페일리의 시계가 생물체 내에서 발견되었다.

창조과학미디어

2018-04-02

페일리의 시계가 생물체 내에서 발견되었다.

(Paley’s Watch Found)

David F. Coppedge

생물체 내에 실제로 시계(watch)가 있었다. 그것은 우리 몸 안에도 있다.

시계란 무엇인가? 시계에 대한 하나의 예가 있다. 윌리엄 페일리(William Paley)는 1805년에 다윈에게 영향을 줬던 책인 ‘자연신학(Natural Theology)’에서, 그의 유명한 "시계공 논증(watchmaker argument)"을 발표했다. 페일리는 벌판에서 시계 하나를 우연히 발견했을 때, 유추해볼 수 있는 것을 묻고 있었다. 시계는 어떻게 있게 되었는가? 제작자가 있어서 제작한 것일까, 우연히 저절로 생겨난 것일까? 페일리는 설득력 있는 분석을 통해, 마이클 베히(Michael Behe, ‘다윈의 블랙박스’의 저자)의 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducible complexity, 환원 불가능한 복잡성)’과 더글라스 엑스(Douglas Axe)의 ‘기능적 전체(functional wholes)’라는 논쟁에 영향을 주었다. 페일리의 "시계공 논증"은 지적설계를 위한 논리적 주장의 기초를 놓았던 것이다.

모든 시계들이 시계는 아니기 때문에, 시계의 다른 예들이 페일리의 주장을 지지하는지를 확인해야한다. 매일 자전하는 지구를 일종의 시계라고 말하며 페일리의 주장을 논박할 수도 있겠지만, 이것은 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducibly complex)’이 아니다. 논쟁의 요점은 설계된 시계는 정확하게 시간을 가리키는, 하나의 목적을 갖기 위하여 조직되어 있다는 것이다. 자전하는 지구는 시간을 가리키고 있지 않다. 시계는 시간이 얼마나 흘렀는지를 알기 위한 목적으로 사람에 의해서 만들어진 것이다. 그리스 사람은 물시계를 갖고 있었다. 초기 중세시대의 사람들은 모래시계를 가지고 있었다. 크리스티안 하위헌스(Christian Huygens)는 진자시계를 발명했다. 과학이 발전함에 따라, 스프링과 기어를 사용하는 시계가 만들어졌고, 전자시계, 원자시계는 놀라운 정확도를 갖도록 발전되었다. 이제 시간을 측정하는 장치들은 매우 정확하여, 과학자들은 천문학적 현상과 동시화시키기 위해 수년마다 약간의 시간을 조정하고 있으며, GPS 위성에서 일어나는 극히 작은 차이도 보정하고 있다.

페일리의 비평가들은 모래시계와 같은 초기의 시간 계측 장치는 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducibly complex, IC)’이 아니라고 말할 수도 있다. 왜냐하면 자연에서 유사한 반복적인 과정은 사람에게 시간 정보를 제공할 목적으로 발생하지 않았다고 하더라도, 시간을 추론하는데 사용될 수 있기 때문이다. 예를 들어 밀물과 썰물, 나일강의 상승 및 하강, 또는 정기적인 간헐천의 분출 등이 그러할 수 있다고 주장한다. 그러나 사람의 시계는 확실히 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’이 될 수 있다. 자연주의적 과정으로 현대의 원자시계가 우연히 만들어졌을 것이라고는 아무도 생각하지 않는다.

‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’ 시계의 한 가지 특징은 기능을 수행하기 위한 스위치들이 들어있다는 것이다. 시계에서 자주 볼 수 있는 것은 어떤 작동을 켜고 끄는 기계적 장치들이다. 알람을 설정하는 것도 하나의 예일 수 있다. 오늘날 스마트폰 시계는 모든 종류의 응용프로그램들을 전환할 수 있는 스위치를 갖고 있으며, 시간이 지나면 원하는 기능을 인터넷으로 연결하여, 멀리 떨어진 곳에서 가전기기를 작동시킬 수도 있다. 모래시계는 이러한 추가적 기능들이 부족하다. 독립적인 다른 기능으로 전환될 수 있는 시계를 볼 때마다, ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’에 가까워지고 있다. 수많은 기능들을 켜거나 끄고, 동시에 외부 입력에 응답하여 반응하고, 엄격한 제약 조건 내에서 이러한 기능이 조절되고 있다면, 이것은 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’에 대한 매우 설득력 있는 사례가 된다. 1805년 시대에 페일리의 시계가 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’이었다면, 시간이 흐름에 따라 적응하고, 스위치를 켜거나 끄고, 전체를 조절하는 시스템은 얼마나 더 복잡한 것일까?

생체 시계

이제 우리는 그러한 시계가 존재한다고 말하려고 한다. 모든 살아있는 생물체 내에는 일주기시계(circadian clock, 생체시계)가 있다. Science(2018. 3. 16) 지는 최근 생체시계에 관한 논문 모음집을 발표했다. Perspective의 기사에서 밀리우스(Millius)와 우에다(Ueda)는 생물체가 일주기 메커니즘을 필요로 하는 이유와, 생체시계에 관해 늘어나고 있는 새로운 지식에 대해 논의하고 있었다 :

규칙적인 유전자 발현, 세포 활동, 또는 생리적 행동의 변화에 의해서 측정될 수 있는, 내부 생물학적 리듬인 일주기시계(생체시계)는 생물체가 환경에서 매일의 주기적 변화를 예상할 수 있도록 해준다.

.Credit: Illustra Media

인용문에 의하면, 시계 메커니즘은 일련의 정보인 유전자(genes)들에서 비롯되는 것으로, 자연의 법칙(밀물 썰물과 같은)을 따라 일어나는 단순한 주기 같은 것이 아니라는 것이다. 또한 이러한 유전자들은 세포활동이나 생물체에 중요한 행동과 활동에 대한 스위치를 켜고 끌 수 있다는 것이다. 유전자들은 햇빛과 같은 외부적 환경의 변화에 맞추어 조정될 수 있다. 생체시계가 스위치를 켜서 작동되는 기능들은 다수가 있다, 그 기사는 그것을 말하고 있었다. 그 결과는 개별 단백질이나 기관의 형성에서부터, 생물 몸 전체에 이르기까지, 모든 스케일에서 발생한다. 더욱 흥미로운 사실은 조직(tissues) 사이에서 시간을 계측하는 기능들이 서로 다르다는 것이다. 이는 일주기성 생체리듬의 조절이 각 조직, 각 장기, 전체 생물(예로 야행성 동물)에 맞추어져 있음을 가리킨다. 다음은 한 영장류인 올리브개코원숭이(olive baboon)의 조직에서 유전자 발현을 측정했을 때, 연구자들이 발견한 복잡성의 예이다 :

연구자들이 유비쿼터스 발현 유전자라고 부르는, 약 11,000개의 전사인자(transcripts)들이 64개의 모든 표본 조직에서 발현되고 있었다. 여기에는 DNA 수리, 전사, 단백질 항상성과 같은 기본적 세포기능에 관여하는 많은 유전자들이 포함된다. 이들 어디에나 존재하는 발현 유전자들의 대부분은 적어도 하나의 조직에서 주기적인(rhythmic) 것이지만, 조직 간의 주기적 유전자들은 거의 중복되지 않고 있었는데, 이것은 조직 특이적 메커니즘이 진동 발현(oscillatory expression)을 조절하고 있음을 가리키는 것이다. 예를 들어, 간에서 주기적으로 발현되는 한 유전자는 심장에서 구성 요소로써 발현되고 있었다. 유비쿼터스로 발현되는 유전자들은 기본적인 생물학적 과정들을 제어하고 있기 때문에, 그들의 발현 시기는 조직의 전반적인 기능에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 갑상선 또는 부신에서 토세포현상(exocytosis)의 일주기 조절은 내분비 인자(endocrine factors)들의 주기적 분비를 가능하게 할 수도 있는데, 이것은 토세포현상의 시기가 기능면에서 덜 중요한 다른 장기와 비교된다.

전장 유전체 시계

Science(2018. 3. 16) 지에 게재된 또 다른 논문에 의하면, 전장 유전체(whole genome)는 그 자체가 일주기 항상성을 유지하도록 조직화되어 있다는 것이다. 즉 외부적 섭동에도 불구하고, 정확한 시간 계시가 가능하다는 것이다.

유전체의 먼 부위 사이의 물리적 접촉 가능성에 대한 지도(maps)는 유전체가 고도 국소적인 인트라도메인 염색질섬유(intradomain chromatin-fiber)의 접촉 빈도를 보여주는, 위상학적 관련 도메인(topologically associating domains, TADs)으로 조직되어 있음이 밝혀졌다. TAD가 억제됨으로써, 증강 프로모터(enhancer-promoter, E-P) 접촉의 특이성이 증가된다는 것을 고려하여, TAD 형성의 메커니즘과 동력학이 심도 있게 연구되고 있는 중이다.

.Credit: Illustra Media

유전자 발현을 조절하는 이 조직은 항상성에서 예상되는 것처럼 매우 특이적이다. 그러나 그것은 또한 유연성을 보여준다. Science(2018. 2. 8) 지의 또 다른 논문은 생체시계가 안정적 일뿐만 아니라, 변화하는 조건에도 적응할 수 있다는 것을 보여주고 있었다 :

외부 신호에 반응하여 표현형을 변화시킬 수 있는 힘인, 표현형의 유연성(plasticity)은 환경 변화에 적응할 수 있게 해주고, 탄력적인 유전자 조절을 필요로 한다. 적응적 유연성의 한 정교한 예는 생리학, 대사활동, 행동에서 24시간 주기를 확립해주는 일주기 생체시계이다. 빛과 음식 섭취와 같은 외부의 시간 신호가 변동될 때, 재설정될 수 있기 때문에, 일주기성 항상성은 빛에 민감한 생물체가 매일의 환경 주기를 예측하고 적응할 수 있게 해준다. 1274 페이지의 이 이슈에 대한 글에서, 김(Kim et al.) 등은 쥐에서 생리적 일주기 동안 전사 유연성에 대한 유전체 전체의 복잡성을 엿볼 수 있게 해주며, 이것은 우리에게 생체시계의 조절 실패와 관련된 질병들을 이해할 수 있게 해준다.

세포주기 시계

또 다른 유형의 시계는 과정들이 적절한 순서로 일어나도록 보장하고 있기 때문에, 낮 시간을 알 필요가 없었다. 사업 프로젝트 관리자들은 다른 단계를 시작하기 전에 완료해야 할 단계와 같은, 프로젝트 단계들의 순서들이 배치되어 있는, 간트 차트(Gantt charts) 또는 퍼트 차트(Pert charts)와 친숙하다. 프로젝트 책임자는 단계마다 이루어져야하는 사건에 기초하여, 다음 단계를 진행할지 안할지를(go or no-go) 결정하기 위한 체크 포인트를 설정할 수 있다. 그것이 세포가 하고 있는 것이었다. 세포는 자신을 복제할 때 정확히 그러한 일을 하고 있었다. Phys.org(2018. 3. 26) 지는 단백질들이 세포주기를 어떻게 조절하는 지를 보여주고 있었다.

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세포 분열(cell division)은 모든 생명체의 기초이다. 이 복잡한 과정에서 가장 작은 오류조차도 암과 같은 중대한 질병을 일으킬 수 있다. 특정 단백질은 적절한 세포분열을 위해서, 특정 시간에 켜지거나 꺼져야 한다. 마틴 루터 대학의 생물물리학자이자 의학생화학자인 할레 비텐베르크(Halle-Wittenberg)는 이 과정의 기본 메커니즘을 설명했다. 그들은 세포의 서로 다른 신호전달 경로가 어떻게 단백질들의 구조를 변화시켜 정확한 시기에 정확한 방향으로 세포 분열주기를 유도하는지를 보고했다. 연구자들은 그들의 발견을 National Academy of Sciences의 Proceedings 지에 발표했다.

세포 주기는 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducibly complex, 환원 불가능한 복잡성)’이라는 것을 누구도 의심하지 않는다 :

세포주기는 극도로 복잡하고 정확하게 진행되는 과정이다. "모세포는 기존 유전자들을 두 배로 갖고 있는데, 딸세포로 나눠진다. 이렇게 하기 위해서는, 매우 특정한 시기에 수많은 유전자들의 스위치를 켜고 꺼야한다"라고 MLU의 생물물리학자인 요첸(Jochen Balbach) 교수는 말한다. 세포주기는 여러 단계들로 세분화 된다. 이들은 CDK 억제제(CDK inhibitors)라 불리는 억제 단백질로 알려진 것들에 의해서 조절된다. 적색 신호등처럼, 이들 단백질들은 세포가 관련 시작 신호를 줄 때까지, 다음 단계로의 전환을 차단한다.

결론

페일리의 시계가 발견되었다. 그것은 벌판에서 발견한 시계처럼, 항상 생물체의 몸 안에 있었다. 흥미로운 점은 그 시계는 페일리가 상상했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것이다. 벌판에서 발견된 비교적 간단한 시계도 지적설계를 추론하기에 충분했다면, 앞에서 기술한 조절되고, 유연하고, 주기적인, 극도로 정교한, 초미세한 생체시계들은 더더욱 우연히 생겨나기 어려운 것들이 아니겠는가?

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진화론자들은 의심할 여지없이, 모든 복잡성과 함께 사람의 24시간 생체시계도 진화된 것이라고 주장할 것이다. 일부 초기 미생물은 일주기 활동을 조절하는 것이 유익하다는 것을 알게 되었고, 이후 생물에서 그것은 더 좋아졌고, 장구한 시간이 흐른 후에, 우리 몸에 생체시계가 있게 되었다고 주장할 것이다. 이 주장에 어떻게 반응해야할 지를 생각해 보라. 우리는 앞으로의 자연선택에 대해 더 많은 글들을 게재할 것이지만, 3월 13일의 글부터 살펴보라 : “자연선택인가? 아니다. 운자선택이다.“ 진화론적 적응이란 무엇인가? 그리고 자연선택(선택은 기존에 있던 것들 중에서 고르는 일)이 새로운 기능이나 기관을 창조해낼 수 있는가? 새로운 기관에 대한 유전정보들은 어떻게 생겨났는가? 정보도 무작위적인 과정으로 생겨날 수 있는가?

*관련기사 1 : [2017 노벨 생리의학상] 생체 시계의 비밀을 밝힌 과학자들 (2017. 10. 2. 동아사이언스)

http://m.dongascience.com/news.php?idx=20007

생체시계: “낮과 밤 따라 몸은 하루주기로 돌아간다” (2017. 10. 10. 사이언스온)

http://scienceon.hani.co.kr/553479

생체시계 비밀 밝힌 美과학자 3명 노벨생리의학상 수상 (2017. 10. 2. 연합뉴스)

https://www.yna.co.kr/view/AKR20171002045252009

똑딱똑딱~ 내 몸엔 생체시계가 있다! / YTN 사이언스 (동영상)

https://www.youtube.com/watch?v=CMNxCVqswdE

*관련기사 2 : 생체시계 반란으로 어둠 속의 스트레스 불면 (2010. 12. 30. 경향신문)

https://www.khan.co.kr/life/health/article/201012302051235

생체 시계, 면역 반응과 밀접한 영향 있다 (2019. 9. 27. 헬스인뉴스)

http://www.healthinnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=11724