정자의 초고도 복잡성은 설계를 가리킨다.

미디어위원회

2023-11-30

정자의 초고도 복잡성은 설계를 가리킨다.

(More Details on Sperm Design Published)

by Jerry Bergman, PhD

더 많은 실험적 연구들은 정자 세포의 지적설계를 더욱 확증하고 있다.

한때 단순한 세포로 생각했던 '정자(sperm)'에 대한 것을 상세하게 설명하려면 문짝 크기 만한 책이 필요할 것이다.

최근 한 가지 예는 정자와 관련 분야를 망라하는 설명은 거의 4,000페이지에 달한다.[1] 수정을 위한 정자 경쟁(sperm competition)이라는 주제에 대해서만 354페이지에 달하는 책이 출간됐었다.[2] 내가 지난 번에 올린 글 외에[3], 또 다른 새로운 연구 결과는 정자가 설계되었다는 추가적 증거를 제공하고 있었다.

편집자 코멘트 : 식물, 나비, 공룡, 거북이, 새, 사자 등과 같은 유성생식을 하는 모든 생물들은 정자("씨")와 난자의 결합을 필요로 한다. 정자 세포는 난자를 향해 이동해야 하기 때문에 특별히 관심을 끈다. 꽃이 피는 현화식물의 정자 세포는 밑씨에 있는 난자까지 이어져 있는 꽃가루관을 지나가야 된다. 대부분의 동물 정자 세포는 난자를 향해 수영해가기 위해서 채찍 모양의 편모(flagella)를 갖고 있다. 버그만(Bergman) 박사가 이전 글에서 설명했듯이, 동물의 정자 세포는, 진핵세포 중 가장 작은 것 중 하나이지만, 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다. 최근의 연구 결과들은 정자의 초고도 복잡성에 대한 상세한 사항들을 밝혀내고 있다.

주화성(chemotaxis, 화학주성)

최근의 한 분석은 정자가 어떻게 불안정한 여정에서 길을 잃지 않고 난자에 도달할 수 있는지에 대해 더 자세히 설명하고 있었다. 관건은 난자가 방출하는 화학적 신호인 화학적 유인물질(chemo-attractants)은 정자의 이동 경로를 지시할 뿐만 아니라, 이전의 수동적 정자들을 활성화시킨다. 이 신호들은 난자에 의해 보내져서, 정자 표면의 수용체와 결합한다.

이 결합은 정자의 운동이 난자를 향해 헤엄치는 것으로 시작되는 일련의 사건을 유발한다.[4] 게다가, 후생동물문에서 정자의 이동은 "cAMP 생성 효소 sAC의 pH 의존적 활성화에 의해 자극되는, 고도로 보존된 신호 전달 폭포에 의해서 정자 운동성이 유도된다"는 것이다. 한 중요한 역할을 하는 단백질은 "SLC9C1"이다.[5]

.휴면 상태의 정자가 활성화되는 것을 나타내는 도표. (From David Drew. “Sperm’s secret voltage switch: Scientists unlock the mystery of motility,” 25 Oct 2023.)

이 단백질은 고도로 복잡한 한 교환시스템(exchange system)의 한 부분이다.

세포 내부의 양성자와 외부의 나트륨 이온을 교환하여, 정자 내에 일시적으로 덜 산성화된 환경을 만든다. 이러한 내부 환경의 변화는 정자 운동성 증가를 유발한다... SLC9C1의 활성화는 화학적 유인물질이 정자에 달라붙을 때 발생하는 전압 변화에 의해 이루어진다. 이를 위해 SLC9C1은 전압 감지 도메인(voltage-sensing domain, VSD)이라는 독특한 기능을 사용한다. 일반적으로 VSD 도메인은 전압 개폐 이온 채널과 관련이 있다. 하지만 SLC9C1의 경우에는 수송체 영역에서 정말로 예외적인 것이다… VSD 도메인은 S4 나선처럼 막대를 안쪽으로 밀어서 전압 변화에 반응한다. 이것은 SLC9C1에 의해 이온 교환의 길을 열어 궁극적으로 정자 운동성을 시작한다.[6]

.전압-게이트형 Na+/H+ 교환기의 구조 및 전기 기계적 커플링. (Illustration from Yew, Hyunku, et al. Nature 623:193–201, 25 October 2023.)

드류 교수는 다음과 같이 덧붙이고 있다.

수송체(transporters)는 채널과는 매우 다르게 작동하기 때문에, VSD는 우리가 지금까지 본 적도 없고 상상조차 할 수 없는 방식으로 정자 단백질에 결합되어 있다. 자연이 어떻게 이런 일을 해왔는지를 보는 것은 흥분된다. 아마도 미래에는 이것으로부터 전압에 의해 켜질 수 있는 합성 단백질을 만들거나, 이 단백질을 차단함으로써 작동하는 새로운 남성 피임약을 개발할 수 있을지도 모른다.[7]

두 번째 그림은 휴면 상태에서 정자가 활성화되는 것을 보여주고 있다.(From David Drew. “정자의 비밀 전압 스위치 : 과학자들이 운동성의 신비를 풀었다(Sperm’s secret voltage switch: Scientists unlock the mystery of motility).” https://www.su.se/english/news/sperm-s-secret-voltage-switch-scientists-unlock-the-mystery-of-motility-1.685891, 25 October 2023.“

SLC9C1 시스템의 분석

SLC9C1 시스템은 뛰어난 설계와 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducible complexity)’을 동시에 보여주는 훌륭한 사례이다. 이 시스템은 모든 후생동물문(metazoan) 생물에서 "매우 보존된" 것으로 기술되고 있다. 후생동물문의 생물들은 조직과 장기들로 분화된 세포들로 구성된 모든 동물들로 (대부분의 경우) 특화된 세포들로 구성된 소화기관을 갖고 있다. 인간을 포함하여 곤충, 조류, 어류, 양서류, 파충류, 포유류, 및 영장류를 포함하여 유성생식으로 번식하는 모든 동물들이 여기에 포함되어 있다.

진화론적으로 "보존"되어 있다는 것은, 가장 원시적인 생물에서부터 가장 진보된 생물, 즉 인간에 이르기까지, 모든 후생동물들에 동일한 디자인의 단백질이 존재한다는 것을 의미한다. 보통 동일한 디자인이 존재하는데, 왜냐하면 이 디자인은 크기와 다른 제약조건들을 감안할 때, 유일한 혹은 가장 효과적인 디자인이기 때문이다. 다시 말해서, 이 디자인은 가장 잘 설계되었고, 한 요소도 제거 불가능하도록 복잡하다는 것이다. 인용된 드류 교수의 말에서 분명히 알 수 있듯이, 이 디자인은 전압 감지 도메인을 포함하고 있는 매우 복잡한 시스템이며, "우리가 이전에 본 적이 없었던, 심지어 상상조차 하지 못한 방식으로, 정자 단백질과 결합되어 있다"는 것이다.[8]

이 잘 설계되고, 한 요소도 제거 불가능한 복잡성의 시스템이 무작위적 과정으로 우연히 진화했을 것이라는 주장이 합리적일 수 있을까? 드류가 말한 것처럼, 이것을 "자연이 어떻게 만들어냈는지 보는 것은 신나는 일"일까? 그의 말은 그 시스템의 기원을 설명하지 않는다. 왜냐하면 이 시스템이 진화하기 전까지 후생동물의 번식은 일어날 수 없기 때문이다. 그래서 그는 "자연이 어떻게든 이 시스템을 만들어냈다"고 설명하는 것이다. SLC9C1 시스템이 가장 원시적 생물에서도, 가장 발달된 생물에서도 존재하기 때문에, 진화의 증거는 없는 것이다. Nature 지의 논문에 실린 이 시스템의 도표(아래 그림)는 SLC9C1 시스템의 복잡성을 잘 보여준다 :

미토콘드리아의 능률성

또 다른 복잡한 시스템은 정자에서 기능 이상과 과잉 미토콘드리아를 모두 제거함으로써, 정자 이동의 효율성을 극대화하는 데 사용되고 있었다. 앞에서 설명한 메커니즘은 미토퍼(mitophers)라고 불리는 막 결합 구조에서 과잉의 건강한 미토콘드리아를 추방하고 있었다. [9] 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)에 대한 연구는 이러한 미세 조정이 유성생식으로 번식하는 모든 후생동물문 생물에 존재한다는 것을 보여주었다. 이 자유생활을 하는 투명한 선충은 여러 이유로 연구자들이 좋아하는 생물체이다. 예쁜꼬마선충의 많은 유전자들은 인간의 기능적 대응체를 갖고 있다는 사실로 인해, 인간의 질병 연구에 매우 유용한 모델이 되고 있다.

또 다른 연구 프로그램은 미토콘드리아가 세포외 공간으로 배출되는 과정을 더 이해하는 것과 관련이 있다. 이 과정은 손상된 미토콘드리아를 폐기하는 것을 포함하여, 다양한 생리학적 활동에 관여하는 기본적인 세포 메커니즘이다. [10] 미토페로제네시스(mitopherogenesis)라 불리는 이 과정은 미토콘드리아 특이적 세포외 배출(exocytosis)의 한 형태로, 세포 액포(vacuole)의 내용물이 액포막과 세포막의 융합을 통해 세포 외부로 방출되는 과정이다. 이 과정은 정자의 미토콘드리아 양과 번식력을 조절한다. 이것은 '진화적으로 보존되어있는' 잘 설계된 한 요소도 제거 불가능한 복잡성을 보여주는 시스템의 또 다른 사례이다.

.세포외 배출(exocytosis). 가장 아래쪽에는 액포가 추방될 미토콘드리아를 감싸고 있다. 그러면 액포는 세포막 벽과 결합하여 열려지고, 세포 내부의 끄집어낸 물질을 세포외액으로 밀어낸다. 마지막으로 액포는 세포막의 일부가 된다. <From Wikimedia Commons>.

요약

이 리뷰 글에서 자세히 설명된 세 가지 새로운 메커니즘은 이른바 '단순'하다는 정자 세포가 불과 몇 년 전에 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 결론을 더욱 뒷받침한다. 또한 이러한 발견은 진화론적으로 보존된, 잘 설계된, 한 요소도 제거 불가능한 복잡성을 가진 시스템을 웅변적으로 보여준다. 늘 그렇듯이, 진화론의 예상과 달리, 이러한 시스템은 모든 후생동물문 생물들에서 장구한 시간 동안 진화되지 않고, 변화의 정지를 보여주며, 존재하고 있는 것이다.

References

[1] Skinner, Michael K. Encyclopedia of Reproduction, 2nd edition. Academic Press, Cambridge, MA, 13 August 2018,

[2] Baker, Robin, and Mark Bellis. Human Sperm Competition. OverDrive Publisher, Cleveland, OH, 2014.

[3] Bergman, Jerry. “Intricate Design Found in Sperm Cells. Research is proving that a supposed simple cell is far more complex than once thought.” https://crev.info/2023/11/intricate-design-found-in-sperm-cells/, 2023.

[4] Yew, Hyunku, et al. “Structure and electromechanical coupling of a voltage-gated Na+/H+ exchanger.” Nature 623:193–201, 25 October 2023.

[5] Drew, David. “Sperm’s secret voltage switch: Scientists unlock the mystery of motility.”

https://www.su.se/english/news/sperm-s-secret-voltage-switch-scientists-unlock-the-mystery-of-motility-1.685891, 25 October 2023.

[6] Drew, 2023; emphasis added.

[7] Drew, 2023; emphasis added.

[8] Drew, 2023.

[9] Shakes, Diane. “Sperm bud mitochondria to adjust the numbers.” Nature Cell Biology 25:1564–1565, https://www.nature.com/articles/s41556-023-01255-0Shakes, 9 November 2023.,

[10] Liu, Pang, et al. “Mitopherogenesis, a form of mitochondria-specific exocytosis, regulates sperm mitochondrial quantity and fertility.” Nature Cell Biology 25(11):1625–1636, November 2023.

*참조 : 정자 세포에서 발견된 복잡한 설계

https://creation.kr/LIfe/?idx=17305362&bmode=view

정자에서 DNA가 포장되는 방법 : 무성생식에서 유성생식의 진화는 실패하고 있다.

https://creation.kr/LIfe/?idx=17589070&bmode=view

진화론자들은 암수 성에 의한 유성생식이 어떻게 진화했는지 아직도 모른다.

https://creation.kr/Variation/?idx=1290472&bmode=view

동물들이 유성생식을 사용하는 이유는?

https://creation.kr/Mutation/?idx=1289851&bmode=view

지구의 가장 초기 동물생태계는 복잡했고 성 번식을 하였다.

https://creation.kr/Circulation/?idx=1294938&bmode=view

호박 속 백악기 꽃에 진화는 없었다. : 1억 년(?) 전의 수정 방식은 오늘날과 동일했다.