세포 내에서 발견된 ‘맥스웰의 악마’는 지적설계를 가리킨다.

미디어위원회

2023-09-14

세포 내에서 발견된 ‘맥스웰의 악마’는 지적설계를 가리킨다.

(Maxwell Demon Secret : Intelligent Design)

David F. Coppedge

맥스웰이 추측했던, 엔트로피를 극복할 수 있는 방법에 대한 사례가 발견되었다.

열역학 제2법칙(Second Law of Thermodynamics)인 엔트로피 증가의 법칙(Law of Entropy)은 모든 과학에서 가장 성공적인 일반 법칙 중 하나이다. 닫힌계(closed system)에서 엔트로피는 증가한다는 것이 이 법칙이 말하는 것이다. 엔트로피(entropy, 무질서도, 이용할 수 없는 에너지)의 국소적인 감소는 다른 곳에서 더 큰 엔트로피의 증가로 보상되어야 한다. 토네이도가 도시를 건설하지 않고 파괴하며(여기를 클릭), 열이 고온에서 저온으로 이동하여 온도 평형을 이루는 것도 이 때문이다. 이 법칙을 위반한 사례는 알려져 있지 않다. 철학자들은 이 법칙(열역학 제2법칙)이 우리가 사건을 순서대로 배열할 수 있게 해주는, "시간의 화살"이라고 추측한다. 풍선이 터지거나 달걀이 깨지는 장면의 영상을 거꾸로 본다면, 우리는 시간이 거꾸로 흘러가고 있다는 것을 알 수 있다.

1867년, 19세기의 위대한 물리학자였던 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)은 열역학 제2법칙을 위반할 수 있는 한 방법을 상상했다. 더운 방과 차가운 방 사이의 벽에 스위치를 설치한다면, 뜨거운 분자가 더운 쪽을 통과하여 더운 쪽을 더 뜨겁게 만들고, 차가운 쪽을 더 차갑게 만들 수 있다. 이 가상의 스위치는 "맥스웰의 악마(Maxwell’s demon)"라고 불려져왔다.

물리학자들이 상상했던 ‘맥스웰의 악마’가 실제로 우리 세포 안에 존재한다(New Scientist, 2023. 8. 28). 알렉스 윌킨스(Alex Wilkins)는 맥스웰의 악마의 실제 사례가 살아있는 세포 내부에서 발견되었다고 말한다!

살아있는 세포의 내부와 외부에 있는 다양한 분자들의 농도가 다른 것처럼, 자연에는 뜨겁고 차가운 상자와 유사한 많은 "비평형 계(non-equilibrium systems)"들이 있다. 물리학자들은 오랫동안 맥스웰의 악마와 같은 어떤 것이 이러한 계에 작동되고 있을 수 있다고 의심해왔지만, 수학적으로 증명할 수는 없었다.

이제 스위스 로잔에 있는 스위스 연방 공과대학의 파올로(Paolo De Los Rios)와 그의 동료들은 세포막을 가로질러 분자를 운반할 수 있는 작은 단백질인 ABC 수송체(ABC transporters)가 맥스웰이 제안했던 악마와 똑같은 역할을 한다는 것을 보여주었다.

그것이 작동되는 방법

ABC 수송체는 농도가 낮은 부위에서 농도가 높은 부위로 분자들을 운반한다. 이 작업을 수행하기 위해 ATP 에너지를 사용하는데, 연구팀은 수송체가 수행하는 작업의 에너지를 측정한 결과 맥스웰의 악마처럼 작동한다는 결론을 내렸다.

아르헨티나 부에노스아이레스 대학(University of Buenos Aires)의 나후엘 프레이타스(Nahuel Freitas)는 "통계 물리학에서 현재 이해되고 있는 맥스웰의 악마에 대한 엄격한 개념과 ABC 수송체가 작동하는 방식 사이에 매우 구체적인 연결고리가 있다"라고 말한다. "그들은 은유(metaphor) 수준을 뛰어넘는 것이다."

.ABC 수송체의 작동 모델. <By alexanderaloy and stargonzales (Creative Commons license)> 한 결합 단백질이 게이트를 열고, 기질을 기계에 떨어뜨린다. 검증 후, 2 ATP를 사용하여 수송체가 열리고, 분자가 내부로 들어갈 수 있다. 그런 다음, 다음 작업을 위해 닫힌다.

컴퓨터 칩에서 볼 수 있는 연산 장치처럼, 그 단백질은 일종의 논리적인 'AND' 게이트처럼 작동한다고 나후엘은 말한다. 연구자들은 박테리아에서 그것을 발견했다.

"많은 분자기계들의 유사한 기능과 역할을 고려할 때, 맥스웰의 악마는 자연계에 널리 퍼져 있을 가능성이 높다"고 파올로는 말했다.

다윈에게 공로를 돌리다.

그러나 이러한 경이로운 과정을 창조주의 설계로 돌리지 않고, 자연이 수십억 년에 걸쳐 진화시켰다고 파올로는 말한다.

"자연은 이미 수십억 년 전에 그 규칙을 이해했다"라고 파올로는 말한다. "ABC 수송체는 모든 박테리아들에 존재한다. 그들은 정말로 정말로 오래된 것이다. 지구상 모든 생명체의 보편적 공통조상으로 거슬러 올라간다."

이 단백질들에 대해

.비타민 B12 흡수에 관여하는 ABC 수송체의 리본 다이어그램. (Public domain)

ABC는 "ATP 결합 상자(ATP binding cassette)"의 약자로서, 이들은 원핵생물과 진핵생물(식물, 동물, 인간) 모두에서 중요한 역할을 수행하고 있는 단백질 분자기계들의 큰 계통이다. 2009년 인간 유전체학(Human Genomics) 지에 실린 한 논문은 이 놀라운 분자기계에 대해서 이렇게 요약하고 있다 :

막-결합 수송 단백질(membrane-bound transport proteins)에는 근본적으로 다른 4 종류가 있다 : 그것들은 이온 통로(ion channels), 수송체(transporters), 아쿠아포린(aquaporins), ATP 구동 펌프(ATP-powered pumps)이다. ATP 결합상자(ATP-binding cassette, ABC) 수송체는 ATP 구동 펌프의 한 예이다. ABC 수송체는 식물, 곰팡이, 효모, 및 동물 뿐만 아니라, 모든 원핵생물에 보편적으로 존재하는 막-결합 단백질이다. 이 펌프는 기질을 세포 안으로(유입), 또는 세포 밖으로(유출) 이동시킬 수 있다. 포유류에서 ABC 수송체는 간, 장, 혈액-뇌 장벽, 혈액-고환 장벽, 태반 및 신장에서 주로 발현된다. ABC 단백질은 무기 음이온, 금속 이온, 펩타이드, 아미노산, 당, 다수의 소수성 화합물 및 대사산물을 포함하여 다양한 내인성 기질들을 혈장 막과 세포 내막을 가로질러 운반한다.

인간은 ABC 수송체를 위한 47개의 유전자들을 갖고 있다는 것이다. 즉, 이러한 분자기계들을 구축하는 기반은 유전체에 인코딩되어 있는 복잡한 특정 정보에서 비롯된다. 이는 지적설계(intelligent design)의 신뢰할 수 있는 지표이다.

Evolution News 지에 실린 나의 글 "생명체, 지적설계로 엔트로피와 싸우다(Life Fights Entropy with Intelligent Design)"(2021. 6. 8)도 참조하라.

2023년 8월 이달의 과학자로 제임스 클러크 맥스웰이 선정되었다. 여기를 클릭하여 그의 인생 이야기와 공헌에 대해 읽어보라.

------------------------------------------------------

컴퓨터의 논리 장치가 엔지니어와 프로그래머에 의해 만들어졌다는 것은 누구나 알고 있다. 그러나 살아있는 세포에서 발견되는 뛰어난 'AND' 논리 게이트는 무작위적인 과정에 의해 우연히 생겨났을 것이라고 주장되고 있다. 그들은 누구인가? 그들은 진화론자들이다. 그들은 다윈의 진화 과정은 무엇이든 만들어낼 수 있고, 심지어 똑똑한 교수를 바보로 만들 수도 있다.

맥스웰은 그의 '악마'가 사실은 유익한 천사와 같다는 사실을 알게 된다면 놀랄 것 같지 않은가? 이 분자기계들은 생명, 호흡, 사고를 할 수 있도록 하며, 생물권을 가득 채우고 있으며, 모든 동식물의 모든 세포들을 지탱하고 있다. 비유적으로 말하면, 맥스웰 자신의 몸은 물리학자들이 "맥스웰의 악마"라고 말하고 있는, 맥스웰의 천사들로 가득 차 있었던 것이다!

*참조 : 세포막의 Kir2.1 채널 : 세포내 한 분자기계의 나노 구조가 밝혀졌다.

https://creation.kr/LIfe/?idx=13001065&bmode=view

하나님의 단백질 펌프 : 분자 수준의 경이로운 설계

https://creation.kr/LIfe/?idx=14723002&bmode=view

핵공 복합체의 경이로운 복잡성

https://creation.kr/LIfe/?idx=15527346&bmode=view

경이로운 분자기계들이 우연히 생겨날 수 있을까? : ATPase의 작동을 보여주는 영상물

https://creation.kr/LIfe/?idx=12870896&bmode=view

최첨단 공학기술도 DNA의 초고도 복잡성에는 한참 뒤처져 있다.

https://creation.kr/LIfe/?idx=7417838&bmode=view

유전체를 유지하는 DNA 복구 시스템은 진화를 거부한다.

https://creation.kr/LIfe/?idx=15799785&bmode=view