경이로운 창조물들 - 식물

하등하다고 주장되는 원시 생물들이 어떻게 첨단 물리학을 알고 있었는가?

하등하다고 주장되는 원시 생물들이 

어떻게 첨단 물리학을 알고 있었는가?

(How Did Primitive Organisms Learn Physics?)

David F. Coppedge


   탄도학, 토목공학, 건축공학에 대한 영감을 줄 수 있는 사례들이 가장 단순한 생물들에서 발견되고 있다.


균류의 탄도학(ballistics). 사람들이 "우리 중에 곰팡이(fungus, 균류. 사상균이나 효모나 버섯 등을 포함)가 있다"고 말할 때, 그 말은 대게 칭찬으로 사용되지 않는다. 그러나 포자(spores)를 발사하기 위해 갖고 있는 그들의 대포를 본다면 아마도 생각이 바뀔 것이다. New Scientist(2017. 7. 26) 지는 균류의 대포가 빗방울(raindrops)에 의해서 방아쇠가 당겨지는 것은 정말로 멋진 방법이라고 말하고 있었다. 최근에 노스캐롤라이나 대학의 과학자들이 이 비밀을 이해할 때까지, 이 비밀은 한 세기 동안 완전히 설명되지 못했던 것이라고 레아 크레인(Leah Crane)은 보도했다.

생물학자들은 균류의 발사 메커니즘은 반-계란(half-egg) 모양의 포자와 상호작용하는 두 방울의 물방울, 즉 평탄한 면 위에 형성된 길쭉한 한 방울과, Buller’s drop라 불리는 포자의 둥근 기저부 근처에 놓여있던 작은 구형의 물방울이 관여한다는 것을 알고 있었다.... 

두 물방울이 합쳐지면, 표면적의 손실은 원래의 방울에서 표면장력을 유지하고 있던 에너지의 일부를 방출시킨다. 그 에너지는 부모 곰팡이에서 포자를 멀리 내보내는데 필요한 운동에너지로 변환된다.

이 비밀은 자가-청소(self-cleaning)가 되는 표면을 만드는데 응용될 수 있다고 크레인은 말한다. Phys.org(2017. 7. 24) 지는 곰팡이의 또 다른 비밀을 보도하고 있었다. 다른 유기체들이 그 에너지원을 활용할 방법을 찾지 못했을 때, 목재부후균(wood rot fungi)은 어떻게 나무를 소비할 수 있는 방법을 갖게 되었는가? 그들은 효소가 아니라, 기본적으로 화학을 사용하는, "바이오매스 전환(biomass conversion)“을 사용하고 있었다.(효소들이 만들어지고 그 과정에 사용되지만).  킬레이트화제(chelators)가 세포벽 안으로 들어가 세포벽을 부수어서, 곰팡이는 좋은 재료에 도달하게 되고 그것을 먹을 수 있게 된다. 자넷 라스롭(Janet Lathrop)은 곰팡이가 숲 생태계에 얼마나 중요한지에 대해서 이야기하고 있었다.


해면동물의 토목공학. 진화론자들에 의해서 하등한 생물이라고 말해지는, 해면동물(sea sponges)은 공학자들에게 영감을 줄 수 있는 것이 없어 보인다. 그러나 Phys.org 지의 한 기사는 해면동물을 다시 보게 만들고 있었다. "자연에서 믿어지지 않는 토목기사인, 해면동물로부터 배우게 된 새로운 기술". The Conversation(2017. 8. 4) 지의 한 기사는, 해면동물이 강도(strength)와 경량화(light weight) 사이에서 바람직한 균형을 이루고 있는 방법을 설명하고 있었다.

.비너스의 꽃바구니(Venus Flower Basket), Credit: Kesari Lab/Brown University


부드럽고 질퍽한 주방 스폰지와는 달리 내가 연구하는 해양 스폰지인 유플레크텔라 아스페르길룸(Euplectella aspergillum, 비너스의 꽃바구니)은 뻣뻣하고 강하다. 그것은 놀랍게도 복잡한 골격을 가지고 있는데, 이는 사람의 머리카락보다 굵지 않은, 침골(spicules)로 알려진 복잡한 섬유 집합체로 이루어져 있다. 그것의 구조적 기능은 에펠탑을 구성하는 수천 개의 빔(beams)과 매우 흡사하다.

그는 단순해 보이는 해면동물에 대해 감탄하면서, 자연선택에 대한 이야기를 길게 하고 있었다. "자연선택을 통해, 더 나은 디자인을 가진 생물은 더 나쁜 디자인을 가진 것보다 오래 살고, 그 디자인의 청사진을 유전자를 통해 후손들에게 넘겨준다.“ 독자들이 그의 말을 믿지 않을 것이라고 생각하는지, 그는 이것을 강조하고 있었다.


단백질 건축가. 단백질들은 생물 세포를 구성하는 단지 일부분의 구성요소이다. 그러나 그들은 건축의 대가이다. 그들은 신경세포에서는 클라스린(clathrin) 케이지를 만들고, 바이러스(생물도 아닌)에서는 DNA를 20면체 용기로 단단히 포장한다. PNAS(2017. 8. 8) 지는 "구형 껍질의 단백질 패킹에서 20면체 대칭(icosahedral symmetry)을 넘어서는“이라는 제목의 논문에서, 이러한 초소형 기계들이 어떻게 작동되는지를 이해하는 것은 중요하다고 설명하고 있었다 :

현미경 스케일로 인공구조물의 설계와 제작은 현대 나노기술(nanotechnology)의 핵심 목표 중 하나이다. 자연에서 영감을 받아, 최근에 준-구형의 껍질 또는 케이지 내에서 합성생물학적 빌딩블록이 자가-조립(self-assemble)되는 것을 설계해왔다. 많은 천연단백질 빌딩블록들이 고도로 대칭적인 질서정연한 껍질(예: 바이러스) 내에서 자가-조립되는 반면, 우리의 연구는 합성 빌딩블록에서 작은 (불가피한) 유연성이 놀랍게도 안정적인 배치를 무질서하게 유도한다는 것을 보여주었다. 우리의 연구는 구성 요소의 유연성을 조정하면, 패킹의 규칙성을 제어할 수 있으며, 결과적으로 합성 케이지의 표면 특성을 제어할 수 있다는, 새로운 설계 패러다임을 제공하고 있다. 

저자들은 "그 유연성을 최적화하는 것이 표면 특성을 완벽하게 제어할 수 있는, 규칙적인 합성케이지를 얻는 가능한 설계 전략이 될 수 있음"을 발견했다는 것이다.

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최고의 과학자들이 복제하기를 원하는 경이로운 기술들이 어떻게 하등하다고 말해지는 원시 생물들에 들어있는 것인가? 이러한 고도의 첨단 기술이 무작위적인 방법으로 모두 우연히 생겨났는가? 도브잔스키는 생물학에서 진화의 개념을 빼면, 의미가 있는 것은 아무 것도 없다고 말했었다. 생물학에서 지적설계를 빼면, 의미가 있는 것은 아무 것도 없다.


출처 : CEH, 2017. 8. 26. 

주소 : https://crev.info/2017/08/primitive-organisms-learn-physics/

번역 : 미디어위원회




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