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과신뷰/Biologos 자료

[바이오로고스 Common Questions] 20. 생명은 어떻게 시작되었나요?

by 과학과 신학의 대화 2021. 5. 4.

 

생명은 어떻게 시작되었나요?

How did life begin?

 

 

 

생물이 무생물로부터 어떻게 생겨났는지는 여전히 많은 부분 과학적으로 미스터리입니다.

 

 

서론

 

30-40 억년 전의 지구의 상태와 DNA, RNA, 아미노산, 당 등의 생명체를 구성하는 요소들의 복잡성에 대해서 우리가 얼마나 많이 알고 있는지에 상관없이, 자연발생적인 생명의 기원에 대한 타당한 과학적 설명은 아직 발견되지 않았습니다. 생물이 무생물로부터 어떻게 생겨났는지는 여전히 많은 부분 과학적으로 미스터리입니다.

 

이 주제에는 다른 과학 분야와 같은 실용적인 가치가 많지 않기 때문에 연구가 많이 이루어지지 않았습니다. 그러나 과학자들은 현재 이 문제를 여러가지 관점에서 접근하고 있으며, 향후 광범위한 합의가 도출될 수도 있습니다.1)

 

하나님께서는 정상적인 과정을 통해서 최초의 생명을 창조하셨을 수도 있고, 기적을 행하셨을 수도 있습니다. 어느 경우든, 바이오로고스는 하나님은 최초의 생명체로부터 우리들 각자에 이르기까지 모든 생명의 창조주이시며 유지자라는 것을 고백합니다. 만약 특정한 과학적 설명에 대한 합의가 이루어진다면, 우리는 하나님이 손으로 하신 일들에 대한 더 많은 통찰력을 가질 것이기 때문에 축하해야 할 것입니다. 그러나 과학이 얼마나 앞으로 더 발전한다 하더라도, 우리는 하나님이 주신 생명이라는 이 멋진 선물에 대한 경이와 감사를 절대 잃을 수 없을 것입니다. 

 

 

지구 최초의 생명

 

생명의 기원에 대한 토론에서 중요한 첫 걸음은 생명이 무엇인가를 분명히 하는 것입니다. 지구 최초의 생명체는 오늘날 우리가 생명체라고 부르는 것과 아주 다를 것입니다. 생명체를, 우리에게 아주 익숙한, DNA 이중나선을 포함하는 모든 것이라고 생각하는 게 어쩌면 솔깃할지도 모릅니다. 그러나 초기 생명체에 필요한 주요 특징은 자가복제입니다. 가장 초기의 자가복제 시스템은 DNA, RNA 혹은 몇몇 다른 기본적인 빌딩 블록으로 만들어졌을 수도 있습니다. 그러한 시스템의 핵심적인 특징은 주변으로부터 화학물질을 모아서 스스로의 복제물을 만드는 능력이어야만 했습니다.

 

지구상 모든 생명체는 필수적인 기본 빌딩 블록으로써 탄소를 가지고 있습니다.2) 생명체에서는 아주 흔한, 놀랍도록 복잡한 분자를 형성할 수 있는 가장 단순한 원소가 바로 탄소입니다. 따라서, 처음부터 탄소가 관여했을 가능성이 있습니다. 탄소를 포함한 화학물은 일반적으로 유기물로 분류됩니다. 따라서, 복잡한 유기 화합물을 만드는 자연적인 메커니즘을 탐구하는 것이 생명의 기원에 대한 연구의 주요 초점이 됩니다.

 

지구의 나이는 약 46억 년입니다. 모든 증거는 최초의 7억 년 동안 지구는 생명이 살 수 없는 환경이었을 거라고 말합니다. 주 이유는 너무 뜨거웠다는 것이지요. 그러나 지구는 점점 식어 갔고, 40억 년 전에는 생명이 살 수 있을만하게 되었습니다. 그로부터 1억 년 남짓되었을 때, 최초의 단세포 생명체들이 나타났습니다.3) 이 유기체들은 어디서 온 것일까요? 그리고 이 유기체들은 무엇을 할 수 있었을까요? 

 

비록 이러한 초기의 세균들이 이루어진 과정을 알 수는 없지만, 아마도 이 시기에 DNA가 정보를 전달하는 분자로 등장했던 것 같습니다. 미생물학자이자 물리학자였던 칼 R. 우즈는 아르케박테리아(archaebacteria) 또는 고균이라고 불리는 최초의 세균들 사이에는 상당한 양의 수평적 유전자 이동(Lateral gene transfer)이 있었다고 주장합니다.4) 수평적 유전자 이동은 하나의 세균에서 다른 세균으로 유전자가 이동하는 것을 일컫는 용어입니다. 이는 유전 물질의 교환을 가능하게 했고, 따라서 자연선택에 의한 생물학적 기능의 다양화 과정을 촉진시켰을 것으로 보입니다. 이러한 최초의 유기체가 처음에 어떻게 생겨났는지가 다음에 이어지는 논의의 주제입니다. 

 

 

밀러의 실험

 

찰스 다윈은 종종 원조 “따뜻한 작은 연못” 가설의 창안자로 일컬어집니다. 이 가설은 생명체가 무기 화합물에 에너지가 더해져서 생겼을 수도 있다는 것입니다.5) 소련의 생화학자 알렉산더 이바노비치 오파린은 이러한 생각을 재검토했으며, 산소가 없고 햇빛에서 오는 에너지가 가득했던 환경에서 생명체가 형성될 수 있다는 가설을 제안했습니다.6) 이러한 아이디어들이 그 유명한 밀러의 실험을 포함한 생명의 기원에 대한 숱한 연구의 기초가 되었습니다.

 

1953년 시카고 대학에서, 스탠리 밀러와 해롤드 유리는 최초의 생명체가 생겨났을 당시 원시 지구에 존재했다고 생각되는 환경을 재현함으로써 생명의 기원에 대한 문제를 풀려고 했습니다. 물과 무기 화합물의 혼합물에 전기를 가함으로써, 그들은 단백질의 빌딩 블록인 아미노산을 포함한 여러 유기 화합물들을 만들어 냈습니다.7) 이 결과는 더 많은 실험들을 촉발시켰는데, 적어도 일부에게는 생명의 미스터리가 곧 풀릴 것 같아 보였습니다. 

 

1961년에 발표된 휴스턴 대학교의 조안 오로의 발견은, 무기 화합물인 시안화수소(HCN)를 암모니아 용액 안에서 가열하면 여러 아미노산뿐 아니라 DNA의 필수 구성요소의 하나인 아데닌도 생성될 수 있음을 보여주었습니다.8) 비록 이 업적은 퍼즐을 맞추는 데 잠재적으로 유용한 조각을 제공해주었지만,9) 밀러 유형의 실험은 생명의 기원에 대한 완전한 답을 제공하기에는 역부족이었습니다. 유기 화합물이 존재하는 것과 그것들로 하여금 자가복제 시스템을 구성하게끔 하는 것은 상당히 다른 문제입니다. 

 

최근, 이러한 초기 연구결과들이 훨씬 더 정밀한 방법들로 재검토되었습니다. 연구자들은 밀러와 유리가 당시에는 검출할 수 없었던 여러 아미노산과 다른 빌딩 블록들을 발견했습니다.10) 밀러는 생명의 기원을 밝혀내기 위해 다양한 실험들을 계속했습니다. 비록 미스터리는 여전히 풀리지 않았지만, 그의 연구팀은 아미노산과 생명체에 필요한 다른 빌딩 블록들이 극저온 환경에서도 무기 화합물로부터 형성될 수 있음을 발견했습니다.11) 

 

 

어떻게 생명체는 형성되었을까

 

아미노산, 뉴클레오타이드 그리고 당이 어떻게 형성되었는지, 이 분자들이 어떻게 DNA와 RNA 형태로 조립되었는지, 그리고 생명을 이루는 이런 빌딩 블록들이 어떻게 스스로를 복제하고 이 과정을 도와주는 효소를 형성했는지에 대한 설명은 모두 여전히 추측에 머물러 있습니다. 그러나 심해 열수구 이론,12) 방사성 바다 이론,13) 점토/결정 이론14)을 비롯한 많은 흥미로운 아이디어들에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 프랜시스 크릭을 비롯한 사람들에 의해 제안된 또 다른 의견은 지구상의 생명체에 대한 유일한 설명은 그것이 다른 행성에서 왔다는 것입니다.15) 그러나 이런 유형의 설명은 질문을 원점으로 되돌려 놓는 것일 뿐입니다. 이 외계 생명체는 그럼 어떻게 생겨났단 말입니까? 지구 생명의 기원에 대한 설득력 있는 과학적 설명은 아직 나오지 않았습니다.

 

생명체가 어떻게 생겨났는가에 대한 진화이론은 주로 두 가지 진영으로 나뉘어져 있습니다. 유전자가 최초라는 가설과 대사가 최초라는 가설이 그것입니다. 유전자가 최초라는 가설은 현재 DNA보다는 RNA에 초점을 두고 있습니다. 어떤 RNA 분자들은 효소로서 작용할 수 있는 능력이 있다는 것이 밝혀졌기에, RNA가 정보 전달도 하고 또 그 정보를 복제도 할 수 있었을 거라 주장되고 있습니다. 이러한 관점에서 볼 때, RNA는 DNA와 단백질 합성에 선행하는 것입니다. 다른 한 편으로, 대사가 최초라는 가설은 생물 발생 이전의 물질을 구성하던 분자들이 화학 회로와, 원시적인 대사 시스템인 화학 반응의 네트워크를 형성했다고 주장합니다. 이러한 대사 시스템이 RNA 이전에 존재했고 추후에 RNA 복제가 발생할 수 있는 환경을 제공했다는 것입니다. 많은 연구가 수행되었지만, 두 이론 모두 현재로서는 결정적인 증거가 없습니다. 

 

연구자들은 최근 실험실에서 생물 발생 이전에 존재했던 분자로부터 자가복제를 하는 RNA를 만들어냈습니다.16) 하지만, 불안정하기로 악명 높은 고분자인 RNA가 어떻게 초기 지구의 적대적인 화학 및 열 환경에서 자가복제 시스템을 유지할 수 있었는지 이해하기는 어렵습니다. 

 

 

결론

 

방법에 상관없이, 생명체가 출현했다는 것은 분명하며, 최초의 생명체는 복제하고 다양화되기 시작한 단세포 유기체였음은 분명합니다. 생명의 기원에 관한 과학적 합의가 부재하다고 해서 진화이론이 약해지는 것은 아닙니다. 진화이론은 생명체가 이미 시작된 이후의 다양성을 설명하려는 시도일 뿐이기 때문입니다. 

 

비록 생명의 기원은 확실히 진정한 과학적 미스터리이지만, 사려 깊은 사람들이 자신의 신앙을 걸만한 장소는 아닙니다. 생명의 역사에서 일어났던 모든 일은 하나님의 주권적 목적에 따라 일어났으며, 그리스도는 "만물보다 먼저 계시고, 만물은 그 안에서 함께 있습니다" (골 1:17).

 

 

  • 번역: 김영웅 박사 (미국 City of Hope Staff Scientist, 과신대 정회원)
  • 감수: 박치욱 교수 (미국 Purdue University, 과신대 자문위원)
  • 원문: bit.ly/3b0QxUy

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