생명의 기원

생명의 기원
 
 
생명이란?
 
  동아출판사의 세계대백과 사전에  "생명이란 모든 생물에 공통적으로 존재하는 속성 또는  특성으로 어느 누구나 쉽게  느낄 수 있는 것이지만, 정확하게 정의하기는 대단히 어렵다"로 되어 있다 (1). 너무나 당연한 사실이다. 생명에 대한 명제는 옛날부터 오늘날까지 인류가 사색해 온 가장 근본적인 문제로서  철학적, 종교적 입장에서 논의되어 왔음은 물론이고 오늘날에 와서는 유전공학으로 이 문제에 답하려고 하고 있다. 그러나 생명현상의 핵심물질이라고  하는 DNA의 구조가 밝혀지고 유전자를 떼었다 붙였다 하는 유전자 재조합(Recombinant DNA)기술이 발달된 오늘날의 첨단 과학기술이라도 생명이 무엇인가에 대해서는 완전한 정의를 내리지 못하고 있다.
 
  인간의 몸은 성인의 경우 약 60~70조개의 세포로 구성되어 있다고 한다. 1개의 수정란 세포가 이렇게 많은 세포로 어떻게 분화, 발달, 성장해가고 노화하는지에 대해서 아직까지 우리는  잘 모르고 있다. 차라리 아무 것도 모르고 있다고 하는 것이 솔직한  표현일는지도 모르겠다. 어느 과학자는 "신만이 알 수 있었던  생명의 신비가 유전자연구로 밝혀지고 있다"고 했다. 사람의 유전자는 3∼5백만 개로 되어 있고 지금 인간 게놈 프로젝트(human genome project)가 수행되고 있어 사람 유전자의 해독은 완전히 이루어져 있다. 그러나 사람의 유전정보가 완전히 해독되더라도 생명이란 무엇인가에 대한 해답은  얻을 수 없다고 생각한다. 단지 생명이 너무나 신비스럽다는 것만을 알 수  있을 것이다. 지금 우리들이 알고 있는 것은 유전자에는 단백질을 생합성할  수 있는 정보가 들어 있다는 것뿐이다. 다시 말해  유전정보가 완전히 해독된다 하더라도 어떤 단백질이 어떻게 합성되어지고 그  역할에 대한 이해는 가능하지만 그것들이 모여서 어떻게 생명을 만들어  내는가에 대한 해답은 얻을 수 없다는 말이다. DNA를 생명의  설계도라고 많은 사람들이 말하고 있지만 엄밀하게 말한다면 생명을 만드는 물질의 설계도이지 생명자체의 설계도는 아니다. 이와 같은 사고는 과학이 모든 것을 가능케 할 수 있다고 믿는데서 생기는 결과라 생각한다.
 
 대장균과 같은  세균은 진화론자들의 가설에  의하면 20-30억년전에 생겼다고 한다. 이렇게 하등한 세균 하나도 현재의 과학기술로는 만들지 못한다. 대장균이라는 것이 어떻게 해서 생겨났는가 하는 것을 즉 그 기원에 대해서는 과학적으로는 전혀 해명하지 못하고 있기 때문이다. 생명과학의 기술이 발달해서 대장균이라는 생명체를 구성하고 있는 성분들 이를테면 단백질이  어떻게 해서 만들어지는가  하는 과정에 대해서는 잘 알고 있고 어떤 것은 추출하기도 하고 일부는 만들 수도 있어도, 대장균의 생체를 구성하는 재료를 끌어 모아도 결코 대장균은 되지 않는다. 하물며 60조개의 세포로 구성되어 있는 인간에 대해서라면 차라리 아무 것도 모른다고 하는  편이 진실 되고 꾸밈없는 표현이라 확신한다. 한마디로 말해 현대과학의 발달로  생명의 속성에 대해서는 많이 알게되었지만 <생명이 무엇이냐>고  하는데 이르러서는 첨단과학인 유전공학도 속수무책인 실정이다. 과학적으로 증명할 수는 없지만 오히려 생명에 대한 성경의 표현은 확실하다.
 
 
생명이 자연적으로 발생했다는 <오파린의 가설>은 과학적인 가설인가? 밀러(Miller)의  생명생성 시험관 실험은 이를 뒷받침하는 것인가?
 
  과학기술 시대에 살고 있는 오늘 날, 생명기원에 관한 해답을 과학자들로부터 기대해보는 것은 당연한 일이다. 그러나 생명의 출발은 과거의 단 한번 일어난 역사적으로 유일한 사건이다. 한편 자연과학은 현재  규칙적이고 반복적으로 일어나는 일을 연구대상으로 하기 때문에 과거에 단 한번만 일어났고 아무도 그것을 관찰한 사실이 없는 생명의 기원은 엄격히 과학적 증명의 대상은 아니다. 가령, 누가 몇 가지 간단한 유기 화합물을 시험관에 넣고 에너지를 가해서 생명을 합성하는데 성공했다고 가정하더라도 그것은  생명을 합성할 수 있는 여러 가지 방법 중 한가지를 발견한 것이지 현존하는 생명이 반드시 그것과 동일한 절차를 거쳐 만들어졌다는 것을 증명한 것은 아니다. 기계론적 유물론적 입장에서 보면 생명은 물질의 매우 특수한 조직체로 간주되고 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, 수증기, 수소 등으로 구성된 환원성 대기였다. (2) 앞에 기술한 환원성 가스에 자외선, 열등 각종 에너지가 작용하여 아미노산, 당류, 핵산염기등 단량체들이 합성되었다. (3) 단량체들이  바닷물에 녹아서 축합하여 단백질, 핵산 등 생체고분자 물질로 중합하였다. (4) 생체고분자 물질이 간단한 물질대사를 수행할 수 있는 원시세포로 조립되었고 마침내 진정한 세포로 진화되었다.
 
  오파린-할데인 가설에 대한 실험적 접근이 1953년 시카고 대학의 밀러에 의해서 처음으로 시도되었는데 밀러는 자신이 고안한 교묘한 반응기 속에 메탄, 암모니아, 수증기 및 수소가스를 주입하고 전기방전에 의한 에너지를 공급하여 글리신, 알라닌등 소량의 아미노산을 포함하는 간단한 유기화합물을  합성할 수 있음을 보여주었다.
 
 밀러 실험이 보고된 후 지난 35년간 많은 과학자들이 밀러 실험을 모방한 많은 모의 실험을 수행한 결과 물질에  에너지를 공급하여 스스로 물질이 복잡하면서도 질서가 있는 유기적 조직체로 조작되는 것에는 한계가 있음을 확인하였다. 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 불과하며 이들도 항상 광학이성질체의  혼합물로 생성되며 극히  미량으로 생성될 뿐임을 확인하게 되었다. 문제는 여기서 해결된 것이 아니고 시작되었다. 아미노산이나 당류들의 광학이성질체의 분리, 그리고 수용액 중에서의 다양한 기능기를 가지고 있는 무수한 혼합물로부터 단백질, 핵산 등의 매우 선택적인 축합반응의 불가능성들이 구체적으로  드러나게 되었다. 오파린-밀러에 의한 막연한 가설이 실험실적인 세밀한 고찰의 결과 과학적인 타당성이 없음이 증명된  것이다. 산, 염기, 알데히드, 알코올 등 복잡한 관능기들을 가지고 있는 혼합물로부터 선택적으로 아미노산들이 중합하여 단백질이 된다거나 인산염, 핵산염기, 리보스등이 축합하여 DNA가 합성되는 반응은  적어도 현대과학 이론으로는 설명될 수 없는 희망적인 공상에 불과한 것임을 이 방면의 전문가들에게는 너무나 명백한 사실이다. 엔트로피 법칙으로 잘 알려진 열역학 제 2 법칙은 아미노산등 단량체가 중합하여 고분자물질이 합성되는 것보다는 오히려 고분자 물질이 에너지 유입이 있을 때 간단한 물질로 분해되는 것이 훨씬 보편적인 방향임을 지시해  준다. 또 한가지 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 의해서 결정되는데 가장 간단한 단세포 생명체인 대장균은 약 470만 쌍의 핵산염기들로 구성되는 유전정보를 소장하고 있다. 4가지의 상이한 핵산 염기들로부터 임의로 선택된 3가지 염기군이 각기 한 개의 아미노산에 상응한 암호역할을 하며 20가지 아미노산들은 생체단백질과 효소와 같은 고분자 화합물로 중합된다. 즉 대장균은  DNA에 소장된 유전정보에 따라서 3000개의 서로 다른 효소 및 단백질을 합성하고 이들 효소의 도움으로 5000종의 유기 화합물을 합성한다. 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 질소등으로 된 산화성 대기였을 것이라는 의견이 지배적이다. 오파린-할데인 시나리오의 첫 단계인 환원성 대기의 존재는 적어도 현대과학으로는 설명할 수 없는 가정을 위한 가정에 불과한 것이다. 산화성 기체에 에너지를 공급하더라도 유기화합물의 합성이 불가능한 것은 이미 잘 알려진 실험적 사실이기 때문에 밀러형 모의 실험이 생명기원설과 연관해서 의미를 가지려면 소위 원시대기가 암모니아, 메탄등 환원성 기체로 가득 찰 수 있는 생성 기작(mechanism)을 제공해 주어야 한다. 질소, 탄소, 수소 존재 하에 에너지를 공급할 때 암모니아나 메탄이 합성되는 쪽보다는 오히려  이미 합성된 메탄이나 암모니아가 다시 분해하는  쪽으로 화학평형이 이루어지는  것이 경험적 사실이다. 원시대기를 구성하는 암모니아, 메탄가스등의 존재를 증명하지 않는 한 밀러형 모의 실험은 다만 실험을 위한 실험에 불과한 것으로 지구상에서의 생명의 기원과는 무관할 것이다. 1953년 밀러에 의한 오파린-할데인 가설에 대한 실험은 결국 오파린-할데인 가설을 부인하기 위한 최초의 실험이 된 셈이다..
 
 
정자는 냄새로 난자 추적한다.

정자는 마치 벌이 꽃향기를 추적하듯 특정한 냄새를 쫓아 난자를 찾아간다는 사실이 밝혀졌다.
미국 로스앤젤레스 캘리포니아대학 생물학 교수 리처드 짐머 박사와 독일 루르대학의 화학감각 생물학 교수 마르크 스퍼 박사는 미국의 과학전문지 ‘사이언스’ 최신호에 발표한 연구보고서에서 정자에는 후각 수용체(hOR17-4라고 명명)가 있으며 이 ‘화학센서’에 따라 정자가 특정한 냄새를 지닌 유인물질을 향해 헤엄쳐 간다는 사실이 밝혀졌다고 말했다.
짐머 박사와 스퍼 박사는 얇은 유리관에 정자를 놓고 각종 유인물질에 노출시킨결과 은방울꽃과 다른 꽃 향기를 섞어 만든 유인물질(bourgeonal)을 향해 마치 벌이꽃 본듯 달려갔다고 밝히고 정자형성세포에 있는 후각 수용체의 화학신호가 이를 가능케 한다고 말했다.
짐머 박사는 다만 이 유인물질이 여성의 산도(産道) 어느 곳에서 분비되는 것인지 아니면 직접 난자에서 풍겨나오는 것인지를 규명하는 일이 남았다고 말하고 확실치는 않지만 난자가 정자를 끌어들이기 위해 이 유인물질을 방출할 가능성이 크다고 밝혔다.
짐머 박사와 스퍼 박사는 또 다른 화학물질(undecanal)이 정자의 후각 수용체를차단, 유인물질에 반응하지 못하게 한다는 사실도 알아냈다.
이 두 가지 새로운 발견으로 불임을 치료하거나 임신을 억제하는 신약의 개발이 가능할 것이라고 짐머 박사는 말했다.
즉 정자가 난자와 수정하는 데 필요한 방향신호를 교란시킬 수 있는 물질을 개발해 이를 여성의 산도에 투입하면 임신을 억제할 수 있을 것이고 정자와 난자가 어떻게 서로를 발견하는지를 알면 일부 불임 문제도 해결이 가능하리라는 것이다.
이에 대해 워싱턴대학의 생식생물학자 도너 배브코크 박사는 "생식생물학의 획기적인 발견"이라고 평가하고 이는 난자가 자신의 위치를 정자에게 알리는 신호를 보내고 정자가 이 신호에 따라 난자에게로 헤엄쳐 간다는 사실을 보여주는 "가장 강력한 증거"라고 말했다.