LIBRARY

KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

미디어위원회
2006-02-11

다윈에게는 세포가 블랙박스였다.

Lee Strobel 


      마이클 베히는 드렉셀 대학에서 화학분야의 학위를 우등으로 받았고, 펜실베니아 대학에서 생화학 박사학위를 받았다. 그리고 펜실베니아 대학과 국립보건 연구원에서 박사후 과정을 연수한 후, 1985년에 리하이 대학의 교수가 되었다. 국립과학재단의 분자세포생물과학 분과의 분자생화학 평가위원도 역임했다. 그는 과학 잡지에 ‘DNA 염기 서열’ 등 40편이 넘는 논문을 실었다. 현재는 미국 생화학분자생물학회, 분자생물학과진화학회 등 여러 전문단체의 회원이다.

그는 어렸을 때 하나님이 우주를 만드셨다고 배웠는데, 정규 학교 교육에서는 그 전체 과정을 다윈주의적 진화를 통해 발견한다고 배워야 했다. 생화학을 전공하면서, 생명이 자연주의적 과정으로 생겨나려면 필요한 것들, 즉, 단백질, 유전암호, 세포막 등 필요한 구성요소들을 열거하면서, 생명체는 결코 저절로 생겨날 수 없다고 판단했다.

그 후 베히는 유전학자 마이클 덴튼의 획기적인 저서 ‘위기에 처한 진화론’을 읽고, 처음으로 다윈주의에 대한 논리 정연한 과학적 비판을 접하게 된 그는 깜짝 놀랐다. 이전까지는 다윈을 의심하는 것은 ‘종교적 광신도들’ 뿐이라고 생각했다. 덴튼의 책에 자극 받은 베히는 생화학자인 자신이야말로, 과학적 증거가 생물체 존재의 근원으로 다윈주의를 지목하는지 하나님을 지목하는지 조사할만한 완벽한 조건을 갖추고 있음을 깨달았다.

다윈주의적 진화가 제대로 작동하려면 아미노산, 단백질, DNA의 미시차원에서부터 제대로 변화가 일어나야 한다. 세계의 설계자가 있다면 그의 지문이 세포 전반에 묻어있을 것이다. 세포의 세계는 전형적인 세포 하나를 만드는데  1013 개의 원자가 필요한, 엄청나고 복잡하면서도 아주 작은 곳이다. 베히는 최대한 선입견을 배제하고 새로운 눈으로 분자의 증거를 꼼꼼히 살펴나갔다. 결국 결론으로 ‘다윈의 블랙박스’라는 책을 출간했는데, ‘내셔널 리뷰’ 지는 그 책을 20세기의 가장 중요한 비소설 중의 하나로 꼽았다.


여섯 번째 인터뷰 : 마이클 베히 박사

마이클 베히의 이론들은 세포 세계를 움직이는 작지만 복잡한 분자 기계들이 설계자에 의해 창조되었다는 생각을 강하게 뒷받침해 준다.


다윈의 블랙박스

다윈에게 블랙박스는 세포였다. 여기서 블랙박스란 흥미롭지만 모르는 체계나 기계를 묘사할 때 과학자들이 쓰는 용어이다.

다윈 시대에 과학자들은 세포가 어떤 일을 하는지 알지 못했다. 대부분의 과학자들은 세포를 깊이 탐구할수록 더욱 단순한 구조를 발견하게 될 것이라고 추측했지만, 정반대의 일이 벌어졌다. 분자의 차원에까지 이르며 생명의 밑바닥을 살펴보았더니 그 끝까지 생명은 복잡했다.

다윈은 ‘종의 기원’에서 이렇게 말했다. “수많은 연속적인 작은 변이들에 의하여 생겨날 수 없는 어떤 복잡한 기관의 존재가 증명된다면, 나의 이론은 그 날로 무너질 것이다.” 그런데 세포를 조사해 보니까, 세포가 무시무시할 정도로 복잡하다는 것과 적당한 모양과 힘을 갖고 적당한 상호작용을 하는 마이크로 기계들에 의해 가동된다는 사실을 알게 되었다. 이러한 기계들의 존재는 다윈 자신이 제시했던, 위와 같은 시험에 도전이 되었다.

다윈의 말은 환원 불가능한 복잡성(한 요소도 제거불가능한 복잡성, 비축소적 복잡성)이라는 마이클 베히의 개념의 토대가 되었다. 환원 불가능하게 복잡하다는 말은, 어떤 체계나 장치를 구성하는 수많은 다양한 요소들이 모두 유기적으로 작동해야만 제 임무를 감당할 수 있고 그 요소 중 하나만 빠져도 더 이상 기능하지 않을 경우를 말한다. 환원 불가능하게 복잡한 체계가 다윈주의 진화 과정을 통해 하나씩 만들어질 가능성은 대단히 낮다.


쥐덫의 예

쥐덫은 최소한 다섯 개의 장치, 즉 첫째, 다른 부분들과 이어진 나무판자. 둘째, 쥐를 때려잡는 일을 하는 금속망치. 셋째, 쥐덫이 장치되어 있을 때 길게 나온 끝부분으로 판자와 해머를 눌러주는 스프링. 넷째, 생쥐가 조금이라도 압력을 가하면 풀리는 걸쇠. 다섯 번째, 덫이 장치되어 있을 때 걸쇠에 연결되어 해머를 뒤로 젖힌 상태로 지탱해 주는 금속 막대로 구성되어 있다.

이 부분들 중 어느 하나를 빼 버린다면 쥐덫의 효율성이 전보다 절반으로 떨어지거나 생쥐를 절반밖에 못 잡는 것이 아니라, 쥐를 한 마리도 못 잡게 된다. 쥐덫은 전혀 작동하지 않는다. 이 다섯 부분이 있기만 하면 되는 것이 아니라, 크기와 위치가 잘 맞아야 한다. 어떤 지성적인 존재만이 쥐덫을 그런 식으로 만든다.

그렇다면 세포 안에서 각 부분을 결합시켜 주는 것은 누구인가? 자기 스스로 해야 한다. 세포의 구성요소들이 올바른 방향으로 결합되도록 지시하는 정보가 이미 체계 내에 존재해야 한다. 쥐덫은 환원 불가능하게 복잡한 생물학적 체계들이 다윈주의로 설명될 수 없는 이유를 잘 보여준다. 진화는 환원 불가능하게 복잡한 생물 기계를 어느 날 갑자기 한순간에 만들어낼 수는 없다. 선구 체계의 연속적이고 수많은 작은 돌연변이 역시 환원 불가능하게 복잡한 기계를 직접 만들 수는 없다. 모든 선구 체계가 불완전하므로 결과적으로 제대로 기능할 수 없기 때문이다.

환원 불가능하게 복잡한 생물학적 체계들을 발견할수록, 다윈이 제시한 진화론의 실패 기준이 충족되었음을 더욱 확신할 수 있다.

그렇다면 세포 수준에서 생물학적 기계의 종류는 얼마나 될까? 한 마디로 전부이다. 세포 기능의 모든 부분은 대단히 정교하고 복잡한 기계들의 제어를 받는다. 다윈주의 진화론의 대담한 주장은 복잡한 체계들이 어떤 지성의 개입도 없이 조립될 수 있다는 것이다. 그런데 여러 부품들만 있고 그것들을 제 위치에 맞춰 놓을 능력이 없다면 작동하는 쥐덫을 만들 수 없다. 이 일이 저절로 일어날 가능성의 확률은 매우 낮다.


섬모의 움직임

옛날 과학자들은 배율이 낮은 현미경으로 섬모를 보았을 때, 그것을 그냥 작은 털로 보았다. 그러나 이제는 전자현미경 덕분에 섬모가 매우 복잡한 분자기계라는 사실이 밝혀졌다. 대부분의 털은 앞뒤로 움직이지 않는데, 섬모는 유체를 헤치고 저어갈 수 있다. 섬모는 대략 200개 가량의 단백질 성분으로 이루어져 있다.

섬모의 작동원리는 다음과 같다. 가늘고 길고 유연한 막대기 모양의 미세소관 아홉 쌍이 두 개의 미세소관을 둘러싸고 있다. 바깥의 미세소관들은 소위 넥신 연결사로 서로 이어져 있다. 그리고 각 미세소관은 디네인이라는 팔이 달린 모터단백질을 갖고 있는데, 거기에는 팔이 달려 있어서 한 미세소관에 있는 모터단백질은 팔을 뻗어 다른 미세소관을 붙잡고 밀어 내린다. 그렇게 해서 두 개의 미세소관은 길게 서로 미끄러지면서 움직이기 시작한다. 그것들이 미끄러지기 시작하면 느슨한 밧줄 같던 넥신 연결사가 당겨져 팽팽해진다. 디네인이 점점 더 많이 밀어내면 미세소관이 휘어지기 시작한다. 그러면 디네인은 이번에는 미세소관을 반대쪽으로 밀고 미세소관은 다시 반대쪽으로 휘어진다. 이렇게 해서 섬모의 노 젓는 운동이 생겨난다.

사실 섬모의 복잡성을 설명하는 것은 이런 내용으로는 부족하다. 그러나 중요한 것은 막대기(미세소관), 연결사(넥신), 그리고 모터(디네인)가 모두 다 있어야 미끄러지는 운동을 휘는 운동으로 변환시켜 섬모가 움직일 수 있다는 것이다.

모든 것이 다 결합되어 있어야만 섬모가 움직이기 때문에 다윈주의 진화론으로는 그것을 설명하지 못한다. 진화론으로 그것을 설명하려면 그것이 어떻게 점진적으로 발전할 수 있는지 생각해 내야 하지만, 그것을 성공한 사람은 아직 없다.


박테리아 편모

섬모는 노처럼 움직여 세포들을 이동시키지만, 편모는 프로펠러처럼 움직인다. 편모는 매우 효율적으로 작동한다. 편모의 프로펠러는 기다란 채찍 모양인데, 플라젤린(flagellin)이라는 단백질로 만들어져 있다. 프로펠러는 갈고리 역할을 하는 단백질의 도움을 받아 구동축에 붙어있는데, 갈고리는 만능 이음새로 작용하여 프로펠러와 구동축이 자유롭게 돌아가도록 해 준다. 투관물질로 작용하는 몇 가지 종류의 단백질 덕분에 구동축은 박테리아의 벽을 뚫고 회전모터에 붙어있을 수 있다.

편모가 에너지를 얻는 것은 흥미롭다. 근육과 같은 생물학적 체계들은 소위 ‘운반체분자’에 저장된 에너지를 사용한다. 그러나 편모는 또 다른 체계, 즉 박테리아 세포막으로 들어오는 산(acid)의 흐름으로 생겨나는 에너지를 사용한다. 이것에 대해서는 과학자들이 아직도 연구 중이며 이해하려고 노력하는 복잡한 작용이다. 편모는 분당 만 번 회전할 수 있다. (기존의 최첨단 자동차도 분당 회전수가 최대 9,000회에 불과하다.) 뿐만 아니라 그 프로펠러는 1/4 회전 만에 회전을 멈추고 즉시 1만 RPM의 속도로 반대 방향으로 회전할 수 있다. 하버드대학의 하워드 버그는 그것을 우주에서 가장 효율적인 모터라고 불렀다. 더군다나 한 개의 편모의 크기는 약 2마이크론 정도이다. 대부분의 길이를 프로펠러가 차지하니까 모터 자체는 아마 0.05 마이크론 정도일 것이다. 현대 기술을 총 동원해도 이런 것을 만들기엔 부족하다. 편모를 확대한 그림을 보면 신비할 정도로 인간이 만들어 낼 법한 기계처럼 보인다.

지적설계의 주장에 대해 아주 회의적인 사람에게 박테리아 편모의 그림을 보여주었더니, 그제서야 지적설계자가 세상을 설계했다는 데 대해 동의를 한 사람도 있다. 게다가 박테리아 세포는 유도 장치를 갖추고 목표물을 찾아가는 스마트 미사일과 비슷하다. 박테리아 세포 안에 있는 감각체계가 편모에 정보를 줘서 언제 작동되고 언제 작동을 멈출지 지시하면, 편모는 그 지시를 받아 음식, 빛, 또는 다른 목표물을 찾아간다. 이 편모도 환원 불가능하게 복잡하다. 유전학 연구에 따르면, 제대로 작동하는 편모를 만들기 위해서는 서른 개에서 서른다섯 개 정도의 단백질이 필요하다. 현재 우리는 그 단백질들의 기능조차 모른다. 그러나 편모에는 최소한 여러 단백질로 이루어진 세 가지 요소인 구동축, 회전자, 모터가 있어야 한다. 그 중 하나를 제거하면 예를 들어 분당 5천 번 회전하는 기능의 편모가 나오지 않는다. 전혀 작동하지 않는 편모가 남을 뿐이다.

편모가 점진적 과정으로 어떻게 생겨났는지 진화론적 설명을 제안한 사람은 아무도 없다. 환원 불가능하게 복잡한 체계 대부분에 대해 현실적이라고 말한 설명은 전혀 없다. 기껏해야 "진화는 생물학적 기능을 위해 가장 적절한 분자를 선택한다"는 정도의 말밖에 찾을 수 없다. 어떤 사람은 시간이 지나면 편모를 더 잘 이해할 날이 올 것이라고 주장하는 사람도 있다. 그러나 우리가 목격하는 복잡성은 우리가 더 많이 안다고 해서 해소되는 것이 아니라, 그럴수록 더욱 복잡해질 뿐이다. 편모에 대한 복잡성은 다윈주의 이론에 더욱 더 큰 도전이 된다.


세포 내 수송체계

세포는 안에 있는 모든 내용물들이 출렁거리는 간단한 수프 주머니가 아니다. 진핵세포(박테리아를 제외한 모든 생물의 세포) 안에는 마치 집안의 방들처럼 수많은 칸막이 방이 있다. DNA가 있는 핵, 에너지를 생산하는 미토콘드리아, 단백질을 처리하는 소포체, 다른 곳으로 수송되는 단백질의 중간역인 골지체, 폐기물 처리장인 리보솜, 세포 밖으로 내보내질 화물을 저장하는 분비소포, 지방의 물질대사를 돕는 페록시좀이 있다. 각 방에는 벽이 있고 문이 달린 방처럼 막으로 밀폐되어 있다. 각 세포에 있는 칸막이 방은 스무 개가 넘는다.

세포는 끊임없이 오래된 성분을 제거하고 새로운 성분을 만들어 낸다. 대부분의 새로운 성분들은 세포 속 중간에 위치한 리보솜에서 만들어진다. 리보솜은 1백만 개 이상의 원자를 담고 있는 커다란 분자가 50개 정도 모인 집합체인데, 이것은 DNA의 지시에 따라 어떤 단백질이라도 합성해 낸다. 정확한 유전정보만 주어지면 리보솜은 단백질을 기반으로 한 모든 생물학적 기계를 만들 수 있다.

리보솜만 놀라운 것이 아니라, 이들 새로 만들어진 성분들이 제 몫을 수행할 수 있도록 올바른 방에다 집어넣는 일이 있다. 그것을 위해서는 또 다른 복잡한 기계가 필요하다. 우선 밀폐되고 모터가 달린 분자 트럭이 있어야 한다. 그리고 그것들이 이동할 수 있는 고속도로가 있어야 한다. 그 다음에는 어떤 부품이 어떤 트럭에 실리는지 알 수 있어야 한다. 결국 각 부품은 특정한 방으로 가야하기 때문에, 단백질을 올바른 분자트럭에 태우기 위해서는 단백질에 어떤 표시가 있어야 한다. 그리고 트럭은 자기가 어디로 가는지를 알아야 한다. 또 트럭이 목적지에 도달하고 나면 화물을 꺼내어 칸막이 방에 집어넣을 방법이 있어야 한다. 이 미시적 운송체계가 오랜 세월에 걸친 점진적 변이로 자동 조립될 수 있을까? 세포 내 수송체계는 설계의 특징을 모두 갖추고 있다.


혈액응고 연쇄반응

혈액응고 체계는 대략 스무 가지 정도의 서로 다른 분자성분을 사용하여 대단히 조직적으로 이루어지는 10단계 연쇄반응이다. 전체 체계가 동시에 제자리를 차지하지 않으면 혈액응고는 이루어지지 않는다. 혈액응고의 핵심은 응고 그 자체보다, 응고 체계를 어떻게 조절하는가에 있다.

뇌나 허파 같은 엉뚱한 장소에 응고가 생기면 사람이 죽는다. 몸에서 피가 다 빠져나오고 20분 후에 응고가 되어도 죽는다. 혈액응고가 상처 부위로 제한되지 않으면 혈액 전체가 굳어져 죽는다. 상처부위 전체에 응고가 일어나지 않아도 죽는다. 완벽하게 균형을 이루는 혈액응고 체계를 만들기 위해서는 단백질 부품 다발이 단번에 삽입되어야 한다. 이것은 다윈주의의 점진적 접근방식이 아닌 지적설계자 가설에 들어맞는다. 일부 과학자들은 유전자 중복 과정을 통해 복잡한 생물학적 체계 안의 새로운 성분들이 만들어질 수 있다고 제안했지만, 중복된 유전자는 이전과 똑같은 단백질일 뿐, 새로운 특성을 가진 새로운 단백질이 생기는 것은 아니다. 과연 혈액응고 체계가 오랜 시간에 걸쳐 단계적으로 발달할 수 있을까? 그 체계가 완성되는 동안 동물들이 상처가 날 때마다 죽지 않게 막아줄 효과적인 방법이 없다. 더군다나 혈액응고 체계는 구성요소의 일부만 갖춰져 있을 때는 일부만 작동하는 것이 아니라, 전혀 제 기능을 하지 않는다.


지적설계의 반대자들

다윈주의자들은 지적설계 옹호자들이 종교적 신념으로 과학을 채색한다고 비난할 때가 많다. 마이클 베히는 신문기자에게 이렇게 말한 적이 있다. “내 경험으로 볼 때 … 설계 이론을 가장 요란하게 반대하는 사람들은 종교적 이유에서 그렇게 한다.” 과학자들은 언제나 가설을 제안한다. 그러나 "생명 발달의 추진력은 자연선택이 아니라 지적설계라고 생각합니다"라고 말하면, 사람들은 그것을 또 다른 의견으로 받아들이지 않는다. 많은 사람들이 펄쩍 뛰고 얼굴을 붉히는데, 그들이 흥분하는 이유는 과학적인 문제에 대해 의견을 달리하기 때문이 아니라, 지적설계가 과학 외적으로 함축하는 바가 마음에 들지 않기 때문이다.


결론

베히의 '환원 불가능한 복잡성' 개념은 부정적인 동시에 적극적인 논증이다. 첫째, 그는 다윈의 말을 그대로 받아들여 상호 연결된 생물학적 체계들이 진화론의 주장처럼 연속된 수많은 작은 변이들을 통해 만들어질 수 없다는 사실을 증명했다. 그 결과 다윈주의에 치명적인 충격을 주었다. 둘째, 베히는 복잡한 생물학적 기계들이 어떻게 만들어질 수 있었는지 충분히 설명하는 대안이 존재한다고 지적했다.

환원 불가능하게 복잡한 체계들은 어떤 지적 행위자가 목적과 의도를 가지고 세상을 설계했다는 강한 증거이다. 자연주의적 방법은 그 복잡한 생물학적 체계들을 설명하지 못했다. 다윈주의자들도 솔직하게 마음을 여는 순간 그 사실을 시인한다. 과학의 발전과 더불어 우리는 세포 세계에서 점점 더 많은 복잡성을 발견하고 있다. 이것은 진보의 화살이다.

과학자 앨런 샌디지의 말, “세상이 우연의 산물이라고 보기엔 모든 부분들의 상호 연관성이 너무나 복잡하다. 나는 모든 생물들에서 발견되는 생명의 질서가 너무나 서로 잘 결합되어 있다고 확신한다. 생물의 각 부분은 나머지 부분들과 조화를 이룰 때만 제 기능을 할 수 있다.” 



번역 - 이종헌

출처 - 창조설계의 비밀, 제8장


미디어위원회
2005-11-17

뒤로 향하는 인간 망막이 형편없는 설계인가? 

(Is the Backwards Human Retina Evidence of Poor Design?)

By Jerry Bergman, Ph.D. and Joseph Calkins, M.D.  


서론

소위 뒤로 향하는 망막(backwards retina)은 창조론에 반하는 논쟁점 중의 한 가지 예로 오래 전에 틀렸음이 증명되었다. 그럼에도 불구하고, 생명은 설계되지 않았다라고 주장하는 다윈주의자들에 의해 가장 흔하게 사용되는 논쟁점들 중의 하나이다. 예를 들면, 미국의 주도적인 다윈주의자 중의 한 사람인 브라운 대학(Brown University) 교수인 케네쓰 밀러(Kenneth Miller)는 ‘빈약한 설계(poor design)’에 대한 주된 예로 인간 눈(human eye) 내에서 빛이 망막의 광수용체(retina photoreceptors)에 도달하기 전에 신경층(neuron layers)을 가로질러서 지나간다는 사실을 들고 있다. 그는 이러한 설계는 불완전한 지적설계자를 반영하고 있으며, 밀러 자신에게는 어떠한 설계자도 존재하지 않는다는 명백한 증거를 제공한다고 주장한다. 도리어 그것은 돌연변이와 자연선택에 의해서 눈이 진화되었으며, 설계된 것이 아니라는 것을 보여준다는 것이다. 밀러의 말에 따르면, 지적인 설계자라면 빛이 들어오는 쪽으로 향하는 면에 망막의 신경배선(neural wiring)을 두지 않았어야만 한다는 것이다. 이러한 배열은 우리의 시력을 덜 세밀하게 만들고 빛을 산란시키며, 심지어 시각 정보를 뇌로 운반하는 시신경을 만들기 위해서 배선이 빛에 민감한 망막을 가로질러 당겨지는 부분에 맹점(blind spot)이 만들어진다는 것이다 (1999, p. 101).


하지만, 맹점여러 가지 이유로 시각의 질을 감소시키지 않는다. 그것을 알아내기 위해서조차도 특별한 검사들이 대개 필요한데, 그것은 다른 쪽 눈이 갭(gap)을 메우기 때문이다. 게다가, 뇌는 이미지를 구성하기 위해서 망막으로부터 온 정보를 사용할 뿐이며, 그림자, 반사문제, 흐릿한 빛, 그리고 안경에 있는 먼지와 같이 다른 ‘맹점’들을 처리하는데 있어서 뛰어나게 일을 수행한다. 셔며(Shermer)는 인간의 눈은 단지 서투르게 설계된 것이 아닐 뿐만 아니라, 인간 눈의 해부학적 구조는 명백히 ‘지적으로 설계된’ 것임을 보여준다고 주장한다. 그것은 빛 신호를 신경자극으로 변환하는 빛에 민감한 간상세포와 원추세포에 도달하기 전에 각막, 렌즈, 수양액(aqueous fluid), 혈관, 신경절세포(ganglion cells), 무축삭세포(amacrine cells), 수평세포(horizontal cells), 그리고 이극성 세포(bipolar cells)를 가로질러 빛의 광자가 지나가도록 아래 위가 바뀌어서 그리고 뒤쪽으로 향하도록 만들어져 있다(2005, p. 186).

윌리암즈(Williams)는 인간의 눈뿐만이 아니라, '다른 모든 척추동물의 눈들은 기능적으로 우둔한 망막의 위아래가 뒤집힌(upside-down orientation) 방향성을 가지고 있으며”, 그리고 '사실 기능적으로 뛰어난 배열은 오징어와 다른 연체동물(mollusks)의 눈에서 발견되는 것이다” 라고 덧붙였다 (1997, pp. 9-10). 이러한 주장에 대한 평가는, 그것은 고지식할 뿐만이 아니라, 철저하게 틀렸음을 보여주고 있다.


연구를 통한 발견

안과 의사들의 연구는 명백히 인간의 망막은 ‘전도 된(inverted, 거꾸로 된)’ 설계라고 불리는 것을 반드시 사용해야만 하는 이유를 보여주었다. 전도 된 망막은 들어오는 빛이 망막의 앞부분을 가로질러 광수용체에 도달할 때, 광수용체들이 빛으로부터 멀리 떨어져서 마주 대하게 한다. 반대 배치(광수용체들이 눈 앞에서 직면하게 되는)는 ‘전향 된(verted, 바로 된)’ 설계라고 불린다. 전도된 설계에 대한 많은 이유들 중의 하나는 광수용체 뒤에 다기능적이고 필수불가결한 구조인 망막색소 상피세포(retinal pigment epithelium)가 놓여있다는 것이다 (Martínez-Morales 2004, p. 766). 이러한 단층조직(monolayered tissue)은 망막에 의해 붙잡히지 않은 대부분의 빛을 흡수하는 검은 멜라닌 색소(black pigment melanin)를 함유하고 있다. 이러한 설계는 빛이 눈의 뒤쪽으로부터 망막으로 반사되는 것을 막아주는데 매우 유용하며, 만약 이러한 설계가 아니라면 시각 이미지의 선명도가 떨어지게 되는 것이다.


광수용체(간상세포와 원추세포)는 또한 광수용체에 혈액을 공급하는 맥락막(choroid) 위에 있는 색소 상피세포(pigment epithelium)와 가까이 접촉하기 위해서 눈의 앞쪽으로부터 멀리 떨어져서 마주 대해야만 한다. 이러한 배열은 시각(vision)이 불가능하게 됨 없이 간상세포와 원추세포로 흘러가는 ‘매우 중요한 분자인 레티날(retinal, 비타민 A 변형체)의 지속적인 흐름’을 허락하게 한다 (Kolb 2003, p. 28). 밀러에 의해 뛰어난 것으로 주장되고 있는 전향된(verted) 설계는 광수용체를 그것들의 영양, 산소, 그리고 레티날의 근원(맥락막)으로부터 멀리 떨어진 곳에 두게 할 것이다. 이러한 설계는 커다란 문제들을 유발할 수 있다. 왜냐하면 간상세포와 원추세포는 기능, 유지 및 교정에 있어서 매우 높은 대사(작용)를 위해 엄청난 양의 에너지가 필요하기 때문이다. 게다가 광독성(phototoxicity) 손상 때문에 간상세포와 원추세포는 대략 약 7일마다 완전히 교체되어야만 한다.

광수용체와 망막 상피세포(retinal epithelium)는 눈이 떠져있을 때 지속적으로 엄청난 양의 빛을 흡수한다. 빛은 대개 열로 바뀌기 때문에, 망막은 색소 상피세포 바로 뒤에서 맥락막의 혈액공급에 의해 다시 제공되는 매우 효과적인 냉각시스템을 가지고 있어야만 한다. 만약 색소 상피세포 조직이 망막의 앞쪽에(in front) 위치해 있다면, 시각은 심각하게 손상될 것이다. 또한 색소 상피세포로부터 망막을 멀리 두도록 하기 위해서 망막을 뒤집어놓게(reversing) 되면 광수용체가 기능에 필요한 영양분을 얻기 위해서 망막의 색소 상피세포 속에 끼워져 있어야만 하기 때문에 하나도 볼 수 없는 정도로까지 시각을 손상시킬 수도 있다.


이러한 설계는 망막이 시력을 위해 광수용체의 계속적인 교체(replacement)에 기인한 높은 대사 수준(high metabolism level)을 필요로 하기 때문에 너무나 위험하다. 결과적으로, 망막은 풍부한 혈액 공급을 필요로 하면서 몸의 다른 거의 모든 부분들보다도 더 많은 산소와 영양분을 사용한다. 전향된 설계는 높은 대사율에 필요한 혈액공급 때문에, 간상세포와 추상세포가 적절하게 기능하지 못하게 할 수도 있다. 만약 광수용체가 신경(neurons)의 앞쪽에 있다면, 혈액 공급은 수용체의 빛이 지나가는 통로에 바로 있어야 하든지, 아니면 그쪽 면에 있어야만 한다. 그렇게 되면, 시각에 사용되는 광수용체의 숫자가 현저하게 줄어들게 될 것이다.


무엇보다도, 망막의 신경 성분들이 광수용체 앞쪽에 위치하는 것은 몇 가지 이유로 시각적 장애를 만들어내지 않는다. 한 가지 이유는 신경 요소들이 빛의 한 파장보다도 짧게 떨어져 있다는 것이다. 결과적으로, 산란이나 회절이 매우 작거나 거의 일어나지 않으며, 빛은 마치 거의 완벽하게 투명한 것처럼 이 영역을 가로질러 지나간다. 두 번째 이유로, 현미경 하에서 관찰하면 대부분의 세포는 대개 투명하다. (이러한 이유로 세포의 여러 부분들을 잘 볼 수 있기 위해서는 Eosin-Y나 Hematoxylin 2와 같은 염색법이 요구된다). 결국, 망막 앞쪽에 있는 얇은 간상세포와 원추세포 층의 광차단효과(light blocking effect)는 거의 무시해도 될 정도이다.

가장 높은 해상도를 가지는 망막 부위에서, 광수용체 앞에 있는 신경단위(neurons)인 중심망막(central retina, 중심와(fovea)와 특히 중심소와(foveola))은 빛이 원추세포에 바로 도달하도록 하기 위해서 옆쪽으로 이동되어 있어서 가장 중요한 곳에서의 왜곡을 최소화 하고 있다. 고해상도를 가지는 황반(macula)은 또한 높은 해상도와 색각(color vision)을 얻도록 촘촘하게 밀집되어있는 원추세포를 사용한다. 망막 주변부는 해상도가 낮고 대부분 흑백시각을 위해 대부분 간상세포로 구성되어 있다.


이러한 설계는 뇌신경을 따라 엄청난 양의 데이터를 정확하게 전달하기 위해 가장 효과적인 방법이다. 이것은 마치 컴퓨터 파일의 전송을 용이하도록 하기 위해서 파일을 압축하고 푸는 것과 유사한 방식이다. 기능이 잘 돌아가기 위해서는 전달이 매우 빨라야만 한다. 왜냐하면 이미지는 TV 이미지의 화소(pixel)처럼 지속적으로 새로 재공급되어져야 하기 때문이다. 눈의 설계는 사실상 가시광선 스펙트럼의 물리적 한계에 이르기까지 최적화되어 있는 것으로 보인다 (Calkins 1986).


색소 상피세포 조직은 망막의 생존력과 활동성에 중요한 많은 다른 기능들을 수행한다. 한 가지는 그것이 주간에 각각의 광수용체 바깥 부분의 10% 정도의 양을 식균작용(phagocytosis)을 한다는 것이다. 그리고 지속적으로 그것의 모든 변형 배열(all-trans configuration)로부터 11-cis-retinal(비타민A 산화물)까지 발색단(chromophore)을 회복시킴으로써, 시각 색소의 합성과 재생을 허락하고 있다 (Dowling 1987, p. 198). 그것은 또한 외부의 혈액-레티날 장벽(blood-retinal barrier)의 일부분이고, 신경망막과 맥락막 사이의 물과 이온 흐름을 유지하도록 도우며, 유리기 손상(free radical damage)으로부터 보호해주며, 레티노이드 대사(retinoid metabolism)를 조절한다 (Martínez-Morales, et al., 2004, p. 766).


이 짧은 글에서, 단지 포유류의 망막에 존재하는 설계의 우수성에 대한 많은 이유들 중의 몇 가지만을 다루었다. 현재 우리의 지식은 망막의 설계가 단지 수 년 전에 이해했던 것보다 더 뛰어남을 보여준다. 정교한 설계에 대한 우리의 반응은 오만함보다 감사함이 더 적절하지 않겠는가!

Note : I wish to thank Jody Allen for her review of an earlier draft of this article.

 

*참조 : Is our ‘inverted’ retina really ‘bad design’?
http://creationontheweb.com/content/view/1683

Evolution’s theological underpinnings
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j21_2/j21_2_40-43.pdf

Dawkins’ eye revisited
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j15_3/j15_3_92-99.pdf

Fibre optics in eye demolish atheistic ‘bad design’ argument
http://creationontheweb.com/content/view/5214

An eye for detail : Why your eyes ‘jitter’
http://creationontheweb.com/content/view/5293/

The Prostate Gland–is it ‘badly designed’?
http://creationontheweb.com/content/view/5757/

Evolutionists Can't See Eye Design (2016, Acts & Facts. 45 (10)).
http://www.icr.org/article/9589

 

References

1.Bergman, Jerry. 2000. 'Is the Inverted Human Eye a Poor Design?' Journal of the American Scientific Affiliation. 52(1):18-30, March.

2.Calkins, Joseph L. 1986. 'Design in the Human Eye.' Bible-Science Newsletter. March. pp. 1-2.

3.Dowling, John E. 1987. The Retina: An Approachable Part of the Brain. Cambridge, MA: The Belknap Press of Harvard University Press.

4.Kolb, Helga. 2003. 'How the Retina Works.' American Scientist. 91:28-35.

5.Martínez-Morales, Juan Ramón, Isabel Rodrigo, and Paola Bovolenta. 2004. 'Eye Development: A View from the Retina Pigmented Epithelium.' BioEssays. 26:766-777.

6.Miller, Kenneth R. 1999. Finding Darwin's God: A Scientist's Search for Common Ground Between God and Evolution. New York: Cliff Street Books.

7.Shermer, Michael. 2005. Science Friction: Where the Known Meets the Unknown. New York: Henry Holt/Times Books.

8.Williams, George C. 1997. The Pony Fish's Glow and Other Cluesto Planand Purposein Nature. New York: Basic Books.

* Jerry Bergman is on the Biology faculty at Northwest State College in Ohio. Joseph Calkins is an Ophthalmologist in private practice, formerly Professor of Ophthalmology at Johns Hopkins University.


번역 - 길소희

주소 - https://www.icr.org/article/backwards-human-retina-evidence-poor-design/

출처 - ICR, Impact No. 388, 2005. 10. 1.

Daniel Criswell, Ph.D.
2005-08-12

ICR 에서의 지노믹스

(Genomics at ICR)


     2001년에, 엄청난 환호와 열광 가운데 완벽한 인간 게놈지도가 발표되었다.[1] 많은 사람들은 인간 유전정보(게놈, 지놈, genome)에 대한 지식을 통해 인간에 대하여 완벽하게 이해할 수 있을 것이라고 기대했다. 인간 게놈 외에도, 현재 침팬지를 포함한 25종류가 넘는 식물과 동물에 대해 완성된 혹은 초안의 게놈이 완료되어, 이들 모든 유기체들에 대한 완전한 ‘생명의 책’이 제공되었다.[2] 불행하게도, 과학자들은 단지 이러한 각각의 책의 적은 부분만을 이해하고 있다.
 
이러한 유기체의 게놈으로부터 ‘지노믹스(genomics)’이라고 불리는 새로운 과학 분야가 등장했다. 지노믹스란 수집된 수많은 DNA 염기서열 자료를 이해하고자 하는 학문이다. 인간 게놈에 대한 연구는 유전자의 숫자와 조직 및 전사의 산물(단백질)에 대해 많은 것을 밝혀줄 것이다. 과학자들은 이러한 정보를 통해 유전에 대한 많은 의문에 답할 수 있을 것이고, 많은 유전적 질병을 치료할 수 있게 될 것이다. 그러나 게놈은 우리자신에 대해 그 밖의 어떤 것들을 말해주고 있는가? 이것이 인류의 기원에 대해 어떤 새로운 정보를 제공해서, 동물계에서 사람을 독특하게 만드는 것이 무엇인지를 알 수 있게 할 것인가? 세상의 많은 과학자들은 인류의 기원과 모든 생명체의 기원에 대한 진화론적 가설을 뒷받침하는 데에 이러한 정보를 다양한 방식으로 사용해왔다. ICR(미국 창조과학회)에서도 또한, 인간이 동물과는 확연히 다르게 창조되었으며, 각 ‘종류(kind)’의 동물도 다른 ‘종류들’과는 명백하게 다르게 창조되었다는 성경적 입장을 뒷받침하는 과학적 증거를 제공하기 위해서 지노믹스란 분야를 연구하기 시작했다.


ICR에서 현재 실시되고 있는 연구 영역 중에 인간과 침팬지(학명: Pan troglodytes) 게놈에 대한 비교가 있다. 인간이 다른 ‘종류’의 피조물과는 달리 특별한 피조물(창세기 1:27)이라는 성경적 가르침은 원시적인 영장류에서 인간이 진화되었다는 진화론적 패러다임과는 상반된다. 진화론의 사고방식에 따라, 진화론자들은 침팬지가 현대인과 가장 가까운 관계이며, 둘 다 가상의 공통 조상으로부터 진화되었다고 주장하고 있다. 진화론자들은 공통 조상에 대한 증거로 특정한 화석 및 인간과 침팬지의 전반적인 유사성을 사용한다. 지난 30년에 걸쳐 (단백질 내 아미노산 서열을 포함한) 분자 단위의 자료가 축적됨에 따라, 이러한 진화론적 연관성이 확인된 것으로 보인다. 인간과 침팬지의 경우 게놈 내의 단백질 정보 염기서열 여럿이 98.5%의 염기서열 상동성(homology, 두 유기체 간에 일치하는 DNA 퍼센트)을 가지고 있는 것으로 보고되었다. 그러나, 이러한 염기서열의 유사성은 인간과 침팬지의 전체 게놈 중에서 작은 부분에만 기초를 둔 것이고, 또한, 전체의 유전자 내용물이 아니라, 세포의 단백질 내용물에 근거하여 인간과 침팬지의 생리적 유사성만을 반영한 것이다. 인간과 침팬지 게놈에 대해 자주 보고된 이러한 상동성은 염기서열 상동성이 ‘0’인 영역인 ‘삽입(insertions)과 삭제(deletions)’를 제외했다. 브리튼(Britten) 등에 의한 최근의 분석에서는, 인간과 침팬지 염기서열 내의 ‘삽입과 삭제’를 포함했더니 인간과 침팬지의 상동성이 95%로 감소되었다.[3] 그런데, 지노믹스 데이터베이스와 최근의 논문을 이용한 ICR의 예비 조사에서는, 가령 이질염색질(heterochromatin; 암호화되어 있지 않은 DNA가 압축되어 있는 부분)과 미정의 정렬 갭(unresolved alignment gaps)과 같은 더 많은 지노믹스 영역을 상동성 연구에 포함시켰을 때, 인간과 침팬지 사이의 염기서열 상동성이 90% 미만이 될 것으로 나타났다.


인간과 침팬지 게놈 사이의 두드러진 차이점이 과학 저널에 점점 더 많이 보고되고 있다. 이것에 대한 한 가지 예로, 인간 염색체 21번과 상동인 침팬지 염색체 22번 사이의 염색체 재배열을 확인하는 한 기사가 게놈 연구(Genome Research) 지에 보고되었다.[4] 32.4 Mb (1Mb = 1백만 개의 염기)의 인간염색체 21번으로 채워져 있는 많은 긴 영역의 인간 PCR 프리머(한 번에 10,000개의 염기를 배열하는데 사용되는 프리머)를 사용해서, 대략 27 Mb의 침팬지 염색체 22번을 성공적으로 차례로 배열했다. 그 결과, 침팬지 염색체 22번 내에서는 발견되지 않는 인간 염기서열이 5.4 Mb가 남았다. 침팬지 게놈 내에서 배열될 수 없었던 5.4 Mb의 DNA가 그에 대응하는 인간 염기서열과 70%의 상동성을 갖는다고 가정하여(정렬할 수 없는 염기서열에 대해 매우 관대한 값이다!), 이것을 27 Mb의 배열된 침팬지 DNA와 결합하게 되면(이 부분의 상동성이 95%라고 추정하는 위의 내용 참고), 인간 염색체 21번과 침팬지 염색체 22번에 대한 상동성이 90%가 나오게 된다. 만약 정렬할 수 없는 영역의 상동성이 70% 미만이라면, 인간 염색체 21번과 침팬지 염색체 22번의 상동성은 90% 미만으로까지 될 것이다. 염기서열의 상동성을 결정짓는 모든 요소를 고려하여, 인간과 침팬지 게놈 사이의 전체 염기서열 비교가 마침내 이루어진다면, 실제적인 DNA 염기서열 상동성의 정도는 분명히 거의 90% 미만이 될 것이다.


98.5% 대 90%라는 상동성이 뜻하는 것은 무엇인가? 만약 인간과 침팬지의 게놈이 10%나 다르다면, 인간과 침팬지가 공통 조상으로부터 진화되었다는 가능성은 제거된다. 만약 두 게놈 간의 차이가 10%라면, 그 때 DNA 염기서열 내의 차이가 나는 전체 수치는 대략 3억 개의 뉴클레오티드 염기(인간과 침팬지 내에 존재하는 30억 핵산의 10%)가 될 것이다. 그것은 인간과 침팬지 양쪽 내의 1억 5천만 염기가 최근의 공통조상으로부터 개체군 내에서 돌연변이를 일으켜 고착되었다는 것을 의미한다. 만약 인간과 침팬지의 가설적인 분화가 약 5백만 년 전에 일어났고, 인간의 한 세대가 약 20년(그리고 침팬지는 그보다 약간 짧다)이라고 주어진다면, 인간과 침팬지가 공통 조상으로부터 분화된 때로부터 250,000 세대가 지나갔다. 250,000 세대 내에 1억 5천만 개의 핵산이 변화되기 위해서는, 두 후손에서 각 세대마다 인간과 침팬지의 선조에 대한 각 개체군 내에서 600개의 유익한 돌연변이가 고착되어야만 할 것이다. 그러나 거의 모든 돌연변이는 중립적이어서 아무런 영향도 미치지 않으므로 선택적일 수 없거나, 혹은 해로운 것이어서 유기체의 개체군 내에 유전적 퇴보를 일으킨다. 소수의 유익한 돌연변이, 즉 박테리아 내의 항생제 저항성(antibiotic resistance)과 인간 내의 겸상적혈구보인자(sickle cell trait)와 같은 것들이 관찰된다고 주장되기도 한다. 그러나 이러한 돌연변이조차도 각 개체가 생존을 위한 최적의 상태로 되돌아가서 돌연변이가 없는 다른 개체와 경쟁하게 될 때는 해롭게 작용한다. 한 개체군 내의 어떤 돌연변이를 고착하는데 드는 높은 유전적 비용을 인정하면서, 진화론자인 J.B.S. 할데인(Haldane)은 자연선택을 통해 인간 내에서 단지 1,000 가지의 유익한 돌연변이를 고착시키는 데 6백만 년이 걸릴 것이라고 수학적으로 계산했다.[5] 만약 돌연변이 중 단지 1,000 가지만 이롭다면, 인간 계통 내에서 거의 모든 1억5천만 가지의 돌연변이들은 거의 다 약간 해롭거나 중립적일 것이다. 해로운 돌연변이는 게놈의 퇴화를 이끌어 멸종을 야기할 수도 있을 것이고, 중립적인 돌연변이는 아무런 변화도 일으키지 않을 것이다. 이것은 보다 더 적합한 피조물에 대해 어떤 ‘대도약적 전진(great leap forward)’을 이끌지는 않는다. 이 문제에 대해 타당한 진화론적 해결책이 전혀 없기 때문에, 이런 전반적인 상황을 ‘할데인의 딜레마(Haldane's dilemma)’라고 이름을 붙였다. 심지어 인간과 침팬지의 상동성 차이가 단지 98.5%라 할지라도, 여전히 지난 5백만 년 내에 양 개체군 내에서 250,000가지의 유익한 돌연변이가 고착되어야 한다. 이것은 할데인이 계산한 것(6백만년에 1,000가지) 보다 너무도 많은 엄청난 수치이다.


인간과 침팬지 사이의 차이점은 단순히 염기서열의 상동성 정도로만 결정될 수는 없다. 유전자의 조절(regulation) 또한 중요한 요소이다. 인간과 침팬지 내의 단백질 발현 차이(differential expression)가 뇌와 간(liver) 세포에서 확인되었다. 인간과 침팬지 양쪽의 뇌와 간 세포에서 발현된 538개의 단백질을 비교해 본 결과, 이들 단백질들 중에서 31%가 인간과 침팬지 사이의 발현 차이를 보여주었다.[6] 비교를 위해 두 종의 쥐(Mus musculusMus spretus)에 대해서도 마찬가지의 단백질 발현차이를 분석했는데, 차별적으로 발현된 단백질의 수치가 단지 7.5%의 차이를 보였다. 인간과 침팬지 사이의 차이가 이것보다 더 크다는 것은 그것들이 서로 구분된 두 ‘종류(kinds)’에 속하는 반면에, 같은 속(genus)으로 분류된 쥐들은 한 ‘종류’라는 입장을 뒷받침한다.


또한 인간과 침팬지 사이의 발현 단계에서 다르게 발현된 일부 단백질의 경우에는 10배 이상의 차이가 있기 때문에, 발현(expression)의 차이도 사소한 것이 아니다.[7] 뇌와 간 세포 내의 단백질 차이를 조절하는 유력한 후보자는 인간과 침팬지 안에 있는 유전 프로모터의 DNA 염기서열 간의 차이이다.[7] 이러한 차이는 각각의 단백질을 암호화하는 유전자의 발현에 필요한 DNA와 효소 사이의 결합 유사성에 영향을 미칠 것이다. 단백질의 발현 차이는 설계자가 인간과 침팬지의 일부 신체적 및 행동적 차이점을 구체화한 한 방식일 수도 있을 것이다.


명백히, 인간과 (침팬지를 포함한) 동물들의 진정한 차이점은 성경에 나와 있듯이, 인간은 하나님의 형상대로 창조되었다는 것이다. 인간과 창조주와의 관계는 인간이 행동하는 방식에 커다란 영향을 미치며, 궁극적으로 인간을 동물계와 구분 짓는 명백한 특징이다. ICR에서의 지노믹스 연구는, 인간이 다른 피조물로부터 진화될 수 없다는 유전적 특징을 사람이 가지고 있음을 보여주면서 이러한 사실을 뒷받침하고자 한다.


이 기사는 ICR에서의 지노믹스 연구의 시작을 나타낸다. 우리는 현재 인간과 침팬지 상동성 연구 외에도 지노믹스와 관련된 많은 연구 프로젝트들을 수행하고 있다. 일부 우리가 제안한 프로젝트에는 다음과 같은 목적을 가진 미토콘드리아의 DNA 배열을 포함할 것이다.

1) 인간 내의 돌연변이율 측정 (Measuring mutation rates in humans.)
2) 분자시계의 타당성 결정 (Determining the validity of molecular clocks.)
3) 모든 인간의 관련성을 보여주는 미토콘드리아 이브 가설에 대한 상세한 논술
 (Refining the mitochondrial Eve hypothesis showing the relatedness of all humans.)
4) 창조된 종류에 대한 서술 (Delineating the created kinds.)


우리는 또한 컴퓨터 모델을 사용하여, 진화론의 유전학적 이론이 더 가능성이 있는지, 문자 그대로 아담과 이브로부터 오늘날의 개체군이 출현한 것이 실제로 더 가능성 있는지에 대한 연구를 수행할 것이다.



References:


1. Venter, J. C., et al., 2001. The sequence of the human genome. Science291:1304-1351.
2. Genome sequences can be found at www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/
3. Britten, R. J., 2002. Divergence between samples of chimpanzee and human DNA sequences is 5%, counting indels. Proceedings of the National Academy of Science 99(21):13633-13635.
4. Frazer, K. A., et al., 2003. Genomic DNA insertions and deletions occur frequently between humans and nonhuman primates: Genome Research 13:341-346.
5. Haldane, J. B. S., 1957. The cost of natural selection. Journal of Genetics 55:511-524.
6. Enard, W., et al., 2002. Intra- and interspecific variation in primate gene expression patterns. Science 296:340-343.
7. Watanabe, H., et al., 2004. DNA sequence and comparative analysis of chimpanzee chromosome 22. Nature 429:382-388.


*Dr. Daniel Criswell has a Ph.D. in molecular biology and is a biology professor at the ICR Graduate School.


*참조 : 1. 사람과 침팬지의 DNA 유사성이 98% 이상인가? 그렇지 않다
http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2065

2. 인간 유전체 : 창조론자의 견해
http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=650

3. 창조과학자의 입장에서 본 인간지놈 해독의 의미
http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=1340



번역 - 길소희

링크 - http://www.icr.org/index.php?module=articles&action=view&ID=2324

출처 - ICR, Impact No. 385, 2005

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2801

참고 :

미디어위원회
2005-07-14

물의 놀라움

(The wonders of water)

Jonathan Sarfati 


      물(Water)! 마시고, 세탁하고, 요리하고, 수영하고.... 우리는 그것을 당연한 것으로 여긴다. 이렇듯 생활의 많은 부분을 차지하고 있는 이 무색 무미 무취의 놀라운 액체의 가치를 우리는 거의 생각하지 않고 있다. 우리 몸의 65%는 물이고, 물이 없으면 우리는 몇 일만에 죽게 된다. 물은 우리 몸에 꼭 필요한 미네랄과 산소를 녹이고, 노폐물을 씻어내 밖으로 내보내며, 필요한 영양분을 운반한다. 이러한 역할을 하는 것은 오직 물밖에 없다. 또한 물은 다른 많은 중요한 특성들을 가지고 있으며, 생명체를 위한 바로 그러한 역할을 담당하기위해 고안된 것이다.


액체

물질은 고체(solid), 액체(liquid), 기체(gas)의 세 가지 상태로 존재한다. 이 세 가지 상태는 모두 생명체에게 필수적이다.

1. 고체는 그 형태(shape)를 유지한다.
2. 액체는 흐르고, 용기에 따라 모양이 달라지지만, 동일한 전체 부피를 유지한다.
3. 기체는 그 용기의 형태와 크기대로 팽창하여 채운다.

분자들이 서로 반응을 하기위해서는 서로 인접해 있는 것이 바람직하지만, 또한 서로 자유로이 움직일 수 있어야 한다. 그것이 액체 상태가 제공하는 것이며, 그것이 모든 생물체의 모든 세포에서 일어나는 수천가지의 화학 반응 모두에 이상적인 것이다.

그러나 -270°C(-454°F)도 에서부터 가장 뜨거운 별의 내부인 수백만 도의 온도에 이르는 우주의 모든 온도 영역에서 물은 매우 좁은 온도범위 내에서만 액체로 존재한다. 보통의 기압조건에서 물은 단지 0~100 °C (32~212 °F)의 영역에서만 액체로 존재한다. 그러므로 우주에서 지구 만이 유일하게 액체 상태의 물이 존재하는 행성이라는 사실은 그리 놀라운 일이 아니다. 그리고 이러한 액체상태의 물이 존재한다는 것은 우리의 지구가 그 밝기나 크기 면에서 너무 밝지도 어둡지도 않으며, 너무 크거나 작지도 않은 적당한 조건을 갖춘 별임을 나타내고 있는 것이다. 그리고 지구는 또한 태양으로부터 적당한 거리에 있다. (The sun: our special star 참조)


온도의 완충

물의 또 다른 중요한 특성은 높은 비열이다. 물은 가열할 때 많은 에너지가 필요하며 (철에 비해 대략 10배), 또한 냉각되기 위해서는 많은 에너지를 잃어버려야만 한다. 그리하여 지구상에 있는 막대한 량의 물은 지구의 온도가 꽤 일정하게 유지될 수 있도록 하고 있다. 반면 육지 표면은 물에 비해 빨리 차가워지고 빨리 더워지는데, 이것은 상당히 안정된 물의 온도와 관련되어 유익한 점을 만들어낸다. 그것은 대기의 다른 부분들이 서로 다르게 가열되어진다는 것을 의미한다. 이것은 바람(wind)을 일으킨다. 바람은 신선한 공기를 유지하는데 필수적이다.

액체들은 증발할 때 주위부터 열을 흡수한다. 이것은 우리가 시원해질 수 있는 유용한 수단(땀흘림)을 가지고 있다는 것을 의미한다. 이것에 있어서 가장 중요한 부분은 물의 증발 시에 필요한 높은 잠열(latent heat)이다. 이것은 대부분의 다른 액체들보다 물이 증발하는 데에 훨씬 많은 에너지가 소모된다는 것을 의미한다. 그래서 우리는 체온을 낮추기 위해 단지 약간의 물만 내보내면 된다는 것이다. 만약 우리가 다른 액체로 땀을 흘린다면, 그 양은 엄청날 것이다. 


훌륭한 용제 (solvent)

물은 우리 주변에 가장 가까이 있는 것으로 하나의 ‘우주적 용제(universal solvent)’이다. 각종 미네랄(minerals)과 비타민(vitamins)들은 운반되기 위해 용해되어져야만 하고, 따라서 물은 이러한 것들을 체내에서 효과적으로 전달한다. 용해된 나트륨(sodium)과 칼륨(potassium) 이온들은 신경계의 자극전달을 위해서 필수적이다. 물은 또한 공기로부터 산소(oxygen)와 같은 기체들을 녹이는데, 이것은 수중 생물들이 산소를 이용할 수 있도록 해준다. 물은 또한 혈액의 주요 성분으로[1], 모든 세포의 에너지 생산 시 만들어지는 노폐물인 이산화탄소(carbon dioxide)를 녹여 폐로 운반하여 호흡을 통해 밖으로 배출할 수 있도록 해준다.[2]  

그러나 실제 우주적 용제라도 그것을 담을 수 있는 용기가 없다면 소용이 없을 것이다. 그러나 물은 유성 화합물(oily compounds)들과는 혼합되지 않으며, 따라서 세포막은 이러한 유성 성분으로 이루어져 있다. 우리 몸의 많은 단백질들은 부분적으로 유성 부분들을 가지고 있으며, 그들은 서로 접혀지는 경향이 있으나, 주위의 물과는 섞이지 않는다. 이것이 그렇게 다양한 모양의 단백질이 존재할 수 있도록 하는 데에 부분적으로 기여한다. 이들 단백질들의 모양들은 생명유지 기능을 수행하는 데에 아주 중요한 역할을 한다.  


얼음에 들어있는 놀라운 사실

물의 중요하고 매우 독특한 특성 중의 하나는 그것이 얼음이 되었을 때 부피가 증가한다는 것이다. 이것이 빙산이 뜨는 이유이다. 사실 물은 4°C(39.2°F)에 도달할 때까지 온도가 낮아짐에 따라 부피가 감소하다가, 그 이하의 온도에서는 다시 부피가 증가하기 시작한다. 이것은 얼음이나 차가운 물이 4°C 물보다 밀도가 낮으며, 물 위로 뜬다는 것을 의미한다. 이것은 상당히 중요한 점으로, 대부분의 액체는 찬 공기와 접촉하면 냉각되고 찬 액체는 아래로 가라앉을 것이며, 더 많은 액체를 위로 밀어 올려 찬 공기에 의해 계속 냉각되게 할 것이다. 결국 바닥부터 꼭대기까지의 모든 액체가 열을 잃고 차가와져 결국은 모두 얼게 될 것이다. 그러나 물은 차가운 영역이 낮은 밀도를 가지기 때문에(물 표면에 존재하기 때문에) 찬 공기로 열을 잃게 되지 않으며, 이것은 표면은 얼게 되나 물의 아래는 여전히 생명체들이 살아갈 수 있는 환경을 만드는 것이다. 그러나 만약 북아메리카의 그레이트 레이크(Great Lakes)처럼 물이 다른 성분들로 대체 된다면 지구 전체에 위험한 일이 벌어질 것이다.


물에 대한 상식, 알고 계십니까?

- 지구는 70%가 물로 덮여 있다. 바다는 대략 13억7천 km3(3억3천4백만 mile3)의 물을 포함하고 있으며, 매년 육지에 내리는 비의 총량은 대략 11만3백 km3 이다.
- 전 세계 물의 단지 1%만이 인간이 이용할 수 있다. 대략 97%는 소금물이고, 2%는 얼음이다. 이 2%의 물은 2천9백만 km3(7백만 mile3)라는 엄청난 양으로 거대한 얼음층과 빙하에 갇혀 있다.
- 오스트레일리아는 가장 메마른 대륙으로 최소의 지표수를 보유하며 70%의 사막을 가지고 있다.
- 가정용수의 단지 1% 만이 식수로 이용된다. 나머지는 잔디에 물주기, 샤워 등으로 사용된다.
- 한 가정의 화장실에서 하루에 대략 150 리터의 물이 소모된다.
- 계속 줄줄 흐르게 방치된 물로 600 리터의 물이 하루에 낭비되며, 똑똑 떨어지게 방치된 물로는 하루에 30 리터의 물이 낭비된다.
- 정원에 덮개를 덮으면 75% 정도 증발을 줄일 수 있다.
- 스프링클러는 시간당 1000 리터의 물을 사용한다.
- 자연의 물중 소량의 광물염(mineral salts) 등이 용해된 물은 맛을 가지나 순수한 물은 맛이 없다.
(가정에서 물 사용에 대한 수치는 평균치이다. 그러나 개인의 습성과 이용하는 용품들에 따라 차이가 있다.)



얼음은 왜 그렇게 미끄러운가?

많은 사람들이 스케이팅이나 스키 같은 겨울 스포츠를 즐긴다. 무엇이 얼음을 그렇게 미끄럽게 하여 이러한 활동들을 가능하게 할까? 많은 사람들은 그것은 얼음에 압력이 가해질 때 생기는 액체가 윤활층을 형성하기 때문이라고 믿고 있다. 실제로 물리화학자들에게는 잘 알려진 대로, 가해진 압력은 물질들이 최소의 공간을 가지도록 한다. 그러므로 압력은 얼음을 녹여 물이 되게 하는데 (물은 다른 액체들과 달리 얼음보다 부피가 작다), 결국은 그것의 녹는점(melting point)은 낮아지게 될 것이다.

그러나 이러한 효과는 많은 사람들이 생각하는 것보다는 훨씬 작아서, 대략 100 기압의 압력이 단지 1 oC 정도 녹는점을 낮춘다.[3] 그래서 압력이 훨씬 작은 스케이팅에서는 이 효과로 설명되어질 수 없다. 또한 비행기들이 얼음을 녹이고 75m (250 피트)나 가라앉게 되는 원인이 될 수 없는 것이다. (잃어버린 비행중대, 참조).

진실된 이유는 또 다른 독특한 특성 때문인데, 얼음 표면의 분자들은 자유로이 움직일 수 있는 것은 아니지만 고체 내부의 분자보다 훨씬 강하게 진동한다는(vibrate) 것이다. 이것은 얼음 표면을 ‘유사’ 액체(quasi-liquid, 액체 같은 그러나 액체는 아닌)의 성질을 띠게 만든다.[4]


표면 장력

물은 매우 높은 표면장력(surface tension)을 가지고 있다. 표면장력은 표면을 가능한 적게 유지하려고 하는 힘이다. 물은 글리세롤(glycerol)과 같은 시럽형의 액체보다 표면장력이 매우 높다. 표면장력은 거품을 만드는 경향이 있고 방물들을 구형으로 만든다. 그리고 일부 곤충들을 포함한 가벼운 물체들을 지탱하기에 충분히 강하다. 더욱 중요한 것은 이것은 생물학적 화합물질들이 표면 근처로 집중시킬 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 생명체의 여러 중요한 반응들의 속도를 높일 수 있다.      


물의 힘

물은 평상시에는 평온한 것처럼 보이지만, 많은 양이 빠르게 움직인다면, 그것은 자동차만한 바위들을 움직일 수 있고, 깊은 협곡을 파낼 수 있으며, 심지어 단단한 바위를 자를 수도 있다. 물이 매우 빠르게 흐를 때, ‘캐비테이션(cavitation)’ 이라고 불리는 매우 파괴적인 과정이 발생한다. 자세한 사항을 알기 원하면 Interview with Dr Edmond Holroyd을 보라. 또한 화학적 차원에서 물은 살아있는 세포에서 많은 중요한 큰 분자들을 빠르게 분해시킨다. 반면에 살아있는 세포는 많은 정교한 수선 메커니즘(repair mechanisms)을 가지고 있다. DNA는 세포 밖의 물에서 오래 지속되어질 수 없다 [5]. New Scientist 에 실린 최근의 한 논문은 생명체의 기원을 진화론적 개념으로 일하는 연구자들에게는 하나의 골칫거리로서 이것을 기술하였다 [6]. 그 논문은 또한 이것은 좋은 뉴스가 아니라고 말함으로서, 그들의 유물론적 편견을 보여주었다. 그러나 진정으로 나쁜 뉴스는 확실히 진화론적(모든 것들이 스스로 만들어졌다는) 신념이다. 이것은 객관적인 과학을 짓밟아 버리고 있다. (더 자세한 설명을 위해서는 Origin of life: the polymerization problem을 보라).      


물은 왜 유일한가?

물의 가장 작은 구성요소는 물 분자이다. 이것은 수소 원자가 산소원자와 104°의 각도로 V 자를 이룬다. 그것은 극성(polar)을 띠는데, 산소원자는 음극의 전하를 띠고 반면 두 개의 수소원자는 양극의 전하를 띤다. 이것이 왜 물이 소금(salt)들과 같이 전기적으로 전하를 띤 구성 단위들을 가지고 있는 수많은 물질들을 잘 녹일 수 있는 지에 대한 이유이며, 반면에 기름(oil)과 같이 전하를 띠지 않는 분자들을 가지는 물질들을 잘 용해시키지 못하는 이유이다.

또한, 물은 수소결합(hydrogen bonds)에 의해 물 분자들끼리 서로 꽤 강하게 끌어당긴다. 이 수소결합은 보통의 화학결합보다 10배 정도 약한 결합이나, 실온에서 액체 상태의 물을 만들 수 있을 만큼 충분히 강한 결합이다. 반면에 비슷한 화합물인 황화수소(hydrogen sulfide)는 이러한 수소결합이 없기 때문에, 같은 온도에서 기체상태이다. 수소결합은 또한 물의 높은 표면장력(surface tension), 비열, 잠열 등의 성질들을 가지게 한다.

분자 모양과 수소결합은 얼음(ice)이 매우 열려진 육각형 모양의 결정 구조를 가지게 하는데, 이것은 다양한 종류의 눈송이(snowflakes)들에 의해 훌륭하게 설명되어진다. 이 결정 구조는 많은 공간을 차지하나, 결정이 녹을 때 붕괴가 되기 때문에, 액체인 물은 더 치밀해진다. 이것이 얼음이 물에 뜨는 이유이다. 최근의 연구는 물 분자들이 액체 내에서, 특히 6개의 분자들로 이루어진 새장 같은 구조에서 다발(clusters)을 이루는데 [7], 이것은 물의 많은 독특한 특성들을 가지게 한다. 

다른 최근의 연구는, 물에는 2 종류의 수소결합이 있으며, 하나의 결합은 다른 것에 비해 두 배나 강하다는 것을 보여준다. 이것은 물이 넓은 영역에 걸쳐 액체상태인 이유를 설명하고 있다. 용융(melting)은 단지 약한 결합만을 끊지만, 비등(boiling)은 또한 강한 결합도 끊어야만 한다. 이 연구는 또한 강한 결합에서 약한 결합으로 변화되는 데에는 어떤 온도를 필요로 하는데, 이 중에 하나가 37°C (98.6°F)이다. 이 온도는 사람의 체온이며, 이것은 우리 몸이 많은 복잡한 설계 특성들을 가지고 있음을 가리키고 있는 것이다.


물, 성경, 그리고 과학

성경이 많은 현대 과학을 예견하고 있었는데, 물에 관해서는 성서적으로 적어도 두 가지의 언급이 있다. 그중 하나는 물의 순환 (증발, 구름, 비) 이다.

욥기 36:26-28에는 '하나님은 크시니 우리가 그를 알 수 없고 그 년수를 계산할 수 없느니라 그가 물을 가늘게 이끌어 올리신즉 그것이 안개 되어 비를 이루고 그것이 공중에서 내려 사람 위에 쏟아지느니라' 라고 기록되어 있다.

다른 하나는 시편8:8의 ‘바다의 해로(paths of the seas)’ 에 대한 언급이다. 해양학의 개척자 매튜 모리(Matthew Fontaine Maury, 1806~1873)는 이 구절에 의해 해류 순환의 도표를 만들어내게 되었다 [8]. 모리는 성경은 모든 것에 관한 귄위(authority)로서, 단순한 교리가 아니라 모든 것을 언급하고 있으며, 그것은 과학과 역사도 역시 포함한다는 것을 믿었던 것이다. 그가 해로를 밝혀냄으로써 여행시간을 크게 단축시키는 혁신을 이루었다. 

모리는 그의 발견으로 하나님께 영광을 돌렸다. 그리고 우리도 물의 모든 경이로움에 대해 하나님께 온전히 영광을 돌리고, 그 많은 사용에 대해 감사해야만 할 것이다.



References and notes

[1] But blood is unique - it is chemically too different to have evolved from seawater, despite the claim of the article ‘blood’, Encyclopædia Britannica (15th Ed., 1992) 2:290 see Don Batten, Red-blooded evidence, Creation 19(2):24-25, March-May 1997.

[2] Actually, only 5% of CO2 is transported as such in solution. 88% is in the form of the bicarbonate ion (HCO3-), a pH buffer which helps keep our pH (acid-base level) constant. Some CO2 binds to hemoglobin in the blood to form carbamate. See ‘Respiration and Respiratory Systems’, Encyclopædia Britannica (15th Ed., 1992) 26:742.

[3] This figure was calculated from the phase diagram of water in P.W. Atkins, Physical Chemistry (Oxford University Press, 2nd Ed., 1982), p. 193. The melting point is 273.15 K at 1 atm; the triple point temperature and pressure are 273.16 K and 0.006 atm. Therefore the slope of the melting line (dp/dTm) is (0.006-1) atm/(273.16-273.15) K = -99.4 atm/K.

[4] D. Kestenbaum, New Scientist 152(2061/2):19, 21/28 Dec., 1996; C. Seife, Science 274(5295):2012, 20 Dec. 1996.

[5] T. Lindahl, Instability and decay of the primary structure of DNA, Nature 362 (6422):709-715, 1993.

[6] R. Matthews, Wacky Water, New Scientist 154(2087):40-43, 21 June 1997.

[7] R. Matthews, Ref. 6.

[8] See Ann Lamont, 21 Great Scientists who Believed the Bible, Creation Science Foundation, Australia, 1995, pp. 120-131.

 

*참조 : The wonders of water
http://creationontheweb.com/content/view/800

Do you know the laws of the heavens?— the Bible and the hydrologic cycle
http://creation.com/the-bible-and-the-hydrologic-cycle


번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.answersingenesis.org/creation/v20/i1/water.asp 

출처 - Creation 20(1):44-47, December 1997.

Sean Pitman M.D.
2005-06-19

무질서와 복잡성

(Chaos and Complexity)


     아래 고찰의 대부분은 무질서, 복잡성 그리고 엔트로피(chaos, complexity, and entropy)와 관련하여 캠브리지의 이론 물리학 센터의 미셀 바랭거(Michel Baranger)가 쓴 아주 흥미로운 논문에 대해서 이루어진 것이다. 바랭거의 논문에 의하면, 무질서와 복잡성이라는 두 개념은 비록 많은 이들이 혼란스러워 하거나 같은 개념으로 이해하고 있지만, 아주 판이하게 다른 개념이다.


“무질서(chaos, 혼돈)는 복잡성(complexity)과는 매우 다르다” 무질서에는 상당히 중요한 일면이 있다. “무질서는 자주 매우 간단한 시스템의 특성이 될 수 있다.” 증명된 것처럼 “단순한 질문들은 종종 복잡한 대답들을 유도한다. 만약 어떤 단순한 운동 법칙과 단순한 초기 조건의 제시로 단순한 질문이 이루어졌다하여도, 결국 그것은 시간이 지남에 따라 물체의 운동 공간에서의 궤적을 갖으며, 무질서적으로 된다는 것이다.” “무질서는 미적분과 달리 비선형적 시스템(non-linear systems)의 결과이다” 그러나 “이것은 모든 무질서적 시스템들이 복잡하다는 것을 의미하는 것은 아니다.... 한 가지, 무질서 상태는 매우 적은 구성요소들로 발생된다. 그러나 복잡성은 그렇지 않다. 사실 무질서와 복잡성 사이에는 상당히 거대한 차이가 있는 것이다.”


복잡한 시스템(complex systems)은 비선형적으로 상호작용을 하는 많은 구성요소들을 포함하고 있을 뿐만 아니라, “구성요소들은 하나의 복잡한 시스템을 구성하기 위해 상호의존적이다.” 예를 들어 “용기에 들어있는 가스처럼, 많은 구성요소들을 가지고 있는 비복잡한 시스템을 우선 생각해 보자. 가스들 중 10개 또는 모두를 제거해 보라. 대체적으로 마지막 가스는 원래의 가스처럼 보이고 행동한다. 그러나 한 복잡한 시스템에서 같은 실험을 실시해 보라. 예를 들어 사람의 몸에서 10%를 제거해 보라. 아니면 다리를 하나 자른다고 해보자! 그 결과는 가스보다는 훨씬 더 극적일 것이다. 아직 시나리오가 남아 있다. 당신에게 머리를 잘라보라고 제안하지 않았다.”        


용기에 들어있는 가스나 “날씨 패턴”과 같은 것에서는, 어떤 특정한 분자나 일련의 분자들이 다른 일련의 분자들 보다 전체 시스템의 기능에 더 중요한 것은 없다. 복잡한 시스템은 그러한 무질서적 시스템과는 다르다. 비록 무질서적 시스템이 다소 “간단한 질문” 혹은 단순한 변수들의 집합에 기초한다 할지라도, 사실 복잡한 시스템의 작동은 무질서적 시스템의 작동보다 예측하기가 더 쉽다. 


또한, 하나의 복잡한 시스템은 기능적 복잡성을 갖는 여러 등급(scales) 또는 단계(levels)의 구조들을 가지고 있다. 예를 들어 인체를 한번 살펴보자.

등급 1 : 머리, 몸통, 다리
등급 2 : 뼈, 근육, 장기, 신경, 혈액
등급 3 : 세포, 미토콘드리아, 세포질, 핵
등급 4 : 염색체, 특수 단백질들 (각각은 특별한 기능과 역할을 가짐)...

각 등급에서 우리는 꽤 안정적인 구조를 발견하게 된다. 이 안정적 구조는 특별한 또는 고도의 기능을 수행하기 위해서 다른 구조들과 그 모양과 관계들을 유지해야만 한다. 이것은 한 복잡한 시스템의 필수적이고 근본적인 면이고, 또 다른 복잡성의 특성인 행동의 ‘출현’을 유도한다.  

여기서 사용되는 “출현(emerging or emergent)” 이라는 용어의 개념은 이 용어를 사용하거나 이해하고 있는 몇몇 사람들의 방식과는 매우 다른 것이다. 그것은 시간이 흐름에 따라 발전되는 “새로운” 기능이나 특성을 지칭하는 것이 아니다. 그것은 매우 특별한 방식으로 동시에 함께 작동되는 여러 부분 또는 과정들의 결과들이 모여서 존재하게 되는 집단적 능력(collective abilities)을 지칭하는 것이다. “출현은 하나의 등급에서 그 위의 확대된 등급으로 주의를 전환할 때 나타난다”


기능을 가지는 어떤 등급이나 단계에서 관측되어지는 어떤 하나의 기능(function)이나 행동(behavior)은, 만약 그 등급의 모든 부분들을 동시에 고려하지 않고 그것을 개별적으로 연구하였을 때, 그것이 이해되지 않는다면 출현되었다고 말해진다. 그러나 출현한 하나의 기능이나 행동은 고려된 등급에서 독특하게 나타나는 집단적 현상(collective phenomenon)으로, 이것은 어떤 등급 내 구성요소들 간의 전체적인 상호작용의 결과인 것이다. 예를 들어, 사람의 몸은 걸을 수 있는 능력이 있다. 그것은 위에서 언급한 등급 중 가장 상위 등급(등급 1)에서 출현하는 특성이다. 만약 머리, 몸통, 혹은 다리만이 따로 따로 연구되어 진다면, 걷는다(walking)는 개념은 결코 이해될 수 없다“ 걷는다는 기능을 이해하기 위해서는 인체의 모든 부분들이 고려되어야만 한다. 걷는다는 기능은 사실 이런 모든 부분들이 매우 특별한, 예측 가능한, 그리고 반복적인 방식으로 작동되는 것에 달려있는 것이다.               


“구조와 출현의 조합은 자가 조직체(self-organization)가 된다” 다른 말로 하면, 특성화된 반복 가능한 방식으로 함께 작동되는 선행(pre-formed) 조직이 걷기와 같은 조직화된 행동 패턴을 만들어낸다는 것이다. “다시 복잡성과 무질서의 관계로 돌아가 보자. 그들은 같은 것이 아니다”


“아주 기초적인 수학적 차원분열 도형(mathematical fractal)을 볼 때, 매우 ‘복잡한(complex)‘ 것처럼 보일 수 있다. 그러나 이것은 ’복잡한 시스템(complex systems)’을 말할 때의 복잡성과 같은 개념이 아니다. 단순한 프랙탈은 무질서한(chaotic) 것이고, 복잡한 것이 아니다. 또 다른 예가 앞에서 언급한 단순한 기체가 될 수 있다. 이것은 매우 무질서적이다. 그것은 지금 언급한 개념으로 복잡한 것이 아니다. 실제적으로 모든 비선형적 시스템은 언제인가는 무질서적이기 때문에, 복잡성은 무질서의 존재를 의미한다. 그러나 그 역은 성립하지 않는다. 무질서는 아주 커다란 주제이다. 많은 기술적인 논문들이 발표되었고, 많은 이론들이 입증되어져 왔다. 그러나 복잡성이라는 주제는 이것보다 훨씬 더 크다. 그것은 무질서와 관련이 없는 많은 개념들을 포함하기도 한다. 무질서는 근본적으로 순수 수학이고, 지금까지 상당히 잘 알려져 있다. 복잡성은 아직까지도 거의 모든 것이 알려지지 않았다. 이것은 이론 물리학이나, 이론적인 어떤 학문에 좀 더 가깝다. 물론 일단 모양이 갖추어지면, 많은 수학들 아마도 많은 새로운 수학들이 사용될 것이다.“      


“그래서 무질서의 영역은 복잡성의 영역에서 매우 작은 부분적 영역이다. 이 두 개념의 가장 두드러진 차이는 다음과 같다. 하나의 복잡한 시스템은 항상 여러 등급(scales)들을 가지고 있다. 반면에 무질서한 시스템은 등급 n 이 지배적이고, 그보다 위의 확장된 등급 (등급 n-1)은 자가 조직이 되어진다 (즉, 부분들의 합보다도 크다). 그러므로 복잡한 시스템의 특성 목록에 항목을 하나 추가한다면, 복잡성은 무질서와 비무질서 사이의 교차영역을 포함하고 있다는 것이다. 사실 많은 사람들이 ”복잡성은 무질서의 경계영역에서 일어난다“ 라고 제안해왔었다. 그러나 아무도 이것을 확실하게 규명하지는 못했다.        


어느 경우에라도 기후 시스템, 유체의 난류, 산맥 등과 같은 프랙탈 타입의 무질서를 보잉 747기, 자동차, 컴퓨터, 엔진, 편모, 그리고 여러 다양한 생물체들에서 발견되는 복잡한 기능을 하는 상위 등급이나 단계들과 비교하는 것은 잘못된 것이다. 이것은 단순하게 사과와 오렌지를 비교하는 것이다. 그들 각각의 복잡성은 같은 것이 아니다.

 


Sean : http://necsi.org/projects/baranger/cce.pdf

Chaos, Complexity, and Entropy
A physics talk for non-physicists
Michel Baranger Center for Theoretical Physics, Laboratory for Nuclear Science and Department of Physics Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA and New England Complex Systems Institute, Cambridge, MA 02138, USAMIT-CTP-3112

Home Page

Truth, the Scientific Method, and Evolution

Methinks it is Like a Weasel

The Cat and the Hat - The Evolution of Code

Maquiziliducks - The Language of Evolution

Defining Evolution

The God of the Gaps

Rube Goldberg Machines

Evolving the Irreducible

Gregor Mendel

Natural Selection

Computer Evolution

Which Came First

Antibiotic Resistance

The Immune System

Pseudogenes

Genetic Phylogeny

Fossilized DNA

DNA Mutation Rates

Donkeys, Horses, Mules and Evolution

The Fossil Record

The Geologic Column

Early Man

The Human Eye

Carbon 14

Radiometric Dating

Quotes from Scientists

 

*참조 :

1. 질서 또는 무질서?   http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2008


번역 - 미디어위원회

링크 - http://naturalselection.0catch.com/Files/chaoscomplexity.html ,

출처 -

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2696

참고 :

Stephen Caesar
2005-06-17

컴퓨터상의 인공생명체는 설계자를 증거한다.

(Artificial Life Yet Again)


     최근에 소개된 이 칼럼에서는 컴퓨터 프로그래머에 의한 인공생명체(artificial life, a-life)의 창조와, 어떻게 이 인공생명체가 놀라울 정도로 실제 생명체의 특징들을 모방할 수 있었는지에 관하여 논의하였다. 결국 자연의 복잡성 뒤에는 절대적으로 설계자의 존재가 필요하다는 것이다. Scientific American 지의 2000년 11월의 이슈에 의하면, 컴퓨터 프로그래머들은 컴퓨터로 만들어진 동물들이 살게 되는 가상 환경들을 창조해 왔다. 대부분의 이러한 인공생명체들은 자연의 DNA를 모방한 특별한 자료(special data)들에 기초하고 있다. 그 자료에는 어떻게 그 인공생명체가 주변의 사이버 환경과 반응을 하고, 심지어 어떻게 번식될 것인지에 대한 (Carlson 2000: 112) 정보가 포함되어 있다. 실제 DNA를 모방하여 그 인공생명체는 무작위적인 돌연변이가 일어날 수 있도록 프로그램화 되어 있어서, 주변 사이버환경에 대한 적응력도 변화할 수가 있었다. 몇 분(이런 연구에 사용되는 컴퓨터는 처리속도가 빠르다) 안에 변이가 일어난 인공생물체들의 여러 번식단계를 거친 많은 세대들을 추적함으로써, 프로그래머들은 디지털 DNA의 ‘진화(evolve)’ (Ibid.)를 관찰할 수 있었다.


이러한 유사한 진화에서는 두 종류의 문제가 야기되었다. 첫 번째는 이 칼럼에서 여러 번 지적했던 것과 같이, 이런 비약적인 인공생명체는(DNA가 동물의 진화 원인이라 하더라도) 그 모든 것을 존재하게 하는 고도의 지적능력이 있는 설계자의 존재가 필수적이라는 것이다. 두 번째로, 더욱 중요한 것은, 이 프로그램화 된 인공생명체는 아메바가 결국에 사람이 되는 방법으로 “진화하지 않는다” 는 것이다. 이 인공생명체는 어느 정도 정해진 한계 내에서 근소한 개량(improvements) 과정만을 진행한다는 것이다. 다시 말하면 누군가의 컴퓨터에서 만들어진 인공생명체는 전 세계의 금융 시스템을 운영하는 슈퍼컴퓨터 안에서 결코 진화되지 않을 것이라는 것이다.


진화에 의해서든 아니든, 자연 속에 내재하는 놀라운 복잡성은 외부의 지적설계자를 필요로 한다는 결론에, 외부 지성이 개입하여 만들어진 인공생명체는 더 큰 힘을 실어주게 되었다. 예를 들면, 자연주의자들은 큰 무리의 새 떼들이 어떤 리더의 지시도 없이 동시에 무리가 빠르게 회전하는 능력에 놀라움을 금치 못해왔다. 창조론자들은 언제나 이러한 복잡한 것들은 절대적으로 설계자의 존재를 필요로 한다고 주장해 왔었다. 컴퓨터 프로그래머인 레이놀드(Craig Reynolds)는 새 떼들에서 볼 수 있는 그러한 현상을 알아보기 위해 창조자의 필요성을 보여주는 군집 새들의 모델(a model of flocking birds)을 만들었다. 그는 “보이드(boid)' 라고 불리는 인공생명체를 만들었는데, 그것은 비행하는 새들을 모방하여 다음의 세 가지 규칙을 따르도록 프로그램 되어졌다. 1) 어떤 보이드도 다른 보이드나 정지해 있는 물체에 근접하지 않는다. 2) 각각의 보이드는 자신 주변에 있는 다른 보이드와 같은 속도를 유지해야만 한다. 3) 각각의 보이드는 언제나 그 보이드 그룹의 중심 쪽으로 움직여야만 한다.


Scientific American 지는 그 결과를 보고하였다. “보이드가 처음에는 흐트러졌다가도 그들은 곧 무리를 형성하였다. 그 무리들은 사이버 공간 상에서 장애물을 만나게 되면, 두 그룹으로 나뉘어 졌다가 반대쪽에서 다시 그룹을 형성한다”는 것이었다. 더욱 중요한 것은 “레이놀드의 프로그램은 무리를 짓는 것(flocking)에 관한 내용이나, 무리가 항해 중에 장애물을 만나면 어떻게 해야하는 지...등에 대한 지침들이 거의 포함되지 않았다는 것이다. 그러나 보이드는 예측할 수 없었던 도전들에 대해 민감한 반응을 보이며 놀라운 정렬을 수행하였다.” (Ibid.).


또 다른 유사한 프로그램이 컴퓨터 프로그래머인 아리엘 도란(Ariel Dolan)에 의해서 만들어졌다. 그는 '플로이즈(floys)' 라고 불리는 육식성 보이드를 만들었는데, 이 보이드는 두 가지 명령에 복종하도록 되어 있었다. 즉, 다른 플로이즈들 가까이에(너무 가까이는 아니고) 머물라. 어떤 것이든 침입자 쪽으로 이동하여 공격하라. 이 두 가지 명령은 플로이즈가 무리를 짓는 결과를 가져왔다. 사이버 상에서 한 침입자가 나타나면, 한 플로이즈가 그것을 발견하고 침입자 쪽으로 이동을 하여 공격하였고, 무리에 있던 다른 플로이즈들은 그 뒤를 따라 공격하였다.


이것은 심지어 침입자로부터 멀리 떨어져 있는 플로이즈들이 침입자를 인식하는 데에도 적용되었다. 그들은 단순히 어떤 방향으로 빠르게 움직이고 있는 다른 플로이즈를 보고, 그 선례를 따랐다. Scientific American 에서는 이 결과들이 “상당히 주목”할 만하다고 (ibid.112-114) 보고했다. 진화론자들은 자연에서 새들에게서 일어나는 같은 현상을 볼 때, “그런 현상은 돌연변이에 의해서 우연히 생겨났다”고 주장한다. 그러나 레이놀드와 도란과 같은 지적 설계자(프로그래머)들은, 자연계에서 새 떼들이 콘서트를 연주하는 것과 같이 무리를 지어 날고 있는 경이로운 능력에서 보여지는 놀라운 복잡성이 유지되기 위해서는 창조자의 존재가 필수적이라는 것을 보여주고 있다. 

 


Reference

.Carlson, S. 2000. Boids of a Feather Flock Together. Scientific American 283, no. 5.

 

*Stephen Caesar holds his master’s degree in anthropology/archaeology from Harvard. He is a staff member at Associates for Biblical Research and the author of the e-book The Bible Encounters Modern Science, available at www.1stbooks.com.



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.rae.org/artificiallife.html 

출처 - Revolution Against Evolution, 2003.11. 30

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2694

참고 :

미디어위원회
2005-05-07

모래 위에 새겨진 글씨

김정훈 


      우리가 어느 날 바닷가를 거닐다가 모래 위에 새겨진 다음과 같은 글씨를 마주쳤다고 가정해보자. <영희는 철수를 사랑해>. 우리는 이내 사랑에 빠진 젊은 두 사람의 남녀를 머릿속에 떠올리며, 이 글씨는 적어도 그들 중의 한 사람에 의하여 쓰여졌음을 쉽게 짐작할 수 있을 것이다. 비록 주변에 수많은 모래가 널려있고 끊임없이 파도가 넘실거리지만, 어느 누구도 이 글씨가 오랜 세월에 걸친 파도의 움직임으로 저절로 쓰여졌다고는 생각하지 않을 것이다. 그것은 바로 우리가 이 글씨를 읽을 때에 그 속에 담겨있는 정보를 전해 받기 때문에, 정보를 의도적으로 전해줄 수 있는 지성체가 아니고는 이 글씨가 저절로 생겨날 수 없음을 경험적으로 잘 알기 때문이다.

그런데, 사람을 비롯한 모든 생물의 세포 속에도 이와 같이 어떤 내용을 전하기 위하여 부호화 된 정보가 마치 모래 위에 새겨진 글씨와도 같이 차곡차곡 쌓여져 들어가 있다는 사실을 아는가? 과학자들은 이 정보전달 물질을 가리켜 DNA라고 부르는데, 이 DNA야 말로 생물의 모양과 성질을 만드는데 필요한 모든 기본 정보를 담고 있는 일종의 설계 청사진과도 같다고 하겠다. 그렇다면, 과연 이 DNA 속의 정보는 누가 집어넣은 것인가? 한 가지 분명한 사실은 정보는 정보를 주는 자 없이는 저절로 생겨날 수 없다는 것이다. 그러므로, 우리의 세포 속에 우리의 모습을 세밀하게 설계한 자는 분명, 고도의 지성을 갖춘 자이어야 할 것이다.

진화론은 생물체 속의 정보조차도 우연 발생의 산물로 본다. 이 진화론의 영향을 받아 외계 지성의 존재를 찾기 위해 노력하고 있는 소위 SETI project 에서는 매년 수천만 불의 거금을 투자해가며, 우주에서 날아오는 라디오 신호를 분석하고 있는데, 아이러니컬하게도 그들의 주장에 따르면 단 한 줄의 의미 있는 정보를 포착하기만 하여도 그것은 외계 지성체의 존재를 증명하는 것이라고 한다. 단 한 줄의 의미 있는 정보? 결국 그들은 우리 몸 안에 있는 엄청난 분량의 의미 있는 정보는 지성체의 도움 없이 우연히 생겨났다고 간주하며, 우주에서 올지도 모르는 단 한 줄의 의미 있는 라디오 신호를 기다리며, 그것으로 지성체의 존재를 증명할 수 있다고 믿고 있으니, 이것이야말로 스스로 지혜 있다 하나 우둔한 자의 모습이 아니겠는가? (롬 1:22).

사실 우리 주변을 돌아보면, 모래 위에 새겨진 글씨와도 같이 지성체의 존재를 암시하는 흔적을 수없이 많이 발견할 수 있다. 그러므로, 만물을 연구해보면 그 속에 정보를 입력해 놓으신 창조주의 존재를 분명히 깨닫게 될 것이므로, 저희가 핑계치 못하게 될 것이라고 성경도 분명히 말하고 있지 않은가? (롬 1:20). 시편 기자는 노래하기를, 하늘이 하나님의 영광을 선포하고 궁창이 그 손으로 하신 일을 나타내며, 날은 날에게 말하고 밤은 밤에게 지식을 전하니, 언어가 없고 들리는 소리가 없어도 그 말씀이 세계 끝까지 이른다 하였다 (시 19:1-4). 할렐루야, 우리 주 하나님께서 영광과 존귀와 능력을 받으시는 것이 합당하오니 이는 주께서 만물을 지으심이라! (계 4:11).


-이브의 배꼽, 아담의 갈비뼈- 중에서


김정훈
2005-05-06

비축소적 복잡성


     생물이 우연히 생겨난 것인지 아니면 누군가의 설계에 의해 된 것인지를 가늠할 수 있는 한 가지 방법은, 생물체 내에서 다양한 기능을 수행하고 있는 여러 기관들이 각기 어떤 구조로 이루어져 있는지를 살펴봄으로써 알 수 있다. 쉬운 한 가지 예를 들어 보자. 가장 단순한 생명체의 하나인 박테리아의 어떤 것들은 그 몸 밖에 기다란 하나의 채찍과도 같이 생긴 소위 편모라고 불리는 구조를 갖고 있다. 박테리아는 마치 모터보트에 붙어 있는 발동기와도 같이 이것을 회전시켜 자신의 몸을 움직이게 하는 역할을 하는데, 이제 그 구조를 좀 더 자세히 들여다보기로 하자.


편모는 일종의 회전 기구인데, 플라젤린(flagellin)이라고 부르는 단백질이 추진기(propeller) 역할을 한다. 추진기는 갈고리(hook) 역할을 하는 다른 단백질에 의하여 구동축 (drive shaft)에 붙어 있는데, 갈고리는 만능이음새(universal joint)로 작용하여 추진기와 구동축이 자유롭게 회전하도록 도와준다. 구동축은 회전발동기(rotary motor)에 붙어 있는데, 회전발동기는 그것을 돌아가게 하기 위한 힘을 얻기 위하여 박테리아의 바깥에서 안쪽으로 들어오는 산(acid)의 흐름을 사용한다. 구동축은 박테리아의 세포막을 뚫고 통과하여 박혀 있어야 하는데, 몇 가지 종류의 단백질이 그것을 가능하게 해주는 투관물질(bushing material)로 사용된다. 이제까지 유전학적 연구를 통해 밝혀진 사실은, 제대로 기능을 하는 하나의 편모를 만들기 위해서는, 약 40여개의 서로 다른 단백질이 필요하다는 것이다. 그런데 여기서 더 놀라운 사실은, 이들 단백질 중의 일부가 없는 경우 정상적인 편모의 절반 혹은 1/4 빠르기로 회전하는 편모를 얻게 되는 것이 아니라, 아예 편모가 만들어지지 않거나, 아니면 만들어져도 전혀 작동되지 않는 편모가 될 뿐이다. 즉, 이 말은 하나의 편모가 제대로 작동하기 위해서는 몇 가지 서로 다른 단백질 부품을 동시에 필요로 한다는 말이다. 


이와 같이 어떤 체계가 어떤 기본적인 기능에 기여하는 몇 개의 잘 짝 지워지고 상호 작용하는 부분들로 구성되어, 그 중의 어느 한 부분을 제거하면 효과적으로 체계의 기능을 멈추게 하는 그런 하나의 체계를 이룰 때 우리는 그것을 가리켜 “비축소적 복잡성 (irreducibly complex)”을 갖는다고 말한다. 좀 더 쉽게 말하면, “비축소적 복잡성”을 갖는 어떤 한 체계에 있어 서로 상호 작용하는 몇 개의 부품 중 어떤 하나가 빠지게 되면 그 체계가 더 이상 작동하지 않는 것을 의미하는데, 박테리아의 편모는 그 좋은 한 예이다. 


생물의 몸을 구성하는 여러 기관이나, 생물체 내에서 다양한 기능을 수행하는 여러 체계 가운데, 비축소적 복잡성을 수없이 발견한다는 사실은 그것들이 처음부터 한 자리에 그렇게 구성되도록 존재하지 않고는 불가능하다는 뜻이고, 이 말은 결국 생물은 설계되어졌다는 뜻이 된다. 진화론은 모든 생물이 오랜 세월 동안 우연의 연속으로 저절로 생겨났다고 가르친다. 그러나 박테리아의 몸에 기다랗게 달려 있는 편모 하나 조차도 우연으로는 만들어 질 수 없음을 현대 과학은 증거하고 있다. 성경은 말한다, “창세로부터 그의 보이지 아니하는 것들 곧 그의 영원하신 능력과 신성이 그 만드신 만물에 분명히 보여 알게 되나니 그러므로 저희가 핑계치 못할지니라(롬 1:20).”


- 이브의 배꼽, 아담의 갈비뼈- 중에서


출처 - 이브의 배꼽, 아담의 갈비뼈

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2617

참고 :

미디어위원회
2005-04-21

황금의 수 (The Golden Number) 

: 해바라기 꽃에서 나타나는 피보나치 수열.

Stephen Caesar 


      천지만물(Universe)이 지적 설계자에 의해 창조된 거대한 컴퓨터 프로그램이라는 주된 증거는 소위 '황금의 수(golden number)” 라는 것이다. 파이(phi)로서 알려져 있는 이것은 기하학의 아버지인 유클리드(Euclid)에 의해 약 B.C. 300 년 경에 처음 계산되었다. 이것은 한 선분이 동일하지 않은 두 개의 선분으로 나뉘어질 때, 전체 선분에 대한 긴 선분의 비율과 긴 선분에 대한 짧은 선분의 비율이 똑 같은 비율로 나뉘어질 때 나타난다. 유클리드는 두 선분의 길이의 비(ratio)를 1.6180339887…으로 계산했다. 이 비율은 모든 자연계에 걸쳐 나타나고 있다 (Livio 2003: 65).


볼티모어에 있는 우주 망원경 과학 연구소의 과학 부장이자 ‘황금의 수(golden number)’에 대한 주도적 전문가인, 천체 물리학자 마리오 리비오(Mario Livio) 박사는 다음과 같이 말했다.

 ”만약 파이 라는 수가 기대될 수 없는 곳에서 갑자기 나타나지 않았다면, 그 수는 순수 수학의 비교적 난해한 부분 속에서 남아 있었을 것이다.” (Ibid. 66).

한 가지 예는 해바라기(sunflower) 꽃에서 나타난다. 해바라기는 시계 방향과 반시계 방향의 나선 형태로 이루어지는데, 그것은 서로 얽히면서 교차하고 있다. 해바라기 씨가 꽃의 중심을 향하면서 서로 감겨질 때, 한쪽 방향으로 감겨지는 씨앗의 수와 다른 방향으로 감겨지는 씨앗의 수 사이에는 특정한 비율을 가지고 있다. 리비오는 다음과 같이 말했다.

 ”놀랍게도, 만약 이것들의 비율 (55/34, 89/55, 144/89, 233/144)을 계산하면, 그것들은 황금의 수인 파이 수에 점점 더 가까워진다는 사실을 당신은 발견하게 될 것이다.” (Ibid. 66).

.해바라기 씨에는 시계방향으로 34 개, 반시계방향으로 55 개의 두 나선이 존재한다. 꽃이 크면 55/89,  89/144 도 발견된다. 

1837년, 결정학자(crystallographer)인 브라바이스(Auguste Bravais)와 그의 형제이자 식물학자인 루이스(Louis)는 새로운 잎이 줄기에서 돋아날 때, 파이에 의해 결정된 특정한 각도에서 자란다는 것을 발견했다. 리비오는 다음과 같이 언급했다.

 ”파이에 의해 결정된 각도에 따라 잎들이 배열함으로써, 거의 겹쳐지지 않으면서 가장 유효한 방식으로 공간을 채울 수 있게 된다.” (Ibid. 66).

황금 직사각형(golden rectangle)은 황금수와 직접적인 관계가 있다. 황금 직사각형의 세로에 대한 가로의 비율은 파이와 같다. 만일 계속해서 황금 직사각형 안으로 점점 더 작은 황금 직사각형을 만들어서 어떤 점들을 연결시키면, 대수 나선(logarithmic spiral)이라고 불리는 안으로 향하는 곡선을 얻게 된다. 이것은 17세기 수학자 베르누이(Jakob Bernoulli)에 의해 처음으로 공식화되었다. 만약 당신이 주변의 한 점에서 대수 나선 위의 어떤 점까지 직선을 긋는다면, 그 선은 항상 정확히 같은 각도로 곡선을 가로 지를 것이다 (Ibid. 66-7). 또한, 이것이 자연계에서 나타나고 있다.

듀크 대학의 생물학자인 반스 터커(Vance Tucker)는 수 년 동안 매(falcon)를 연구해서 매가 비스듬히 비행할 때, 사냥감을 향해 똑바로 급강하하기 보다는 약간의 곡선궤도를 따른다는 것을 발견했다. 이 곡선모양의 하강은 베르누이의 대수 나선과 일치하였다 (Ibid. 67). 리비오는 다음과 같이 언급했다.

”자연은 대수 나선을 너무나 좋아한다. 앵무조개(nautilus)의 껍질에서부터 허리케인, 나선은하(spiral galaxies)에 이르기까지, 자연 현상 속에서 대수 나선은 쉽게 발견된다. 때때로 앵무조개의 경우에서처럼, 그것들은 성장해가면서 생겨나는 자연적 무늬(pattern)이다. 그리고 그 무늬 전체에 걸쳐 나타나는 황금 비율은, 13세기 초 이탈리아 수학자인 피사의 Leonardo (Fibonacci 로 알려져 있는)에 의해 발견된 유명한 일련의 수인 피보나치 수열(Fibonacci sequence)과 밀접한 관련이 있다” (Ibid. 67).

피보나치 수열은 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 등과 같이 계속되는 수열이다. 이것은 1+1=2, 1+2=3, 2+3=5, 3+5=8, 5+8=13, 8+13=21, 13+21=34, 21+34=55, 34+55=89, 55+89=144, 89+144=233 처럼 인접한 두 수의 합이 그 다음 수가 된다. 이것은 정확히 해바라기 씨의 비율과 일치한다. 피보나치 수가 커질수록, 파이의 정확한 값에 점점 더 가까이 근접하게 되는 것이다 (Ibid. 67-8). 리비오는 다음과 같이 말했다.

”따라서 피보나치 수는 일종의 황금비율로서, 가장 뜻밖의 장소에서 갑자기 나타난다. 하나는 단백질 폴리머로 이루어져 있는 속이 빈 원통형 튜브인 동물 세포의 미소관(microtubules)에서 나타난다. 그것들은 함께 모여 세포골격(cytoskeleton)을 유지하는데, 이 구조는 세포의 모양을 결정하고, 일종의 ‘신경’ 세포처럼 작용한다. 각 포유류의 미소관은 전형적으로 13 개의 기둥(columns)으로 되어있는데, 우선형의 5 개와 좌선형의 8 개의 구조로 이루어져 있다 (5, 8, 13 등은 모두 피보나치 수이다). 게다가, 외피를 가진 이중 미소관도 가끔 발견되어지는데, 그것은 여러분도 추측할 수 있듯이, 다음 피보나치 수인 21 개의 기둥으로 이루어져 있다” (Ibid. 68).

많은 은하들에 있어서 나선 팔(spiral arms)들은 대수 나선에 가깝다. 또한, 회전하는 블랙홀도 질량의 제곱이 그것의 각운동량(angular momentum)의 파이 배 제곱과 정확히 일치할 때만 가열상에서 냉각상으로 변할 수 있다. 리비오는 이것에 대해서 다음과 같이 설명했다.

”이러한 파이 수의 신비한 출현은 황금 비율의 또 다른 특이한 수학적 특성으로부터 유래한다. 파이 수의 제곱은 단순히 파이에 1을 더함으로써 얻어질 수 있다 (휴대용 계산기로 확인해 볼 수 있다). (즉, 1.618 × 1.618 = 2.617924).  (Ibid. 68).

자연계 전체에 걸쳐서 나타나고 있는 이 놀라운 황금 비율은 (우연히 저절로 생겨난 것이 아니라) 질서와 조화의 우주(Cosmos) 라는 거대한 컴퓨터 프로그램을 창조하신 지적인 설계자가 계시다는 강력한 증거인 것이다. 

 

References

Livio, M. 2003. The Golden Number. Natural History 112, no. 2.

Stephen Caesar holds his master’s degree in anthropology/archaeology from Harvard. He is a staff member at Associates for Biblical Research and the author of the e-book The Bible Encounters Modern Science, available at www.1stbooks.com.

 

번역 - 미디어위원회

주소 - https://www.rae.org/essay-links/goldennumber/

출처 - Revolution against Evolution, 2003. 9. 2.

미디어위원회
2005-04-07

생체 분자 모터 시스템의 환원 불가능한 복잡성 연구

(Irreducible Complexity of Biomolecular Motor Systems)

이승엽


Abstract

본 논문은 생물학의 근간이 되는 반 다윈주의 개념을 갖는 지적설계의 학술적인 연구 동향과 그 적용 분야를 살펴보고 지적설계 운동에 있어서 생화학적 설계 증거로 제시되는 환원 불가능한 복잡성 개념을 소개한다. 최근 연구들을 토해서 밝혀진 편모의 모터 구조나 ATP 합성에 관련된 다양한 생물 분자 모터(biomolecular motor)의 메커니즘을 소개하고 환원불가능한 복잡성을 적용하여 설계의 증거들을 다룬다. 무신론적 자연주의 세계관에 기초한 현재의 학문 체계에 도전하는 '쐐기운동”으로서의 지적설계운동은 학문 활동에 유신론적 대안을 제공한다는 데 큰 의의가 있다. 다양한 저서 및 학술 논문에 나타난 지적설계의 학술적인 뒷받침과 연구 프로그램을 통한 지적설계 분야의 확대 및 학문 활동 분야로의 의미 있는 시도 등이 일어나고 있다. 이러한 지적설계의 학술적인 연구는 오하이오주와 텍사스주 교육위원회에서 결정된 과학 교과과정 개편에 주요한 역할을 담당하였다. 마지막으로 올해 8월 21일 국내의 지적설계 단체들과 연구자들이 참여하는 지적설계연구회의 창립을 계기로 국내의 지적설계 운동의 현황과 향후 전략적인 방향 설정을 논의한다.

 

I.  지적설계운동의 역사

지적설계운동은 1990년대 초부터 미국에서 급부상하고 있는 창조론에 대한 새로운 접근법이라고 할 수 있다. 미국에서 지적설계운동을 이끌고 있는 사람 중 한 사람인 윌리엄 뎀스키는 이를 다음과 같이 정의하고 있다 (Dembski, 2002). '지적설계운동은 지적인 원인들의 영향을 연구하는 과학의 연구 프로그램이고, 다윈주의와 다윈주의의 자연주의적 유산에 대해 도전하는 지적인 운동이며, 하나님의 역사하심을 이해하는 한 가지 방법이다.”

지적설계운동의 역사를 살펴보기 전에 설계논증과 진화론-창조론 논쟁 역사를 간단하게 언급하고자 한다. 19세기 초 윌리엄 팔레이(William Paley)는 그의 책 '자연신학(Natural Theology)”에서 다음과 같이 나타내었다 (Paley, 1802). 우리가 들판에서 시계를 보았다면, 목적에 대한 적합성은 (즉, 그 각 부분들이 시간을 말해주는 데에 대한 적합성은) 그것이 지성의 산물이며 단순히 방향성이 없는 자연적 과정의 결과가 아님을 보증한다. 따라서 유기체에서의 목적에 대한 놀라운 적합성은, 전체 유기체의 수준에서든 여러 기관의 수준에서든 유기체가 지성의 산물임을 증명한다는 설계 같은 논증을 폈다.

팔레이의 시대에는 자연의 작품, 특히 생명체가 지적 설계의 산물이라는 관점이 일반적이었다. 그러나 다윈의 진화론이 학계를 석권하게 되어 생명체가 설계되었다는 관점은 폐기처분되었고, 다윈이 제안한 진화 메커니즘 즉, 자연선택/돌연변이가 생명체의 복잡성에 대한 표준적인 설명이 되었다. 진화론은 1859년 다윈의 '종의 기원”의 출간과 함께 시작되었다. '종의 기원”은 영국과 미국에서 동시에 출간되었으나 초기의 논쟁은 주로 영국에서 발생했다. 이 논쟁은 생물학 분야뿐만 아니라, 정치, 경제, 철학 등 사회 각 영역에 걸쳐 다층적으로 이루어 졌다. 영국에서의 논쟁은 대략 지식인들 간의 논쟁이 주류를 이루었으며, 반진화론적 흐름도 있었으나, 전체적으로 보아 영국교회는 진화론과 타협 또는 화해를 이루는 방향으로 나아갔다. 반면 미국의 경우는 반진화론적 경향이 우세했으며, 진화론 논쟁은 처음부터 사회적인 논쟁으로 치달았다.

1920년대 본격화된 이 논쟁은 지금까지도 계속되고 있으며, 따라서 창조-진화 논쟁사에 있어서 중심무대를 차지하는 것은 미국이라고 할 수 있다. 미국 창조-진화 논쟁은 1960년을 전후로 대략 두 시기로 나눌 수 있다. 각 시기의 대표적인 사건으로는 1920년대 스코프스 법정 논쟁으로 대표되는 반진화론 운동과 1980년 아칸소 법정논쟁으로 정점을 이룬 창조과학운동이 그것이다.

1990년대 초 등장한 지적설계운동은 최근 미국 창조-진화논쟁을 새로운 방향으로 이끌고 있다. 지적설계운동의 효시는 UC 버클리의 법학 교수인 필립 존슨이 1991년에 출판한 '심판대 위의 다윈(Darwin on Trial)”이라 볼 수 있다 (Johnson, 1990). 이 책에서 존슨은 진화론이 과학적인 근거에 기초한 것이 아니라, 자연주의 철학에 근거한다는 것을 보여 주었다. 물론 진화론이 자연주의와 긴밀하게 연결되어 있다는 사실은 존슨이 처음 지적한 것은 아니었다. 그러나 저명한 법학자였던 존슨의 책은 수없이 많이 팔렸고, 그에 따라 많은 지식인들이 존슨이 제기한 문제를 인식하게 되었다.

저명한 법학자인 존슨은 다윈 이후 150년 이상 지속되어 온 '창조-진화' 논쟁의 본질이 과학적인 증거로서 해결될 수 있는 문제가 아니라, 무신론 대 유신론이라는 두 개의 상충되는 세계관 사이의 대결이라고 결론 내리게 되었다. 더 나아가 두 개의 상충되는 세계관들이 서로 동등한 입장에 있는 것이 아니라, 일반 학문, 공공 교육, 대중매체 등에서 무신론적인 세계관이 압도적으로 유리한 입장에서 유신론적 세계관을 억누르고 있다는 사실을 발견하게 된다. 그래서 그는 이러한 자연주의의 부당한 우세에 도전장을 내밀게 된다. 학문과 문화에서의 자연주의의 독점을 해체시킨다는 것으로 목표를 정한 후 존슨은 이후 '균형잡힌 이성(Reason in the Balance)' (1995), '다윈주의 허물기(Defeating Darwinism)' (1997), ”Wedge of Truth' (2000), ”The Right Questions' (2002) 등의 책을 지속적으로 출판하면서, 보다 많은 사람들이 다윈주의 더 나아가 자연주의 철학 및 학문의 통나무를 지적설계라는 '쐐기(wedge)”로 허무는 일명 쐐기운동에 동참하도록 독려하였다.

1996년에는 지적설계운동에 있어서 중요한 전기가 된 큰 사건들이 두 가지가 일어난다. 첫 번째 사건은 ‘Mere Creation’ 이라는 학술대회이다. 구체적으로 어떤 창조론을 지지하든 상관없이 순수하게 '창조'에 대해서만 언급하는 것에 대해 관심이 있는 모든 사람들을 연합시키고자 하였다. 이 학술대회에서는 지적설계에 관심이 있는 200여명의 과학자, 철학자, 그리고 일반인들이 모였는데, 학술대회 결과 지적설계라는 창조론 운동의 새로운 패러다임의 윤곽이 확실하게 드러나게 되었다. 여기에서 철학 및 수학 박사인 윌리엄 뎀스키는 스티븐 메이어, 폴 넬슨 등과 함께 '설명을 찾아내는 여과기'(explanatory filter)라는 개념을 사용해서 지적설계를 과학의 연구 프로그램으로 만들자고 제안한다. 1996년에 일어난 두 번째 중요한 사건은 미국 리하이(Lehigh) 대학의 생화학 교수인 마이클 베히 박사가 '다윈의 블랙 박스” (Darwin's Black Box)를 출판한 것이다 [6]. 이 책에서 베히는 생화학 시스템 중에는 '환원 불가능한 복잡성' (irreducible complexity)의 성질을 갖고 있는 시스템들이 많이 있고, 이런 시스템들은 설계에 대한 증거로 볼 수 있다고 주장했다. 이 책을 통해서 처음으로 설계를 접목시킨 생물학 연구 프로그램의 구체적인 모습이 드러나게 되었다. 베히의 책은 뉴욕타임즈 등 신문, 잡지뿐만 아니라, Science나 Nature 등 전문 학술지에서도 비평되었고, Christianity Today 에서는 '올해의 책'으로 선정되기도 하였다.

그 후 1998년에는 윌리엄 뎀스키가 'The Design Inference”(1998)과 'Intelligent Design” (1999)를 출간하면서, 과학적 연구 활동에 적합한 '설계”의 개념을 정보 이론을 사용하여 정밀하게 검증할 수 있는 기준을 제시하였다. 윌리엄 뎀스키는 지적 원인이 경험적으로 탐지가능하며 관찰한 데이터에 기반하여 지적 원인과 방향성이 없는 자연적 원인을 믿을 만하게 구분할 수 있는 방법이 존재하며, 여러 특정 과학에서 이미 이런 구분을 끌어내기 위한 방법들이 법의학, 암호학, 고고학, 그리고 외계지성탐사(SETI) 분야에서 다루어지고 있음을 보여주었다. 베히의 책을 통해서 나타난 생물학 시스템의 환원불가능한 복잡성이 윌리엄 뎀스키의 '복잡 특수 정보(complex specified information)” 이론으로 구체화되어 과학적 연구 프로그램으로서 가능성을 열게 해주었다. 지적 원인의 경험적 탐지가능성은 지적 설계를 전적으로 과학 이론이 되게 하였고, 그것을 철학자들의 설계논증이나 전통적으로 '자연신학'이라고 불린 것과 구별되게 하였다.

지적설계의 적용 중에서 중요한 분야는 창조과학운동과 마찬가지로 교과서 개편에 관련된 부분이다. 이와 관련하여 최근에 일어난 사건으로는 교과서에서 대진화 내용을 삭제하도록 한 1999년 캔사스주의 교육위원회의 결정을 들 수 있다. 그러나 진화론 지지자들의 압력에 못 이겨 그 다음 해 예전의 진화론 교육으로 환원되었다. 2002년 오하이오주와 2003년 텍사스주의 생물학 교과서 개편도 유사한 사건인데, 여기에는 지적설계 단체가 결정적인 역할을 담당하였다 (Ohio, 2002; 이승엽 2003). 2002년 12월 10일에 오하이오주 교육위원회에서는 18명 전원일치로 일명 '논쟁점 가르치기(The teach-the controversy)” 제안을 오하이오 공립학교에서 과학 교과 표준으로 허락하는 결정을 내렸다. 새로운 법안의 3가지 주요 내용은 다음과 같다.

(1) 생물학적 진화 (대진화-공통조상이론)를 지지하거나 반대하는 모든 증거를 가르친다.
(2) 의무사항은 아니지만 선생님들이 지적설계와 같은 대안 이론에 대해서 토론하는 것을 허용한다.
(3) 자연 현상에 대한 모든 논리적인 설명을 허용할 수 있도록 과학에 대한 정의를 수정한다.

이와 같이 3가지 결정은 그 동안 과학 교과서에서 독점적인 지위를 누려온 진화론을 공립학교에서 공개적으로 비판할 수 있을 뿐만 아니라, 지적 설계라는 용어가 진화론의 대안으로 교과서에 공식적으로 등장할 수 있는 획기적인 전기를 마련하였다. 또한 과학의 정의에 대한 수정안은 자연주의적인 해석만을 강요해왔던 과학의 범위를 확대시킬 수 있게 되었다. 여기에서 과학을 다음과 같이 새롭게 정의하였다. '과학은 관찰, 가정 검증, 측정, 실험, 그리고 이론 성립에 근거하여 자연 현상에 대한 적절한 설명을 제시하는 계속적인 연구의 규칙적인 방법이다” (Science is a systematic method of continuing investigation, based on observation, hypothesis testing, measurement, experimentation, and theory building, which leads to more adequate explanations of natural phenomena). 이와 같은 지적설계 진영의 승리 이면에는 10여 년 동안 이루어진 지적설계의 연구 프로그램과 전략적인 쐐기운동이 실효를 거두었기 때문이다. 실제 Discovery Institute의 Stephen Meyer와 Jonathan Wells 박사가 오하이오주 교육위원회 패널 토의에 참여하였고, 교육위원회에 많은 지적설계에 관련된 증빙 자료를 제출하였다. 이 중에는 최근에 유명 학술저널에서 발표된 논문 중 지적설계에 연관된 44개의 중요 논문을 제출하여 지적설계가 이미 학술적으로 연구 대상이 되고 있음을 보이면서, 지적설계는 학술적인 기반이 없음을 비난하는 진화론자들의 의견을 반박하였다 (Discovery, 2002).

올해 9월에는 지적설계 학술연구에 있어서 매우 중요한 성과가 이루어졌는데, Discovery Institute CSC director인 Meyer 박사가 전문 학술저널인 Proceedings of the Biological Society of Washington에 지적설계에 관련된 논문을 발표하게 되었다 (Meyer, 2004). 반진화론적인 이론에 관한 연구 논문이 국제적인 학술 저널에 처음으로 발표됨으로써, 이 논문을 시작으로 해서 지적설계 개념이 향후 학술적인 연구로서 활발히 이루어지리라 예상된다.

국내 지적설계 운동은 한국창조과학회의 일부 회원들과 NOAH와 KAIST 창조론 연구회(RACS), 서울대학교 창조과학 연구회(SCR)이 주축이 되어 시작되었다고 할 수 있다. 이 모임들이 주축이 되어 마이클 베히의 '다윈의 블랙박스”, 필립존스의 '위기에 처한 이성”, 그리고 윌리엄 뎀스키의 '지적설계”를 번역하여 출간하였다. NOAH는 정기적인 모임을 갖으며 지적설계에 관련된 토론 및 연구를 수행하고 있으며, 그 동안 8번의 학술 세미나를 개최하여 지적설계에 대한 다양한 연구를 시도하였다. 초기에는 지적설계에 관련된 자료 소개 및 기본적인 연구에 치우쳤으나 최근에는 지적설계에 관한 창의적인 연구들이 발표되었다 (http://noah.creation.net). 한국창조과학회에서는 2001년부터 매년 정기적인 학술대회를 개최하고 있는데, 2002년 창조과학학술대회에서 이승엽 등이 '지적설계를 적용한 정보저장기기 매커니즘 연구”가 지적설계에 관련된 최초의 연구 논문이라 할 수 있다 (이승엽, 2002). 최근에 통합연구학술대회에서 3편의 지적설계 관련 논문이 발표된 바 있다 (이승엽, 2004; 조정일, 2004; 현창기, 2004). 2004년 8월 21일에는 국내의 지적설계 연구자들과 관련 단체들이 연합하여 순수 연구단체인 지적설계연구회 (Korean Research Association for Intelligent Design: KRAID)를 창립하여 학술 연구 및 관련 서적 출판 등의 활동을 하고 있다.


II. 지적설계 관련 학술연구

서적 출판


앞의 II 절에서 살펴본 바와 같이 필립 존슨의 '심판대 위의 다윈” 이후로 지적설계에 관련된 많은 서적들이 출간되었다. 생화학 시스템에서 환원 불가능한 복잡성을 논한 마이클 베히의 '다윈의 블랙박스”와 정보 이론을 통하여 지적설계의 검증 가능한 과학적 도구를 제시한 윌리엄 뎀스키의 '지적설계”가 출간되어서 지적설계 운동에 새로운 방향을 제시하게 되었다.

최근에는 지적설계 운동에 참여한 많은 연구자들이 지적설계에 관련된 많은 서적들을 출간하였는데 대표적인 저서로는 Jonathan Wells의 'Icons of Evolution” (2000), 필립 존슨의 'The Wedge of Truth” (2000)와 'The Right Questions” (2002), 윌리엄 뎀스키의 'No Free Lunch: Why Specified Complexity Cannot Be Purchased Without Intelligence” (2001)와 'The Design Revolution' (2004), Thomas Woodward의 'Doubts About Darwin: A History of Intelligent Design” (2003), Cornelius Hunter의 'Darwin's Proof' (2003), Guillermo Gonzalez와 Jay Wesley Richards의 'The Privileged Planet” (2004), 등을 들 수 있다.

지적설계에 관련된 논문 및 글들을 모아서 편집된 책들에는 ”Mere Creation; Science, Faith & Intelligent Design' (1998), 'Science and Evidence for Design in the Universe” (2000), 'Signs of Intelligence: Understanding Intelligent Design” (2001), 'Darwinism, Design, and Public Education' (2003), 'Debating Design : From Darwin to DNA” (2004), 등이 있다. 이밖에도 최근에 지적설계에 관련된 많은 저서와 편집본들이 출간되고 있다.


학술 연구

진화론자들은 기존의 창조과학운동에 대해서 진화론에 대한 비판을 넘어서서 창조과학을 뒷받침 할 수 있는 과학적인 연구 결과들을 제시하라고 주장하였다. 지적설계운동에 대해서도 이와 같은 요구들이 있어왔다. 설계이론이 과학의 주류로 인정받기 위해서는 진화론 및 자연주의적 학문에 대한 비판보다는 설계이론을 뒷받침 할 수 있는 객관적인 연구 성과가 필요하며, 이는 과학 전문 저널에 논문으로 출간된 구체적인 연구 결과들을 의미한다. Discovery Institute에서도 이 점을 강조하면서 학술 연구 분야로서 (1) 지적설계 연구자들이 설계 이론에 입각한 순수 연구 활동을 할 수 있도록 지원하고 있으며, (2) 지적설계이론에 관련된 전문 학술 저널을 창간하며 (예를 들면 Origins & Designs Journal (www.arn.org/odesign/odesign.htm), (3) 또한 기존 전문 저널에 실린 논문들 중에서 진화론의 중대한 문제 및 설계 이론을 뒷받침 할 수 연구 결과들을 인용하여 설계이론의 과학적 근거들을 내세우는 데 적용하고 있다.

그 대표적인 예가 2002년도 3월에 Discovery Institute의 Stephen Meyer와 Jonathan Wells 박사가 '논쟁점 가르치기(The teach-the controversy)” 제안을 오하이오 공립학교에서 과학 교과 표준으로 하도록오하이오주 교육위원회에 제출한 보고서이다 (Discovery, 2002). 이 보고서에서는진화론이 직면한 중요한 문제점들이 드러나고 학교 교육에서 토론의 여지가 있다고 본 44개 저널 논문을 다루었으며, 인용된 논문들은 Cell, Nature, Science, Trends in Ecology and Evolution, Annual Review of Ecology and Systematics 등 유명과학저널에 게재된 학술 논문들이다.

이 논문들 중 가장 주가 되는 내용은 공통조상으로부터 모든 생물들이 진화되었다는 다윈의 진화나무에 대한 과학적 적합성 및 생물학적 복잡성의 기원에 대한 논쟁이다. 무생물로부터 만들어진 하나의 생명으로부터 모든 종류의 생명체들이 진화되어 만들어졌다는 것이 현대 생물학에서 다루는 기원에 대한 기본 내용이다. 2000년 6월에 발표된 인간 지놈 프로젝트의 결과로 인하여 최근에는 수십여 종의 생명체의 염기 서열이 밝혀지면서, 종들 간의 유전자의 중복성 및 관련성을 연구하는 비교지노믹스에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는데, 진화론적인 방법으로는 설명이 어려운 많은 결과들이 발표되었다.

또한 생명체에서 나타나는 매우 복잡한 패턴들은 인류에 의해 설계된 최첨단 기계 시스템과 비교하여 훨씬 효율적인 구조를 가지고 있음이 밝혀지면서 (Ball, 1991, Goodsell, 2004), 이에 대한 활발한 연구들이 이루어지고 있다. 생명체의 작동 메커니즘에서 설계 관점과 주목되는 분야를 정리하면 다음과 같다.

● the machinery of DNA transcription and translation
● biomolecular motors
● the information-driven synthesis of biological molecules
● the energetics and regulation of biological processes
● the traffic across membranes and signal transduction along them
● the interplay of myosin and actin filaments within the muscle sarcomere

올해 9월에는 지적설계 학술연구에 있어서 매우 중요한 성과가 이루어졌는데, Discovery Institutie CSC director인 Meyer 박사가 전문 학술저널인 Proceedings of the Biological Society of Washington에 지적설계에 관련된 논문을 발표하게 되었다. 논문에서는 생명체 각각의 발생학적인 형태의 기원과 생명체의 역사에서 불연속적으로 나타나는 유기적 형태의 기원 (origination of organismal form) 에 관하여, 기존의 자연선택과 돌연변이의 신다윈주의 진화론 이론으로는 설명될 수 없고, 더 나아가서 지적설계 개념으로 설명될 수 있음을 제시하였다. 반진화론적인 이론에 관한 연구 논문이 국제적인 학술 저널에 처음으로 발표됨으로써, 이 논문을 시작으로 해서 지적설계 개념이 향후 학술적인 연구로서 활발히 이루어지리라 예상된다. 이러한 성취는 진화론적인 설명만이 허용되었던 생명 기원에 관한 학술적인 논의에서 반진화론적인 이론을 허용하는 계기가 될 것이며, 이는 그동안 오랜 창조과학운동이 성취하지 못한 한 중요한 역할을 지적설계 연구자들이 이루게 되었다고 볼 수 있다.


IV. 분자모터 (Biomolecular Motor)

분자 모터는 단백질의 특별한 형태로서 생명체 속에서 근육의 이완, 세포의 동작 및 운동, 신호 전달, DNA 복제 및 전사 등과 관련된 과정에서 중요한 역할을 하게 된다. 분자모터에 관련되어 많은 연구들이 진행되고 있는데, 지적설계 연구 분야에서 분자 모터에 관심을 갖기 시작한 것은 마이클 베히 교수가 다윈의 블랙박스를 출간한 이후이다 (Behe, 2001). 그는 책에서 지적설계의 증거인 환원불가능한 복잡성 개념을 도입하면서, 대표적인 예로 박테리아 편모의 모터 구조를 언급하였는데, 기계 시스템으로서 전기 모터는 일상 생활에서 사용되는 전형적인 설계 시스템이므로 이와 유사한 구조를 갖는 분자모터는 지적으로 설계된 메커니즘의 좋은 증거라 할 수 있다.

많이 연구되고 있는 분자모터 중에서 kinesin 과 dynein 계열과 myosin 계열, 그리고 DNA와 관련된 단백질 등은 ATP 가수분해에 의해서 화학에너지를 기계적 에너지로 변환한다 (Alberts et al., 1994). 분자 모터는 에너지를 저장하고, 운동을 발생시키고 모터 기능을 제어하기 위해서 이러한 단백질 에너지 변환을 이용하며 (Vale and Milligan, 2000), 이러한 분자 모터의 3차원 구조 (Cramet et al., 2000)와 운동 (Walker et al., 2000)이 많은 연구를 통해서 밝혀지게 되었다. 현재는 분자 모터의 구조와 기능 관계에 대한 연구들이 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 이러한 많은 연구에도 불구하고 다른 분자모터들이 어떻게 움직이는지, ATP 합성과 어떻게 연결되는지, 최종적인 기계적인 힘이 분자 구조와 어떻게 관련되는지는 알려지지 않고 있다. 다음에서는 베히 교수의 환원불가능한 복잡성 개념과 다양한 분자모터 메커니즘과 지적설계와 관련된 부분을 설명하도록 한다.


환원 불가능한 복잡성 (Irreducible Complexity)


자연 과학에서 생명체의 구체적인 설계의 증거를 발견하고 과학적인 도구로서 이를 표현하는 것이 가능한 가에 대한 중요 질문에 대해서 펜실베니아에 있는 리하이 대학의 생화학 교수인 마이클 베히 박사는 그것이 가능하다고 말하면서 그의 저서 다윈의 블랙박스를 통해서 '환원 불가능한 복잡성”(irreducible complexity)라는 개념을 도입하였다. 환원 불가능한 복잡성을 설명하기 위해 예로서 쥐덫 메커니즘을 설명한다. 쥐덫은 여러 개의 구성요소들로 이루어져 있다. 각각의 구성요소들이 모두 제 위치에 있음으로 해서 쥐덫의 기능을 할 수 있다. 그러나 이들 하나의 구성 요소가 없어진다면 나머지 다른 구성요소들이 모두 제자리에 있다고 하더라도 쥐덫으로서의 기능을 잃어버리게 된다. 이와 같이 여러 개의 부품들로 구성된 시스템에서 어느 하나라도 없다면 그 기능을 잃어버리는 시스템을 환원 불가능한 복잡성의 시스템이라 말한다.

베히는 실제적인 생화학 시스템에서도 환원 불가능한 복잡성을 나타내는 시스템이 매우 많이 있다고 말하고 있다. 베히는 그의 책에서 박테리아의 섬모/편모, 혈액 응고 메커니즘, 세포 내 운송 시스템, 항원 항체 반응, AMP 생합성 등을 환원 불가능하게 복잡한 시스템의 예로서 구체적으로 자세하게 설명하고 있다. 이러한 시스템들의 매우 중요한 특징은 우리가 생화학 실험실에서 각각의 메커니즘을 이루는 구성 요소들 어느 하나를 제거시켜 봄으로써 그 시스템이 환원불가능한지 아닌지를 직접 확인해 볼 수 있다는 것이다.


그림 1. 환원 불가능한 복잡성인 쥐덫 시스템

편모의 분자 모터

편모는 50이하의 크기를 가지는 생물의 운동기관이다[17]. 편모는 원핵생물이나 진핵생물에서 발견이 되는데, 진핵생물의 편모와 원핵생물의 편모는 서로 다른 메커니즘을 갖는다. 진핵 생물의 편모는 아홉 개의 이중체 (13개의 원형섬유와 10개의 원형섬유로 이루어 진 두개의 융합된 고리)의 미세소관과 중앙의 두개의 단일 미세소관을 갖는 9+2 구조로 섬모와 동일한 구조와 운동 메커니즘을 갖는다 (Behe, 2001). 편모의 작동 원리는 ATP가 디네인에 공급되어 미세소관을 들어올림으로 인해 활주운동이 생기고, 넥신이 한계 이상의 활주 운동을 막기 위해 미세소관을 잡아당김으로 인해 활주운동이 굽힘운동으로 전환된다.


그림 2. 원핵 및 진핵생물의 크기와 운동기관

한편 박테리아에서 볼 수 있는 원핵생물의 편모는 플라젤린이라는 단백질로 구성되어 있고, 직경은 머리카락 직경의 500분의 1에 해당하는 12-19 nm이고, 길이는 세균의 수 배이다. Fig. 8에서 보이는 바와 같이 편모는 세포 표면의 근처에 돌출되어 있어서 프로펠러와 같은 회전운동을 하며 초당 세균의 길이의 10배 정도의 거리를 이동할 수 있다. 이러한 회전운동을 하기 위해서는 모터와 같이 기본적으로 회전자(로터)와 정지자(스테이터), 그리고 회전을 시킬 수 있는 가동력이 필요하다. 일반적으로 많이 사용되는 DC-모터의 작동원리는 플라밍의 왼손법칙으로 설명할 수 있는데, 이는 전류와 자기장, 그리고 힘의 상호관계를 나타낸다. 회전자에는 코일이 감겨져 있고 정지자에는 영구자석이 붙어있어서, 코일에 전류를 흘리게 되면 도선에 힘이 작용하게 된다. 이 힘이 회전자를 회전시킴으로 모터가 회전하게 된다. 편모의 경우도 회전자와 정지자의 역할을 하는 부분이 있고, 에너지원으로 ATP가 아닌 박테리아 막을 통과하여 흐르는 산(acid)의 유동을 통해 생기는 에너지를 이용한다 (이승엽 2002).


그림 3. 박테리아 편모의 모터구조

 

Kinesin과 Myosin 모터

분자 모터와 관련하여 최근 까지 가장 많이 연구된 분야가 근육 myosin과 kinesin 이다. Myosin II는 양 방향 리니어 모터로서 actin과 myosin 섬유 사이에서 미끄러짐을 발생시킨다. 주어진 시간에 오직 하나의 헤드만이 actin에 결합한다. 그림 4에서 보는 바와 같이 각 myosin 헤드는 motor domain 과 레버 암 domain으로 구성되어 있으며, 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하게 된다. Skeletal 근육 미요신은 4 nm의 간격으로 smooth 근육 미요신은 7 nm의 step 간격으로 움직인다 (Mooly et al., 1995). Kinesin은 미세소관을 따라서 vesicle을 전달하는 두 헤드 리니어 모터이다. 그림 4(b)에서 보는 바와 같이 각 헤드는 ATP 결합 domain과 연결되어 있는 heavy chain과 전달체가 연결되어 있는 light chain으로 구성되어 있다. 미요신과 다르게 하나의 kinetisn은 8 nm 스텝 간격으로 분리전까지 수 마이크로 미터를 미세소관을 통하여 움직이게 된다 (Schnitzer and Block, 1997).

그림 4 Kinesin과 myosin 모터 구조

(a) ATP 가수분해를 통한 myosin 분자의 미끄러짐 운동
(b) 두개의 heavy chain을 binding이나 unbinding 하면서 미세소관을 따라 walk 운동을 kinesin 분자

그림 5. (a) ATP synthase 구조: transmembrane인 F0와 가용성 부분인 F1로 구성됨
(b) ATP 가수분해는 도메인의 힌지 운동을 통하여 F1을 회전시킨다.
 

ATP Synthase

분자 모터(biomolecular motor)의 ATP 합성에 관한 회전 구조에 대한 연구로 1997년 노벨상이 수여된 후 이에 대한 많은 연구가 이루어져 왔다. ATP synthase는 마이클 베히가 환원불가능한 복잡성의 대표적인 예인 편모의 모터 구조와는 또 다른 매우 정교한 초소형 단백질 모터 효소 로서 양자를 사용하여 ATP 가수분해를 이용해 전기화학적 변환을 일으킨다. 그림 5에 나타난 ATP synthase의 기본 구조는 생체막 부분은 F0와 가용성 부분인 F1-ATPase로 구성되어 있다.  양자가 주입되면서 접촉 부분에 촉매부를 포함하는 F1의 -subunit의 회전은 ATP 가수분해에 의해 발생되는 domain의 힌지 운동에 의해 생긴다.

F0가 1 회전시 10개 양자가 필요하며, F1은 회전당 3개의 ATP를 생성하는데, 이러한 입력과 출력의 (양성자 와 ATP) 비인 10:3은 상식적으로 생각할 수 있는 정수비가 아니다. 다시 말하면 F0의 1 회전하면서 양성자 3개나 4개 당 하나의 ATP가 발생하게 되는데, 이러한 고정적이지 않고 유연한 비는 무작위적으로 정해진 것이 아니라, ATP 생성을 최대화하는 황금비임이 최근의 연구로 밝혀졌다. 누군가가 두 가지 다른 구조의 결합 시 최적설계로 정교하게 조절된 지적설계의 구조임을 알 수 있다 (Mitome et al., 2004).


DNA 관련 분자모터

DNA 유전자 전사, 복제, 압축 등을 수행하려면 RNA나 DNA의 형성 촉매 효소인 폴리메라아제와 같은 모터 단백질이 필요하다. 예를 들면 RNA 폴리메라아제는 원형 DNA를 1초당 10개 이상의 뉴클레오타이드를 지나가면서 RNA 복사를 수행한다. T7 DNA 폴리메라아제는 초당 100개 이상의 base 비율로 DNA 복제가 일어나도록 한다. 최근의 연구들은 효소에 가해지는 기계적 힘이 세포내에서 DNA 전사와 복제를 일으킨다고 설명하고 있다. 이러한 기계적 힘의 영향을 살펴보기 위해 그림 6과 같이 RNA와 DNA의 폴리메라아제의 1개의 분자를 이용하여 힘과 DNA 전사와의 관계를 실험하였다 (Yin et al., 1995). 실험에서는 광학 기기를 이용하여 초소형 bead의 움직임을 조절하고 bead에 DNA를 연결함으로써 가해지는 힘에 대한 DNA 전사를 측정하였다. 실험 결과는 전사 속도는 힘에 반비례함이 알려졌다. 이러한 기계적 힘의 역할에 대한 정확한 설명은 좀 더 연구가 필요하나 분자들이 모터 단백질의 변환과 기능성과 관련된 에너지 한계를 변화하고자 할 때 DNA 변형이 이러한 변화를 일으킨다고 생각되어지고 있다.

그림 6. 가해지는 힘의 변화에 따른 DNA 전사 속도에 관련된 단 분자 실험

 

전기 모터와 편모 모터 비교

초소형 전기모터와 박테리아 편모는 구조상으로 유사하지만 그 크기에서 편모가 상대적으로 작기 때문에 크기와 관련된 지배적인 힘이 다르게 나타날 수 있다. 수 mm 이하의 크기를 갖는 초소형의 세계에서는 거시적 세계와는 다른 물리 법칙이 지배한다. 길이가 줄어들게 되면 면적은 길이의 제곱의 비율로 줄고 부피는 길이의 세제곱의 비율로 줄기 때문에 질량보다는 면적에 관계되는 힘이 상대적으로 커지게 된다. 그래서 중력보다는 마찰력이나 점성력, 정전기력, 표면장력 등의 힘이 지배하게 된다. 길이가 줄어들게 되면 면적은 길이의 제곱의 비율로 줄고 부피는 길이의 세제곱의 비율로 줄기 때문에 질량보다는 면적에 관계되는 힘이 상대적으로 커지게 된다. 그래서 중력보다는 마찰력이나 점성력, 정전기력, 표면장력 등의 힘이 지배하게 된다. 질량과 가속도의 크기에 비례하는 관성력과 주변의 유체의 점도와 속도에 비례하는 점성력의 비를 레이놀즈 수로 정의하는데 이는 다음의 식으로 설명된다.

여기에서 는 밀도, L은 길이, V는 속도를 나타낸다. 초소형 마이크로 모터와 같은 수 um의 기계시스템을 만들기 위해서는 기존의 제작 방법을 사용할 수가 없다. 이는 제작하기 위한 도구는 매우 정밀하여야 하기 때문에 리소그래피(Lithography) 방법을 이용하게 된다. 이는 실리콘 기판 위에 layer를 덮고 자외선에 의해 식각이 되는 PR(photo resist)을 일정한 높이로 덮은 후 원하는 형상을 인화한 필름을 사용하여 특정 부분만을 자외선에 투과시킴으로 PR을 감광한다. 그 후 불필요한 PR층과 layer를 식각액으로 제거시키면 원하는 형상이 만들어지게 된다. 하지만 MEMS 기술의 문제는 두께가 얇은 형상의 제작은 용이하지만 넓이에 비해 두께가 큰 형상의 경우 식각액이 제거해야 할 부분을 완벽하게 없애지 못해서 형상을 제작하는데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 보다 강한 광선인 X-Ray를 사용하는 RIGA MEMS 기술이 도입되어 너비에 대한 높이의 비를 높이게 되는데, 최대 10 ㎛의 깊이에 대해 400 nm 정도 너비를 갖는 형상을 제작할 수 있게 되었다. 하지만 높이가 커짐에 따라서 형상이 휘어지는 등의 문제를 안고 있다.

그림 7. MEMS 공정을 이용하여 만든 초소형 모터 (직경 100 um)

박테리아 편모의 형상은 길이가 50 ㎛ 정도 이상이고 직경은 12~19 nm 정도가 되는데 편모의 형상만을 제작하는 데에도 현재 기술로는 어려움이 있다. 게다가 각각 회전자와 고정자 등의 역할을 하는 부분들은 편모 전체의 형상에 비해 충분히 작다. 또한 편모의 모터는 크기가 작을 뿐만 아니라 인공적인 마이크로모터에 비해서 오히려 복잡한 구조를 갖는 많은 부품들로 구성되어있다.  박테리아의 편모는 관성력보다 점성력의 영향이 큰 레이놀즈 수의 세계에서 존재하고, 또한 몸길이가 5 ㎛ 이하이기 때문에 이보다 큰 분자의 확산에 의한 영향을 크게 받게 된다. 박테리아가 1초 동안에 20 ㎛를 이동하는데 비해 주위의 분자의 확산속도는 1초에 45 ㎛ 정도이기 때문에 정지해 있는 박테리아는 주위의 확산되는 물질에 접촉이 가능하기 때문에 이동 수단인 편모의 효율을 높일 필요가 없다. 즉 이동수단이 발달되어야 할 필요가 없기 때문에 진화론에서 말하는 근육으로의 진화의 필요가 없다.

이상과 같이 지적설계운동의 학술 분야를 간단하게 살펴보았다. 지적설계 이론이 과학의 주류로 포함되도록 하는 쐐기운동의 목표를 이루기 위해서 설계 이론을 뒷받침 할 수 있는 연구 프로그램의 수행이 필수적이다. 그 동안 창조과학 연구가 진화론을 반박하는 데에 집중되어 있었으나 주류 과학으로 포함되기 위해서는 생명체가 갖고 있는 정교한 설계에 대한 단순한 관찰을 넘어서서 지적으로 설계된 것이라는 과학적인 증거를 제시할 수 있는 선도적인 연구들이 요구된다. 생명현상의 근원이 물질들만의 집합 이외의 다른 원리가 존재한다는 것, 생명체의 분류가 다윈의 접근법 이외의 다른 방법으로 설명이 가능하다는 것, 그 이외에도 기존 과학의 패러다임에서 예측할 수 없는 새로운 실험적인 발견이나, 이미 연구된 결과들에 대한 새로운 해석 등을 통하여 지적설계의 과학적인 기반이 확보 될 수 있을 것이다.


VI. 지적설계연구회 창립 및 비전

현재 미국에서 지적설계에 관련된 다양한 연구들이 이루어지고 있고 '쐐기” 운동을 통하여 전략적으로 사회 각 분야에 그 영향력을 넓혀가고 있으므로, 국내에서도 이와 유사한 지적설계 확대를 위한 구체적인 방향 설정 및 전략이 필요하리라 생각되며, 이러한 일들을 효율적으로 할 수 있는 단체의 창립이 요구되었다. 이러한 관점에서 '생명체 메커니즘과 생명정보의 지적인 원인과 설계 구조를 과학적으로 연구하는 지적설계연구회 (KRAID: Korean Research Association of Intelligent Design)가 2004년 8월 21일에 창립된 것은 시기적으로 매우 적절하다고 볼 수 있다.

지적설계연구회는 미국의 비종교적인 연구 및 정책 단체인 Discovery Institute의 설립 목적과 유사하다. 지적설계연구회는 생명체의 작동 메커니즘과 생명정보가 지적으로 설계되었음을 연구하는 순수한 연구단체로서 다음과 같은 목표를 갖는다.

● 중고등학교 생물 교과서 개편을 위하여 학술적인 자료를 수집하고 지적설계의 과학적인 대안을 제시한다.

● 지적설계연구회는 국내 지적설계 관련 연구 결과를 해외 유명 저널 및 학술 저서로 발간하여 국제적인 공인받는 학문적인 성과를 이룩한다.

● 지적설계가 생물학을 포함한 자연과학 분야에서 주류과학으로 인정될 뿐만 아니라, 인문, 사회과학 등 자연주의적인 세계관에 근거한 모든 학문 분야에 영향을 미치도록 한다.

비종교적인 관점을 이러한 학술연구단체는 자연주의적인 철학에 근거한 진화론 및 학문 분야에 대한 새로운 유신론적 대안을 제시할 수 있을 뿐 아니라, 종교적인 관점을 배제하기 때문에 많은 전문적인 연구자들을 '지적설계” 안으로 포용하게 됨으로서, 반진화론 운동에 효과적으로 대응할 수 있으리라 생각된다.

 


참고문헌
Alberts, B., Bray, D., Lewis, J., Ra, M., Roberts, K., Watson, J.D., 1994. Molecular Biology of the Cell, 3rd Edition. Garland Publishing, New York, NY.

Ball, P., 'Life’s lessons in design,” Nature 409, 2001: 413-416.

Behe, M. J., 김창환 외 역, 다윈의 블랙박스, 풀빛, 2001

Cramer, P., Bushnell, D.A., Fu, J., Gnatt, A.L., Maier-Davis, B., Thompson, N.E., Burgess, R.R., Edwards, A.M., David, P.R., Kornberg, R.D., 2000. Architecture of RNA polymerase II and implications for the transcription mechanism. Science 288, 640.649.

David K. DeWolf, S. C. Meyer and M. E. DeForrest, Teaching the Origins Controversy: Science, or Religion, or Speech?, Utah Law Review 39(1), 1994

Dembski, W., 서울대창조과학연구회 역, 지적설계 (Intelligent Design), IVP, 2002

Discovery Institute's Center for Science & Culture, Bibliography of Supplementary Resources for Ohio Science Instruction, Discovery Institute, www.discovery.org/csc/scientificResearch/ , 2002

Discovery Institute's Center for Science & Culture, The Wedge Strategy, www.antievolution.org/features/wedge.html , 1999

Goodsell, D. S.,  Bionanotechnology: Lessons from Nature, Wiely-Liss, 2004

Johnson, P. E.  이수현 역, 심판대 위의 다윈, 과학과 예술, 1993,

Meyer, S. C., The origin of biological information and the higher taxonomic categories, Proceedings of the Biological Society of Washington, Vol. 117, No.2, pp. 213-239, 2004

Mitome et al., Thermorphilic ATP synthase has a decamer-c-ring: Indication of noninteger 10:3 H+/ATP ratio and permissive elastic coupling, Proceedings of the National Academy of Science, 2004

Molloy, J.E., Burns, J.E., Kendrick-Jones, J., Tregear, R.T., White, D.C., 1995. Movement and force produced by a single myosin head. Nature 378, 209.212.

Ohio Firestorm of 2002, www.sciohio.org/firestorm.htm

Origins & Designs Journal, http://www.arn.org/odesign/odesign.htm

Paley, W.  Natural Theology, 1802. Reprinted in 1972 by St Thomas Press, Houston, Texas

Schnitzer, M.J., Block, S.M., 1997. Kinesin hydrolyses one ATP per 8-nmstep. Nature 388, 386.390.

Vale, R. D., Milligan, R.A., 2000. The way things move: looking under the hood of molecular motor proteins. Science 288, 88.95.

Yin, H., Wang, M.D., Svoboda, K., Landick, R., Block, S.M., Gelles, J., 1995. Transcription against an applied force. Science 270, 1653.1656.

Walker, M.L., Burgess, S.A., Sellers, J.R., Wang, F., Hammer, J.A. 3rd., Trinick, J., Knight, P.J., 2000. Two-headed binding of a processive myosin to F-actin. Nature 405, 804.807.

이승엽, 지적 설계 운동의 현황과 적용, 2003년도 창조과학 학술대회 논문집. 2003

이승엽, 임효석, 지적설계를 적용한 정보저장기기 매커니즘 연구, 2002년 창조과학학술대회 논문집, 2002

이승엽, 신운섭, 지적설계운동과 연구프로그램, 통합연구학술대회 논문집, 2004

조정일, 이승엽, 생명의 기원에 대한 세계관에 기초한 수업 추구의 역사적 배경과 이론적 근거: 진화와 지적 설계의 대립, 통합연구학술대회 논문집, 2004

현창기, 진화가설에 대한 비판적 고찰, 통합연구학술대회 논문집, 2004

 

*참조 : Life’s irreducible structure—Part 1 : autopoiesis
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j21_2/j21_2_109-115.pdf

Life’s irreducible structure—Part 2
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j21_3/j21_3_77-83.pdf


출처 - 2004 창조과학학술대회 논문집



서울특별시 종로구 창경궁로26길 28-3

대표전화 02-419-6465  /  팩스 02-451-0130  /  desk@creation.kr

고유번호 : 219-82-00916             Copyright ⓒ 한국창조과학회

상호명 : (주)창조과학미디어  /  대표자 : 박영민

사업자번호 : 120-87-70892

통신판매업신고 : 제 2021-서울종로-1605 호

주소 : 서울특별시 종로구 창경궁로26길 28-5

대표전화 : 02-419-6484

개인정보책임자 : 김광