(evolve)’ (Ibid.)를 관찰할 수 있었다.


이러한 유사한 진화에서는 두 종류의 문제가 야기되었다. 첫 번째는 이 칼럼에서 여러 번 지적했던 것과 같이, 이런 비약적인 인공생명체는(DNA가 동물의 진화 원인이라 하더라도) 그 모든 것을 존재하게 하는 고도의 지적능력이 있는 설계자의 존재가 필수적이라는 것이다. 두 번째로, 더욱 중요한 것은, 이 프로그램화 된 인공생명체는 아메바가 결국에 사람이 되는 방법으로 “진화하지 않는다” 는 것이다. 이 인공생명체는 어느 정도 정해진 한계 내에서 근소한 개량(improvements) 과정만을 진행한다는 것이다. 다시 말하면 누군가의 컴퓨터에서 만들어진 인공생명체는 전 세계의 금융 시스템을 운영하는 슈퍼컴퓨터 안에서 결코 진화되지 않을 것이라는 것이다.


진화에 의해서든 아니든, 자연 속에 내재하는 놀라운 복잡성은 외부의 지적설계자를 필요로 한다는 결론에, 외부 지성이 개입하여 만들어진 인공생명체는 더 큰 힘을 실어주게 되었다. 예를 들면, 자연주의자들은 큰 무리의 새 떼들이 어떤 리더의 지시도 없이 동시에 무리가 빠르게 회전하는 능력에 놀라움을 금치 못해왔다. 창조론자들은 언제나 이러한 복잡한 것들은 절대적으로 설계자의 존재를 필요로 한다고 주장해 왔었다. 컴퓨터 프로그래머인 레이놀드(Craig Reynolds)는 새 떼들에서 볼 수 있는 그러한 현상을 알아보기 위해 창조자의 필요성을 보여주는 군집 새들의 모델(a model of flocking birds)을 만들었다. 그는 “보이드(boid)' 라고 불리는 인공생명체를 만들었는데, 그것은 비행하는 새들을 모방하여 다음의 세 가지 규칙을 따르도록 프로그램 되어졌다. 1) 어떤 보이드도 다른 보이드나 정지해 있는 물체에 근접하지 않는다. 2) 각각의 보이드는 자신 주변에 있는 다른 보이드와 같은 속도를 유지해야만 한다. 3) 각각의 보이드는 언제나 그 보이드 그룹의 중심 쪽으로 움직여야만 한다.


Scientific American 지는 그 결과를 보고하였다. “보이드가 처음에는 흐트러졌다가도 그들은 곧 무리를 형성하였다. 그 무리들은 사이버 공간 상에서 장애물을 만나게 되면, 두 그룹으로 나뉘어 졌다가 반대쪽에서 다시 그룹을 형성한다”는 것이었다. 더욱 중요한 것은 “레이놀드의 프로그램은 무리를 짓는 것(flocking)에 관한 내용이나, 무리가 항해 중에 장애물을 만나면 어떻게 해야하는 지...등에 대한 지침들이 거의 포함되지 않았다는 것이다. 그러나 보이드는 예측할 수 없었던 도전들에 대해 민감한 반응을 보이며 놀라운 정렬을 수행하였다.” (Ibid.).


또 다른 유사한 프로그램이 컴퓨터 프로그래머인 아리엘 도란(Ariel Dolan)에 의해서 만들어졌다. 그는 '플로이즈(floys)' 라고 불리는 육식성 보이드를 만들었는데, 이 보이드는 두 가지 명령에 복종하도록 되어 있었다. 즉, 다른 플로이즈들 가까이에(너무 가까이는 아니고) 머물라. 어떤 것이든 침입자 쪽으로 이동하여 공격하라. 이 두 가지 명령은 플로이즈가 무리를 짓는 결과를 가져왔다. 사이버 상에서 한 침입자가 나타나면, 한 플로이즈가 그것을 발견하고 침입자 쪽으로 이동을 하여 공격하였고, 무리에 있던 다른 플로이즈들은 그 뒤를 따라 공격하였다.


이것은 심지어 침입자로부터 멀리 떨어져 있는 플로이즈들이 침입자를 인식하는 데에도 적용되었다. 그들은 단순히 어떤 방향으로 빠르게 움직이고 있는 다른 플로이즈를 보고, 그 선례를 따랐다. Scientific American 에서는 이 결과들이 “상당히 주목”할 만하다고 (ibid.112-114) 보고했다. 진화론자들은 자연에서 새들에게서 일어나는 같은 현상을 볼 때, “그런 현상은 돌연변이에 의해서 우연히 생겨났다”고 주장한다. 그러나 레이놀드와 도란과 같은 지적 설계자(프로그래머)들은, 자연계에서 새 떼들이 콘서트를 연주하는 것과 같이 무리를 지어 날고 있는 경이로운 능력에서 보여지는 놀라운 복잡성이 유지되기 위해서는 창조자의 존재가 필수적이라는 것을 보여주고 있다. 

 


Reference

.Carlson, S. 2000. Boids of a Feather Flock Together. Scientific American 283, no. 5.

 

*Stephen Caesar holds his master’s degree in anthropology/archaeology from Harvard. He is a staff member at Associates for Biblical Research and the author of the e-book The Bible Encounters Modern Science, available at www.1stbooks.com.



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.rae.org/artificiallife.html 

출처 - Revolution Against Evolution, 2003.11. 30

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2694

참고 :

김정훈
2005-05-07

모래 위에 새겨진 글씨


     우리가 어느 날 바닷가를 거닐다가 모래 위에 새겨진 다음과 같은 글씨를 마주쳤다고 가정해보자. <영희는 철수를 사랑해>. 우리는 이내 사랑에 빠진 젊은 두 사람의 남녀를 머릿속에 떠올리며, 이 글씨는 적어도 그들 중의 한 사람에 의하여 쓰여졌음을 쉽게 짐작할 수 있을 것이다. 비록 주변에 수많은 모래가 널려있고 끊임없이 파도가 넘실거리지만, 어느 누구도 이 글씨가 오랜 세월에 걸친 파도의 움직임으로 저절로 쓰여졌다고는 생각하지 않을 것이다. 그것은 바로 우리가 이 글씨를 읽을 때에 그 속에 담겨있는 정보를 전해 받기 때문에, 정보를 의도적으로 전해줄 수 있는 지성체가 아니고는 이 글씨가 저절로 생겨날 수 없음을 경험적으로 잘 알기 때문이다.

그런데, 사람을 비롯한 모든 생물의 세포 속에도 이와 같이 어떤 내용을 전하기 위하여 부호화 된 정보가 마치 모래 위에 새겨진 글씨와도 같이 차곡차곡 쌓여져 들어가 있다는 사실을 아는가? 과학자들은 이 정보전달 물질을 가리켜 DNA라고 부르는데, 이 DNA야 말로 생물의 모양과 성질을 만드는데 필요한 모든 기본 정보를 담고 있는 일종의 설계 청사진과도 같다고 하겠다. 그렇다면, 과연 이 DNA 속의 정보는 누가 집어넣은 것인가? 한 가지 분명한 사실은 정보는 정보를 주는 자 없이는 저절로 생겨날 수 없다는 것이다. 그러므로, 우리의 세포 속에 우리의 모습을 세밀하게 설계한 자는 분명, 고도의 지성을 갖춘 자이어야 할 것이다.

진화론은 생물체 속의 정보조차도 우연 발생의 산물로 본다. 이 진화론의 영향을 받아 외계 지성의 존재를 찾기 위해 노력하고 있는 소위 SETI project 에서는 매년 수천만 불의 거금을 투자해가며, 우주에서 날아오는 라디오 신호를 분석하고 있는데, 아이러니컬하게도 그들의 주장에 따르면 단 한 줄의 의미 있는 정보를 포착하기만 하여도 그것은 외계 지성체의 존재를 증명하는 것이라고 한다. 단 한 줄의 의미 있는 정보? 결국 그들은 우리 몸 안에 있는 엄청난 분량의 의미 있는 정보는 지성체의 도움 없이 우연히 생겨났다고 간주하며, 우주에서 올지도 모르는 단 한 줄의 의미 있는 라디오 신호를 기다리며, 그것으로 지성체의 존재를 증명할 수 있다고 믿고 있으니, 이것이야말로 스스로 지혜 있다 하나 우둔한 자의 모습이 아니겠는가? (롬 1:22).

사실 우리 주변을 돌아보면, 모래 위에 새겨진 글씨와도 같이 지성체의 존재를 암시하는 흔적을 수없이 많이 발견할 수 있다. 그러므로, 만물을 연구해보면 그 속에 정보를 입력해 놓으신 창조주의 존재를 분명히 깨닫게 될 것이므로, 저희가 핑계치 못하게 될 것이라고 성경도 분명히 말하고 있지 않은가? (롬 1:20). 시편 기자는 노래하기를, 하늘이 하나님의 영광을 선포하고 궁창이 그 손으로 하신 일을 나타내며, 날은 날에게 말하고 밤은 밤에게 지식을 전하니, 언어가 없고 들리는 소리가 없어도 그 말씀이 세계 끝까지 이른다 하였다 (시 19:1-4). 할렐루야, 우리 주 하나님께서 영광과 존귀와 능력을 받으시는 것이 합당하오니 이는 주께서 만물을 지으심이라! (계 4:11).


-이브의 배꼽, 아담의 갈비뼈- 중에서


출처 - 이브의 배꼽, 아담의 갈비뼈

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2619

참고 :



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