자연은 어떻게 발명하는가 요약_다음책(4/22) 공지

[고주백]

인문학과 진화론, 혹은 창조론은 동전의 양면관계 아닐까요?
진화론은 생명의 역사에 관한 이론입니다. 생명의 역사는 우연일수도 있고 필연일 수도 있습니다. 자연은 적자(適者)생존의 냉혹한 싸움터일 수도 있고, 적소(適所)생존의 절묘한 지혜가 펼쳐지는 공간일 수도 있고, 통자(痛者)생존이라는 의지의 승리가 구현되는 곳일 수도 있습니다. 인간의 역사는 자연에 뿌리를 두고 있고, 인문학도 자연으로부터 결코 분리, 독립할 수 없을 것입니다.

닐 슈빈의 책 “자연은 어떻게 발명하는가(Some Assembly Required)"는 온고지신, 또는 자본주의적 관점으로 보면 시행착오, 표절, 도용으로 점철된 생명의 역사를 잘 보여주고 있습니다. 또한, 생명 역사에 대한 정보를 가지고 있는 유전자에 대한 최신 연구들도 잘 보여주고 있습니다. 이 책을 읽다 보면, 유전자는 환경과의 유기적 관계를 통해 나를 능동적으로 변화시킬 수 있는, 즉 운명의 ‘결정’ 요인이 아니라, 운명을 개척할 수 있는 ‘가능’ 요인인 것으로 생각됩니다. 인문학에 관심이 많으신 분이라면 이 책을 꼭 읽어야 한다고 주장하고 싶습니다. 마침 임책방의 든든한 버팀목이신 장유경 님이 이 책을 잘 요약해 주셨습니다. 이 요약과 함께 닐 슈빈의 책을 읽으신다면 한결 편하고 쉽게 책을 읽을 수 있고 오랫동안 기억할 수 있을 것으로 확신합니다.

다음 책은 김산하 저 습지주의자(출판사 : 사이언스 북스)입니다. 습지는 다양한 생명의 은신처입니다. 이 책의 제목이 단순히 ‘습지’가 아닌 ‘습지주의자’인 이유는 생명에 대한 저자의 따뜻한 철학 때문으로 생각됩니다. 다음번 임책방의 장소는 4월 22일(토) 오후 4시 사과나무 치과 8층입니다.

< 자연은 어떻게 발명하는가, 요약 (장유경) >

늘 책은 재미있지만 이번 책은 또 더 재미있고 나름 관심이 더 있는 분야여서 정리를 해서 생각해보고 싶었답니다.
지금의 내가 어떤 진화 과정을 거쳐 현재의 내가 되었을 지 생명사의 다양한 변화들이 참 관심이갑니다.

지금 현재도 내 안에서 내가 먹는 음식들이 나의 변화를 유도하고. 하루 하루 내가 행하는 행동들이 나를 만들어 내는 것과 마찬가지로 또 내 안으로 들어온 공기와 눈에 보이지 않는 바이러스 작은 미생물들도 나와 내 유전자와 결합하며 무언가를 조작하고 만들어 내며 어제와 다른 오늘의 내가 만들어 지듯, 긴긴 세월에 걸쳐 새로운 인류가 있게 될 지도 모르겠습니다.

닐슈빈 ; '내 안의 물고기'의 저자, 2004년 목. 팔꿈치. 손목을 가진 물고기 틱타알릭을 발견 포유류가 물고기에서부터 다 같은 한 조상에서 나왔음을 밝혀냈다.

이 책은
우리 몸을 이루는 유전자중 고유의 것은 단 2%에 불과하고 10%내외는 태고의 바이러스가 차지하고, 60%정도는 폭주하는 점핑유전자가 만들어낸 반복서열이 차지하며 다양한 종의 세포와 유전물질이 합병하고 유전자가 끊임없이 중복되고 전용하여 현재의 우리 몸을 만들었다는 것을 보여준다.

한마디로 애초의 단세포 동물에서 시작하여 수십억년에 걸쳐 임시변통하거나 베끼거나 남의 것을 가져오는 방법으로 지구상의 환경에서 적응하고 살아남아 번성하고 현재에 이르러 과거에 상상할 수 없었던 방법으로 과학을 하며

위의 살아남은 생명사의 우여곡절을 겪으며 우리의 생명관을 바꾸는 일로 접어 들어있다는 이야기를 들려준다.

1장, 기능의 변화- 옛것을 이용하여 새것을 만들다.

진화상의 큰 변화가 일어나기 위해서는 한 기관의 변화만이 아니라 몸 전체에 걸쳐 일군의 형질들이 한꺼번에 변해야 한다.

날개짓 비행이 성공하려면 그 이전에 이미 속이 빈 뼈, 날개, 깃털, 높은대사율등이 뒤받친된 변화가 있어야 하듯이

물고기는 이미 존재하는 기관인 부레를 변형시켜 공기로 숨을 쉬는 폐로 만들어 놓았다.
공룡은 이미 속도에 대한 필요성으로 날기 이전부터 볏과 속이 빈 뼈, 새의 모습처럼 발달해가고 깃털까지 만들어졌다.
오래된 형질을 새로운 용도나 기능으로 전용함으로서 진화가 일어나게 되었다.

2장, 발생하는 발생학-발명의 씨앗은 어떻게 자라는가

사람은 아가미가 없지만 배아단계에서는 아가미궁과 갈라진 틈을 갖는다. 아가미궁의 세포들은 아래턱 일부, 중이, 목구멍, 성대의 뼈, 근육, 동맥, 신경이된다. 배아단계에서 있던 갈라진 틈은 성인이 되면 귀와 목의 일부가 되는 것이다.

멍개는 우리의 조상 - 멍게의 유생에도 있는 머리부터 꼬리까지의 신경삭과 창고기의 신경삭이 발달하여 척추동물의 척추가된다.
우리에게도 그 신경삭의 흔적이 추간판에 고스란히 남아있고 그 신경삭으로 인해 뇌가 더 발달하게 되었다.
발생의 속도를 변화 시키면서 진화를 거듭하게 된다.
발생 중 척수에 있던 세포가 머리의 아가미 궁으로 이동해 색소 세포, 신경의 지방말이집, 머리뼈가 되었다.

인간과 침팬지의 경우 두개골과 뇌의 발달 속도를 늦추면서 더 뇌를 발달시키고 반대로 사지의 발달속도는 빠르게 해 이족 보행을 가능하게 했다.

"발생의 타이밍이 바뀌고 -새로운 종류의 세포가 출현하면 새로운 체제가 생겨날 수 있다."

3장. 게놈안의 지휘자

DNA(몸 형성 단백질을 합성하기 위한 정보를 보유하는 것과 그 정보를 다음 세대로 전달하는 것)은 A.T.G.C 4개의 염기로 이루어져 있고 이 염기가 아미노산의 서열을 지정하며 아미노산 서열이 단백질을 합성한다. 아미노산의 서로다른 배열이 다양한 단백질을 합성하므로 이 다양한 단백질을 이용해 생명은 매 세대 새로운 개체를 만들 수 있다.

아미노산 서열의 바탕으로 단백질이 합성되므로, 이 단백질이 일정한 속도로 변하여 계통이 변해왔다면 어떤 단백질을 사용하여 생명사의 연대를 사용하는데 사용 할 수 있으리라는 "분자시계" 로 다양한 종의 연대를 계산해내다.(폴링과 주커칸들)

박테리아들을 통한 분자스위치 (젓당과 포도당을 각기 유리한 환경에서 활용하여 단백질을 만들어 내는 유전자) 연구를 통해. 그 들 앞에는 어떤 유전자를 사용하여 단백질을 합성할 지 제어하는 유전자 스위치가 있음을 밝혀냈다.

게놈이 각기 다른 세포,조직,몸을 만드는 데 어떤 유전자가 활성화되어 단백질을 합성하느냐에 달려있는데 각기 유전자 앞 쪽에는 그 유전자를 활성할 지 말지 켜지거나, 꺼진 유전자 스위치가 있다.(사지의 발생. 뱀에게서의 유전자 꺼짐)

4장, 아름다운 괴물 토머스 헌트 모건의 초파리 연구

곤충에서 사람에 이르기까지 기본적으로 몸을 만드는 유전자군이 염색체상에 구슬처럼 연달아 놓여 있어 (머리-가슴-배) 각 특정 체절에서 발생되는 기관이 그 특정 기관에서만 발현된다. 이 유전자군은 모든 동물에서 공통되는 것으로 오랜 기원을 가지고 있다.

게놈 편집 기술인 크리스퍼 카스를 이용한 배아상태에서의 유전자 잘라내기 연구를 통해 유전자 배열을 바꾸면 각 체절에서 나오는 부속지가 달라진다.

각 체절을 이루는 유전자를 혹스 유전자라고 하며 인간은 서로다른 네 염색체에 하나씩 총 네 세트를 가지고 있다(39개). 이 혹스 유전자가 사람의 각 체축을 따라 발현되고 척추뼈와 갈비뼈가 생긴다.

유전자의 발현 패턴을 바꾸면 체절과 그 체절에서 발생하는 기관을 바꿀 수 있다.(쥐실험을 통한 요추와 천골뼈 발생의 벼화를 유도했다)

마찬가지로 혹스 유전자군의 사지에서의 발현 패턴도 몸의 앞 뒤축의 발현 패턴과 같아서 사지 골격을 갖는 모든 동물들이 팔의 경우(윗팔-아래팔-손) 같은 순서로 발현된다. 이 는 물고기에서도 존재해 지느러미, 지느러미 가시를 형성했다.

-> 생명의 대 변혁이 일어나기 위해 꼭 새로운 유전자,기관,생활방식이 발명되어야 하는 것은 아니며 오래된 형질을 새로운 용도로 활용한다. 옛 유전자의 변경, 전용 , 재 배치가 이루어지는 것이다.

5장, 흉내쟁이

정크DNA-복제과정이 제대로 제어되지 않아 생긴 DAN(분열도중 일어나는 오류, 기형)

유전자의 작은 변화 오류에 의한 중복, 이미 만들어진 것을 새로운 용도로 사용, 게놈 전체가 중복되기도 하고, 유전자가 중복되기도 하며 단백질의 일부분조차 반복되는 서열을 가지고 있다.

인간의 혹스 유전자도 초파리8개에 비해 39개까지 중복으로 늘리면서 다양하게 진화 하였고 눈,귀,척수,내부기관을 형성하는 팍스pax유전자도 하나의 조상에서 중복을 일으켜 진화했다.

새로운 유전자의 대부분은 엤 유전자의 중복으로 생긴 것이다.

인간의 뇌 유전자( -NOTCH2NL ; NOTCH라는 파리에서 영장류에게 까지 있는 이 유전자의 중복으로 인간 특유의 피질 부위의 형성) 원숭이에게서는 형성되지 않음. 중복으로 생긴 탓에 나란히 놓여있어 불안정하여 세포분열로 유전자가 복제될 때 망가지기 쉬움(조현병, 자폐발생)

점핑유전자(바버라 매클린 톡의 옥수수 유전자) - 자신의 복사본을 만들어 게놈 곳곳에 끼워넣음

게놈에 두가지 유전자가 존재하는데 1.기능을 하며 단백질을 만드는 유전자, 2.돌아다니며 자신의 사본을 만들기 위해 존재하는 유전자(이기적 유전자)

자신을 퍼트리려는 점핑 유전자 이기적 유전자로 2/3가 거의 유전자의 중복상태이며, 이 이기적 유전자와 내 몸을 유지하려는 유전자 사이의 긴장상태.

6장, 우리 안의 전쟁터

임신과 탈락막 세포- 모체로 부터 혈액을 공급 받는 포유류의 특수 세포로 태아와 모체를 연결, 부친의 유전자와 단백질을 받은 태아가 이물질로 인식되지 않게하고, 모체 가까이서 물질 교환을 이루게 함 - 모체의 프로게스테론 호르몬의 상승이 이 탈락막 세포를 이룸.

탈락막 세포를 만드는데 관여하는 유전자- 수백개가 동시에 켜짐. 동시에 켜진 이 유전자들 모두 프로게스테론 호르몬에 반응하는 스위치를 지님

이 유전자들은 점핑유전자(자신의 사본을 만들어 여기저기 끼워넣음)의 특징적 표식을 가지고 있었음.-수백개의 유전자가 따로 변이를 일으킬 필요가 없이 한 점핑유전자의 돌연변이가 하나의 일반 서열이 프로게스테론에 반응하는 스위치로 바뀌고 그 유전자의 사본들이 점프하여 새로운 영역에 내려 앉아 게놈내에 임신 후 프로게스테론에 반응하는 다양한 유전적 변화를 유도함.

게놈내에는 이기적 유전자인 점핑유전자를 제어하려는 메커니즘 존재 -짧은 DNA서열로 점프부위를 단백질로 감싸 점프하지 못하게 잡음.

유용한 기능이 있을 경우 점프기능을 무력화 시키고 유용한 돌연변이를 이용 - (DNA에 그 DNA를 담고 있는 개체의 존재와 번성을 유지하려는 의식이 있다는것일까?)

탈락막 세포도 점프하지 않고 그 자리에 머물며 탈락막 세포를 만들게끔 유도한 것으로 추정

점핑유전자와 그것을 억제하려는 힘사이의 전쟁 속에서 새로운 발명이 나온다.

신사이틴 - 태반에서 모체와 태아가 영양분과 노폐물을 교환하는 것을 돕는 단백질 : 이 단백질의 서열이 바이러스와 비슷하며 바이러스처럼 인간의 태반에서 한세포에서 다른 세포로 퍼져나가기 위해 숙주세포를 이어붙이는 단백질을 만드는 것 처럼 세포사이를 오가는 분자의 교통정리의 역할울 한다. 다른 세포를 감염시키는 능력을 잃은 바이러스 단백질 같은 역할을 하는 신사이틴은 자신의 게놈을 해킹당해 숙주를 위해 일하게 된 경우로 보인다.(설치류, 영장류의 이 신사이틴 버전은 다르다. 각기 다른 시기에 다른 바이러스가 침입한 것으로 추정된다)

우리 조상들과 바이러스와의 전투는 또 다른 발명(신사이틴)의 하나가 되었다.

아크(Arc)기억에 중요한 유전자 : 이 아크 단백질도 한 신경세포에서 다른 신경세포로 신호를 전달하는 역할을 한다. 그 구조도 HIV 바이러스가 만든 단백질 구조와 같다. 이 아크 유전자는 육지에 사는 동물에게서 발견되며 3억7500만년전 물고기가 육지를 처음 밟았을 때 감염되어 기억의 향상에 기여하게 된 것으로 보인다.

숙주에 감염된 바이러스가 비교적 무해하고 숙주에게 기억력 향상이나 태반의 기능처럼 이로움을 제공한다면 자연선택이 되어 바이러스는 숙주에 계속 눌러앉아 자신의 게놈을 후대에 계속 전달하게 된다.

게놈은 정적인 가닥이 아니다. 바이러스가 공격하고 유전자들이 점프하는 동안 끊임없이 변화를 격는다. 유전적 돌연변이는 게놈 전체로 다른 종으로 퍼진다. 게놈이 섞이고 결합해 생물학적 발명을 만들어 내기도 한다.

7장, 조작된 주사위

우리 존재를 비롯해 지금의 자연계는 지난 수십억년 동안 일어난 우발적 사건의 산물이다. 그러나 그 우발적 사건의 내용을 바꾸어 생명의 테이프를 재생한다 해도 몇가지 결말은 크게 달라지지 않는다는 것이 지난 1세기 동안의 연구이다.

변화들 중 현실적으로 가능한 세계들 중 최선이므로 다시 반복해도 결론이 별반 달라지지 않을 것이라는...

변화의 특정 경로가 다른 경로에 비해 일어나기 쉽기 때문이며 모든 생물의 몸과 유전자 내부에서는 과거, 현재, 미래가 혼연일체가 되어 있다.

퇴화함으로써 진화하는 동물들 ; 기생 새우, 효율적으로 살기 위해 쓸모없는 기관을 만들고 유지하는 에너지를 절약한다.

우리의 턱끝혀근은 말하는데 중요한 역할을 하지만 도롱뇽은 이 근육을 완전히 잃어 발사체로 튀어나오는 혀로 먹이를 잡는다.

8장, 인수 합병

발명에는 타이밍이 전부다. 린 마굴리스의 미토콘드리아 : 이전까지 자유 생활을 하던 생물들이 더 큰 전체의 일부가 되었을 때 비로소 변혁이 일어날 수 있었다.

지구와 태양계가 탄생한 지 10억 년 즈음인 35억년 전의 남조류 화석에서 미세구조의 화학적 조성을 밝혀냄 - 이 후 메탄 대사로 에너지를 얻는 미생물로 밝혀짐 ; 과거 암석 메탄 분석을 통해 지구, 태양계 형성 5억년 후(40억년 전) 홀로 생활하거나 군체를 이룬 단세포 생물들만 존재하다가

대략 20억년전 세포소기관을 갖춘 복잡한 세포의 전형적인 구조로 발달 - 산소를 대사하는 박테리아가 다른 미생물과 함께 팀을 이루어 훨씬 더 복잡한 단백질을 만들고 새로운 행동을 하기위한 자원을 갖추게 되었다.

몸의 형성 - 일생의 대부분을 깃모양의 털로 자유롭게 살다가 특별한 시기가 되면 여러 개체가 모여 군체를 형성하여 다세포화 하는 깃편모선충류를 통한 게놈 서열의 해석 : 몸을 만드는 단백질의 상당수가 이 단세포 생물에 이미 갖춰져 있었다.(몸 만드는데 사용되는 단백질 : 콜라겐, 캐더린)

콜라겐 등 몸을 만드는 단백질이 단세포 생물에서는 먹잇감과 주위 환경에 달라 붙는데 쓰이거나 포식자로 부터 달아나는 데, 또 화학 신호로 서로의 정보를 주고 받는 데 쓰인다.

다세포 동물이 탄생할 수 있었던 것은 단세포에서 원래 다른 기능을 담당하던 여러 단백질이 새로운 조합을 이루어 전용되었다.

몸의 탄생을 가능하게 했던 위대한 발명은 몸 자체가 탄생하기 훨씬 전에 이미 존재했다.

=>DNA는 끊임없이 몸부림치고 구부러지고 내전을 치르고 외부 침입자들과 전쟁을 치르면서 진화적 변화를 위한 연료를 제공한다.

수십억년 동안 단세포 생물은 임시변통, 남의 것을 베끼거나 가져오는 방법으로 다세포화 하고 진화하여 지구상 환경에서 번성하고 현재에 이른다.