제3장. 생명의 기원

 

      

 

                                           창조과학과 기원

제 3 장. 생명의 기원

 

                                                 

1. 서론

♣ 성경의 기원

ㆍ 성경은 창조주간 3일째 식물, 5일째 공중의 나는 것들과 물속의 생물이, 6일째 육지에

    사는 동물이 창조되었음을 말씀함.(창세기 1장 9~31절)

ㆍ 성경에 기초한 초자연적 생명 창조는 처음부터 완성된 모습의 생물이 종류대로 창조

    된 것을 의미

♣ 과학계의 기원 - 오직 자연적 과정에 따른 결과만을 다룸.

ㆍ 현재 관찰되는 사실들과 추론에 의거하여 생명의 기원을 추적.

ㆍ 그 과정에서 과감한 가정들이 설정 → 추론에 일치하는 산물을 얻기만 하면 곧 바로 그런 반응

   이 과거에도 일어날 수 있었을 거라는 기대감이 거의 확정적인 것으로 가르쳐짐.

∴ 창조론의 입장에서 볼 때, 진화론자들이 생명의 기원과 관련하여 설정한 가정들은 현재 관찰되

    는 사실이나 법칙과 맞지 않는 무모한 것들이며, 그들이 만든 화합물들도 오직 조직적이고 철

    저한  지혜의 산물이다.

∴ 진화론자들은 그들의 지적 추구에서 초자연적 존재를 인정하느니 차라리 과학적 법칙 및 사실

    과 어긋날지라도 자연적 과정을 통한 생명의 기원 사상을 그대로 품고 가고자 하는데 기원에 

    관한 논쟁에서 이런 자세가 통용되는 것은 그 누구도 생명 기원 현장에서 그 장면을 본 사람이

    없기 때문이다.

☞ 창조주를 믿는 사람은 창조의 현장에서 그 장면을 목격하고 그것을 진술한 말씀이 있

    었고 그 분이 창세기 1장에 정확하고 분명하게 기록해 놓았음을 믿는다.

                       

 

2. 자연발생설 대 생물속생설

♣ 자연발생설 - 생물이 무생물로부터 자연적으로 생길 수 있다고 믿음.(무신론적 믿음)

ㆍ고대 그리스 철학자 : 탈레스, 아낙시만드로스, 아리스토텔레스(BC 7C~4C)

ㆍ중세 유럽(17C~19C)에서 흔히 볼 수 있었음.

♣ 생물속생설 - 생물은 오직 생물로부터만 생성 된다고 주장.

ㆍ생물이 무생물에서는 물론 썩은 음식이나 고기즙에서 생길 수 없음을 검증.

ㆍ레디(17C), 스팔란차니(18C), 파스퇴르(19C)

※ 파스퇴르의 실험 - 과학계에서 보편적으로 인정 → 20C까지 생명기원의 지배적인 이

    론이 됨

                 

 

 

⇒ 1828년 뵐러(Wohler) : 요소(urea)를 합성, 무기물로부터 유기물이 합성될 수 없다는 기존의

                                     통념을 깸. → 생물과 무생물의 차이를 분자 조합 수준의 차이로 봄 →

                                     생명이 무기물들로부터 형성될 수 있다는 생명기원설이 설득력을 얻음.

☞ 1924년 오파린(Alexander Ivanovich Oparin)에 의해 구체적인 생명기원설이 시작.

ㆍ생명이 없던 원시 지구에 존재했던 간단한 분자들로부터 생물을 구성하는 복잡한 거대

   분자구조와 기능이 출현했다고 주장.

<참고자료>

Q. 생명이 자연적으로 발생했다는 <오파린의 가설>은 과학적인 가설입니까? 밀러(Miller)의 생명

     생성 시험관 실험은 이를 뒷받침합니까? 

R. 과학기술 시대에 살고 있는 오늘 날, 생명기원에 관한 해답을 과학자들로부터 기대해보는 것은

    당연한 일이다. 그러나 생명의 출발은 과거의 단 한번 일어난 역사적으로 유일한 사건이다. 한

    편 자연과학은 현재 규칙적이고 반복적으로 일어나는 일을 연구대상으로 하기 때문에 과거에

    단 한번 만 일어났고 아무도 그것을 관찰한 사실이 없는 생명의 기원은 엄격히 과학적 증명의

    대상은 아니다. 가령, 누가 몇 가지 간단한 유기 화합물을 시험관에 넣고 에너지를 가해서 생명

    을 합성하는데 성공했다고 하더라도 그것은 생명을 합성할 수 있는 여러 가지 방법 중 한가지

    를 발견한 것이지 현존하는 생명이 반드시 그것과 동일한 절차를 거쳐 만들어졌다는 것을 증명

    한 것은 아니다. 기계론적 유물론적 입장에서 보면 생명은 물질의 매우 특수한 조직체로 간주

    되고 진화론자들은 수소원자와 같은 간단한 무기물질들이 오랜 세월을 거치면 생명체로 조직

    될 수 있다고 믿어 왔다. 1920년대에 소련의 생화학자 오파린과 영국의 생물학자인 할데인에

    의해서 제안된 지구상에서의 생명의 자연발생에 관한 소위 오파린-할데인 시나리오는 다음과

    같은 가설을 포함한다. (1) 지구상에 생명체가 존재하기 전에 원시대기는 암모니아, 메탄, 수증

    기, 수소 등으로 구성된 환원성 대기였다. (2) 앞에 기술한 환원성 가스에 자외선, 열등 각종 에

    너지가 작용하여 아미노산, 당류, 핵산염기등 단량체들이 합성되었다. (3) 단량체들이 바닷물

    에 녹아서 축합하여 단백질, 핵산 등 생체고분자 물질로 중합하였다. (4) 생체고분자 물질이 간

    단한 물질대사를 수행할 수 있는 원시세포로 조립되었고 마침내 진정한 세포로 진화되었다.

       오파린-할데인 가설에 대한 실험적 접근이 1953년 시카고 대학의 밀러에 의해서 처음으로

    시도 되었는데 밀러는 자신이 고안한 교묘한 반응기 속에 메탄, 암모니아, 수증기 및 수소가스

    를 주입하고 전기방전에 의한 에너지를 공급하여 글리신, 알라닌등 소량의 아미노산을 포함하

    는 간단한 유기화합물을 합성할 수 있음을 보여주었다. 밀러 실험이 보고된 후 지난 35년간 많

    은 과학자들이 밀러 실험을 모방한 많은 모의실험을 수행한 결과 물질에 에너지를 공급하여 스

    스로 물질이 복잡하면서도 질서가 있는 유기적 조직체로 조작되는 것에는 한계가 있음을 확인

    하였다. 즉 상기한 선택된 환원성 가스혼합물 또는 시안산 가스등에 에너지를 가해서 얻을 수

    있는 물질은 가장 구조가 간단한 아미노산 2-3가지, 그리고 핵산 염기, 몇 가지 당류에 불과하

    며 이들도 항상 광학이성질체의 혼합물로 생성되며 극히 미량으로 생성될 뿐임을 확인하게 되

    었다. 문제는 여기서 해결된 것이 아니고 시작되었다. 아미노산이나 당류들의 광학이성질체의

    분리, 그리고 수용액 중에서의 다양한 기능기를 가지고 있는 무수한 혼합물로부터 단백질, 핵

    산 등의 매우 선택적인 축합 반응의 불가능성들이 구체적으로 드러나게 되었다. 오파린-밀러

    에 의한 막연한 가설이 실험실적인 세밀한 고찰의 결과 과학적인 타당성이 없음이 증명된 것이

    다. 산, 염기, 알데히드, 알코올 등 복잡한 관능기들을 가지고 있는 혼합물로부터 선택적으로

    아미노산들이 중합하여 단백질이 된다거나 인산염, 핵산염기, 리보스등이 축합하여 DNA가 합

    성되는 반응은 적어도 현대과학 이론으로는 설명될 수 없는 희망적인 공상에 불과한 것임을 이

    방면의 전문가들에게는 너무나 명백한 사실이다. 엔트로피 법칙으로 잘 알려진 열역학 제 2 법

    칙은 아미노산등 단량체가 중합하여 고분자 물질이 합성되는 것보다는 오히려 고분자 물질이

    에너지 유입이 있을 때 간단한 물질로 분해되는 것이 훨씬 보편적인 방향임을 지시해 준다. 또

    한 가지 더 심각한 문제는 과연 물질에 에너지만 가하면 어떤 정보(information)가 창출될 수

    있는 가이다. 생명의 본질은 DNA(핵산)의 유전정보가 정보판독기인 리보좀에 의해서 특별한

    구조와 기능을 갖는 각종 단백질로 변화되는 것이라고  생명과학자들은 의견을 모으고 있다.

    생명현상에 필요한 모든 정보가 DNA를 구성하는 4가지 종류의 핵산 염기의 배열 순서에 의해

    서 결정되는데 가장 간단한 단세포 생명체인 대장균은 약 470만 쌍의 핵산염기들로 구성되는

    유전정보를 소장하고 있다 (3). 4가지의 상이한 핵산 염기들로부터 임의로 선택된 3가지 염기

    군이 각기 한 개의 아미노산에 상응한 암호역할을 하며 20가지 아미노산들은 생체단백질과 효

    소와 같은 고분자 화합물로 중합된다. 즉 대장균은 DNA에 소장된 유전정보에 따라서 3000개

    의 서로 다른 효소 및 단백질을 합성하고 이들 효소의 도움으로 5000 종의 유기 화합물을 합성

    한다. 시계를 구성하는 모든 부품을 통속에 집어넣고 외부로부터 에너지를 공급해 주면 시계가

    조립될 수 있다고 믿는 사람은 아무도 없을 것이다.

      지구과학자들은 지구가 금성과 화성 사이에 존재하기 때문에 만약에 진화론자들이 주장하는

    원시대기가 존재하였다면 그것은 주로 탄산가스나 질소 등으로 된 산화성 대기였을 것이라는

    의견이 지배적이다. 오파린-할데인 시나리오의 첫 단계인 환원성 대기의 존재는 적어도 현대

    과학으로는 설명할 수 없는 가정을 위한 가정에 불과한 것이다. 산화성 기체에 에너지를 공급

    하더라도 유기 화합물의 합성이 불가능한 것은 이미 잘 알려진 실험적 사실이기 때문에 밀러형

    모의실험이 생명 기원설과 연관해서 의미를 가지려면 소위 원시대기가 암모니아, 메탄 등 환원

    성 기체로 가득 찰 수 있는 생성 기작(mechanism)을 제공해 주어야 한다. 질소, 탄소, 수소 존

    재 하에 에너지를 공급할 때 암모니아나 메탄이 합성되는 쪽보다는 오히려 이미 합성된 메탄

    이나 암모니아가 다시 분해하는 쪽으로 화학평형이 이루어지는 것이 경험적 사실이다. 원시대

    기를 구성하는 암모니아, 메탄 가스 등의 존재를 증명하지 않는 한 밀러형 모의실험은 다만 실

    험을 위한 실험에 불과한 것으로 지구상에서의 생명의 기원과는 무관할 것이다. 1953년 밀러

    에 의한 오파린-할데인 가설에 대한 실험은 결국 오파린-할데인 가설을 부인하기 위한 최초의

    실험이 된 셈이다.

                                 

 

3. 화학진화설

♣ 오파린과 할데인의 제안을 기초로 체계가 잡힘.

♣ 20세기 후반 생명의 기원에 대한 과학자들의 사고를 지배.

♣ 메탄, 암모니아, 수증기, 수소의 혼합 기체를 넣고 물을 끓이면서 1주일동안 6만 볼트의 고압

   전류로 계속 방전을 시키면 리신, 알라닌, 글루탐산 등의 아미노산과 시안화수소, 요소, 유기산

   등이 합성. 이것처럼 원시 대기에 방전, 자외선, 화산폭발 등의 에너지가 가해져 아미노산이 합

   성될 것으로 생각함. 이 아미노산들이 고온에서 단백질이 되고 바다에서 합성되었을 것으로 생

   각되는 핵산과 ATP가 단백질과 함께 코아세르베이트라는 유기물 복합체를 만들어내고 이것이

   무기물과 유기물을 흡수해 생명체로 진화했다는 설.

☞ 진화론자들은 지구의 가장 오래된 암석들의 나이를 대개 39억 8천만 년 전으로 추정.

    그렇다면 지구에 화학진화를 통해 생명체가 나오게 되는 기간이 1억 8천만년이 됨. →

    이 정도의 기간은 전 지질 연대로 볼 때 생명이 매우 짧은 시간 내에 생겨났다는 의미

    가 됨.

※ 1952년 스탠리 밀러의 생명의 기원 실험

      1952년 시카고대학의 교수인 해럴드 유리(1893-1981, 1934년 중수소 발견으로 노벨화학상

    수상 )는 지구의 원시대기가 목성이나 토성의 대기처럼 환원성 대기(메탄, 암모니아, 수소, 수

    증기)로 이뤄졌다고 가정하고, 이러한 조건에서 생명이 탄생할 수 있는지 실험하기로 했다. 그

    실험은 대학원생인 스탠리 밀러(1930-)가 맡았다.

      밀러는 플라스크 안에 원시바다와 같은 상태를 만들어놓고 이를 끓인 다음, 여기서 발생한 

    수증기가 수소, 메탄, 암모니아와 같은 환원성 대기와 섞이도록 했다. 그리고 마치 벼락이 떨어

    지는 것처럼 그곳에 전기방전을 일으켰다. 그랬더니 오파린의 예언처럼 그곳에서 아미노산이

    만들어졌다. 밀러의 실험 이후 오파린의 생명기원설은 지구 역사와 생명의 기원을 설명할 때

    교과서처럼 인용되기 시작했다. 하지만 오파린의 생명기원설은 결정적인 약점을 지니고 있다.

    우선 오파린이 가정했던 지구의 원시대기가 환원성대기가 아니었다는 반론이다. 지구와 가까

    운 금성과 화성에 산화성대기인 이산화탄소가 존재한다는 사실이 이를 뒷받침한다. 그래서

    과학자들은 밀러의 실험 장치에 이산화탄소를 넣고 실험해 봤다. 그 결과는 환원성대기만으로

    실험했을 때보다 아미노산의 생성률이 현저하게 떨어졌다. 이러한 생명기원설의 약점은 진화

    론을 반대하는 창조론자들에게는 좋은 무기가 됐다.

                   

  

<참고자료 1>

http://news.naver.com/news/read.php?mode=LSD&office_id=020&article_id=0000187201§ion_id=105&menu_id=105

<참고자료 2> 진화는 신화다-밀러와 유레이의 실험  

Chapter 2. The Miller-Urey Experiment (밀러와 유리의 실험)

번역 : 황창일 (NOAH회원)

스트라빈스키의 봄의 제전(Rite of Spring) 음악에 맞춰 원시 지구는 화산활동으로 펄펄 끓고 있다. 벌겋고 뜨거운 용암이 땅에 넘쳐나고 바다로 들어가 증기 구름을 만들고 번개가 하늘 위에서 번쩍인다. 바다 깊은 곳으로 카메라가 천천히 아래로 움직이고 이상하고 작은 무언가 어둠 속에서 빛을 낸다. 갑자기 단세포 생물이 화면을 가로질러 날아간다. 생명체가 탄생한 것이다.

이 장면은 1940년에 제작된 월트 디즈니의 판타지아(Fantasia)에 나온다. 나래이터는 이 작품을 가리켜 “이 행성이 존재한 수십억년 동안 과학이 생각한 것을 매우 정확하게 재구성한 작품이 등장했다”고 이야기했다. 이 시나리오는 러시아 과학자인 A.I. 오파린(Oparin)과 영국 과학자인 J.B.S. 홀데인(Haldane)의 창작물이었다 이들은 1920년대에 원시 대기에서 번개가 생명체의 화학적 구성 재료들을 만들어냈을 수 있었을 것이다고 제안했다. 비록 다윈이 생명의 기원에 대해 이해한다고 하진 않았지만 그는 “어떤 따뜻하고 작은 연못”에서 생명이 나왔을 지도 모른다고 생각했다. 비슷하게 오파린(Oparin)과 홀데인(Haldane)은 처음의 살아있는 세포가 출현한 “뜨겁고 묽은 수프”를 형성한 원시 바다가 증발한 대기에서 화학물이 생성되었다고 가설을 세웠다.

오파린과 홀데인 가설은 많은 과학자들을 사로잡았다. 그 결과 이 가설이 생명의 기원의 첫 단계에 대해 “과학이 생각한 것”이 되고 말았다. 그러나 이 가설은 미국의 대학원생 스탠리 밀러(Stanely Miller)와 밀러의 박사과정 지도교수였던 해럴드 유리(Harold Urey)가 지구의 원시 대기라고 생각되는 기체 혼합물에 전기 스파크를 가해 생명체의 화학적 구성성분 일부를 만들어낸 1950년대 초반까지는 검증되지 않은 가설로 남아있었다.(그림 2-1) 1953년 밀러와 유리의 실험은 과학계에 어마어마한 흥분을 안겨주었고 곧바로 생명의 기원의 첫 단계를 과학자가 설명했다는 증거로서 거의 모든 고등학교와 대학교 생물학 교과서에 실리게 되었다.

밀러와 유리의 실험은 아직까지도 교과서, 잡지, 텔레비전 다큐멘터리에서 진화의 아이콘으로서 독보적으로 보이고 있다. 하지만 10년 이상이나 대부분의 지구화학자는 그 실험이 초기 지구의 대기를 재현한 것에는 실패한 것이라고 확신했고 생명의 기원과는 거의 관계가 없거나 아예 관계가 없다고 확신했다. 여기에 왜 그런지 쓰고자 한다.

오파린과 홀데인의 시나리오

오파린과 홀데인의 시나리오에서 첫 번째 단계-번개에 의해 생명체의 화학적 구성성분이 합성되는 것-에는 대기의 구성성분이 매우 중요하다. 지구의 현재 대기는 약 21퍼센트의 산소 가스로 되어있다. 우리는 생명에 필수적인 산소가 충분히 많은 대기를 생각하려 할 것이다. 왜냐하면 우리는 산소가 없으면 살 수 없기 때문이다. 그러나 역설적으로 생명체의 구성성분은 그러한 대기에서는 생성될 수 없다.

우리 몸의 세포는 호기성(aerobic) 호홉을 통해 에너지를 생산하기 때문에 산소를 필요로 한다(어떤 세균은 혐기성인데 이들은 산소가 없는 상태에서 자란다). 호기성 생물은 자동차가 휘발유에서 에너지를 얻기 위해 산소를 사용하는 것처럼 유기물에서 에너지를 얻기 위해 산소를 사용한다. 하지만 우리 몸은 유기물도 합성해야만 한다. 그렇지 않으면 우리는 성장하지 못하고 열을 내지도 못하고 번식하지도 못한다. 유기물 분자를 분해하는 호흡은 합성에 반대이다. 화학자는 호흡과정을 “산화(oxidation)”라고 하며 합성과정을 “환원(reduction)”이라고 한다.

호기성 호흡에 필수적인 같은 산소라도 때로는 유기물 합성에 치명적일 수 있는데 이는 놀라운 일이 아니다. 막힌 용기 안에 들어있는 가스(메탄)에 전기 스파크를 가하는 것은 흥미로운 유기물을 일부 만들 수 있을지는 모른다. 그러나 약간의 산소라도 있으면 스파크는 폭발을 일으킬 수 있다. 단지 막힌 용기가 산소를 막아서 가스가 폭발하는 것을 막아준 것처럼 살아있는 세포를 싸고 있는 막이 유기 합성과정에서 산소를 배제하게 한다고 할 수 있다. 적절치 못한 곳에 있는 자유 산소(free oxygen)는 건강에 해로울 수 있다. 이는 사람들이 “항산화제” 비타민을 많이 먹으라고 하는 이유이다.

자유 산소가 많으면 유기물질들을 파괴할 수 있기 때문에 화학자들은 산소를 제거해야만하고 실험실에서 유기물질을 합성하고 보관할 때 밀폐 용기를 사용해야한다. 하지만 생명이 출현하기 전에 화학자들이나 실험실이 없을 때에 생명체를 이루는 화학 물질들이 산소가 부족한 자연적 환경에서만 합성될 수 있어야만 했다. 오파린과 홀데인의 가설에 따르면 이 환경이 지구의 초기 대기였다.

현재 지구의 대기는 매우 산화되었다. 오파린과 홀데인은 정확히 반대인 수소가 많은 환원성 대기로 가설을 세웠다. 그들은 메탄(탄소와 결합한 수소), 암모니아(질소와 결합한 수소), 수증기(산소와 결합한 수소), 수소 기체의 혼합물을 가정했다. 오파린과 홀데인은 그러한 대기에서 번개가 살아있는 세포에 필요한 유기물을 지속적으로 합성할 수 있을 것이라 예상했다.

밀러와 유리의 실험

그 시절에는 강력한 환원성 대기를 가정하는 것이 합리적인 것으로 보였다. 과학자들은 원래 지구는 성간(interstellar) 먼지와 가스가 응축된 구름으로부터 형성되었다고 믿었고 수소가 우세하게 많도록 구성된 성간 기체와 닮은 원시 대기를 가정하는 것이 합리적이었다. 1952년 노벨상 수상자인 화학자 해럴드 유리는 원시 대기는 기본적으로 수소, 메탄, 암모니아, 수증기로 구성되었다고 결론을 내렸고 이는 오파린과 홀데인이 가정한 것과 같은 것이었다.

시카고 대학의 유리의 지도 대학원생이었던 스탠리 밀러는 오파린과 홀데인의 가설을 실험적으로 증명하고자 하였다. 밀러는 유리(Urey)의 실험실에서 막힌 유리 기구를 조립했고 공기를 빼낸 뒤 메탄, 암모니아, 수소, 물로 채웠다. (그가 공기를 제거하지 않았다면 다음 단계가 그의 생애 마지막이었을 지도 모른다.) 그런 뒤 그는 물에 열을 가하고 번개 대신에 높은 전압의 전기 스파크를 통과하도록 가스를 순환시켰다.(그림 2-1)

밀러는 “주말 쯤 되어 물이 진하게 붉어지고 탁하게 되었다”고 보고했다. 그는 화학 분석을 위해 일부를 빼내어 몇 가지 유기물을 확인하였다. 여기에는 글리신(glycine)과 알라닌(alanine)이 포함되어 있었고 이들은 단백질을 구성하는 가장 단순한 두 가지 아미노산이었다. 그러나 반응 산물 대부분은 단순한 유기물이었지 살아있는 개체를 만들어내진 못했다.

1953년 밀러의 첫 번째 결과가 논문에 실리게 되었다. 실험을 반복하여 그를 비롯한 다른 사람들은 생물학적으로 중요한 아미노산뿐만 아니라 생명체에서 발견되는 다른 유기물질들을 소량 얻을 수 있었다. 따라서 밀러와 유리의 실험은 오파린과 홀데인의 가설이 생명의 기원의 첫 번째 단계라는 것을 확인하는 것처럼 보였다. 그러나 1960년에 이르러 지구화학자들은 오파린과 홀데인이 가정했던 조건이 초기 지구의 조건인지 의심하기 시작했다.

원시 대기는 정말로 산소가 부족했는가?

유리는 지구의 원래 대기가 성간 가스 구름과 같은 조성을 가졌을 것이라 가정했다. 그러나 1952년, 시카고 대학의 지구 화학자 해리슨 브라운(Harrison Brown)은 지구 대기에서는 드문 네온(neon), 아르곤(argon), 크립톤(krypton), 세논(xenon)이 우주 전체의 평균보다 적어도 백만 배 이상은 낮다는 것을 보고했고 지구는 형성되자마자 원래의 대기를 잃어버렸어야만 했다고 결론을 내렸다.

1960년 프린스톤 대학의 지구 화학자 하인리히 홀랜드(Heinrich Holland)와 카네기 연구소(Carnegie Institution)의 지구 물리학자 필립 아벨슨(Philip Abelson)은 브라운의 의견에 동의했다. 홀랜드와 아벨슨은 각각 지구의 원시 대기는 성간 기체 구름에서 기원한 것이 아니라 지구 자체의 화산에서 기원되었다고 결론을 내렸다. 그들은 고대의 화산이 원래 수증기, 이산화탄소, 질소, 약간의 수소를 배출하는 현대의 화산과는 다르다고 믿을만한 이유가 없다는 것을 알았다. 수소가 가볍기 때문에 지구의 중력이 수소를 잡아두지 못하고 우주로 재빨리 날아가 버리는 것이다.

하지만 원시 대기의 원리적 구성요소에 수증기가 포함된다면 대기는 반드시 약간의 산소가 포함되었어야만 한다. 대기 과학자들은 태양에서 오는 자외선이 대류권 위층에서는 수증기를 분해 시킨다는 것을 알고 있다. “광분해(photodissociation)”라 불리는 이 과정은 물 분자를 수소와 산소로 분리시킨다. 수소는 우주로 날아가고 대기에는 산소가 남게 되는 것이다.(그림 2-2)

과학자들은 현재 대기에 있는 대부분의 산소가 후자인 광분해에 의해 생성되었다고 믿고 있다. 이 과정은 녹색 식물이 이산화탄소와 물을 유기물과 산소로 전환시키는 과정이기도 하다.

그럼에도 불구하고 광분해는 광합성이 출현하기 전에도 약간의 산소를 생산했을 것이다. 그렇다면 질문은 그것이 어떻게 이루어졌는가하는 것이다.

1965년 텍스사의 과학자 L.V. 버크너(Berkner)와 L.C.마샬(Marshall)은 광분해에 의해 생성된 산소가 현재 대기수준의 1/1000를 넘을 수 없거나 그 이하였을 수 있다고 논쟁하였다. 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 지구 물리학자 R.T. 브링크만(Brinkmann)은 지금 수준의 1/4정도의 “상당한 양의 산소농도가 광합성이 있기 전에 지구 대기에서 진화해왔을지도 모른다”고 주장하면서 반박하였다. 전개된 이론의 내용이 상반되는것처럼 많은 과학자들이 양 극단에 서있다. 오스트레일리아 지질학자 J.H. 카버(Carver)는 브링크만 의견에 동의했지만 펜실베니아 주립대학 지질학자 제임스 캐스팅(James Kasting)은 버크너와 마샬의 의견에 동의했다. 이 문제는 아직 풀리지 않았다.

고대 바위의 증거는 결론을 내리기에 충분치 못하다. 과거 침전과정에 의해 형성된 바위는 우라니나이트(uraninite)를 함유하고 있는데 이는 산소가 적은 우라늄(uranium)의 성분으로 일부 지질학자들에게 이들 침전물들이 산소가 부족한 환경에서 침전되었을 것이라고 제안되었다. 하지만 다른 지질학자들은 우라니나이트(uraninite)가 현대의 산소가 풍부한 대기에서도 침착된다는 것을 지적한다. 철이 산화가 심하게 되어 붉게 된 상태에서 침전물이 많다는 것은 과거의 산소의 양을 추론하는데 쓰이기도 한다. 지질학자인 제임스 C.G. 워커(James C.G. Walker)는 약 20억년 전의 “붉은 층”의 상태가 산소가 많은 대기의 시작을 알리는 지표가 된다고 주장했다. 하지만 붉은 층은 20억년보다 더 오래된 암석에서도 발견된다. 캐나다 지질학자인 에리히 딤로스(Erich Dimroth)와 마이클 킴벌리(Michael Kimberly)는 1979년에 “잘 보존된 침전 암석이 기록한 지질학적 역사 중 어느 시대에서도 산소가 없는 대기가 존재했다는 증거를 발견하지 못했다”고 썼다.

생화학적 증거 역시 원시 산소 양을 추론하는데 사용되었었다. 1975년 영국 생물학자 J. 룸스덴(Lumsden)과 D.O.홀(Hall)은 세포에서 산소에 의한 손상효과로부터 자신을 보호하는데 사용되는 어떤 효소(superoxide dismutase)가 광합성이 등장하기 전에 존재했을 것이라 생각되는 조상들에게 발견된다고 보고하였다. 룸스덴과 홀은 광분해 과정에 의해 생산된 원시 산소에 대항하는 방어기작을 제공하기 위해 이 효소가 진화했어야만 했다고 결론을 내렸다.

이론적 모델이 원시 산소를 포함하고 있다. 하지만 아무도 얼마나 있었는지는 모른다. 암석에서의 증거로는 결론을 내릴 수 없고, 생화학적 증거는 광분해과정에 의해 생성된 산소의 중요한 양을 지적하는 것으로 보인다. 이 논란은 1960년에 시작되어 사람들 관심에서 사라진 1980년 초기까지 계속되었다.

논란을 넘을 것을 호소하며

1977년 생명의 기원을 연구하는 시드니 폭스(Sydney Fox)와 클라우스 도세(Klaus Dose)는 지구의 원시 대기가 산소양이 초기에는 거의 없을 것이라고 널리 믿어지는 주요한 이유가 “연구실에서 이뤄지는 실험결과, 현재 모델로 설명되고 있는 화학적 진화가 산소에 의해 매우 억제되기 때문”이라고 기술했다.

1982년 생명의 기원에 관한 컨퍼런스에 참석한 사람들(이들 중 한명이 스탠리 밀러였다)은 초기 대기에 산소가 없었을 수도 있다는데 동의했다. 왜냐하면 생명이 존재하기 위해 필요한 유기물들의 합성을 위해서는 환원성 대기가 필요하기 때문이다. 같은 해에 영국의 지질학자 해리 클레미(Harry Clemmey)와 닉 벧햄(Nick Badham)은 37억 년 전의 초기 암석의 증거로 보아 지구는 산소가 존재하던 대기였다고 기술했다. 클래미와 벧햄은 지구의 초기 대기가 산소가 없는 상태였다고 하는 주장은 단지 독선이라고 주장했다.

하지만 지질학적, 생화학적 증거가 더 이상 문제시되지 않는다. 왜냐하면 확실한 영향력이 있는 과학자들이 밀러와 유리의 실험이 생명의 기원의 첫 단계를 설명하는 것이라 결정했고 그들이 단순하게 원시 대기에는 산소가 부족했어야만 한다고 발표했기 때문이다. 클레미와 벧햄은 옳았다. 독선은 경험적 과학의 자리를 대신하고 있었던 것이다.

과학적 견지에서 이러한 독선은 고양이에게 생선가게를 맡기는 격이 된다. 밀러와 유리의 실험은 유기물을 합성하는데 성공했다. 하지만 실험실에서 유기물이 합성될 수 있느냐 없느냐의 것이 아니다. 물론 그들은 유기물을 합성했고 수년간 그래왔다. 현재의 대기가 매우 산화적임에도 불구하고 유기물은 실험실에서 합성할 수 있다. 왜냐하면 화학자들이 산소가 없거나 매우 낮은 수준으로 일부 환경을 만들 수 있기 때문이다. 밀러와 유리의 실험이 성공한 것은 전체적인 원시대기에 산소가 부족했다는 것을 증명해주지 못하며 단지 현대 유기 화학의 발달로 현대의 대기에 산소가 부족하다는 것을 증명한 것이다.

분명히 일부 지질학적, 생화학적 증가가 원시 대기에 산소가 있었음을 지지하고 있다. 그렇지 않다면 1960년부터 1980년 초까지 지질학자 가운데 이렇게 뜨거운 논쟁은 없었을 것이다. 사실 원시 대기의 산소에 대한 증거는 계속 나타나고 있다 : 스미소니안 연구소의 고생물학자 케네스 타웨(Kenneth Towe, 현재는 은퇴하였음)는 1996년에 이들 증거에 대해 리뷰하면서 “초기 지구의 대기에는 산소가 있었을 것 같다”고 결론 내렸다.

타웨의 증거는 현재 기원 문제를 연구하는 사람들 사이에서 무시되고 있으며 몇 년간 계속되었다. 하지만 역설적으로 이렇게 작위적이고 거절당한 증거조차도 밀러와 유리 실험을 구하고 있었다. 비록 지질화학자들이 산소 문제에 있어서는 분명히 갈라섰을지라도 그들은 곧 밀러가 사용했던 환경과 다른 원시 대기에 근접한 것에 일치하기에 이르렀다.

밀러와 유리의 실험은 어쨌든 실패한다.

홀랜드와 아벨슨은 1960년에 지구의 원시대기는 화산활동에 의해 생겼으며 수증기, 이산화탄소, 질소, 다량의 수소로 이루어졌을 것이라 결론을 내렸다. 대부분의 수소는 우주로 날아가 잃어버리게 되어 이산화탄소와 질소를 줄일 수 있는 방법은 없게 될 것이다. 따라서 메탄과 암모니아는 초기 대기의 주요 성분일 수가 없다.(그림 2-3)

아벨슨은 또한 암모니아가 태양빛으로부터 오는 자외선을 흡수하여 급속하게 파괴될 것이라는 것을 언급하였다. 더욱이 많은 양의 메탄이 원시 대기에 존재했다면 가장 초기의 암석은 매우 많은 양의 유기물을 함유하고 있어야하는데 이러한 경우에는 맞지 않게 된다. 아벨슨은 결론 내리기를 “지구의 원시대기에 메탄과 암모니아가 있었다는 증거가 무엇인가? 이에 대한 답은 그런 증거는 없으며 상당수 이 주장에 반대되는 증거들이다.”라고 했다. 다른 말로 하면 오파린과 홀데인의 이야기는 잘못되었으며 초기 대구는 밀러의 실험에서 사용되었던 강력한 환원성 혼합물과는 거리가 멀다는 것이다.

다른 과학자들도 이에 동의했다. 1975년 벨기에의 생화학자 마르셀 플로킨(Marcel Florkin)은 “환원성 원시대기의 개념은 포기된 개념이다. 밀러와 유리의 실험은 현재 지질학적으로 적절한 것으로 간주되지 않는다”고 언급했다. 시드니 폭스(Sydney Fox)와 클라우스 도세(Klaus Dose)는 원시 대기에 산소가 부족하다고 주장했지만 1977년에 “환원성 대기가 지질학적으로 이상적인 것으로 보이진 않는다. 왜냐하면 대부분의 증거들이 자유 수소가 우주로 날아가 버리고 남은 메탄과 암모니아는 산화되었음을 지지하기 때문이다”고 인정했다.

폭스와 도세에 따르면 밀러와 유리가 잘못된 기체 혼합물로 시작했을 뿐만 아니라 초기 지구의 지질학적인 실상을 만족스러울만큼 대변해주지 못했다고 한다. 왜냐하면 그 시스템에서 수소를 제거하도록 만든 정치가 없기 때문이다. 밀러와 유리의 실험에서 수소가 축적되는 동안 혼합물의 76퍼센트이상이 수소가 차지하게 되었는데 초기 지구에서는 이들이 다 우주로 빠져나갔기 때문이다. 폭스와 도세는 다음과 같은 결론을 맺었다. “지질학적 타당성이 없는 밀러의 실험에 대한 추론이 매우 널리 퍼지게 되었다.”

1977년까지 이런 관점은 지질화학자들 가운데 거의 일치된 의견이 되었다. 존 코헨(Jon Cohen)은 1995년 Science에 기고하기를 생명의 기원에 대해 연구하는 많은 연구자들이 1953년에 이루어진 실험을 폐기하고 있는데 이는 밀러와 유리의 실험 조건이 초기 지구 대기와 연관성이 없어 보이기 때문이다.

그래서 어떻다는 것인가? 아마도 수증기와 이산화탄소, 질소로 이루어진 대기는 밀러와 유리의 실험을 여전히 지지할 수도 있을 것이다.(산소가 배제되는한) 하지만 폭스와 도세는 1977년에 그런 혼합물에서는 전기 스파크를 가해도 아무런 아미노산이 합성되지 않았다고 보고했다. 하인리히 홀랜드(Heinrich Holland)는 1984년에 혼합물에 메탄과 암모니아를 제거했을 경우 합성되는 유기물의 양, 유기물 생성률이 모두 현저히 감소했다고 보고했다. 홀랜드에 따르면, 이산화탄소, 질소, 수증기의 혼합물은 전혀 아미노산을 합성해내지 못했다.

1983년 밀러는 자신과 자신의 동료는 자유 수소는 존재하게 두고 메탄대신 일산화탄소와 이산화탄소를 포함한 조건에 스파크를 일으켜 가장 간단한 아미노산인 글리신(glycine)을 소량 만들 수 있었다고 보고했다. 하지만 메탄이 없이 그들이 할 수 있는 최선의 것이 글리신이라는 것을 인정했다. 존 호간(John Horgan)은 1991년 Scientific American에 “이산화탄소, 질소, 수증기로 이루어진 대기는 아미노산을 합성해내지 못할 것이다”라고 썼다.

결론은 명백하다. 밀러와 유리의 실험이 지구의 원시대기를 실제 모습을 재현한 실험을 반복한다면 아무것도 일어나지 않는다는 것이다. 그러므로 생명의 기원을 연구하는 사람들은 다른 곳을 찾아야만 했다.

RNA 월드??

밀러와 유리의 실험이 어떻게 단백질이 원시 지구에서 생성되었는지를 증명하는데 실패한 이래로, 생명의 기원을 연구하는 사람들은 단백질이 생명을 이루는 최초의 물질이 아닐 가능성을 고려하게 되었다. DNA는 유력한 후보는 아니었다. 왜냐하면 DNA는 복제를 하기 위해서는 적절한 단백질 복합체들이 필요하기 때문이다. 결국 DNA는 단백질 이전에는 존재할 수 없기 때문에 생명의 기원 문제에서 첫 번째 단계일 수는 없었다.

다른 후보는 RNA이다. RNA는 DNA와 화학적으로 유사하고 모든 세포에서 단백질을 만드는 과정에 사용되는 물질이었다. 1980년 분자 생물학자 토마스 세크(Thomas Cech)와 시드니 알트만(Sydney Altman)은 RNA가 때때로 효소-단백질 같은 것이다-처럼 기능한다는 것을 보여주었다. 다른 분자생물학자인 월터 길버트(Walter Gilbert)는 RNA가 단백질 없이 스스로를 복제할 수 있을지도 모른다고 제안했고 마침내 단백질이나 DNA가 등장하기 전에 원시 지구상에 출현했을지도 모른다고 제안하게 되었다. “RNA 월드”가설은 세포가 출현하는데 필요한 분자적 요람이 되었을지도 모른다고 여겨지게 되었다.

하지만 아무도 어떻게 RNA가 살아있는 세포가 만들어지기 전에 형성될 수 있는지를 보여주지 못했다. 스크립스 연구소(Scripps Research Institute)의 생화학자 제랄드 조이스(Gerald Joyce)에 따르면, RNA는 생명의 기원의 최초의 물질로서 그럴듯한 후보물질은 아니다. 왜냐하면 원시 지구에서 그 만큼의 양이 합성될 것 같지는 않기 때문이다. RNA가 합성될 수 있었다 하더라도 원시 지구라 생각되는 조건에서 오랫동안 버티지 못할 것이다.

조이스(Joyce)는 다음과 같이 결론을 맺었다. “가장 합리적인 해석은 생명체가 RNA로 시작하지 않았다는 것이다.” 비록 사람들이 RNA세상이 DNA세상보다 먼저 존재했을 것이라 생각하지만 세포의 어떤 물질이 RNA보다 먼저 존재했어야만 한다고 믿고 있다. “당신이 RNA가 최초의 생명을 이루는 물질이었다는 주장을 하기 위해서는 허수아비 위에 허수아비를 세워야만 한다”고 조이스(Joyce)가 1998년에 말했다.

다른 말로 하면 RNA월드-밀러와 유리 실험에서 단백질이 최초의 물질이었다는 것처럼-는 죽은 것이나 다름없다. 생명의 기원을 연구하는 사람들은 어떻게 초기 지구에 생명체를 이루는 물질들이 형성되었는지 보여줄 수 없었다. 하지만 그들이 그 물질이 무엇인지 발견한다할지라도 생명의 기원 문제는 여전히 미스테리로 남아있을 것이다. 생화학자들은 시험관에 화학적 물질들을 섞을 수는 있지만 살아있는 세포는 만들어내지 못할 것이다.

생명의 기원 문제는 매우 어려운 문제여서 1998년 독일 연구자인 클라우스 도세(Klaus Dose)가 현재의 이론은 무지한 개념(scheme of ignorance)이며 근본적으로 진화과정에 대한 새로운 통찰 없이는 이러한 무지는 계속 주장될 것 같다고 이야기했다. 1998년 Salk 연구소의 과학자 레슬리 오겔(Leslie Orgel)은 생명의 기원에 관한 과학적 연구와 탐정 이야기를 비교하면서 우리는 추리 소설을 알지도 못한다고 언급했다. 뉴욕 타임즈의 과학 기자인 니콜라스 웨이드(Nicholas Wade)는 2000년 6월호에 다음과 같이 기사를 썼다 : “지구상의 생명의 기원에 관한 모든 것이 미스테리이다. 더 알게 되면 알수록 더욱 퍼즐은 어려워진다.”

우리는 어떻게 생명이 기원하였는지 정말 무지한 채로 있다. 하지만 밀러와 유리의 실험은 계속 진화의 아이콘으로서 사용되고 있다. 왜냐하면 그보다 더 나은 것이 없기 때문이다. 진실을 들려주는 대신에 과학자들이 생명의 기원에 있어서 첫 번째 단계를 실험적으로 보여주었다는 거짓 주장을 듣고 있는 것이다.

진화의 아이콘으로서 밀러와 유리의 실험

1998년 National Geographic지 3월호에는 밀러가 실험기구들 옆에 서있는 사진이 실렸다. 이에 대한 설명은 “1952년 실험에서 초기 지구에 근접한 조건으로 현 University of California at San Diego에 재직 중인 스탠리 밀러가 아미노산을 합성하였다. ‘당신이 한번 이 장비들을 조립해보는 것은 매우 간단한 것입니다’고 그가 말한다.”였다.

몇 페이지 뒤에 National Geographic 기사는 “많은 과학자들이 현재 초기 지구의 조건이 밀러가 처음 제안한 것과 다르다고 의심한다.”라고 해명한다. 하지만 그림은 천 마디의 말보다 더 뛰어난 효과가 있다. 특히 사진에 대한 설명은 잘못 설명되고 있고 기사에 실린 진실은 깊이 묻혀버렸다. 신중한 독자라도 밀러와 유리의 실험이 초기 지구에서 생명이 얼마나 쉽게 기원하였는지를 보여주었다는 인상을 받을 것이다.

많은 생물학 교과서는 같은 접근을 사용한다. 케네스 밀러(Kenneth Miller)와 조셉 레빈(Joseph Levin)의 2000년도판 생물학 교과서는 가장 유명한 고등학교 교과서로 밀러와 유리의 실험 기구에 대한 그림에 다음과 같은 설명을 붙였다 : “지구의 대기(암모니아, 물, 수소, 메탄)를 재구성하고 혼합물에 전기 스파크를 가함으로서 밀러와 유리는 아미노산과 같은 유기물질들이 지속적으로 형성될 수 있었음을 증명했다.” National Geographic 잡지 기사처럼 밀러와 레빈의 교과서는 지문에서 진실을 파묻고 있다 : “밀러가 추측한 초기 지구의 대기는 아마 맞지 않는 것이었다” 하지만 “다른 혼합물을 사용한 실험에서도 유기물을 합성할 수 있었다”고 덧붙임으로서 위의 주장을 좀 완화하였다. 어떤 경우에도 교과서는 원시 대기에 산소기체가 포함되지 않는다는 확고한 입장이어야 한다.

1998년도 판인 윌리암 퍼브스(William Purves), 고든 오리언스(Gordon Orians), 크레이그 헬러(Craig Heller), 데이빗 사다바(David Sadava)가 쓴 대학 교과서인 'Life: The Science of Biology'에서는 학생들에게 “스탠리밀러가 초기 지구에 존재했던 환원성 대기를 사용하여 생명을 이루는 물질을 합성해냈다”고 이야기하고 “초기 대기에 자유 산소는 존재하지 않았다”고 이야기한다. 이 교과서는 대부분의 과학자가 밀러와 유리의 실험이 초기 지구의 실제 상태를 재현하는데 실패했다고 생각한다는 것에 대한 것을 알리지 않는다.

심지어는 매우 최신판의 대학 교과서도 진실을 잘못 전하고 있다. 1998년도 판인 더글라스 푸튀마(Douglas Futuyma)가 쓴 Evolutionary Biology 교과서는 밀러가 초기 지구 상태를 재구성하여 유기물을 합성한 실험 기구들을 그린 그림을 소개하고 있다. 푸튀마(Futuyma)의 책이 초기 지구 때 산소가 부족한 대기였다는 논란에 대해 소개하는 유일한 책이다. National Academy of Sciences의 회장인 브루스 알버츠(Bruce Alberts)와 그의 동료들이 쓴 대학원 수준 교재인 Molecular Biology of the Cell의 최신판에는 밀러와 유리의 실험을 소개하며 이를 가리켜 “원시 지구의 조건을 재구성한 전형적인 실험”이라 부르고 있다. 병행하는 지문에는 “유기물은 이러한 조건하에서 합성되었을 것이고 이를 뒷받침하는 가장 좋은 증거가 실험을 통해 나왔다”고 주장한다.

National Academy of Sciences에서 출판된 1999년도판 소책자는 잘못된 이야기를 계속하고 있다 : “원시 지구의 상태를 재구성한 조건 하에서 수행된 실험 결과, 단백질의 화학적 성분 일부를 합성하였다.” 이 책자는 앞서 소개한 브루스 알버츠의 서문이 포함되어 있는데  “과학과 거짓말은 함께 있을 수 없다”고 확신시키고 있다.

이런 기관의 주장은 National Geographic이나 생물학 교과서에서 밀러와 유리 실험에 대해 잘못 사용한 것보다 더 큰 문제를 일으키고 있다. National Academy of Sciences는 국가 최고의 과학기구이고 1863년 의회가 위임하여 과학적 문제에 대해 정부에게 조언하도록 한 기관이다. 여기에는 미국에서 가장 훌륭한 과학자들이 다수 포함되어 있다. 그들이 정말로 진화에 대한 증거에 대해 대중을 잘못 인도한다는 것을 인정하는 것인가? 아니면 구성원들이 알지 못한 채 이 일들이 진행되었는가? 미국 국민들은 생각하길 바라는 것은 무엇인가?

다음 챕터에는 National Academy에서 최근 출판한 소책자 역시 진화에 대해 잘못된 주장을 펴고 있다는 것을 보여준다. 명백히 하나의 교과서를 따로 분리하여 잘못된 점을 다루지는 않을 것이다. 미국 과학이 갖는 의미는 매우 강력하게 영향을 미친다.

1986년에 화학자인 로버트 샤피로(Robert Shapiro)는 생명의 기원에 관한 연구의 몇 가지 측면에 대해 비평한 책을 썼다. 그는 특별히 밀러와 유리의 실험이 초기 지구의 대기를 강력한 환원성 대기로 증명했다는 것을 비판했다. 그는 다음과 같이 썼다. “우리는 일부에 의해 이 이론이 사실로서 받아들이는 위치에 도달했고 반대 증거로 가능한 것들을 따돌리고 있다” 그는 “과학이라기보다는 신화”라고 결론을 내렸다.

우리는 생물을 배우는 학생들에게 과학이 아닌 신화를 가르치고 있는 것인가?

                                                

4. 생명의 기원과 열역학 법칙

♣ 열역학 제 1법칙(에너지 보존의 법칙)은 “에너지가 새롭게 창조되거나 소멸되지 않는다.” 입니다.

<참고자료 링크>

http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2933

우주 팽창과 열역학 제 1법칙은 모순(우주 나이 7000년)

열역학 제 1법칙(에너지 보존의 법칙)은 “에너지가 새롭게 창조되거나 소멸되지 않는다.” 입니다.

우주가 계속 팽창된다는 것은 에너지원에 의해서 입니다. 천문학자들은 진공에너지가 우주를 팽창시킨다고 합니다! 그런데 우주를 팽창시키는 에너지는 어디서 나타난 것인가요? 따라서 열역학 제 1법칙과 모순입니다.

풍선을 우주라고 할 때 에너지를 주면 풍선은 팽창합니다. 여기서 에너지를 주지 않으면 풍선은 팽창을 멈춥니다! 이 예로써 우주의 팽창과 열역학 제 1법칙은 모순이라는 겁니다. 열역학 1법칙이 성립하므로 우주가 팽창한다는 것이 틀렸습니다!

우주는 팽창하지 않으므로 우주의 나이가 약 137억년이 된다는 것은 틀렸습니다.

우주의 나이는 약 7000년입니다.

그리고 빅뱅(대폭발)우주도 틀린겁니다.