＜리뷰＞ 기능을 하지 못하는 중간체의 문제 : 진화론의 근본적인 결함

[마르투스]

기능을 하지 못하는 중간체의 문제
: 진화론의 근본적인 결함
(The Problem of Nonfunctional Intermediates
: Evolution's fundamental flaw)
Casey Luskin
‘종의 기원(Origin of the Species)’에서, 찰스 다윈(Charles Darwin)은 다음과 같이 말했다.

”만약 어떠한 복잡한 장기가 수많은, 연속적인, 가벼운 변형(modifications)들에 의해서 형성될 수 없다는 것이 입증될 수 있다면, 나의 이론은 확실히 무너지고 말 것이다.”

진화론에서 자연선택(natural selection)은 생물체에 일부 유익(advantage)을 주는 그들의 구조(structures)들을 보존한다. 만약 그 구조가 기능을 하지 않는다면, 그것은 유익을 주지 못할 것이며, 그 구조는 생물체의 자원을 낭비하게(쓰레기가) 될 것이고, 그것은 자연 도태될 것이다. 다윈은 기능을 하지 않는 중간 상태의 구조(intermediate structures)들이 존재할 수도 있을 것이라고 말했다. 즉, 중간체는 기능을 하지 않을 것이라는 것이다. 이것은 본질적으로 중간상태의 구조는 기능을 할 수 없다는 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducibly complex, 또는 비축소적 복잡성, 또는 환원불가능한 복잡성)’이라는 문제에 봉착하게 된다.

생물학자 마이클 베히(Michael Behe)는 다음과 같이 설명하고 있다.

”다윈의 기준(criterion, 상기 인용문에서 제시된)에서 만나게 되는 하나의 시스템은 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducible complexity)’’을 나타내고 있다. ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’은 하나의 시스템으로 기본적인 기능에 공헌하는 많은 상호작용을 하는 부분들로 구성되어 있으며, 그곳에서 한 요소만을 제거하여도 그 시스템 전체의 기능은 효율적으로 중단되는 것이다. ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’을 가진 한 시스템은 이전 시스템에서 조금씩, 연속적인 변형에 의해서, 점차적으로 만들어질 수 없다. 왜냐하면 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’ 시스템의 어떠한 전구체(precursor)도 기능을 하지 않기(nonfunctional) 때문이다. 자연선택은 하나의 기능(function)을 선택하는 것이기 때문에, ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’을 가진 시스템이 있다면, 그것은 자연선택에 의해서 기능을 수행할 수 있는 하나의 완전한 단위(an integrated unit)로서만 선택되는 것이다. 그러한 하나의 갑작스런 사건은 점진적인 변화를 상상하는 다윈주의와는 화해될 수 없다는 것이 거의 보편적으로 인정되고 있다.” 4

베히는 기능적인 중간체의 문제(problem of functional intermediates)를 천 개의 차선이 있는 고속도로를 횡단하기 위해 노력하고 있는 마못(groundhog, 대형다람쥐의 일종)과 비교했는데,9 그의 이러한 생각은 혼자만의 생각이 아니었다. 많은 생물학자들은 이것을 다윈(Darwin) 이론에 대한 하나의 무서운 도전(a formidable challenge) 이라고 간주하고 있다. 스웨덴의 생물학자인 로이트룹(Soren Lovtrup)은 다음과 같이 말했다.

”다윈의 가설을 거부하는 많은 이유들이 있다. 가장 먼저 지적되는 거부이유는, 많은 작은 단계의 변화들이 축적되어 매우 혁신적인 구조가 존재하게 될 수 없다는 것이다. 만약 그러한 작은 변화들이 일어났다 하더라도, 자연선택은 그것을 완성시킬 수 없다. 왜냐하면 초기단계나 중간단계의 장기들은 생존에 불리하기 때문이다.”2

잘 알려진 진화론자이면서 척추동물 고생물학자인 로버트 캐롤(Robert Carroll)도 소진화(microevolution)의 점진적인 과정들이 복잡한 구조로 진화될 수 있는지 의문을 제기하였다:

”가령 산업화로 인한 오염에 적응하기 위해, 밝고 어두운 나방의 날개 색깔의 변화를 가져온 유전자의 상대적 발현빈도와 같은 개별적 특성 변화들이 오랜 세월을 두고 증가되어서, 나방과 나비가, 원시 절지동물로부터의 곤충들이, 또는 원시 다세포 생물에서 절지동물들이 생겨날 수 있겠는가? 점진적인 진화로 박쥐, 새, 나비의 날개처럼 완전히 새로운 구조가 생겨난다는 것을 어떻게 설명할 수 있다는 것인가? 부분적으로 진화된 상태의 날개라는 것은 거의 상상할 수 없는 것이다.”10

비기능적 중간구조(non-functional interediates)의 문제를 해결하기 위해, 일부 생물학자들은 급진적으로 다른 생물을 출현시킬 수 있는 '거대 돌연변이(macromutation)' 또는 '도약 진화(saltations)'를 제안했다. 굴드(Stephen J. Gould)는 이 이론의 제안자는 아니지만, 다음과 같이 말하고 있다. ”주요 생물체들 사이에서 기능적 중간체를 만들기 위한 중간상태의 화석 증거들이 없다는 것은 우리의 사고력에서조차 무능을 의미하고, 점진적인 진화에 대해 지속적으로 제기됐던 문제였다.”8 극히 드문 거대돌연변이를 제안했던 사람들은 ‘희망적 괴물(hopeful monsters)’을 만들었다. 괴물들 중 일부는 커다란 유리한 점을 가지고 있었을 것이라는 것이다. 그러나 그것은 생물학자들에 의해서 잘 받아들여지지 않았다. 고생물학자인 더글라스 어윈(Douglas Erwin)과 제임스 발렌틴(James Valentine)은 그 이유를 다음과 같이 설명하고 있다 :

”주요한 형태학적, 생리학적 결과를 가져오는 생존가능한 돌연변이(viable mutations)는 극히 드물고, 보통 생존력도 약하다. 또한, 암수 두 종류의 개체에 극히 드문 동일한 거대돌연변이가 동시에 일어나고, 이들이 결합하여 후손을 만들 가능성은 너무도 적기 때문에 중대한 진화론적 사건들을 설명하기에는 너무도 설득력이 부족하다. 이 생존가능한 희망적 괴물(viable hopeful monsters)의 문제는 이 설명을 지지할 수 없게 한다” 8

어윈과 발렌틴은 생물체의 주요 몸체 형태들(동물 문(phyla)들과 몇몇 바다동물의 강(classes)들)의 기원에서, 다른 사람들은 서로 다른 비진화적 구조들을 발견해 왔다고 말했다. 터키의 진화론자인 코루(Engin Korur)는 다음과 같이 말하였다.

”눈(eyes)과 날개(wings)의 공통적인 특징은 그들이 완전히 발달되었을 때에만 단지 기능을 발휘할 수 있다는 것이다. 다시 말하면, 반만 만들어진 눈은 볼 수가 없고, 반만 발달된 날개를 가진 새는 날 수가 없다. 어떻게 이런 기관들이 출현하게 되었는지는 앞으로 명백히 밝혀질 필요가 있는 자연의 신비 중 하나로 남아있는 것이다.”5

굴드는 그 문제를 극복하기 위해서 '전적응(pre-adaptation)'이라는 것을 제안하였다. 즉, 한 기능을 위해 있던 구조가 갑자기 완전히 다른 기능을 위해서 사용될 수 있다는 것이다. 만약 깃털이 처음에는 단열(insulation)을 위한 기능을 나타내다가, 후에 곤충을 잡기위해 사용되었다면, 초기단계의 날개(proto-wing)는 비행(flight)과는 아무런 관련 없이 만들어질 수 있다는 것이다.8 그러나 왜 무작위적인 곤충을 잡기 위한 덫(insect trapper)이 비행을 하는 데에 유용한 기관으로 바뀌어졌을 것으로 기대해야만 하는가? 전적응 또는 포섭(co-optation) 논쟁은 다른 그런 류의 시나리오에서처럼, 기능적인 날개가 곤충을 잡기 위한 덫보다 훨씬 복잡하다는 사실을 무시하고 있다. 즉, 주어진 부모 구조(parent structure)가 고도의 생물학적 복잡성을 보이면서, 원래와는 완전히 다른 불특정한 딸 기능(daughter function)을 수행하는 데 유리할 수 없다는 것이다.

일부 생물학자들은 조절유전자(regulatory homeobox), 또는 ‘혹스(Hox)’ 유전자에서의 특별한 돌연변이에 기대를 해오고 있다. 이곳에서 단순한 돌연변이들은 생물체에서의 커다란 발전적 변화, 즉 근본적으로 다른 표현형(phenotype)의 변화를 가져오는 원인이 될 수 있었다는 것이다. 그러나 ‘혹스’ 유전자의 변형은 새로운 기능을 가지는 생체구조의 탄생 문제를 전혀 해결하지 못한다. 왜냐하면 표현형에서 만들어지는 커다란 변화들은 거의 유익하지 않기 때문이다. 혹스 유전자 돌연변이는 커다란 변화를 만들어내는 단순한 메커니즘이 될 수는 있으나, 역시 ‘희망적 괴물(hopeful monster)’의 문제를 벗어나지 못한다.

”과학자들이 풀 수 없는 문제는, 자연의 빈틈없는 효율적 운영은 거대한 복잡성을 숨기고 있다는 것이다. 연구자들은 Hox 유전자와 non-Hox 조절 유전자들이 독립적인 요소가 아니라, 수백 아마도 수천 개의 다른 유전자들과 연결되어 있는 광대한 유전정보망(genetic network)의 구성요소들이라는 증거를 발견하고 있다. 한 구성요소를 바꾸어 보라. 그러면 무수한 다른 요인들 역시 변화할 것이며, 그리고 반드시 더 좋아지는 것이 아니다. 따라서 과학자들이 발을 가진 물고기처럼 ‘희망적 괴물(hopeful monster)’로 불려질 수 있는 생명체를 자연의 공구상자를 사용하여 수선해보려는 꿈은 아마도 이루어지기 어려울 것이다.”6

이 그림은 생물학에서 단계적, 상호연결적 조절 시스템을 보여주고 있다. 군대처럼, 주 제어 조절 혹스 유전자는 생화학적 명령을 아래 단계의 유전자들에게 보낸다. 혹스 유전자(a)는 구조 단백질들을 만드는 몸체 유전자(c)들을 조절함으로서, 개별 장기를 만드는 것을 관리하는 아래 단계의 유전자(b)들을 조절한다. 높은 단계 유전자들에서의 돌연변이는 아래 단계의 유전자들에서 필요한, 그리고 일어날 것 같지 않은 돌연변이들에 의해서 동반되지 않는다면, 재앙적인 결과를 초래할 수 있다. 아래 단계의 돌연변이는 중요 생물학적 기능들을 파괴하는 경향이 있다.


게다가, 많은 생물학자들은 혹스 유전자 돌연변이(혹스 유전자는 이미 그곳에 존재하는 부분만을 단지 재배열 할 수 있다)가 유발될 때, 그것은 진정으로 새로운 구조를 만들 수 없다는 사실을 잊어버리곤 한다. 하나의 극단적인 제안으로 유전자들은 두 가지 카테고리 즉, ‘주 제어 유전자(master control genes, Hox genes)’와 ‘몸체 유전자(body part genes)’로 생각될 수 있다는 것이다. ‘몸체 유전자’들은 실제적인 몸체 부분들을 암호화한다. 반면에 ‘주 제어 유전자’들은 ‘몸체 유전자’들이 각 유전자에 대응하는 몸체의 부분들을 만들고 발현될 장소와 때를 지시한다. 그러나 혹스 돌연변이는 새로운 ‘몸체 유전자’들을 결코 만들 수 없고, 따라서, 게놈 상에 정말로 새로운 형질의 기능을 추가할 수도 없으며, 최상의 경우에도 ‘전적응(pre-adaptaion)’에 관련된 난처한 상황(quandries)을 남기는 것이다. 진화론적 변화의 대다수는 혹스 돌연변이(Hox mutation)가 일어날 수 없는 ‘몸체 유전자’의 진화를 통해서 일어나는 것이다. 네이처(Nature) 지의 한 논평가는 이 사실을 다음과 같이 확인하고 있다 :

”슈와츠(Schwartz)는 조절유전자(homeobox genes)들이 선택유전자(selector genes)라는 사실을 무시하고 있다. 만일 그들에 의해 조절되는 유전자들이 존재하지 않는다면, 그것들은 아무 역할도 수행할 수 없다. 이들 유전자들은 그 기관의 적응된 구조를 구체적으로 결정하는 유전자들인 것이다. 확실히, 잘못된 장소에서 조절유전자가 켜지는 것은 이소성 기관(ectopic organ)이 출현하는 결과를 가져올 수 있다. 그러나 단지 그 기관에 대한 유전자가 같은 개체에 존재해야 한다. 눈(eye)과 같은 계통의 어떠한 것도 존재하지 않던 곳에서, 하나의 눈이 거대돌연변이에 의해서 만들어질 수 있다는 것은 완전히 잘못된 것이다. 부분들을 개조하는 호메오 돌연변이(Homeotic mutations)들이 일어날 수도 있고, 때로는 그것들이 실제로 진화론적 새로운 것들이 정착되도록 이끌 수도 있을 것이다. 그러나 그러한 변화들이 대대적인 종분화(speciations)와 같은 것을 의미하는 것은 아니다. 사실, 이런 종류의 거대돌연변이는 과거와 현재에 존재하는 엄청난 수의 생물 종들과는(관련 종들 간에 형태학적 차이가 근소하다는 사실을 언급하는 것이 아니다) 대조적으로 자주 환경에 잘 적응되지 못한다는(maladaptive) 것이다.” 7

생물학자인 조나단 웰즈(Jonathan Wells)는 그의 책 ‘진화론의 상징물들(Icons of Evolution)’에서 혹스 돌연변이에 대해 논의했다. 그 책에서 그는 혹스 유전자는 초파리(fruit flies)의 머리에서 다리가 형성되도록 조작될 수 있음을 인정했다. 특별한 세 개의 돌연변이가 이 변형된 초파리를 만드는 데에 필요했는데, 다리는 정상적으로 기능을 하지 않았고, 이 다리는 생물체의 생존에 유익하지 않았다. 이것은 많은 사람들이 기대했던 것보다 더 큰 생물학적 변화를 만드는 데에 있어서, 중요한 혹스 돌연변이는 복잡하고 단순하지 않다는 것을 보여주며, 결과로 나타난 표현형은 대게 쓸모없고 불리하게 작용된다는 것을 보여주는 하나의 좋은 예인 것이다.

이러한 논란은 이해하기 쉽기 때문에, 기능적 중간체를 가질 수 없는 것처럼 보이는 미시적, 그리고 거시적 형태학적 생물 시스템의 몇몇 예들을 제시하고자 한다. 이들은 어떠한 점진적인 다윈주의적 설명을 거부한다. 그리고 그것들은 고도의 지적설계자(Intelligent Designer)에 의해서 원인되었다는 것을 강하게 내포하고 있는 상당한 수준의 복잡성을 가지고 있는 것처럼 보인다.



기능적 중간체가 불가능해 보이는 생물 시스템 :

.대사의 주 경로들 (Major pathways of metabolism)

.한 요소도 제거 불가능한 복잡성의 DNA-효소 시스템 (The Irreducibly Complex DNA-Enzyme system)

.박각시나방의 방어 메커니즘 (Defense Mechanisms in Hawkmoths)

.사람과 동물의 생리학적 양상들 (Aspects of Human and Animal Physiology)

.사람의 언어소통에 필요한 인식 및 생리학적 조건들 (The cognitive and physiological requirements for human speech

.조류의 광합성, 편모, 메가포드의 열반응 (Algae photosynthesis, the flagellum, Megapod thermoresponse systems) (Off-site, published in Forum Philosophicum (Cracow) v. 2 (1997) 71-102, by Jolanta Koszteyn and Piotr Lenartowicz SJ)

.척추동물의 심장 (The vertebrate heart)



References Cited:

1. Origin of the Species by Charles Darwin
2. Lovtrup, S. [professional biologist specialising in Systematics and Developmental Biology, Dept. Animal Physiology, University of Umee, Sweden (also headed the organization of Swedish Developmental Biologists from 1979-87] (1987), Darwinism: The Refutation of a Myth, Croom Helm Ltd., Beckingham, Kent, p. 275
3. Erwin, D..H., and Valentine, J.W. ''Hopeful monsters,' transposons, and the Metazoan radiation', Proc. Natl. Acad. Sci USA 81:5482-5483, Sept 1984
4. Michael Behe, from 'Molecular Machines: Experimental Support for the Design Inference' available at 'http://www.arn.org/docs/behe/mb_mm92496.htm'.
5. Engin Korur, 'Gozlerin ve Kanatlarin Sirri'(The Mystery of the Eyes and the Wings), Bilim ve Teknik, No 203, October 1984, p. 25.
6. Nash J.M., 'Where Do Toes Come From?,' Time, Vol. 146, No. 5, July 31, 1995. Also at 'http://www.time.com/time/magazine/archive/1995/950731/950731.science.html'
7. Book review of Sudden Origins: Fossils, Genes, and the Emergence of Species by Jeffrey H. Schwartz (Wiley: 1999). by Eors Szathmary in Nature 399:24, June 1999 pg. 745.
8. Gould, S.J. (1982) Is a new and general theroy of evolution emerging? In:Maynard Smith, J. (ed.), Evolution now A century after Darwin. 129-145. Macmillan Press, London. 239 pp. First published (1980) Paleobiology, 6: 119-130.
9. Darwin's Black Box by Michael Behe, pg. 141-142.
10. Robert Carroll, Patterns and Processes of Vertebrate Evolution, Cambridge: Cambridge University Press, 1997, pp. 8-10