제8장 생물학적 의문점들

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제8장 생물학적 의문점들

모든 것은 알에서부터 - 하비 (William Harvey)'-

생물의 경이로움에는 끝이 없다. 오늘날 과학자들은 회충의 체세포 하나 속에 있는 DNA에는 약 1억 개의 뉴클레오티드 염기쌍이 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 이러한 DNA는 회충이 '생존' 하는 데 필요한 광범위하고도 다양한 조치를 지시해 준다. 수많은 생물이 이와 비슷한 정보를 가지고 있다는 사실에 정말 놀라울 뿐이다. 제5장에서 설명한 바와 같이 이러한 다양성'은 분자생물학의 발달을 통해서 더욱 자세히 알려지게 되었으며, 이러한 발견을 통해서 우리가 몇 년 전만 해도 잘 알지 못했던 방대하고도 중요한 생물학적 전망을 예측할 수 있게 되었다. 본 장에서 우리는 진화론적 사고에서 나타난 몇 가지 생물학적 문제점들을 생각해 볼 것이다. 또한 새롭게 대두된 몇 가지 복잡한 문제들을 살펴보고 이러한 문제들과 발견들이 진화론자들의 사고에 어떠한 변화를 일으켰는지를 생각해 보려고 한다.

전통론자와 분지분계론자

진화론에서는 모든 생물이 서로 연관성이 있음을 전제로 한다. 그리고 생물은 단순 형태로부터 시작하여 수십 억 년을 거쳐서 결국 오늘날의 다양한 생물로 진화되었다고 생각한다. 생물이 좀 더 복잡한 형태로 변화되면서 동시에 수많은 종으로 증가되었다. 원래의 종은 또 다른 종을 생겨나게 했으며, 각각의 종들은 그러한 방식으로 또 다른 종들로 진화하였다. 이렇게 반복적인 과정을 통해서 전형적인 진화계통수進化, 진화 과정과 분화를 나무로 표현해 놓은 그림)가 만들어진다. 나무 줄기에 해당하는 원종)이 있고, 여기에서 좀 더 진화된 생물들이 나무의 가지를 이루며, 현재 생존하는 생물의 종들은 나뭇잎에 해당된다<그림 11.1 참고〉.

계통수에서 가지들의 배열을 보면, 진화 가설에 의해서 어떤 생물의 조상(祖)이라고 생각되거나 또는 줄기와 가지의 적절한 특성을 나타내는 종이 거의 없기 때문에 계통수의 배열 방법은 얼마든지 크게 바뀔 수 있다. 즉, 진화 가설에 들어맞는 조상 생물이 매우 드물다.

전통적인 진화 모델에서는 생물들 사이의 전반적인 유사성을 분석하여 서로의 유연관계를 조사하기 때문에 이들 간에 유사성이 클수록 서로로부터 최근에 진화된 것이라고 가정한다. 계통분류학자(systematist, 생물을 분류하는 학자)는 특성들을 정량적으로 비교하고 유사성에 관한 자료를 분석한다. 조사해야 할 특성들의 목록을 정하고, 각 특성의 중요도를 판정하는 일은 아주 주관적으로 이루어진다. 하버드 대학교의 저명한 전통적 진화론자인 마이어(Ernst Mayr)는 생물분류는 일종의 '예술'이라고 지적하였다." 계통분류에서 공정성과 객관성의 결여 때문에 생겨난 또 다른 분야가 분지분계론(cladistics)인데, 뚜렷하게 정의된 용어는 아니다. 상당히 영향력을 행사해 온 분지분계론자들은 일반적인 유사성이 진화와는 관련이 없다고 주장한다. 대체적으로 분류학자들은 유사성을 많은 진화 과정에 적용하고 있으나 분지분계론자들을 오직 독특하게 공유하는 유사성(공유 파생형질, synapomorphy)만이 이들의 유연관계를 판단하는 데 중요하다고 생각한다. 그러나 실상은 이러한 조건을 만족하는 경우가 드물기 때문에 일부 분지분계론자들은 이러한 독특한 유사성만으로 진화 관련성 여부를 판단할 수 있을지 확신하지 못하고 있다. 전통주의 학자들과 분지분계론자들 사이의 의견 대립은 유명한 분지분계론자이며 뉴욕의 미국자연사박물관에서 거미를 연구한 플라트니크(Norman Platnick)의 말에서도 엿볼 수 있다. 그는 문제점을 다음과 같이 요약하였다. "진화생물학자는 다음 둘 중의 하나를 선택해야 할 것이다. 즉, 계통분류법을 받아들이고 마이어의 주장에 동의함으로써 점점 일반 다른 생물학에서는 멀어져 권위와 여론에만 지배받고 있는 영역으로 하락하든지, 아니면 우리의 분지분계론 설명이 검증되고, 혹시 거짓으로 들어날 가능성을 감수하고라도 진화 생물학이 다른 일반 과학 공동체의 일원으로 복귀되기를 고수하는 것이다."3)

분지분계론자들은 진화를 믿는다. 그런데 그들에게 있어서는 진화가 주장이라기보다는 일종의 믿음이다." 그들은 생물들 사이의 실제적인 유연관계를 입증할 수 있는 중요한 특성을 발견하는 데 특별한 관심이 있다.

점진론자와 단속평형론자

자연을 관찰해 보면, 두 종류의 메뚜기를 예로 들어 볼 때, 가까운 종(種) 사이에도 각각 아주 다른 특성이 있다. 신다윈설(Neo Darwinism)에서는 서서히, 점진적인 작은 변화들이 축적되어 결국에는 특징이 뚜렷한 새로운 형태로 나타난다고 주장한다. 그들은 이러한 작은 변화를 주목하면서, 이러한 변화의 축적에 의해 집단이 분리되고, 그들 사이에 점점 더 큰 차이가 생긴다는 것이다. 중간생물체라고 하여 발견되는 것은 오직 화석 기록에서만 나타난다고 주장하지만, 화석도 불연속성만을 보여 줄 뿐이다. 그래서 현재 발견된 화석자료가 부족하기 때문에 이에 대한 충분한 자료가 없을 뿐이라고 변명한다.

미국의 저명한 두 고생물학자인 미국자연사박물관의 엘드리지(Nile Eldredge)와 하버드 대학교 굴드(Stephen Jay Gould)는 1972년 화석의 불연속성에 대하여 좀 색다른 주장을 하였다. 즉, 진화는 빠른 변화의 순간들 사이사이에 기나긴 안정된 기간을 유지하는 등 불규칙한 속도로 진행된다고 주장하였다. 그들은 이 새로운 개념을 단속평형설(punctuated equilibria)이라 불렀다. 여기서 단속은 변화를 뜻하며, 평형은 안정 기간을 의미한다. 이러한 주장으로 말미암아 현재까지도 계속되는 뜨거운 논쟁의 불씨가 되었다." 이러한 이론은 때로는 온건하게 때로는 막무가내로 대규모 집단에서는 진화가 의미 있게 일어나지 않는다고 주장한다. 만일 어떤 이유에서 개체들이 소집단으로 격리되어 있었을 경우에는 진화는 더욱 빠르게 진행되며, 소집단에서의 몇 종류는 아주 쉽게 변화가 정착된다. 그래서 중간단계의 생물체는 거의 존재할 수 없고, 설령 있다고 해도 숫자가 상대적으로 아주 적기 때문에 화석기록상으로만 겨우 보존된다고 설명한다.

개체 수가 많은 주요 집단의 생물이나 화석으로 보존된 생물들에서 완전한 중간단계의 생물들이 존재하지 않기 때문에, 단속평형설은 진화의 보다 깊은 문제들을 해결할 수 없다." 단속평형설은 작은 변화만을 취급하기 때문에 이것을 지지하는 사람들도 종(種) 차원에서만 적용시킨다. 그러므로 새로운 목(目), 강(綱), 문(門), 계(界)를 만들 수 있는 진화 메커니즘에 대한 비판적인 문제에 대해서는 아무런 대답도 하지 않는다.

선택론자와 중립론자

아마도 진화에 대한 가장 심각한 대립은 선택론자(selectionist)와 중립론자(neutralists) 사이에 있었던 논쟁일 것이다. 이것은 유전자 전달에 대한 오랜 논쟁거리의 하나가 되었다. 이러한 논쟁은 현대종합론이 대두될 때 있었던 유전적 부동(genetic drift, 세대를 되풀이하면서 유전자가 전달되고 유전되는 빈도)에 대한 오랜 논쟁을 생각나게 한다. 선택론자는 진화적 변화는 우연에 의하여 이루어 졌으며, 자연선택에 의한다고 믿는 사람들이다. 선택론자들은 자연선택의 중요성을 강조하였다. 반면에 중립론자들은 환경에 의한 자연선택은 별로 중요하지 않으며, 분자 수준의 많은 변이는 유전적 부동을 통해 축적되는 중립적인 돌연변이 (neutral mutation)가 진화를 출현시킨다고 결론을 내리고, 중립 돌연변이의 축적이 주된 진화적 변이를 일으킨다고 믿었다." 이러한 중립적 진화설은 집단 유전학과 분자생물학을 결합시킨 것이었다.

1968년 기무라(Motoo Kimura)는 <네이처(Nature)> 잡지에서 중립 돌연변이의 중요성을 강조하였다." 기무라는 유전자의 진화는 다윈이 말하는 생존에 유리한 자연도태에 의해 유발되는 것뿐 아니라 생물에게 유리하지도 불리하지도 않은 중립적인 돌연변이가 우연히 확대됨에 따라 일어날 수도 있다고 생각하였다. 이러한 생각은 곧바로 킹(Jack L. King)과 주크스(Thomas H. Jukes)라는 두 분자생물학자들로부터 사이언스(Science) 잡지를 통해 지지를 받았다. '0' 선택론자들은 유전적 변화가 긍정적인 변화이든 부정적인 변화이든 간에 진화에 영향을 미치지 않는다고 주장하였는데, 그들은 기무라가 주장한 중립 진화설이라는 새로운 개념을 날카롭게 비평하였다. 그 이후에 양쪽의 주장에 대한 많은 억측이 난무하기 시작하였다. 10)

DNA의 특별한 염기서열을 판단할 수 있는 새로운 분자생물학의 기술 덕분에 우리는 이러한 논란을 잘 이해할 수 있게 되었다. 어떤 유전적 변화는 생명체의 물리적 형성에는 영향을 주지 않으며, 따라서 자연선택의 영향을 받지 않는다. 이러한 표현되지 않은 유전적 변화는 중립적 돌연변이 개념에 더 잘 부합된다. 의문점은 어떻게 작은 중요한 변화가 계속해서 남아 있었는가 하는 점이다(예를 들면, 파리 몸통에 여분으로 있는 하나의 강털). 대개가 자연선택을 완전히 거부하지 않는 중립론자들은 집단에서의 무작위적인 유전적 부동에 의해서 중립적 변화가 일어난다고 제안한다. 선택론자들은 자연선택의 도움 없이 그러한 과정이 어떻게 중요한 변화를 일으킬 수 있는지에 대하여 의문을 갖고 있다. 이러한 과제는 아직도 해결되지 않은 문제로 남아 있다.

분자 진화시계(分子進化時計)

선택론자와 중립론자들의 논쟁으로 진화 학계가 내부 갈등을 겪는 동안, 진화냐 창조냐에 대한 중요한 암시를 주는 상황이 발생하였다. 그것은 분자적 진화시계에 대한 문제인데, 중립설 주장 이전에도 그들은 DNA 안에서 어느 정도 일정한 속도로 변화가 일어난다고 제안하였다. 즉, DNA에 의해 생성된 단백질이 시11)간이 경과함에 따라 진화적 변화 속도에 영향을 미친다는 것이다. 이와 같은 사실은 생물들 간에 단백질의 차이가 있으며, 이것은 생물들 사이의 진화 관련성을 반영하며 생물의 진화적 분기연대의 추정을 가능케 하는 것으로 보는 것이다.

분자 진화시계는 시간의 흐름에 따라서 거대한 분자(생물 중합체)가 계속적으로 변하고 있다는 가정에 기초한 것이다. 그러므로 두 생물 종간에 차이가 크면 클수록 공통의 진화 조상으로부터 분기연대가 더 오래 되었다는 것을 의미한다. 〈표 8.1>에서 A는 다양한 생물에서 발견되는 일반적인 효소인 시토크롬C에 존재하는 아미노산의 차이의 퍼센트(비율)를 나타낸 것이다. 시토크롬C는 세포가 화학적 에너지를 방출하는 동안 전자를 전달하는 역할을 한다. 사람과 단순생물을 비교하면 보다 단순한 생물일수록 수치(차이)가 증가하는 것을 볼 수 있는데, 이것은 진화가설로 볼 때 점점 초기로 올라갈수록 많은 분기가 이루어졌음을 의미한다. B는 매우 일찍 진화된 것으로 여겨지는 효모균의 세포들과 다른 생물들과는 차이가 별로 없음을 나타낸다. 이와 같은 균일성은 상당히 균일하게 작동된 분자시계의 정확성을 나타내는 것으로 해석되며, 분자적 차이나 정도에 따라 진화상의 분기연대를 추정할 수 있음을 나타낸다. 이 학설의 제안자들은 시토크롬C

가 가장 좋은 시계 중의 하나라고 생각한다. 생물학이나 진화 교과서에서는 이것을 진화론을 지지하는 증거로 제시하기도 한다. 그러나 이와 같은 자료가 오히려 진화를 나타내지 않을 수도 있다. 이러한 자료는 다양한 생물들의 복잡성과 관련된 생물학적 인자(구)들을 나타낼 뿐이다.

분자시계 가설에 대해서는 많은 의문점이 있는데, 그것은 분자시계에 가장 만족스러운 중립적 돌연변이 (neutral mutation)의 효과에 관한 불확실성이다. 만일, 변이가 완전 중간이 아니고 대략적으로 중간 정도라면 분자시계의 이론적 근거가 타당치 않게 된다. 자연선택에 의해서 지배되는 비중립적 변이는 시계로서의 역할을 할 수 없을 것이다. 그것들은 환경적 영향을 반영할 뿐이지 시간을 반영하는 것을 아닐 것이다. 진화론자들은 분자시계에 대해서 다른 많은 의문점을 가지고 있다. 그들 중 많은 사람은 선택론과 중립론의 논쟁을 인정하는 편이지만 중립론이 분자시계 가설에 더 맞는다고 생각한다.

또한 시토크롬C 효소의 변이에 대한 몇 가지 연구에서 분자시계와 일치하는 결과를 얻었다. 다른 연구에서는 변화 속도가 10배 이상 차이가 나는 것으로 나타났다. 12 슈퍼옥시드 디스뮤타아제(superoxide dismutase)라는 효소는 대부분의 생물에서 산소에 의한 독성을 완화시켜 주는 효소로써 불규칙한 분자시계로 유명하다. 13) 연구자들은 상당히 느리기 때문에 원숭이와 사람에게 적용되는 시계라고 해석한다. 이러한 차이들 때문에 어떤 사람들은 분자시계를 어떤 때는 느리고 어떤 때는 빠르다는 뜻으로 변덕스러운' 시계라고 별명을 붙였다. 1514)

〈표 8.2>는 척추동물의 인슐린 호르몬에 존재하는 아미노산의 서열 차이를 비교한 것이다. 분자시계설에 의하면 설치류나 사람과 같은 척추동물의 조상들은 같은 시기에 서로 진화되었기 때문에 모든 설치류는 사람과의 차이가 거의 비슷해야 할 것이다. 그러나 여기에서는 분명히 그와 같지 않음을 나타낸다. 사람은 쥐(mouse)와 8%가 다르지만 남아메리카의 설치류인 물쥐(coypu)는 38%가 다르다. 물쥐의 수치는 몇몇 물고기와의 차이보다 더욱 큰 값인데, 이것은 예상 밖의 상당히 큰 값이다. 이 호르몬의 또 다른 비교에서 쥐와 기니피그(guinea pig, 쥐목 고슴도치과의 길이 25cm 정도의 포유류)는 상당히 근연관계라고 생각되는데, 이들의 차이점은 35%로 나타났으며, 쥐와 고래는 12%, 사람과 방울뱀은 24%, 닭과 가다랭이(bonito)라는 줄삼치류의 물고기는 16%, 또한 많은 다른 근연관계가 먼 생물보다도 오히려 높은 차이점이 나타났다." 우리는 분자시계에서 작동되는 일정한 속도 변화의 증거를 발견할 수 없다.

지금까지 지적한 특성으로 보아, 여러 종류의 단백질에 대한 아미노산 서열의 비교 결과가 진화와는 모순되는 결과로 나타났다는 사실은 이상한 것이 아니다.

4종류의 단백질 아미노산 서열을 바탕으로 몇 가지 포유류 목(目, order)의 진화관련성에 대한 연구 결과를 보면, 사용된 4종류의 단백질에서 '전반적인 불일치성'을 볼 수 있었고, 다양한 생물들의 형태학적 측면에서 보았을 때는 '중간 정도의 일치성을 보였다.

이른바 살아 있는 화석에서는 분자시계 가설에 대한 이해할 수 없는 또 다른 수수께끼가 나타난다. 현재의 살아 있는 화석 종들은 수억 년 전에 생존했던 화석조상(祖上)과도 너무나 비슷하게 나타났다. 그 일반적인 예로서 북아메리카 동해 연안에 현존하는 투구게(horseshoe crab)를 들 수 있는데, 13) 2억 년 전에 생존했다고 가정되는 것과 거의 같은 값을 나타내고 있다. 분자시계 과정에 따른 변화가 2억 년 동안 생물에게 어떤 뚜렷한 영향을 끼치지 않고도 계속적으로 축적될 수가 있었을까?

〈표 8.1>의 B항에서 수치가 거의 균일하게 나타나는 것은 진화의 맥락에서 보거나 또는 다른 생물학적 관점에서 보더라도 분자시계에 대한 더 큰 의문을 불러일으킨다. 앞에서도 언급한 것처럼, 연구에서 시토크롬 c 시계는 일정치 않다고 말했는데, 언제나 동일한 결과가 어떻게 나올 수 있겠는가? (DNA 변화에 근거한)단백질의 변화는 세포분열에 의해서 촉진된다고 하였는데, 모든 종류의 동식물의 다양한 진화 과정에서 이러한 일정한 비율의 변이가 가능할까? 진화가 어떤 때는 온혈동물에서, 다른 때는 냉혈동물이나 식물에서만 일어난다고 상상하기는 매우 어렵다. 또한 어떤 종은 매우 빨리 번식하고 다른 것들은 천천히 번식하는 것도 있다. 이러한 다양한 진화 과정의 가정하에서 동일한 결과가 나온다면, 분자시계에 대한 더 많은 의문이 생기고, 이것을 대치할 수 있는 다른 설명을 찾게 될 것이다. 만일 분자시계설이 사실이라면 우리는 무엇이 시계와 같은 작용을 하게 하는지에 대해서 좀 더 배워야 하고 신중히 대처해야 한다.

과학저술가 레빈(Roger Lewin)은 '분자시계는 다 돌아가 버렸다.' (Molecular Clocks run Out of Time)라는 기사에서 분자시계에 대하여 요약해 놓았다. 그는 분자시계의 짤깍거리는 일정한 간격은 그 속도가 변해 온 것처럼 보인다고 결론을 내렸다. 201 독일 콘스탄츠 대학교의 생물학자인 쉐레르(Siegfried Scherer)는 단백질 분자시계 가설은 거부되어야 한다고 결론을 내렸으며, 2) 인디아나 대학교의 생물학자 팔머(Jeff Palmer)도 "모두가 분자시계는 일정하다는 가설에 기초하고 있지만, 우리가 분자적 변화를 좀 더 자세히 관찰하면 이러한 사실들이 틀리다는 더 많은 증거가 있다."고 주장하였다. 22) 분자생물학자인 바우터(Lisa Vawter)와 브라운(Wesley Brown)은 "일반화된 분자시계 가설을 단호히 반대한다."고 강하게 표현하였다. 23)

분자생물학의 발달로 밝혀진 생명의 복잡성

최근에 분자 생물학적인 많은 발견으로 말미암아 진화론적 사고방식에도 다각화 현상이 일어났다. 그래서 30년 전만 하더라도 생각지도 못했던 생명의 특징들에 대해서 많은 사실이 속속 드러나고 있다. 유전자 계통에 대한 많은 신비스러움은 진화론자나 창조론자의 상상력에 많은 변화를 가져다주었다. 초파리의 염색체 중간에 단 몇 개로 된 뉴클레오티드 염기서열이 무슨 이유로 10만 개가량이나 계속 반복되어 있는 것일까? 극히 단순한 생물을 제외하고는 모든 생물의 DNA 중 많은 양의 표현되지 않은 염기서열이나 반복되는 염기서열의 기능은 무엇인가? 이러한 반복 서열은 사람에 있어서는 DNA의 97% 이상을 차지하고 있다. 과거에 '쓰레기 DNA' 라고 불리던 이러한 몇 종류의 쓸모없는 유전자가 진화 과정에서 생겨났다고 가정한다. 이렇게 분명하게 발현되지 않는 DNA 서열의 형태를 위유전자, pseudogenes)라 한다. 이것들은 기능을 가진 유전자와 비슷하지만 정상적인 유전자 기능을 억제하는 부분들을 갖고 있다. 2) 그러나 발현되지 않는 DNA 서열이 정말 기능이 없는지는 확실하지 않다. 어떤 사람들은 '쓰레기 DNA'도 기능이 있을 것이라고 주장하기 때문에 과학자들은 쓰레기 DNA라는 용어를 사용하지 않아야 한다고 말한다. 다른 진화론자들은 만일 기능이 없는 유전자라면 왜 '순수하게 남아 있을 수 있는가 하는 의문점을 갖고 있다. 또 어떤 사람들은 그것이 돌연변이에 의해서 다른 것으로 변형되는 변이가 일어날 것을 기대하기도 한다. 아직도 과학자들은 발현되지 않은 DNA가 감추어진 전달체계를 포함한 어떤 기능을 갖고 있을 것이라고 제안하고 있다. 251

과거에는 유전자란 DNA가 긴 사슬로 연결되어 있으며, 때로는 변이가 일어나서 결국 새로운 생물이 생겨난다고 생각하였으나 과학자들이 실제로 발견한 내용을 보면 이러한 개념과는 사뭇 다르다. 즉 유전자는 매우 복잡한 상호작용을 하는 메커니즘에 편성되어 있고, 또 이러한 메커니즘 속에는 일종의 피드백(되먹이기)메커니즘까지 포함된 것으로 보인다. 그런데 모든 메커니즘이 완벽하게 작동할 때까지는 전체의 한 부분을 이루고 있는 각각의 유전자들은 잔존할 가치가 없는 것이기 때문에 점진적이고도 무작위적인 진화에 의해서 유전자가 진화되었다는 것은 불가능한 일이다. 앞에서 설명한 바와 같은 매우 복잡한 조직들의 예를 들면 다음과 같다.

1. 유전 암호(genetic code): 유전 형질을 결정하는 핵산의 염기배열을 유전암호라 한다. 염색체를 구성하는 DNA는 여러 개의 뉴클레오티드로 이루어져 있다. 이 중 3개의 연속된 뉴클레오티드가 결과적으로 1개의 아미노산의 종류를 결정한다. 이 3개의 뉴클레오티드를 트리플렛 코드라 부르며 코돈이라는 단위로 나타낸다. 또한 뉴클레오티드는 DNA에 함유되는 4종의 염기, 즉 아데닌, 티민, 구아닌, 시토신에 의하여 그 특징이 나타난다. 따라서 이 중 3개의 염기 배열방식에 따라 특정 정보를 가진 코돈이 조립되고 이러한 코돈은 하나의 단백질을 형성하는 20종의 아미노산의 배열 순서를 결정함으로써 하나의 단백질이 형성된다<그림 4.1 참고). 세포는 핵에 존재하는 DNA정보의 복잡한 암호체계를 통하여 수천 종의 서로 다른 단백질을 합성할 수 있다. 그렇다면 무작위적인 진화 과정을 통하여 어떻게 암호체계를 형성할 수 있을까? 이 암호체계에는 복잡하고 난해한 정보뿐 아니라 이러한 암호를 해독할 수 있는 시스템까지도 포함하고 있다. 해독할 수 있는 기구가 없다면 아무 일도 일어나지 않을 것이다.

2. 유전자 조절 기구(gene control system): 유전정보로부터 단백질을 합성하는 과정은 복잡하면서도 매우 잘 통제되어 있다. 유전자는 필요에 의해 작동이 되기도 하고 작동을 멈추기도 한다. 과학자들은 많은 유전자 조절 메커니즘을 발견하였는데, 26) 어떤 유전자는 다른 유전자의 작용을 억제하기도 하고(억제유전자), 또 어떤 것은 촉진하도록 작용한다(작동유전자). 또한 어떤 유전자는 한 개 이상의 조절 메커니즘을 가지고 있다. 보통의 박테리아에서 발견된 Lac operon(락토오스오페론: 젖당 분해에 관여하는 작동유전자, 조절유전자, 구조유전자 등이 하나로 연결되어 있는 유전자군'은 전형적인 유전자 조절기구이다. 2" Lac operon은 유당의 대사에 관여하는 3가지 효소(단백질)의 생산을 조절한다. 이 3가지 효소는 DNA 사슬에서 서로 나란하게 코드화되어 있다. 이 세 개의 효소를 암호화하는 DNA서열 앞에는 4개의 특별한 암호 부위가 있어서 효소를 생산하거나 생산을 억제하기도 한다. 이러한 종류의 기본적인 시스템도 있으나, 고등 생물에서는 좀 더 복잡한 조절 메커니즘을 가지고 있다. 2) 세포 안에서의 많은 화학적변화들은 이러한 복잡한 조절기구에 의하여 이루어진다.

3. 오류 교정 기구(error-correcting system): 다세포 생물은 정상적인 세포의 유지와 보수 과정에서 많은 새로운 세포들을 생산한다. 하나의 세포가 분열할 때 백만 개에서 수십 억 개의 핵산(뉴클레오티드 염기)을 복제하게 된다. 사람의 경우, 새로운 세포를 위한 DNA를 만들 때마다 30억 개 이상의 뉴클레오티드 염기를 복제한다. 이러한 정보의 복제과정에서 자주 복제오류가 나타날 수 있다. 어떤 오류는 차이가 거의 나타나지 않을 수도 있으나, 경우에 따라서는 생명체가 죽을 수도 있을 만큼 치명적인 것도 있다. 이때 오류를 교정하는 효소가 관여하지 않는다면 1% 이상의 오류가 나타날 수 있다. 이와 같은 결과는 세포분열 시 수십 억 개의 오류가 나오는 셈이다. 그러나 다행스럽게도 이러한 오류를 방지할 수 있는 효과적인 기구를 가지고 있으며, 이와 같은 정교한 기구에 의해서 정확성이 증가되기 때문에 100만 번의 복제에서 단 몇 개의 오류만 나타나게 된다. 29) 이 정교한 교정기구는 오류를 찾아서 착오가 일어난 DNA를 보수한다. 과학자들은 대장균 박테리아 (Escherichiacoli)에서 DNA 보수에 관련된 15개의 효소를 확인하였으며, 아직도 우리는 이러한 기구에 대해서 알아야 할 것이 너무나 많다. 301 이러한 DNA 교정시스템을 진화론적 시각으로 바라볼 때는 상당한 의문점을 갖게 한다. 예를 들어, 어떻게 해서 자체 교정시스템의 진화를 허용할 정도로 오류를 일으키는 기구가 계속적으로 존재할 수 있단 말인가? 어떤 과학자는 이러한 어려움을 '이론 생물학에서는 해결될 수 없는 문제' 라고 설명하고 있다. 31)

.분자생물학자들은 DNA에 대한 연구를 통해서, DNA를 복제·절단 · 연결 · 수정·위치변경 · 이동 등의 특별한 기능을 갖는 광범위한 배열을 발견하였다. 일종의 프로그래밍 능력을 가진 유동적인 DNA 개념은 생물의 발생과 기능만을 지시하는 단순한 형태라는 종래의 DNA 개념과는 큰 차이가 있다. 시카고 대학교의 샤피로(J. A. Shapiro)는 '우리는 게놈을 정보처리 기구로 생각해야 한다.'는 새로운 개념을 제시하였다. 32) 그는 또한 대부분의 DNA 변형이 화학적 결과나 복제오류에 기인된 것이 아니고, 게놈의 재편성 기능으로 생각되는 아주 복잡한 생화학적 메커니즘의 작용 결과'라고 강조하였다. 분자생물학에서 이제 막 진실에 대한 탐색이 시작된 것이다.

특이한 진화 개념들

진화론이 확산되면서 과거의 잡다한 개념과 논란이 있을 때보다도 더 많은 진화적 개념들이 새롭게 발표되었다. 진화론을 옹호할 강력한 설명을 찾지 못하자, 아주 이상한 제안들까지 나오게 되었다. 그 예를 몇 가지 언급하려고 한다.

영국의 화학자인 러브록(James Lovelock)은 지구 상의 생명을 보는 새로운 관점이라는 저서를 통해서 가이아 이론(Gaia theory)을 발표하였고, 이것을 보스턴 대학의 저명한 생물학자 마르굴리스(Lynn Margulis)가 강력하게 지지하였다. 이 이론은 상당한 관심을 얻었지만, 고전적인 진화론자들의 관심은 별로 없었다. 가이아란 그리스 신화에 나오는 대지의 여신'을 가리키는 말로써, 지구를 뜻한다. 러브록에 의하면, 가이아란 지구와 지구에 살고 있는 모든 생물들, 대기권, 대양, 토양까지를 포함하여 하나의 커다란 유기체로 보는 것을 말한다. 즉 지구 전체는 생물과 무생물이 서로에게 영향을 미치는 하나의 살아 있는 생물이 된다는 이론이다. 33) 또한 가이아 이론은 생존하기 위해서는 경쟁보다는 오히려 공생관계를 유지한다는 것이다. 마르굴리스는 러브록의 새로운 개념을 옹호하면서 "신다윈설 (neo-Darwinism)은 앵글로색슨 사람의 생물학으로써 일종의 종교적 신념을 가진 20세기의 소수 종파로 이제는 마땅히 사라져야 한다."고 하였다. 3)

캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스의 윌즈(Christopher Wills)는 유전자는 자신들의 발달능력을 증진시키는 방향으로 진화된다고 주장하였다. 35) 그는 역설적으로 과학의 미래를 전망하면서 유전자가 진화과정을 통하여 좀 더 복잡한 기능을 수행할 수 있는 지혜를 소유함에 따라 진화된 생물체는 더욱 복잡하게 되었다고 하였다. 그는 강력한 증거를 제시하지는 못했지만 고등생물이 고도로 통합된 유전 메커니즘을 가지고 있다는 여러 실례를 제시하였다. 생물계가 고도로 복잡하다는 사실에는 의문의 여지가 없지만, 이러한 지혜가 유전자 자체에 의해서 개발된 것이라는 가정은 별다른 지지를 받지 못하고 있다.

이와 병행하여, 생명체가 스스로 어떻게 형성되었는지를 알아보기 위해서 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 연구를 시도하였다. 이미 언급한 바와 같이, 30) 열역학 제2법칙에서 우주는 어김없이 무질서를 향하고 있지만, 진화론에서는 이와는 정반대되는 이론을 주장한다. 그래서 진화에 대한 연구에서는 이러한 반대 현상이 어떻게 가능한지 설명하려고 노력하며, 3") 과학자들은 컴퓨터상에서 가상적인 생물학적 세계를 재현하기도 한다. 우리에게 친숙한 컴퓨터 바이러스도 '인공 생명체'의 한 요소에 포함되기도 한다. 프로그램에서는 변이성(variability), 생존경쟁(competition), 자연선택(natural selection)과 같은 요인들의 영향에 주목하고 있다. 과학자들은 이러한 연구를 통하여 진화론에서 기대하는 바, 스스로에 의해서 형성된 자아조직체라는 설명이 나올 것을 희망하고 있다. 이러한 논문으로 어느정도 성공한 사람들도 있지만, 이와 같은 단순화된 '실리콘 우주'에도 많은 복잡한 요소들이 있다.

이러한 연구는 미국 뉴멕시코 주 샌타페이연구소(Santa Fe Institute)를 중심으로 다른 몇 연구소의 전문가들과 함께 진행되었다. 그들은 진화, 생태, 인체구조, 가이아 이론 등이 포함된 광범위한 관점에서 복잡성의 기원에 대해서 연구하였는데, 복잡성의 출현에 대하여 몇 가지 설명을 할 수 있게 되었다. 즉, 복잡성은 무질서의 끝 혹은 '혼돈의 끝(edge of chaos)'에 나타났다는 데 합의하였다. 이것은 결정체(結晶體)와 같이 체계화되고 안정된 계에서는 어떤 새로운 것이 만들어지지 않는다는 이론에 근거하고 있다. 반면에 열이 가해진 가스와 같이 완전히 혼돈된 상태는 아무런 형체도 없지만 이것들이 혼합되어 나중에는 의미 있는 무엇이 형성된다는 것이다. 그러므로 복잡한 시스템은 혼돈의 끝(edge of chaos)의 양극단 사이에서 생겨난다는 것이다.

40)연구소의 이러한 연구결과는 여러 관점에서 비판을 받았다. 복잡성에 대한 포괄적인 설명이 가능할 것이라는 희망은 점점 희미해지고 있다. 어떤 생물학자들은 자연선택만으로도 복잡성을 설명하기에 충분하며, 다른 해석이 필요 없다고까지하였다. 39) 반면에 다른 사람들은 모든 것을 너무 단순하게 하나로 설명하려고 하는 것은 현실을 도외시하는 것이라고 우려하였다. 저명한 진화론자 스미스(John Maynard Smith)는 이러한 종류의 인공생명체는 '근본적으로 과학적 사실이 아니다.'라고 했으며, 생태학자 메이(Robert May)는 그들의 연구결과가 '수학적으로는 흥미 있을지 모르나 생물학적으로는 아무것도 아닌 것'이라고 평하였다. 가장 심각한 비평 중의 하나는 논리적 관점에서 나왔는데, 즉 자연계에 대한 수많은 모델들에 대해서는 확인과 검증이 불가능한데, 이것은 복잡한 자연계들은 결코 닫혀 있는 계가 아니기 때문'이라는 지적이었다.13) 우리는 우리가 필요한 모든 자료를 다 갖고 있다고 장담할 수 없는 것이다. 41)

프랑스의 유명한 동물학자로서 프랑스 과학학술원장을 역임하고, 생물의 진화(Evolution of Living Organisms)라는 35권의 방대한 동물학 전집의 편집자인 그라스(Pierre Grasse)는 정말로 살아 있는 생물들에 아주 정통하였는데, 그는 현재의 진화개념을 강하게 비판하고, 진화에서 돌연변이와 자연선택의 역할을 단호하게 부정하였다. 그는 생물의 주요 집단과 집단 사이에 존재하는 간격(gaps)을 설명하기 위하여 특별한 유전자와 생화학적 작용이 있었다고 제안하였으나 진화는 거의 밝혀지지 않은 미스터리라는 사실에 동의하였다. 그는 결론적으로 "아마도 이 분야에서 생물학은 더 이상 발전할 수 없을 것이며, 나머지는 형이상학의 몫이다."라고 말하였다. 15)

진화론은 어디를 향하여 가고 있는가?

지난 몇 년 동안에 진화론을 비평하는 많은 책이 출간되었다. 책의 저자 중에는 개인적으로 진화를 믿거나 또는 적어도 창조론은 믿지 않는 사람들이 대부분이었다. 예를 들면 다음과 같다.

46)

1. Michael Behe, Darwin's Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution."

다윈의 블랙박스는 1996년 미국의 생화학자 베히에 의해 저술된 보기 드문 명저이다. 베히는 우리가 말하는 전통적인 의미의 창조론자'도 아니다. 다윈 시절엔 거의 알려지지 않았던 생화학 분야의 블랙박스가 이제 드디어 열리게 되었고 다윈의 진화론으로는 설명할 수 없는 새로운 분야들을 소개하였다. 베히는 더 이상 환원 불가능한 복잡성'은 어떤 시스템에서 그 구성 요소의 어느 한 부분이라도 제거되면 사실상 그 시스템의 기능이 모두 정지하게 되는, 더 이상 환원할 수 없는 복잡성'이라는 의미이다. 만일 우리 주위의 생명체가 그러한 특징을 가진다면, 우리는 다윈의 진화론을 근본부터 의심하지 않을 수 없을 것이다. 세포 내의 운송 시스템 등이 환원 불가능한 복잡성을 가지고 있어서 다윈이 주장했던 점진적인 진화에 의해서는 이런 부분을 도저히 설명할 수 없다는 것을 보이고 있다. 우리가 그 지적설계자가 누구인지 아는 것과는 무관하게 생명체가 지적 존재에 의해 설계되었음을 추론할 수 있다. 분명한 것은 베히의 책은 단순히 창조냐 진화냐 하는 극단적인 이분법적인 논쟁을 넘어선 새로운 전망을 제시해 주고 있다.

2. Francis Crick, Life Itself: Its Origin and Nature."

- 노벨상 수상자로서 지구에 존재하는 생명의 기원 문제들을 다루고 있다. 아직도 명확한 대답이 없는 최대의 물음, '생명의 기원과 본성은 무엇인가? 에 집중하고 있다. 많은 예증과 설명, 고찰을 통해서 생명체는 우주의 어느 곳에서 기원된 후 지구로 옮겨진 것이라고 주장한다.

3. Michael Denton, Evolution: A Theory in Crisis.)

오스트레일리아의 미생물학자로서 그는 창조를 신화라고 일축하였다. 그러면서도 결국 다윈의 진화설도 더 이상 20세기 우주적 신화, 그 정도 밖에는 아무것도 아니다.'고 역설하였다. 19)

4. Francis Hitching, The Neck of the Giraffe: Where Darwin Went Wrong.50)

Hitching은 창조를 부정하면서도 진화론에서의 많은 심각한 문제점들을 제시하였다. -

5. Mae-Wan Ho and Peter Saunders, Beyond Neo-Darwinism.

영국의 학술회원들이며 진화론자로서 '모든 사조(思)는 진화론이 현재 위기에 봉착51)-하고 있으며, 노선이 변하고 있음을 나타낸다.'고 하였다. 52

6. Soren Lovtrup, Darwinism: The Refutation of a Myth. ・스웨덴의 발생학자인 저자는 주요 단계에서의 어떤 형태의 진화를 인정하면서도 '언젠가는 다윈의 신화가 과학사에서 가장 큰 사기극으로 드러날 것으로 확신한다. 그렇게 되면 많은 사람은 어떻게 해서 그런 일이 생겨날 수 있었는가 하고 물을 것이다.'라고 말하고 있다. 55)

7. Mark Ridly, Problems of Evolution. 옥스퍼드 대학교의 진화론자로서 진화론에 대한 몇 가지 의문점을 제기하였는데, 그중 어떤 것들은 그가 보기에 그렇게 중요한 것이 아니고, 또 어떤 것들은 어떻게 그러한 주요 변화가 일어났을까 할 정도로 상당히 문제가 될 만한 것들을 다루었다.

8. Robert Shapiro, Origins: A Skeptic's Guide to the Creation of Life on Earth.56) = 뉴욕 대학의 화학자로서 진화에 대한 많은 의문점을 제시하였다. 그는 과학에 대한 신뢰를 확인하면서 과학이 이 문제를 풀어 줄 어떤 그럴싸한 모델을 만들 수 있을 것이라고 희망하였다.

9. Gordon Rattray Taylor, The Great Evolution Mystery." 영국의 저명한 과학저술가로서 진화에 대한 자신의 신념을 피력하였다. 그는 진화에 대한 가능한 메커니즘에 대해서 언급하면서, 한 마디로, 과거 한 세기 이상 대부분의 생물학 사상을 지배하여 오던 정설이 무너지고 있다.'고 말하였다. 58

우리는 진화론에 대한 과도한 비평을 보면서 과학자들이 진화론을 포기하고 있다는 의미로 해석하지 않아야 한다. 그런 것이 아니다. 아무튼 최근까지의 과학적 연구결과를 통해서도 진화 모델은 아직도 신뢰할 만한 타당한 수준에 근접하지 못하고 있음을 나타내는 것이다.

우리는 진화론의 장래가 어떻게 될지 모르지만, 변화의 바람은 느낄 수 있다. 진화론의 불충분성, 내부 갈등이 있음에도 과학자, 교사, 교과서 등은 아직도 진화는 재검증을 받아야 할 필요가 없는 완전한 사실인양 표현하고 있다. 종교를 거부하는 옥스퍼드 대학교의 도킨스(Richard Dawkins)는 '오늘날 진화론은 지구가 태양을 돌고 있다는 사실만큼이나 거의 의심 없이 받아들여지고 있다.'고 주장했고3) 엄격한 진화론자인 하버드 대학교의 마이어(Ernst Mayr)도 다윈의 진화론 패러다임이 갖는 모순점 때문에 앞으로 새 이론으로 대체되어야 한다는 요구는 아무튼 정당성이 없다.'고 주장하였다. 진화론에 대한 이러한 낙관적인 발언에 59)60)도 불구하고, 상당수의 과학자들이 진화론의 개괄적인 이론에 의문을 제기하고 있다.

결론

진화론자들이 당면한 중요한 문제의 하나는 그들이 신봉하는 과학이 아직까지 아무도 진화론에 어울리는 그럴듯한 타당한 메커니즘을 발견하지 못했다.'고 말한다는 점이다. 진화론자들이 얼마나 곤혹스럽겠는가? 이것이 가장 중요한 문제점이다. 61)

현재로서는 제안된 진화 메커니즘이 전보다도 더욱 받아들여지기 어렵게 보인다. 많은 생물학적 시스템이 무작위적인 사건을 통해서 자연발생적으로 일어났다고 하기에는 너무나 복잡하다. 주목할 만한 예로는 (1) 유전 암호를 통하여 정보가 저장되고, 또한 단백질이 합성될 때 이 암호가 판독되는 단백질 합성시스템, (2) 복잡한 유전자 조절 시스템, (3) DNA를 복제할 때 복제오류를 수정하는 복잡한 교정시스템의 존재 등이다. 이 외에도 더욱 많은 예가 있다. 이러한 모든 시스템은 복잡하고 고도로 조직화되어 있기 때문에 우연히 생겨났다고 하기에는 도저히 불가능하다. 우리는 황량한 어느 행성에 이상적으로 프로그램 된 컴퓨터가 우연히 생겨나기를 기대할 수 없는 것처럼, 생물학적 피드백 시스템이 우연히 생겨났다고 기대할 수 없다. 이러한 기원 문제는 제쳐 둔다고 하더라도, 또한 생식(번식)이라는 과정이 필요한데, 사전에 미리 프로그램화된 훌륭한 컴퓨터들이 자체적으로 수천 번 복제되어 자신들과 똑같은 컴퓨터를 만들어 낼 수 있는 능력이 있을까? 지적설계에 의한 창조야말로 이 문제를 풀 수 있는 유일한 방안이다. 적응한계 내에서 생명들의 다양한 모습을 보면 생명은 의도적으로 설계되고 창조되었음을 나타낸다. 창조론자들은 모든 해답을 갖고 있는 것은 아니지만, 잡다한 다른 견해나 진화에 대한 많은 과학적 문제들을 해결할 수 있는 방안으로써 창조 모델을 진지하게 고려해 볼 것을 제안한다.

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24) 가짜 유전자(pseudogenes)에 대한 더 구체적인 토론과 논평을 위해서는 다음을 참고하라. Gibson LJ. 1994.Pseudogenes and origins, Origins 21:91-108.

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28) 또한 다음을 참고하라. Plashne (참고문헌 26).

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31) Lambert (306).

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38) Horgan (376).

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43) Oreskes et al. (371).

44) Grassé P-P. 1977. Evolution of living organisms: evidence for a new theory of transformation Carlson BM, Castro R. translators. New York, San Francisco, and London: Academic Press. Translation of: L'Évlution du Vivant.

45) Ibid., p.246.

46) Behe MJ. 1996, Darwin's black box: the biochemical challenge to evolution. New York and London: Free Press.

47) Crick F. 1981. Life itself: its origin and nature. New York: Simon and Schuster.

48) Denton M, 1985, Evolution: a theory in crisis, London: Burnett Books,

49) Ibid., p. 358.

50) Hitching F. 1982. The neck of the giraffe: where Darwin went wrong. New Haven and New York: Ticknor and Fields.

51) Ho M-W. Saunders P, editors. 1984. Beyond neo-Darwinism: an introduction to the new evolutionary paradigm, London and Orlando: Academic Press. 52) Ibid., p. ix.

53) Lovtrup S. 1987, Darwinism: the refutation of a myth, London, New York and Sydney: Croom Helm 54) Ibid, p. 422.

55) Ridley M. 1985. The problems of evolution, New York and Oxford: Oxford University Press. 56) Shapiro R. 1986. Origins: a skeptic's guide to the creation of life on earth, New York: Summit Books,

57) Taylor, GR 1983. The great evolution mystery. New York: Harper and Row.

58) Ibid., p. 15.

59) Dawkins R. 1989. The selfish gene. New ed. Oxford and New York: Oxford University Press, p. 1. 60) Mayr E. 1985. Darwin's live theories of evolution, In: Kohn D, editor. The Darwinian heritage. Princeton, NJ: Princeton University Press, pp. 755-772.

61) 제20장도 참고하기 바란다.