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가장 작은 세포는 진화론에 도전한다 : 473개 유전자들을 가진 세포가 자연발생할 수 있을까?

가장 작은 세포는 진화론에 도전한다 

: 473개 유전자들을 가진 세포가 자연발생할 수 있을까? 

(Minimal Cell Challenges Naturalism)


     생명의 기원(Origin of life)을 연구하는 과학자들은 가장 작은 세포도 473개의 유전자들을 가지고 있는 것을 보면서, 이전보다 훨씬 높아진 '불가능의 산(Mount Improbable)”을 마주하게 되었다.

최근 크레이그 벤터(Craig Venter)의 연구팀은 최소한의 필수적 기능만을 가진, 살아있는 세포(기생하지 않고 독립적으로 살아갈 수 있는 최소 생명체)를 분석한 자신들의 연구 결과를 발표했다. 그들은 그것을 'Syn 3.0”이라고 명명했다. 세균 마이코플라즈마(Mycoplasma mycoides)에서 없어도 되는 유전자들을 결정하기 위한 수 년 간의 노력 후에, 그들은 살아가는 데에 필수적이라고 생각되는 473개의 유전자를 가진 ‘합성적‘ 세포를 수립하게 되었다. 그들은 이들 가운데 149개의 유전자의 기능은 밝혀내지 못했다.
이것은 과학계에서 화제가 됐는데, 왜냐하면 Syn 3.0은 원시상태의 화학스프에서 우연히 생겨날 수 있는 어떠한 종류의 초창기 세포보다 훨씬 훨씬 더 복잡했기 때문이었다. 코넬리우스 헌터(Cornelius Hunter)가 그의 블로그인 ‘다윈의 신(Darwin’s God)’에서 말했던 것처럼, ”마이코플라즈마는 진화론을 붕괴시켰다.” 여기 언론 매체의 기사 제목들이 있다 :

•실험실에서 설계된 인공세포는 생명체에 필수적인 유전자들을 밝혀냈다 (New Scientist)

•‘가장 적은 수의 유전자’들을 지닌 합성 미생물 (BBC News)

•독립적 생존에 필요한 최소한의 유전자만을 지닌 가장 작은 세포의 창조 (Science Daily)

•‘최소 세포’는 합성 생명체의 이용을 더욱 어렵게 만들고 있다 (Nature News)

•작은 인공 생명체 : 연구실에서 만들어진 가장 적은 유전체의 박테리아 (Live Science)

•최소한의 DNA를 지닌 미생물은 생명체의 비밀을 드러낼 수도 있다 (PhysOrg)

Science Magazine는 허친슨과 벤터 등이 연구한 원본 논문을 게재했다. Science 지에 그 논문에 대한 논평에서, 로버트 서비스(Robert F. Service)는 그 유기체는 ”최소한의 유전자”들을 가지고 있지만, ”많은 수수께끼”들을 가지고 있다고 말했다. 벤터의 연구팀은 초기에 Syn 1.0을 연구했으나, 그 미생물의 복잡성이 연구원들을 당황시켰다는 것이다 :

벤터는 연구팀의 리더인 클라이드 허치슨(Clyde Hutchison)과 함께, 생명 유지에 필요하지 않은 유전자들을 Syn 1.0에서 제외하는 방식으로, 생명체에 필수적인 최소한의 유전자들을 알아보려 노력했다. 초기에 그들은 존재하는 모든 유전학적 지식을 가지고, 최소한의 유전체(genome)만을 갖고 있는 박테리아 염색체를 만드는 임무를 수행할 동일한 두 개의 팀을 구성했다. 두 연구팀이 만든 것들이 살아있는 유기체를 만들 수 있는지를 알아보기 위해서, 마이코플라즈마 카프리콜룸(Mycoplasma capricolum)에 이식되었다.

”중요한 소식은 우리가 실패했다는 것이다” 벤터가 말했다. ”나는 놀랐다.” 양쪽의 염색체 모두 살아있는 미생물을 만들지 못했다. 벤터는 ”우리가 현재 가지고 있는 생물학에 대한 지식으로는, 살아있는 유기체를 설계하고 만들 수 없음이 분명해 보인다”고 말했다.

그들은 '하향식(top-down)” 접근방식을 이용해서 다시 시작했다. Syn 1.0에서 시작하여, 그들은 박테리아에 없어도 살아갈 수 있는 유전자들을 체계적으로 제거함으로써, 박테리아가 생존하는데 필수적인 유전자들을 밝혀냈다. 그들은 473가지의 유전자들을 모았고, 이는 Syn 1.0의 절반에 달하는 크기였다.

놀라운 소식은 그렇게 많은 종류의 유전자들이 필수적이라는 것이었다. 그리고 그들 중 149개의 유전자들은 아직 그 기능을 알지 못한다는 것이었다. New Scientist 지는 영국의 한 생화학자의 말을 인용하고 있었다.

”기능을 모르는 그렇게 많은 유전자들이 발견된 것은 불편한 사실이지만, 그래도 아직 배울 것이 많다는 점에서 고무적이다”고 영국 에든버러 대학의 알리스타 엘피크(Alistair Elfick)는 말한다.

”만약 우리가 신(god)처럼 행동하고 있는 것이라면, 우린 특별히 잘 하고 있는 것은 아닐 것이다” 엘피크는 말했다. ”이미 자연에 존재하는 것을 단순화시키는 작업은 신이 하는 행동은 아닐 것이다, 다만 우리 자신을 더욱 겸손하게 하는 일이다.”

 Live Science 지에 따르면, 벤터도 또한 겸손해짐을 느꼈다는 것이다 :

”우리는 아주 단순한 생명체라도 얼마나 복잡할 수 있는지를 보여주었다”라고 이 연구를 진행했던 제이 크레이그 벤터 연구소(J. Craig Venter Institute, JCVI)의 최고 경영자 크레이그 벤터는 말했다. ”이 발견은 그러한 점에서 우리를 매우 겸손하게 만들었다.”

앤 가우저(Ann Gauger)는 지적설계의 관점에서, Evolution News & Views 에서 이 유기체가 (그리고 어떠한 원시세포라도) ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducibly complex, 비축소적 복잡성, 환원 불가능한 복잡성)’을 지닌다고 설명했다.

이 모든 것들은 분명 어떤 한 질문으로 이어진다. 이 작은 박테리아는 자신의 DNA를 복제하고, 전사하고, 번역하여, 단백질들을 만들고, 세포분열을 하기 위한 모든 과정들을 해낼 수 있는 능력들을 모두 가지고 있어야만 한다는 것이다. 박테리아는 환경으로부터 얻을 수 없는 것들도, 모두 만들어낼 수 있어야만 한다. 그러기 위해서는 저장되어야만 하는 많은 양의 유전정보들이 있어야 하고, 그 유전정보들을 적절히 사용할 수 있어야만 한다. 여기에 473개의 유전자들이 있다.

이러한 사실은 ‘생명의 기원’ 분야에서 압력이 되고 있었다.

세포는 처음에 어떻게 생겨난 것인가? 여기에는 닭이 먼저냐, 달걀이 먼저냐 하는 문제가 내포되어 있다. 세포가 기능들을 수행하는 유기체가 되기 위해서는, 다수의 구성요소들이 있어야 하는데, 어떤 것이 시작점일까? DNA나 RNA만 가지고는 시작점이 될 수 없다. 왜냐하면 단백질들이 DNA를 복제하고, 세포 내의 기본 과정들을 수행하는 데에 필요하기 때문이다. 그러나 마찬가지로 단백질들만 생겨났다고 시작점이 될 수 없다. 왜냐하면 DNA가 단백질들의 합성 과정을 담은 유전정보를 다음 세대로 전달해야하기 때문이다.

그것은 마치 자동차 같다고 가우저는 말한다. 자동차는 ”엔진, 변속기, 구동축, 핸들, 차축, 바퀴, 그리고 이 모든 것들을 붙잡아 줄 차대(chassis, 섀시)가 필요하다.” 기름이나 밧데리 등은 두말하면 잔소리다. 만약 당신이 이러한 부품들 중 단지 하나나 두 개만을 가지고 있다면, 그건 자동차가 아니라, 그냥 쓰레기일 뿐이다.

단백질 합성에 대해 생각해보라. PhysOrg지에 게재된 한 논문은 건축벽돌들을 가지고 있는 것만으로는충분치 않다고 말한다. 단백질들이 만들어지기 위해서는 ”정확한 시점”이 필요하다. 이러한 과정은 오페라나, 요리처럼 ”정확한 순서대로” 일어나야 한다.

사실, 유전자의 접합(splicing) 과정에 대한 상세한 사항은 Science 지의 최근 논문으로부터 알려졌다. ”한 부분복합체(subcomplex)는 스플리스오좀(spliceosome, RNA-단백질 복합체)의 위로 정확하게 들어가야 하고, 성숙한 스플리스오좀이 만들어지기 위해서는 적절한 구조적 변화가 일어나야만 한다.” 그것이 단백질로 번역되기 위해 리보솜 내로 들어가기 전에, 이 과정은 메신저 RNA를 성숙시킨다. Science 지에서 이 발견을 요약한 제미 케이트(Jamie H. D. Cate)는 그것을 ”스플리스오좀 구조 생물학에서의 빅뱅”이라고 불렀다. 접합(splicing) 과정은 진화론자들이 박테리아 이후에 진화되었다고 생각하고 있는 진핵세포 내에서도 일어난다. 그럼에도 Syn 3.0을 포함하여 아무리 단순한 미생물이라 하더라도, DNA와 RNA를 조작하는 많은 단백질들을 가지고 있었다.

PhysOrg 지에 따르면, 선임저자인 허친슨은 이 가장 작은 세포 내의 유전체는 ”매우 작았지만, 생명체를 유지시키고 있었다.” 그렇지만, 그 박테리아는 비교적 안정적이고 안전하게 실험실에서 살아가고 있다. 그 미생물은 야생에서 살아남을 수 있을까? 대부분의 세포는 복잡한 먹이사슬 내에서 다른 세포들과 생태학적 집단을 이루며 살아간다. 최초의 원시세포는 생명체가 없던 황량한 세계에서 어떻게 홀로 살아갈 수 있었을까?

Live Science지는 생명의 기원에 대해 설명하는 조금은 우스꽝스러운 이론들을 소개하고 있었다. (이 이론들이 우스꽝스러운 이유는 그 이론들 모두 틀렸음이 밝혀졌기 때문이다.) 다윈과 오파린(Oparin)이 예상했던 원시스프(primordial soup)로부터 시작하여, 찰스 초이(Charles Q. Choi)의 목록까지 나열되어 있었다 :

1. 전기방전(Electric spark) : 밀러의 실험(Miller experiment)

2. 진흙(Clay) : 알렉산더 케른-스미스(Alexander Cairns-Smith)가 내놓았던 가설

3. 심해열수공(Deep-sea vents) : 마이클 러셀(Michael Russell)의 모델

4. 추운 시작(Chilly start) : 명백히 위의 모델들과 상이하고, 자외선으로부터 보호되어야 함.

5. RNA 세계(RNA World) : 저명한 이론가들도 버린 이론

6. 간단했던 시작(Simpler beginnings) : ”쓰레기통 세상” 또는 ”지질 세상(lipid world)”

7. 범종설(Panspermia, 외계생명체 유입설) : 프란시스 크릭(Francis Crick)의 도피 이론. 이것은 질문의 대답을 우주로 넘겨버렸다.

이들 각 모델들은 지지하는 사람들과 비판하는 사람들을 가지고 있다. 어떤 이론은 상호 배타적이다. 어떤 이론은 유전학에 내한 내용 없이 신진대사로 시작한다. 어떤 이론은 유전학(RNA 세계)으로 시작하지만, 단백질에 관한 내용이 없다. 어떤 이론은 뜨거운 것을, 어떤 이론은 차가운 것을 선호한다. RNA는 다윈의 자연선택에 의해서, 분자 진화가 우연히 일어날 수 있는 대표적인 물질로 주목받았다. 자연선택이 작동되지 않는 경우에, 운 좋은 사건들이 모두 우연히 일어나야만 했었다는 것에 모든 사람들이 동의하고 있다.

수잔 마주르(Susan Mazur)는 ‘생명의 기원’을 연구하는 세계적인 저명한 이론가들과 여러 회의와 기관에서 많은 논의를 했던 사람이다. 그녀가 2014년에 쓴 책 ‘생명의 기원 서커스(The Origin of Life Circus)’에는 저명한 학자들과 인터뷰를 했던 놀라운 내용이 담겨 있다. 모든 저명한 학자들은 잘 알려져 있고 언론에도 자주 보도됐던 ”RNA 세계”에 대해 말하면서, 최소한 RNA 세계의 초기 상태에 대해선 부정적인 반응을 보였다. 몇몇은 RNA가 단백질과 같은 다른 분자와 결합하는 데에 어떤 역할을 하고 있을 것이라고 생각하고 있었다. 그러나 한 분자에서 일어나는 대사과정이나 유전정보를 설명하기 위해서, 단백질과 다른 분자들에게 의존하는 것은 RNA 세계 자체를 부정하는 것이다.

예를 들어, 스티븐 베너(Steven Benner)는 RNA의 모순 4가지를 제시하고 있었다. (1)건축 벽돌들은 타르(tar)를 만들려는 경향이 있다. (2)RNA는 물속에서 생성될 수 없다. (3)RNA 중합(polymerization)은 열역학법칙에 어긋난다. (4)리보자임(ribozymes)은 RNA를 만들기보다 파괴하려할 것이다(155~156 pp). 중요한 것은 RNA는 혼자 일할 수 없다는 것이 기본적 결론이라는 것이다. RNA는 보조인자로서 단백질들을 필요로 하고, 이 모든 것들을 붙잡고 있을 용기(container) 또는 세포막을 필요로 한다.

단백질과 폴리뉴클레오타이드가 가지고 있는 문제점은 그 배열이 정확하고 올바르게 정렬되어야 한다는 것이다. 만약 이들이 쉽게 서로 연결된다고 하더라도(실제로는 그렇진 않지만), 이것들이 직접 무슨 일을 하지 않는 이상, 이것들은 절대로 살아있는 유기체가 사용할 수 있는 건축벽돌이 될 수 없다. 많은 사람들이 지적했던 것처럼(우리의 온라인 책을 포함하여), 이상적인 상황 하에서도 기능을 할 수 있는 정확한 배열이 우연히 만들어질 가능성은 극히 극히 극히 낮다. 만약에 우주가 만들어진 시간을 다 써도, 지구에서 사용가능한 단 하나의 단백질도 만들어질 가능성이 없다면, 벤터가 밝혀낸 가장 작은 살아있는 세포에서 필요한 473개의 단백질들과 그것에 대한 유전자들이 모두 우연히 만들어질 수 있단 말인가? 마주르의 책에 등장하는, 그녀가 인터뷰했던 모든 사람들은 똑같은 말만을 반복하고 있었다 : 우리는 생명체가 어떻게 발생했는지 모른다.



진화론자들이여, 제발 정신을 차리길 바란다. 명백한 사실을 부정하지 말라. 생명체에서 밝혀진 사실들은 어떤 것을 말하고 있으며, 외치고 있는 것이다. 왜 자꾸 부정하려고만 하는가? 당신들은 증거를 존중하지 않는가? 불가능한 확률에 당신의 믿음을 두지 말라. 증거가 이끄는 곳을 따라 가야하지 않겠는가? 그렇게 하는 것이 과학을 하는 사람들의 행동이다.



번역 - 최건영

링크 - http://crev.info/2016/03/minimal-cell-challenges-naturalism/ ,

출처 - CEH, 2016. 3. 26.

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=6449

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