지구상에 최초의 생명은 어디에서 어떻게 출현했는가.
생명의 기원만큼 과학자들에게 불가사의한 문제도 아마 없을 것이다. 수많은 학설이 제시되었으나 완벽한 이론은 아직 나오지 못하고 있다. 단지 생명이 지구상에 처음 출현한 시기에 대해 대부분 동의하고 있을 따름이다.
지구의 나이는 45억 년이다. 생명체는 적어도 35억 년 전에 지구상에 존재하였다.
그 증거는 두 개의 화석이다. 하나는 스트로마톨라이트(stromatolite)이다.
산호초 모양의 갈색 바위로서 35억 년 전에 번성했던 미생물 공동체의 퇴적물이다.
다른 하나는 남조류라 일컫는 현대의 시안박테리아(cyanobacteria)와 비슷한 원시 세균의 흔적이 발견된 화석이다.

현대과학은 생명의 출현 시기는 밝혀냈지만 그 기원에 대해서는 결론을 얻지 못하고 있다. 유사 이전부터 인류가 품어온 해묵은 궁금증의 하나인 생명의 기원은 크게 세 가지 각도에서 그 비밀의 열쇠를 찾고 있다.
신이 생명을 만들었다는 창조론, 저절로 생겨났다는 자연발생설, 그리고 외계에서 생명의 씨앗이 지구로 날아왔다는 지구외기원설이다.

창조론은 지역마다 신화나 전설 속에 다양한 형태로 나타났다.
대표적인 것은 [구약성서]의 창세기에 나오는 천지창조이다. 하나님이 바다에는 고기, 창공 아래에는 새들을 만들었노라는 대목이 기독교 창조론의 근거이다.
그러나 철학이 성립하게 되자 창조론을 대신하여 자연발생설이 나타났다. 예컨대, 고대 이집트 사람들은 개똥벌레는 불탄 삼나무 껍질의 불티에서, 이는 인간의 땀에서, 개구리나 악어는 나일강의 진흙벌에서 발생했다고 믿었다.
자연발생설은 고대 그리스철학에서 집대성되었다. 아리스토텔레스에 의하여 체계화된 고전적 자연발생설은 19세기에 이르기까지 2천 년 동안이나 유럽사회에 그대로 수용되었다.
뉴턴이나 데카르트까지 누구 하나 의문을 품지 않았다.
자연발생설은 19세기 중엽에 이르러 마침내 종지부를 찍게 되었다.

1862년 프랑스의 루이 파스퇴르(Louid Pasteur, 1822-1895)가 실험을 통해 하등의 미생물일지라도 저절로 발생하지 않음을 입증했기 때문이다. 그때부터 생명의 기원 문제는 오늘에 이르기까지 혼란상태에 빠지게 되었다.
자연발생설의 몰락을 계기로 대두된 것이 판스페르미아(Panspermia)이론이라 불리는 지구외기원설이다.
스웨덴의 스반테 아레니우스(Svante Arrhenius, 1859-1927)는 생명이 애초부터 지구에서 생겨난 것이 아니라 태양계의 다른 행성으로부터 지구로 날아온 박테리아 포자가 생명의 씨앗 역할을 했다고 주장하였다.
그로부터 지구 밖에서 생명의 기원을 찾는 각종 이론을 포괄적으로 포자범재설(汎在說)이라 부르게 되었다.

코아세르베이트 가설 :

판스페르미아 이론은 소련의 알렉산더 오파린(Alexander Oparin, 1894-1980)의 공격을 받는다. 그는 1923년에 발표한 저서에서 생명의 기원에 대한 기존의 관념론적이고 비과학적인 사고를 뒤엎는 이론을 제안하여 마침내 생명과학의 새벽을 열었다.
그는 원시 지구의 대기가 지금과 달리 산소가 없었으며 주로 메탄이나 암모니아 따위의 환원성 물질을 함유하였다고 전제하고, 이런 대기 안에서 태양의 자외선이나 벼락의 방전 영향으로 화학반응이 일어났기 때문에 생명체 구성의 필수요소인 유기화합물이 자발적으로 형성되었다고 주장했다.
그에 따르면 이러한 유기화합물에는 아미노산이 포함되어 있었다.
아미노산은 단백질을 구성하는 기본물질이다. 아미논산은 바다에 녹아 점차 축적되면서 상호반응하여 보다 큰 분자로 성장하였다. 따라서 아미노산에서 단백질 비슷한 물질이 생성되었다.
다양한 원시단백질은 처음에는 바다 속에 혼합된 상태로 있었으나 서로 모여 물 속을 헤엄치고 멍울, 즉 액적(液滴) 모양이 되었다. 이와 같이 용액에서 된 액적을 코아세르베이트(coacervate)라 이른다.
초기의 코아세르베이트는 단순한 구조였지만 자발적인 반응을 반복하는 가운데 점차 복잡한 물질이 되어 마침내 원시적인 최초의 생명에 이르게 되었다.

오파린의 이론에서처럼 원시지구 위에서 단순한 물질로부터 최초의 세포가 발생되는 과정은 그 이후의 생물진화와 구별하기 위하여 화학진화라 부른다.
화학진화에 의하여 진화개념이 생명의 발생 이전으로 확장된 것이다.

무기물에서 생명합성

새로운 자연발생설인 코아세르베이트 가설은 매우 혁신적인 것이었다. 20세기 초만 해도 생명의 자연발생을 부정한 파스퇴르의 입김이 생물학자들의 사고를 지배하고 있었기 때문이다.
더욱이 성서의 창조론에 대한 유일한 대안으로 인정되었기 때문에 이 가설은 1930년대와 1940년대에 걸쳐 폭넓은 인기와 지지를 누렸다. 그럼에도 불구하고 그의 이론에 대한 실험적 확인이 지연된 것은 놀라운 일이다.
그의 학설을 뒷받침하는 실험이 처음으로 시도된 것은 1953년이다.

이 해에는 생명의 기원에 관한 연구에 결정적 영향을 미친 두 가지 사건이 발생했다.
하나는 유전자의 본체인 디옥시리보핵산(DNA) 분자의 이중나선구조의 발견이다.

미국의 제임스 왓슨(James Watson, 당시 25살)과 영국의 프란시스 크릭(Francis Crick, 37살)에 의하여 DNA 분자구조의 비밀이 밝혀짐에 따라 분자생물학이 급속도로 발달되었다. 분자 생물학에서는 유전정보가 DNA로부터 단백질로 흐르는 것을 중심명제(central dogma)로 삼고 있다.
다시 말해서 DNA가 가진 유전정보에 의하여 단백질이 합성된다. 생명이 어떻게 시작되었는가를 밝혀내려면 우선 생물체가 동작하는 방식에 대한 이해가 필요하기 때문에 DNA 분자구조 발견은 생명의 기원 연구에 결정적인 돌파구를 열어주었다.

다른 하나는 밀러-유레이 실험이다.
시카고 대학의 스탠리 밀러(Stanley Miller)와 해롤드 유레이(Harold Urey)는 오파린의 이론을 확인하는 실험을 처음으로 시도하였다. 유레이 교수는 이미 노벨상을 수상(1934년)한 저명한 화학자였지만 그의 제자인 밀러는 23살의 대학원생이었다.
밀러는 실험실에서 원시지구의 자연상태를 흉내냈다. 플라스크 안에 원시대기의 주성분인 메탄, 암모니아, 수증기 몇 리터와 원시대양인 약간의 물을 넣은 다음에 화산폭발이나 번개를 인공적으로 모방한 셈인 전기방전을 일으켰다.
그리고 일주일 뒤에 플라스크 안에서 본래 집어넣었던 것들보다 훨씬 복잡한 분자를 가진 엷은 갈색 국물을 발견했다. 그 국물 속에는 놀랍게도 아미노산을 비롯한 여러 종류의 유기물질이 들어 있었다.
말하자면 생명이 원시국물의 간단한 화학반응으로부터 출현하였음을 보여준 것이다.
무기물질로부터 처음으로 생명을 합성해냄에 따라 밀러-유레이 실험은 대대적으로 보도되어 온 세상을 떠들썩하게 만들었을 뿐만 아니라 생명의 기원에 관한 연구에서 가장 과학적인 국면의 효시가 되었다.
과학자들은 골치를 썩인 최대의 수수께끼가 한번의 간단한 실험으로 사실상 해결된 것으로 행각하기에 이르렀다.

밀러의 실험이 계기가 되어 오늘날까지 원시지구의 상태에서 단백질과 핵산이 합성되는 것을 보여주는 실험이 잇달았다.
그 결과로 생명의 기원에 관한 닭과 달걀의 문제가 뜨거운 논쟁을 불러 일으켰다.
분자생물학의 중심명제는 핵산(닭)에 의하여 단백질(달걀)이 합성되는 것으로 설명한다.
그런데 미국의 시드니 폭스(Sidney Fox)가 이 중심명제에 도전하는 이론을 내놓은 것이다. 그는 실험을 통해 단백질이 핵산보다 먼저 생겼다는 주장을 했으나 많은 과학자들의 지지를 받지 못했다.
한편 미국의 아더 콘버그(Arthur Kornberg)에 의하여 1956년 어버이 세포의 DNA 사슬이 주형이 되어 자손 세포의 DNA 사슬이 합성될 때 효소(촉매단백질)의 도움을 받고 있음이 발견되었다.
요컨대 DNA(닭)는 단백질(달걀)의 도움 없이 그 기능을 발휘할 수 없다.
단백질은 DNA 없이 생길 수 없다. DNA 또한 단백질 없이 생길 수 없다. 그렇다면 어느 것이 먼저 생겼는가. 단백질인가 DNA인가.
이러한 닭과 달걀의 문제는 1980년대 초에 미국의 토마스 체크(Thomas Cech)와 시드니 알트만(Sidney Altman)에 의하여 그 해답이 나온 것처럼 보였다.
그들은 단백질 합성시에 DNA의 보조역할을 하는 리보핵산(RNA)이 효소의 도움없이 그 자신을 복제할 수 있음을 보여주었기 때문이다. RNA가 닭과 달걀의 역할을 모두 한 셈이다.
두 사람은 RNA의 촉매적 특성을 발견한 공로로 1989년 노벨상을 받았다. 그들의 발견은 곧바로 생명의 기원 연구진들로부터 환영을 받았다. 따라서 일부 학자들은 최초의 유기체가 RNA로 구성되었다는 결론을 내렸다. 그러나 최근에는 RNA가 원시지구에서 생명이 생겨날 때 있음직한 조건에서 합성되기 어렵다고 보는 학자들로부터 심각한 도전을 받고 있다.

현재 가장 유행하고 광범위한 지지를 받고 있는 초주기(hypercycle) 이론은 애당초 닭과 달걀의 문제를 비껴가고 있다.
1967년 노벨상을 받은 독일의 만프레드 아이겐(Manfred Eigen)은 1971년 천재의 일격이라 부를 만한 모델을 내놓았다. 그는 자기촉매로 작용하는 요소들이 서로 연결되어 있는 닫힌 고리를 제안하고 초주기라 명명했다. 그가 초주기의 한 예로 든 것은 RNA이다.
초주기에 참여하는 RNA 분자는 제각기 그 자체의 자기증식을 위한 정보와 아울러 효소단백질의 생산을 위한 정보를 지니고 있으며, 단백질 분자는 그 다음의 RNA 분자 형성을 위한 촉매로 작용한다.
요컨대 초주기는 정보운반체인 RNA 분자와 우수한 촉매인 단백질의 능력이 합쳐져서 자기증식이 가능하게 된 폐쇄 고리이다.
아이겐은 실험을 통해 초주기에 의해서 살아 있는 생명체의 존재 없이도 스스로 복제가 가능한 RNA 분자를 합성해 냄으로써 무생물에서 생명이 자동적으로 발생한다는 사실을 보여주었다.
초주기는 닫힌 고리이므로 출발점이 달리 없기 때문에 생명의 기원에서 핵산과 단백질의 발생 순서를 따지는 닭과 달걀의 선후 문제를 근본적으로 해결하였다.
초주기 이론은 오늘날 가장 인기 있는 이론이지만 비판이 없지 않다.
영국의 프레드 호일(Fred Hoyle)은 초주기 이론처럼 생명체가 탄생할 수 있는 가능성은 고물수집장을 몰아치는 회오리 바람에 의하여 보잉 707기가 우연히 조립될 수 있는 확률보다 더 적다고 공박하고 있다.

생명의 기원에서 논란의 대상이 되는 또 하나의 문제는 생명이 생겨난 장소이다.
생명의 요람에 대해서는 오파린이 제안한 바다 원시국물 같은 흙탕물 웅덩이보다 고체의 표면이 더욱 타당하다는 이론이 역시 지지를 받고 있다.
점토이론과 열수분출구 가설이 유명하다.
1966년 영국의 케언스-스미스(A. G. Cairns-Smith)가 제안한 점토이론에서는 유전자점령(genetic takeover)이라는 아이디어가 뼈대를 이루고 있다. 점토는 지구의 어디에나 있다. 최초의 생명체에 있어 중요한 것은 그것이 진화할 수 있어야 된다.
이를 위해서 유전자가 반드시 필요하다.
최초의 유전자는 원시지구의 화학적 조건에서 쉽게 생산될 수 있고 단순한 물질이어야 한다. 아주 흔해 바진 점토 속에 포함되어 있는 결정체는 그 화학적 특성에 따라 유전자 역할을 할 수 있다.
따라서 점토가 원시적 유전자 기능을 가진 최초의 생명체 물질 역할을 했다.
그러나 핵산은 매우 만들기 어렵기 때문에 진화에 있어서 비교적 뒤늦게 나타났다. 이런 전제 아래 케언스-스미스는 저급기술의 유전자(점토)로부터 점차적으로 고급기술의 유전자(핵산)로 진화되면서 유전자 인계 현상이 나타나 점토와는 전혀 다른 유전물질을 지닌 생명체가 탄생하였다고 주장하였다.

한편 열수분출구 가설은 최근에 바다 밑바닥에서 발견되기 시작한 열수분출구, 즉 해저 온천이 물질에 생명을 주는 데 필요한 에너지와 영양을 안정적으로 공급할 수 있는 장소임을 강조하고 있다.
이 중에서 가장 최근에 독일의 변리사인 권터 뵈흐터즈호이저(G nter W chterh user)가 내놓은 이론이 가장 유별나고 그럴 법한 것으로 평가되고 있다.
그는 열수분출구의 황철광 표면에 있는 고무질의 막에서 최초의 생명이 시작되었다는 제안을 하여 학계의 비상한 관심을 모으고 있다.
생명의 기원은 이와 같이 오래된 이론들이 새로운 이론의 공격으로 흔들림에 따라 한마디로 중구난방이다.
그 중에는 재탕되는 것도 있다.
그 좋은 예가 새로이 등장한 판스페르미아 이론이다.
인간을 비롯한 지구의 모든 생명체는 우주먼지 입자에서 비롯됐다는 주장이 다시 제기되고 있는 것이다. 프레드 호일, 프란시스 크릭, 레슬리 오겔(Leslie Orgel) 등 쟁쟁한 학자들이 앞장서서 지구외기원설을 주장하고 있다.
우주의 성간 먼지, 혜성, 지구로 낙하하는 돌멩이(운석), 심지어는 외계인이 보낸 우주선에 의하여 생명의 씨가 지구에 뿌려졌을 것이라는 주장이다.
즉, 탄생 초기의 지구로 날아온 우주먼지 입자에 탄소와 물이 함유돼 있었고, 이를 바탕으로 인체를 구성하는 필수단백질인 아미노산 같은 탄소가 풍부한 분자들이 만들어졌다는 주장이다.

미국 항공우주국(NASA)의 외계지능탐구(SETI) 프로그램 역시 우주의 다른 곳에 생명이 존재할 가능성을 염두에 두고 있다.
최근에는 플라스크 대신에 컴퓨터를 이용하여 생명의 기원을 연구하는 학자까지 생겨날 정도로 점입가경이다.

생 명 의 기 원 : 강 좌 명 : 지구의 역사 담당교수 : 이 정 구
공과대학 금속공학과 4학년 91403-006 김 재석

아래는 JF 동호회에서 옮겨온 것이다.
닭과 달걀에 대한 참고일 뿐이다.

│ ▶ 번 호 : 218/220 ▶ 등록자 : 금산 │

│ ▶ 등록일 : 2001년 12월 21일 00:52
제목 : 닭과 달걀

진화론(달걀)과 창조론(닭)은 지금까지 과학과 종교가 생명의 출현을 설명해 온 양대 금자탑이었다. 그럼에도 불구하고 양대 주장들은 생명의 탄생에 대한 신비를 후련하도록 규명하지 못한 것이 사실이었다.

과연 무엇이 잘못되었던 것일까?

진화론에 의하면 인간의 진화를 3,500만년 전에 출현한 원인(猿人), 200 만년 전에 출현한 원인(原人), 10만년 전의 구인(舊人), 5만년 전의 신인 (新人)으로 구분하고, 신인을 '호모 사피엔스(지혜가 있다 하여 슬기인으 로도 불린다)'라고 말한다.

진화론자들은 현생인류의 시조를 5만년 전에 출현한 '신인'으로 규정했 다가 발견된 유물에서 구인(네안델탈인)의 뇌가 신인과 다를 것이 없다는 사실이 밝혀지자 '호모 사피엔스'의 범위에 10만년 전의 구인까지 포함하 는 것으로 수정하게 되었다.

☞ 현생인류(homo sapiens)를 두 아종(亞種)으로 구분하여 '구인'을 '호 모 사피엔스 네안데르탈렌시스'로 부르고, '신인'을 '호모 사피엔스 사 피엔스'로 부르고 있다.
문제는 여기에서 끝난 것이 아니다. 원인(猿人)과 원인(原人)이 동일한 시간대에서 공존했던 사실이 또 다시 발견되어 그들의 지론을 또 수정해 야 하는 위기에 봉착했기 때문이다. 과학을 근거로 하고 있는 진화론이 '가설'로 치부되는 수모를 면치 못하고 있는 것이다.

진화론이 왜 이처럼 표류하고 있는 것일까?

그것은 129,600년으로 순환하고 있는 우주년이 간과되고 있기 때문이다.
생명체는 우주년의 봄에서 태어나 진화발전하면서 생명을 구가하다가 우주에 겨울이 오면, 즉 빙하기가 도래하면 더 이상 생존할 수 없게 되어 전멸(?)했다가 우주에 봄이 오면 다시 태어나 생존을 반복하고 있다는 사 실이 무시되고 있기 때문에 진화론은 혼란을 극복하지 못하고 있는 것이 다.

문제는 우주의 봄에 있다. 우주의 겨울에 전멸했던 생명체들이 어떻게 우주의 봄에 다시 태어날 수 있었는지가 설명될 수 있어야 하기 때문이 다. 이 문제가 해결되지 않는다면 진화론은 공허한 메아리가 되어 창조론 에 항복할 수밖에 없을 것이다.

우주년의 봄에 태어나는 생명체는 어떻게 시작되었을까?
성경에 기록된 것처럼 신의 손으로 떡 주무르듯이 창조되었을까?

이 문제를 해결하기 위해 먼저 하루살이를 살펴보기로 한다.
하루살이는 봄에 태어나 생장성멸을 반복하다가 겨울이 오면 알로 동 면했다가 다시 봄이 되면 유충으로 부화하여 생명을 이어간다.
하루살이는 누군가에 의해서 창조되는 것이 아닌 것이다.

하루살이가 만약 창조에 의해서 탄생하는 것이 아니라면 다른 난생류 들도 창조되는 것이 아니라고 봐야 한다. 생명체는 생존기간이 길고 짧은 차이가 있을 망정 존재하는 원리가 같을 수밖에 없기 때문이다.

그러므로 창조론이 정당화되려면 하루살이가 누군가에 의해서 창조되 고 있다는 사실이 입증되어야 할 것인데 유감스럽게도 그런 증거는 어디 에서도 찾아볼 수 없다.

하루살이가 겨울을 나고 있는 것으로 보면 모든 식물과 난생류들은 우 주에 겨울이 오면 알과 씨앗과 열매, 알로 빙하기를 맞이했다가 우주에 봄이 오면 발아하고 부화하여 생명을 보존시켜 왔다고 말할 수 있다.

빙하기는 32,400년이나 되는 엄청나게 춥고 긴 시간대이므로 불가능하 다고 생각하는 사람들이 있겠지만 박테리아나 하루살이와 같은 미물들이 겨울을 나고 있다는 것을 생각하면 전혀 불가능하지만은 않을 것이다.

미물이 지구의 1년을 견디는 것은 식물과 난생류들이 우주의 겨울을 나는 것과 다를 것이 없기 때문이다. 우주의 겨울이 엄청나게 춥고 길다 고 해도 눈과 얼음이 오히려 옷과 이불이 될 수 있다는 것을 생각해야 할 것이다.

파충류처럼 겨울잠을 자는 생명체들은 우주에 겨울이 오면 길고 긴 겨 울잠을 자면서 우주에 봄이 오기를 기다리기도 하고, 냉동이 되었던 생명 체들은 빙하기가 끝나자 냉동에서 풀려나기도 했을 것이다.

그렇지만 냉동으로 빙하기를 거친 생명은 거의 없었을 것이다. 냉동으 로 생명을 연장하기에는 우주의 겨울은 너무나 긴 시간일 뿐 아니라 생명 들은 모두 우연적인 방법으로 진화해 온 나약한 존재들이 아니었을 것이 라고 생각하기 때문이다.

문제는 포유류에 있다.
포유류는 새로운 생명에게 젖을 물리지 않으면 생존이 불가능하기 때 문이다. 포유류는 어떻게 빙하기를 거칠 수 있었을까?

조물주가 최초에 남녀를 창조했을까?
그렇게 되면 창조론에서 일부를 부정하고 일부를 인정하는 결과로 나 타날 수밖에 없을 것인데 이 문제를 어떻게 설명해야 하겠는가?

해답을 구하기 위해 성경을 다시 한번 음미하기로 한다.

'사람이 땅위에 번성하기 시작할 때에 그들에게서 딸들이 나니 하나님 (God 엘로힘)의 아들들(the sons God)이 사람의 딸들의 아름다움을 보고 자기들의 좋아하는 모든 자로 아내를 삼는지라.

'여호와'께서 가라사대 "나의 신(my Spirit)이 영원히 사람과 함께 하지 아니하리니 이는 그들(he, my Spirit)이 육체(indeed flesh)가 됨이라. 그러 나 그들의 날은(his days) 일백 이십년이 되리라."하시니라.

당시에 땅에 네피림(giants)이 있었고, 그 후에도 하나님의 아들들이 사 람의 딸들을 취하여 자식을 낳았으니 그들이 용사(mighty men)라 고대에 유명한 사람이었더라.'(창세기 6장 1-4절)

우리는 이 구절에서 다음과 같은 사실을 알 수가 있다.
① '엘로힘'의 아들들이 사람의 여자하고 합방하여 '용사(mighty men)' 를 낳았다는 사실.

② '엘로힘'의 아들들이 사람의 딸들과 120년 이상을 동거하면 신의 특 성(유체)을 잃고 육체가 된다는 사실.

③ 성경에는 기록하지 않았지만 '엘로힘'의 딸들도 사람의 아들들하고 결혼하여 아이들을 낳았을 것이다. 성경은 남성을 위주로 기록했을 뿐이 기 때문이다.

금산