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"DNA와 단백질은 상호의존적인데 어떻게 동시에 우연히 만들어졌다고 볼 수 있나?" - 창조론자가 진화론자에게 던지는 10문 그 10답

1 열역학 제1법칙은 우주의 에너지 총량은 항상 일정하며, 창조되거나 소멸되지 않는다고 한다. 그렇다면 진화론에서 주장하듯 오랜 시간이 주어진다면 저절로 창조주없이우주가 생길 수 있을까?

- 우주의 구조와 기원, 진화과정을 연구하는 현대 우주론의 뿌리는 아인슈타인의 상대성이론과 허블의 법칙이다. 이 이론은 우주전체가 팽창하고 있다는 것을 얘기해 주고 있는데 이를 역으로 거슬러 올라가면 1백억~2백억년 전에는 우주의 모든 물질이 한 점에 모여 있었다는 결론에 도달할 수 있고 그같은 무한의 밀도상태에서 대폭발을 일으켜서 현재의 상태로 진화해왔음을 보여준다. 이렇게 우주의 진화과정을 설명하는 것을 빅뱅(BigBang)우주론이라고 하는데 이 이론은 현대 우주론의 주류다.

이 질문은 결국 대폭발 이전에도 우주나 인간이 존재했는가 하는 문제와 직결될 수 있다. 이에 대한 현재까지의 이론적 연구결과는 이렇다. 대폭발이전의 무한의 밀도상태는 물리법칙의 지배를 받지 않을 뿐더러 대폭발이후에 일어나는 일들과도 아무런 관계가 없다는 것이다. 즉 대폭발 이전과 이후는 서로 다르며 대폭발 이전의 상태는 결코 알 수가 없다는 얘기다. 우리가 포함돼 있는 우주에 대한 연구는 때로 과학이상의 신학이나 철학적인 사고를 필요로 하지만 직접적으로 우주의 기원에 대해 설명해 주지 못하는 열역학 제1법칙, 즉 우주의 총에너지는 일정하며 생성되거나 소멸되지 않는다는 사실을 근거로 우주의 기원을 창조주로 돌리려 하는 것은 과학적인 태도가 아니다.
 

2 천문학자이며 무신론자인 영국의 프레드 호일경은 지구상에서 생명이 우연히 생길 수 있는 확률은 10의 4만승분의 1이라고 했다. 그래서 그는 결론적으로 "창조주가 있음에 틀림없다”고 했다. 프레드 호일경의 생명의 기원에 대한 확률론적 고찰에 어떤 문제가 있는가?

- 프레드 호일경의 계산은 우주에 생명체가 있을 만한 행성(${10}^{31}$)에 지구 만큼의 대양(${10}^{49}$물분자)이 있다는 전제 아래서 출발한다. 그는 또 물분자 만큼의 아미노산 양이 존재했고 이러한 아미노산이 매초마다 연결되고 분해되는 반복을 1백억년의 우주역사 동안 계속했다고 했을 때 나타날 수 있는 단백질의 수를 계산했다. 그는 가장 간단하면서 (독립적인 생활능력이 있는 생물체는 4백 개의 아미노산으로 이뤄진 1백24종류의 단백질로 구성된다고 보았다. 호일경은 이러한 단백질이 나타날 확률이 너무 작기 때문에 결론적으로 생물의 기원은 절대자라고 주장했다.

하지만 그의 주장에는 오류가 있다. 오류는 다음과같다.

첫째 생명체가 우주에서 자연적으로 탄생될 확률을 계산하려면 최초의 생물체와 그 등장시기의 우주에 대한 정확한 지식이 있어야 한다. 그러나 우리는 아직 생물이 어떻게 생성됐으며, 최초의 생물체의 특성은 어떠했는지에 대해 알지 못한다. 또 그 시기는 언제였으며, 그 시기의 우주는 어떠 했는지에 대해서도 캄캄한 상태다. 비록 간접적인 증거를 내세운 여러 학설이 존재하고 있지만 아직 대부분이 베일에 싸여 있다.

호일경은 최초의 생명이 현재 우리가 볼 수 있는 생물이라는 가정하에서 자신의 이론을 전개시키고 있다. 그런데 현재 존재하는 생물은 아무리 단순한 것이라 할지라도 수십억년에 걸친 진화의 결과다. 특히 초기에 자연적으로 생성된 생물은 현재와는 현저히 달랐을 가능성이 크다. 특히 현생물체를 구성하는 다중결합체중 이론적으로 그 수가 가장 많은 단백질을 지적, 초기의 생물이 이 단백질의 조합으로 이뤄졌다는 가정은 창조론을 유도해내기 위한 근거일뿐 초기생물에 대한 근거가 될 수 없고 그럴 가능성도 없다. 이러한 근본적인 오류로 인해 호일경의 주장은 일고의 가치가 없지만 계산과정에서 거론된 단백질에 대한 지식 중에도 틀린 데가 많다. 둘째 4백개의 아미노산으로 구성된 단백질의 수중 한 단백질의출연 가능성을 ${40}^{-400}$으로 계산했는데 이는 하나의 아미노산 배열이 다른 단백질은 고유의 기능이 달라진다는, 즉 단백질이 고유기능을 지니는데 있어서 그 아미노산 배열이 절대적으로 중요함을 전제하고 있다.

그러나 현재 알려진 지식만으로도 이 가정은 터무니 없이 과장돼 있음을 알 수 있다. 그 근거는 이렇다. 일반적으로 아미노산의 치환에 따른 기능의 손실은 일부분으로 제한돼 있다. 또 맡은 역할이 중요한 아미노산이라 할지라도 20개의 아미노산 중에는 서로 비슷한 성질을 갖는 아미노산이 다수 존재하기 때문에 대개의 경우 이러한 아미노산은 치환이 가능하다. 그리고 단백질은 3차원적인 구조가 그 기능과 밀접한 관계를 갖고 있기 때문에 기능에 영향을 준 한 아미노산의 치환이 다른 부위의 아미노산 치환으로 인해 그 기능이 되살아 나는 경우도 흔하다. 이런 세가지 이유로 아미노산 배열이 다른 무수히 많은 단백질도 서로 같은 기능을 가질 수 있다.

셋째 아미노산 4백개로 구성된 1백24개의 단백질이 생길 확률을 호일경은${({40}^{-400})}^{124}$로 계산했는데 이는 서로 다른 기능을 가지려면 반드시 그 길이가 달라야 한다는 가정에 근거한다.

그런데 아미노산 배열의 차이에 따라 길이가 같은 단백질이 서로 다른 기능을 가질 가능성은 얼마든지 있다. 만일 4백개의 아미노산으로 구성된 단백질이 각기 다른 1백24개의 단백질의 기능을 갖는다고 하면 호일경의 계산은 오히려 124×(${40}^{-400}$)으로 증가한다.

3 밀러의 실험은 기본적으로 원시 지구대기는 수소 암모니아 메탄 등 환원성 대기였다는 전제를 바탕으로 실시됐다. 그러나 아폴로 우주선의 연구결과는 지구상의 대부분의 산소는 물분자가 자외선에 의해 분해돼 생성됐음을 말하고 있다. 또 금성 화성 등으로 쏘아올린 인공위성 탐색결과를 지켜본 지구물리학자들은 밀러의 실험이 애초부터 잘못됐음을 인정하고 있다. 그들은 한결같이 초기 지구대기의 주성분은 탄산가스와 질소라는 결론에 도달했다. 그렇다면 그 전제가 잘못된 밀러실험과 생명기원을 더 이상 연관시키는 것은 옳지 않다. 원시대기에 산소가 없었다면 자외선이 많아져 만들어진 아미노산이 다 분해됐을 것이고 만약 산소가 있었다면 아미노산은 아예 처음부터 만들어질 수도 없는 것이 아닌가?

- 밀러는 그의 대학원 시절 지도교수였던 노벨상 수상자 유례이(H. Urey)가 제안한, 원시지구의 대기성분이 메탄과 암모니아와 같은 환원성 기체일 것이라는 가설을 바탕으로 유명한 밀러의 실험을 수행했다. 그는 이 실험을 통해 생명체의 구성물질이 자연적으로 생성됨을 보여 주었다. 그러나 그뒤 실험의 기초가 되는 원시대기에 대한 가정이 잘못된 것일지도 모른다는 견해가 등장했다. 이때부터 그와 관련된 실험이 잇따라 시도된 결과, 화산작용으로 인해 분출된 이산화탄소와 질소가 원시대기의 주성분이었을 것이라는 수정제안이 나오기에 이르렀다. 물론 이러한 대기조건은 아미노산 같은 생명의 구성물질의 합성을 용이하지 않게한다.

이에 대해 두가지 측면을 생각할 수 있다. 하나는 원시대기에 대한 새로운 모델 또한 마찬가지로 분명한 증거가 없으며 밀러의 가정을 지지하는 학자들도 많다는 점이다. 다른 하나는 밀러의 조건의 보완이다.

그중 한 예를 들면 생명체가 지구표면이 아닌 대양의 깊은 곳에서 생기기 시작했다는 것이다. 실제로 1970년 말에 대양지각에서 발견된 열수분 출구(hydrothermal vent)는 움직이는 두 지력판상체(tectonic plate) 사이에서 형성되는 것으로 여기서 뜨거운 환원성 기체가 엄청나게 분출되고 있다. 이곳은 환원성 기체가 풍부한데다가 바다 밑이기 때문에 자외선이나 산소를 걱정할 필요가 없는 지역이다.

4 화학적 방법에 따라 아미노산이나 당류의 합성이 이뤄질 때 항상 입체이성체가 생성되는데, 생명체 안에 있는 아미노산이나 당류는 모두 광학활성이 있는 이성체들이다. 이들이 어떻게 자연상태에서 분리될 수 있었을까?

- 오늘날 모든 생물체는 핵산에 L-리보스가 아닌 D-리보스를 가지고 있다. 그 결과 DNA의 구조는 우선형이 아닌 좌선형이며 마찬가지로 단백질의 구성단위인 아미노산도 D형이 아니라 L형이다. 화학적 방법에 의해 생긴 동량(同量)의 두 형이 어떻게 해서 분리돼 하나의 형만이 쓰이게 됐느냐 하는 의문은 초기의 핵산과 단백질의 합성에 관여하는 기구와 밀접히 연관됐으리라 추측할 수 있다.

이러한 기능을 갖는 초기의 효소가 D형과 L형으로 구성돼 있었다 할지라도 직접적으로 효소반응에 관계하는 활성부위가 거울상을 구분할 수 있는 구조로 될 수 있을 것이다. 이 경우 D형과 L형을 구분할 수 있게 된다. 그후 보다 능률적이고 정확한 기능을 지닌 이러한 효소의 자연선택으로 광학이성체의 구분이 더욱 증가됐다고 볼 수 있다.

5 단백질이 형성되려면 DNA가 있어야 하고 DNA가 복제되고 전사하는 과정에서 단백질이 필요하다. 이처럼 DNA와 단백질은 상호의존적인데 어떻게 동시에 우연히 만들어졌다고 보는가?

- 종전에는 단백질만이 보유하는 기능으로 알려졌던 화학반응 촉매기능을 RNA도 지닐 수 있다는 사실이 발견됐다. 이 일로 체크(Cech)와 알탐(Altamn)은 1989년 노벨상을 수상했다.

이로써 첫번째 생물은 자기 자신을 복제할 수 있는 기능을 갖고 있는 RNA였을 것이라는, 소위 ‘RNA 세계’(RNA world) 가설이 제기됐다(DNA에 저장된 유전정보는 단백질로 번역되기 전에 일단 RNA로 전사된다).

자기 복제하는 RNA가 진화함에 따라 단백질을 합성하게 되고 이른바 세포막 등 생물체에 필요한 여러 물질을 합성하고 결국 유전정보를 DNA에 저장하게 됐다는 것이다.

이를 뒷받침할만한 여러 관찰들이 보강됐는데 실제로 자기복제와 효소기능을 갖는 RNA가 발견 됐다.

또 다른 가설은 단백질도 DNA도 아닌 제 3의 물질이 최초의 생물이었을 것이라는 의견이다. 예를 들면 미국 MIT의 리복(J. Rebok. Jr)교수가 합성해낸 AATE(amino adenosine triacid ester)라는 유기물질은 자기복제를 스스로 할 수 있는 기능을 갖고 있다.

이러한 가설들은 아직 보완해야 할 점이 많이 있지만, 소위 닭이 먼저냐 계란이 먼저냐 하는 딜레마에 대한 접근방법을 제시해 주고 있음을 주목할 필요가 있다.

6 지구상에 현존하는 약 1백50만종의 생물들은 분명한 유전법칙에 따라 각기 종(種)을 번식해 가고 있다. 그런데 화석기록으로 보면 옛날에 살았던 생물들도 현존하는 생물들처럼 완전한 형태의 생물들을 보여줄 뿐이다. 다시 말해 한 종에서 다른 종으로 변했음을 분명히 보여 주는 것은 하나도 없다. 실제로 유전학적 한계가 처음부터 분명하게 그어진 생물들이 번식해가고 있고 화석기록은 그것을 입증하고 있다. 따라서 창조론적 해석은 아무런 무리가 없는데도 불구하고 진화론적 설명만을 자연과학적 이론이라고 주장하는 이유는 무엇인가?

- 생물의 진화에 있어 새로운 생물의 출현을 나타내는 중간단계의 화석이 발견되지 않는 경우를 가리켜 '잃어버린 사슬’(missing link)이라고 한다. 중간화석이 희귀한 이유는 종분화의 특성과 지질 현상에 기인한다고 본다. 그 이유를 좀더 구체적으로 알아보자.

첫째 화석계열에 있어서 진화의 속도는 일정하지 않다. 특히 종(種)분화는 소규모의 고립된 지역에서 생식적 격리에 의해 가장 신속하게 일어나기 때문에 화석기록을 거의 남기지 않는다. 왜냐하면 화석은 주로 광범위하게 분포하는 풍부한 개체들 가운데 일부가 남는 것이지 작은 규모의 개체군이 화석으로 넓은 지역에 걸쳐 보존된다고는 보기 어렵기 때문이다.

둘째 화석의 연속성을 따지려면 먼저 개체 집단의 규모와 그 유전적 안정성을 고려해야 한다. 가령 어떤 생물이 돌연변이에 의해 다른 종으로 변화하는 경우에는 그 종의 수가 극히 적어져 화석으로 남지 못할 것이다. 또한 변이된 종이 유전적 또는 환경적으로 불안정, 오래지 않아 도태됨에 따라 화석을 형성하지 못할 가능성은 충분히 있다.

셋째 화석이란 과거를 알 수 있는 하나의 자료일 뿐이기 때문에 그 자료가 희소하다는 이유로 진화설을 부정한다는 것은 무리가 있다. 실제로 화석을 포함하고 있는 암석이 풍화작용이나 재해작용으로 자취를 감출 수도 있다.

끝으로 현재까지 발견된 화석이 지구상의 모든 화석이라 단정할 수는 없다. 분명히 아직까지 발견되지 않은 화석이 있을 것이다.

그렇다고 중간단계의 화석이 전혀 발견되지 않은 것은 아니다. 예를 들면 조류의 기원을 밝혀주는 시조새, 양서류의 기원을 나타내는 이크티오스테가(Ichthyostega) 등이 그것이다.

7 캄브리아기에 이르면서 갑자기 다양하고 복잡한 생물들이 출현하는 것을 어떻게 설명할 수 있는가?

- 지금까지 발견된 가장 간단하고 가장 오래된 생물화석은 약 35억년된 것이다. 알다시피 약 6억년 전부터 시작된 캄브리아기 지질층에서 다양하고 복잡한 생물의 화석이 발견되고 있다. 초기 단세포생물로 부터 진화된 초기의 후생동물들은 연약한 몸체를 가졌기 때문에 화석으로 남아 있기에는 부적합했을 것이다. 그러나 캄브리아기로 접어들면서 생물들은 화석으로 남아 있기 쉬운 형태를 갖기 시작했다.

또 배양액 속의 박테리아가 S자형의 생장곡선을 나타내듯이, 원시지구로부터 캄브리아기의 대번성을 거쳐 오늘날에 이르기까지의 생물의 다양성 증가 또한 S자형 곡선을 나타낸다고 로체스터대학 고생물학자 세프코스키(Sepkoski)는 말한다. 즉 서서히 생물의 다양성이 증가하다가 급작스레 폭발적으로 증가하는 시기를 갖고, 다시 그 속도가 수그러진다는 얘기다. 이렇게 폭발적으로 증가하는 시기가 캄브리아기에 해당한다.

따라서 캄브리아기의 대번성은 결국 선캄브리아기의 오랜기간 동안 생존하고 번성했던 생물들중 캄브리아기에 화석화될 수 있을 만큼 단단한 골격을 지닌 생물들이 아주 활발한 진화과정을 거친 결과였다고 말할 수 있다.

8 현존하는 1백50만종이나 되는 생물들이 돌연변이와 자연선택에 의해 이뤄진 것이라면 아메바로부터 시작해 돌연변이가 얼마나 많이 일어났어야만 하겠는가?

- 돌연변이에 따른 유전자의 변화가 생물의 다양성의 원천인데 현재의 생물체는 유전자의 변화를 치유하는 메커니즘을 지니고 있어 돌연변이의 발생률이 낮다. 그러나 돌연변이의 무작위성 및 자연선택에 따른 새로운 종의 출현을 감안하면 실제 돌연변이는 엄청나게 많아야 한다.

이 질문은 바로 그런 관점에서 제기된 것으로 보인다. 이를테면 아메바와 같은 단순한 초기세포로부터 현재의 1백50만종에 달하는 다양한 생물로의 진화를 어떻게 설명할 수 있겠느냐 하는 회의에서 나온 듯 하다.

그러나 진화를 설명하는 돌연변이는 그 과학적 배경이 든든하다. 첫째 돌연변이는 화학물질 방사선 등 물리적 화학적인 요인, 다시 말해 외부적인 요인과 이에 대한 생물의 자기회복능력 등 내적인 요인, 생물이 살고 있는 지구의 환경과 생물의 돌연변이에 대한 감수성에 따라 결정된다. 과거에 이 두 요인은 현재보다 현저히 컸다고 짐작할 수 있다.

둘째 전체 생물계 내의 돌연변이의 수는 빈도 뿐만 아니고 생물의 수에 따라서도 결정된다. 쉽게 말해 돌연변이의 빈도가 적더라도 생물의 수가 많으면 많을수록 그에 비례해서 돌연변이가 존재함을 알 수있다.

셋째 생물체 단위에서의 변이를 생각해 봐도 마찬가지다. 서로 다른 유전자의 조합에 따라 변이의 종류가 달라지기 때문에 거의 무한대의 변이가 존재함을 알 수 있다.

넷째 진화과정을 기하급수적인 변화로 볼 수 있다. 즉 하나가 1백50만종(멸종된 종, 중간종 등을 생각하면 지구상에 존재했던 생물의 수는 이보다도 훨씬 많다)으로 되는 것이 아니고 1종이 2종, 2종이 4종식으로 증가한다.
 

9 자연적인 돌연변이는 극히 드물게 일어날 뿐 아니라 대부분의 돌연변이는 생체에 해롭거나 치명적이다. 그런데 어떻게 그런 메커니즘을 통해 지구상에 다양한 생물들이 존재하게 되었다고 볼 수 있는가?

- 어떠한 유전자에 돌연변이가 일어나서 생긴 변이유전자들은 그 기능에 큰 변화를 주든 주지 않든 간에 실상은 무수히 존재하고 있다.

진화과정에서 돌연변이가 일어나면 한 유전자의 기능이 다른 유전자로 전환돼야 한다. 그런데 유전자가 생명현상에 필수적인 역할을 하기 때문에 이러한 유전자의 기능변화는 생명체에 치명적일 것이다. 이러한 딜레마는 유전자가 두개 이상 중복됐을 때 하나의 유전자는 원래의 기능을 수행하고 다른 중복된 유전자가 돌연변이를 통해 새로운 기능을 갖는 유전자로 변화됨으로써 해소된다.

따라서 돌연변이가 생명체에 큰 영향을 주지 않으면서 새로운 기능을 갖는 새 유전자의 탄생이 가능하게 된다. 유전자 중복방법은 유전자재조합과 다배수체를 통한 방법 등 두가지가 알려져 있다. 고등한 생물에서는 많은 유전자가 중복돼 존재하고 또한 비슷한 구조를 갖는 유전자가 서로 다른 기능을 갖는 수많은 예가 발견됐다. 아울러 유전자가 어떻게 중복될 수 있는가를 설명하는 메커니즘이 밝혀졌고 수많은 생물들이 다배수체로 구성돼 있음이 드러났다.

10 소진화의 축적을 통해 대진화가 일어난다고 설명해온 점진론적 진화론은 그 증거물인 중간화석을 찾아내지 못해 고생물학자와 지질화석학자들에 의해 부인되고 있다. 대신 최근에는 단속평형설이 제안됐다. 이것은 오늘날 비약적으로 발전된 분자생물학적 지식으로는 도저히 수용하기 어려운데 진화론으로는 어떻게 설명할수 있나?

- 다윈은 생물의 진화가 오랜 시간에 걸쳐 서서히 그리고 점진적으로 이뤄져왔다고 생각했다. 그러나 화석기록은 새로운 종이 갑작스럽게 출현한 후 그들의 특징이 거의 변화하지 않고 생존하는 기간이 있음을 보여 준다. 이에 따라 단속평형설이 제안됐다. 이 이론은 종의 분화가 돌연변이와 자연선택에 의해 이뤄진다는 사실을 부인하는 것이 아니다. 다시 말해 종의 분화가 비교적 짧은 기간동안에 일어나고 이러한 종들이 항상성 조절(homostatic conrtol)능력을 발휘해 환경변화에 적응, 장기간 생존할 수 있다는 것을 나타낸다. 따라서 이 단속평행설은 현재의 분자생물학 지식과 부합된다고 볼 수 없다.