생명의 기원 (1)

초보안티들에게 엄청난 날개를 달아 줄 창조과학회 허접사기자료에 대한 반박게시판입니다

생명의 기원 (1)

오디세이 0 2,135 2002.08.05 18:31
<닭이냐, 달걀이냐> (by 로버트 샤피로) 서문

생명의 기원

1.들어가며



올해 2월에 만들어져 아직 이름조차 없는 원소까지 포함하면 인간이 알고 있는 원소의 수가 112개에 달하지만 그 중에서 생명체의 구성 성분은 몇 개밖에 없다. 생명체는 99% 이상이 수소, 산소, 탄소, 질소로 이루어져 있다. 이 원소들이 여러 가지 방식으로 결합해서 생체 분자를 만드 는데 그 절반 이상은 물이다. 따라서 만약에 생명 특유의 질서가 없다면 생명체는 걸쭉한 죽과 같은 형태여야 할 것이다. 지구상에 널려 있는 원소들 중에서 몇 개만이 생명에 관여한다는 사실 과 생체 분자가 조직화되어 생명체를 이룬다는 사실은 확률적으로 따져보았을 때 거의 기적에 가 까운 일이다. 생명 현상의 다양성과 복잡성도 놀랍기는 마찬가지이다. 땅 속에서 하늘에 이르기까 지 도처에서 서로 다른 모습으로 살아가고 있는 생명체들에 대해 지금까지 인간이 알아낸 것은 그다지 많지 않다. 아직까지 생명은 인간의 이해 바깥에서 신비의 베일에 싸여 있다.

생명에 드리워져 있는 이 베일을 벗겨보려는 노력은 꽤 오래 전부터 여러 방향에서 느리게 진 행되어왔다. 고대부터 철학자라면 누구나 한번쯤은 생명과 인간의 본질에 대한 언급을 했고 의사 들은 병을 치료하는데 약재로 사용하기 위해서 생명체를 연구했다. 체계적인 것은 아니지만 농부 들이나 어부들도 그들이 다루는 생명체에 대해 나름대로의 지식을 쌓아왔다. 생명에 대한 오랜 관심에도 불구하고 이런 여러 갈래들이 생명 현상 전반을 다루는 생물학으로 묶인 것은 비교적 최근에 일어난 일이다. 1800년에 발간된 독일의 의학 서적에서 생물학이라는 용어가 처음 나타나 는데 이것이 1820년대와 30년대를 거치면서 널리 사용되기 시작했다. 더구나 생물학이 통일된 체 계를 갖추는 데는 생물학이라는 용어가 등장한 후에도 100여 년이라는 긴 시간이 필요했다.

생물학의 형성에 크게 기여한 것은 진화론이다. 다윈(C. Darwin)이 1859년에 {종의 기원}을 통해서 정리한 진화론은 모든 생물에 대해서 공통적으로 연구할 수 있는 문제를 던졌고 이 문제 를 둘러싸고 벌어졌던 논쟁을 통해서 처음으로 생물학은 일반적인 이론을 갖게 되었다. 오늘날 첨단을 달리는 생물학 연구에서는 화학이나 물리학에서 개발된 방법들이 많이 사용되기 때문에 얼핏 보면 진화론의 흔적을 찾기 힘들다. 하지만 생화학이나 유전공학을 포함한 대부분의 생물학 연구들이 문제를 제기하고 풀어나가는 과정은 여전히 진화론의 틀 안에 있다. 생물학자들은 이 틀안에서 여러 가지 도구를 사용해 생명의 신비에 접근해보려고 노력하고 있다.

이 글의 목표는 우리나라에 나와 있는 몇 권의 책들을 통해서 생명의 신비에 접근하려는 노력 이 어떤 방식으로 진행되었는지를 살펴보는 것이다. 과학 출판이 붐을 이루고 있고 많이 사정이 좋아지기는 했지만 아직도 우리 말로 된 좋은 교양 과학책을 찾아보는 것은 쉽지 않다. 그 가장 중요한 이유는 우리나라에서 자연과학과 인문학의 거리가 유난히 멀다는 사실로부터 찾아야 할 것 같다. 인문학의 어려운 논의에는 머리를 싸매고 달려드는 독자들이 이상하게 조금만 노력하면 이해할 수 있는 자연과학의 언어와 이론에는 고개를 절래절래 흔든다. 이 때문에 출판사에서는 손쉬운 분야와 가벼운 내용을 선호하고 교양 과학책들은 제대로 구색을 갖추지 못하고 있다. 생 물학의 경우도 예외는 아니지만 다른 과학 분야에 비해서 부드럽다는 이미지를 주기 때문인지 서 점에 상대적으로 제법 많은 책들이 나와 있다. 아쉬운 대로 몇 권의 책을 골라 생명의 신비를 찾 는 탐험에 동참해보자.




II. 생명 탐구의 도구들





탐험을 떠나기에 앞서 생물학자들이 사용하는 장비를 점검해보자. 데이비드 헐의 {생명과학철 학}은 생물학의 언어와 이론, 그리고 그 이론의 성격을 꼼꼼히 살피고 있기 때문에 이 작업에 알 맞은 책이다. 이 책의 영어판이 1971년에 나왔고 번역자들은 이 책이 "고전 생물학적 관점에서 중요시된 사항들을 중심으로 문제를 제기하고 있다"(p.287)고 불만을 표시하지만 이 책은 결코 낡 은 책이 아니다. 생물학자인 번역자들은 "생명 현상의 핵심적 원리들이 속속 분자론적으로 해명 되고 있고 물리 화학적인 용어로 서술되어가고"(p.289) 있기 때문에 이 책이 출간되던 당시와 현 재의 생물학은 다르다고 주장한다. 하지만 생물학은 왓슨(J. Watson)과 크릭(F. Crick)이 1953년 에 DNA 이중나선 구조를 발견하고 난 이후 큰 변화를 겪지 않았다. 지금 진행되고 있는 생명 현 상의 분자적 이해는 이미 왓슨과 크릭의 발견에서 예견되던 것이었고 따라서 현재 생물학이 빠른 속도로 변화하는 것처럼 비친다면 그것은 생물학자들이 정상 과학 상태에서 수행하고 있는 퍼즐 맞추기에 가속도가 붙은 탓이다. 그 동안 생물학에서 눈에 띄는 패러다임의 변화는 없었기 때문 에 헐의 서술과 분석은 여전히 유효하다.

{생명과학철학}은 환원론, 목적론, 진화론, 생물학 이론의 성격과 같은 영 미 생물 철학의 중요 한 논의들을 주제별로 담고 있다. 하지만 그 틀을 그대로 따라가는 것보다 몇 가지 목표를 설정 하고 다른 방식으로 읽는 것이 훨씬 쓸모 있다. 첫번째로 생물학에 익숙하지 않은 독자라면 생물 학에서 사용하는 언어(용어)를 이해하려고 노력해보라. 이 책에 따로 용어 해설이 실려 있는 것은 아니지만 저자는 두 개의 커다란 이론, 유전학과 진화론을 설명하면서 생물학의 언어에 익숙하지 않은 사람들에게 친절한 설명을 제공한다. 이것은 "생물학과 철학의 양쪽에 모두 기초를 가지고 있지 않을"(p.9) 대부분의 독자를 위한 배려이다. 이 책에서는 요즘 사람들의 입에 많이 오르내리 는 DNA를 다음과 같이 설명하고 있다.

DNA는 보통 나선형으로 서로 꼬인 채 사다리 모양을 하고 있는 분자, 즉 이중나선 구조를 하고 있 다. 사다리의 양쪽에는 당과 인의 분자가 교대로 배열되어 있다. ..... 이중나선의 두 가닥을 연결하는 것은 4개의 염기인 구아닌, 아데닌, 시토신, 티민이다. DNA의 기본 단위는 이 4개의 염기 중의 하나 에 인과 당이 결합하여 이루어진 뉴클레오티드라는 물질이다. 사다리의 가로 부분을 형성할 때 각 염기는 다른 염기 중 어느 하나하고만 결합할 수 있는데, 즉 구아닌은 시토신하고만, 아데닌은 티민 하고만 결합할 수 있다. (pp.59-61)

이러한 자상한 설명 옆에는 DNA의 구조에 대한 도해가 붙어 있다. 같은 방식으로 상동염색체, 대립유전자, 게놈, 복대립유전자, 동형접합, 이형접합, 유전암호, RNA 등의 용어와 다양한 생명 현상, 즉 유사분열과 감수분열, 교차, 유전자의 발현, 생합성 경로 등을 함께 설명하고 있다. 철학 적 분석 사이사이에 있는 생물학 내용들을 차근차근 읽어나간다면 훌륭한 유전학 입문서를 읽는 셈이 된다.

두번째로 진화론이 생물학의 다른 이론들을 어떻게 감싸 안는지를 유심히 볼 필요가 있다. 이 책에서 주요하게 다루고 있는 생물학 이론은 멘델 유전학과 분자 유전학 그리고 진화론이다. 헐 은 멘델 유전학과 분자 유전학을 과학철학의 오래된 주제인 대체와 환원을 논의하는 데 사용한 다. 통상적으로 과학 혁명기에는 그때까지 보편화되어 있던 하나의 과학 이론이 다른 것에 의해 서 대체된다. 하지만 어떤 경우에는 나중에 나온 이론이 이전의 이론을 포괄하는 것으로 보이기 도 한다. 케플러(J. Kepler)의 행성 운동 법칙과 갈릴레오(Gallieo Galliei)의 자유 낙하 법칙은 뉴 튼(I. Newton)의 역학과 만유 인력의 법칙으로 환원할 수 있는 것으로 보이는 것이다. 하지만 대 체와 환원을 둘러싼 오랜 논의의 결과 과학철학자들은 대체-환원의 연속성 위에서 환원의 끝쪽에 위치한 것, 즉 극단적인 환원의 경우는 없다는 결론을 얻었다. 뉴튼의 역학이 아인시타인의 이론 으로 환원되는 것처럼 보이지만 각각의 체계에서 '질량'이나 '시간' 등의 이론적인 용어의 뜻이 서 로 다르기 때문에 실제로는 완벽한 환원이 일어나지 않는다는 것이다. 멘델 유전학과 분자 유전 학 사이의 관계도 마찬가지이다. 이 두 이론 사이를 매개하는 것처럼 보이는 '유전자'란 용어가 둘 사이에서 같은 의미로 사용되는 것이 아니기 때문에 어느 하나에서 다른 하나를 유추해내는 것은 불가능하다. 논리경험주의자들이 주창했던 이러한 이론 사이의 환원 작업은 과학철학에서 꽤 오래도록 진행되어온 것이지만 정작 생명 현상을 탐구하는 데는 전혀 도움을 주지 못한다. 오 히려 이 논의를 읽으면서 얻은 정보를 바탕으로 유전학 이론이 진화론과 어떻게 접목되는지를 살 피는 쪽이 독자들에게 훨씬 중요한 통찰을 준다.

처음 진화론을 발표할 때 다윈은 멘델(G. Mendel)의 유전 법칙을 모르고 있었다. 다윈이 진화 론을 발표한 학술지에 멘델도 유전 법칙에 관한 논문을 실었지만 다윈은 그 글을 읽지 않았다. 나름대로 다윈도 변이와 유전에 관한 견해를 피력하기는 했다. 그는 형태가 어버이와 많이 다른 '변종'은 대부분 살아남기 어렵기 때문에 한 종 내의 구성원들 사이에서 흔히 볼 수 있는 미세한 차이가 진화의 원인이라고 생각했다. 반면에 진화를 염두에 두고 연구를 했던 초기의 멘델 유전 학자들은 개체간의 작은 차이는 다음 세대에서 무리 전체로 흩어져버리기 때문에 진화의 원인이 될 수 없다고 주장했다. 다윈이 살던 시대의 유전학자 젠킨(F. Jenkin)의 말처럼 그들은 "동물이 종종 그 조상과 아주 다른 모습을 지닌 채 태어나고 또 그러한 차이점을 후손에게 전달할 수도 있"으며 이것이 "새로운 종을 만들어낸"다(p.119)고 생각했던 것이다. 오늘날의 입장에서 보면 양 쪽 모두가 부분적으로는 옳고 부분적으로는 그르다. 개체간의 미세한 차이는 대부분 환경의 영향 이기 때문에 유전 물질에 변화가 생긴 실질적인 돌연변이는 아주 드물다. 따라서 개체간의 변이 들 중에서 극히 적은 숫자만이 진화의 재료가 된다. 그리고 조상과 아주 다른 개체가 하늘에서 뚝 떨어지는 경우도 없기 때문에 젠킨의 말도 전적으로 옳지는 않다.

유전학과 진화론의 대립을 둘러싸고 그렇게 법석을 떨었지만 생물학자들은 금새 이들 두 이론 이 서로 완전히 일치한다는 것을 깨달았다. 다윈은 진화에 필요한 어떤 기작이 있다고 가정하고 그의 진화론을 만들었는데 멘델 유전학이 바로 그 기작에 해당된다고 할 수 있는 것이다. 피셔(R. A. Fisher), 할데인(J. B. S. Haldane), 라이트(S. Wright) 등의 노력을 거쳐 두 이론을 종합한 진 화론은 이후에 대부분의 생물학 연구를 이끌어갔다. 진화론이 유전학을 포괄하게 된 것이다.

오늘날 생물학 연구의 주류를 이루고 있는 생체 분자의 구조와 기능을 밝히려는 노력들도 같 은 방식으로 진화론 안에 자리 매김을 할 수 있다. 생체 분자의 구조와 기능, 더 크게는 생명체의 생리적인 작용과 생태적인 특성을 알아내는 작업들이 세계 도처의 실험실에서, 연구소에서 개별 적으로 진행되고 있는데 이들을 묶어주는 끈이 진화론이다. 어떤 생화학자가 효소를 정제해서 특 성을 알아냈다고 해보자. 만약 이 결과가 진화적인 맥락에서 어떤 의미가 있는지를 묻지 않는다 면 이 결과는 생물학의 영역이 아니라 화학의 영역에 속할 뿐이다. 동물학자의 작업도 마찬가지 인데 어떤 동물의 독특한 짝짓기 행동을 발견한 동물학자가 단순히 이것을 묘사하는데 그치고 진 화적으로 그 행동이 어떻게 나타나고 유지되어왔는가를 따지지 않는다면 그는 '과학'을 하는 것이 아니라 다큐멘터리를 쓰고 있는 것이 될 것이다. 결과의 해석에서 한걸음 더 나아가 진화론은 생 물학자들에게 앞으로 연구해야 할 방향도 제시한다. 생태계 안의 많은 생물들은 유성생식을 하고 있다. 진화론은 이 현상에 대해서 질문을 던진다. 왜 많은 생물들이 에너지도 덜 들고 간편한 방 법인 무성생식을 하지 않고 복잡하고 불편한 유성생식을 하는가? 배우자를 구하고 구애를 하는 복잡한 행동이 진화적으로 어떤 dl점이 있어서 생겨나고 유지되어왔는가? 이러한 질문들에 답을 하기 위해서 지금도 많은 생물학자들이 밤을 지새우고 있다. 생물학의 몇몇 분야들에서는 진화론 을 상정하지 않는다면 최소한의 의미 있는 '과학' 활동도 불가능하다.

마지막으로 이 책 전체를 관통하고 있는 생물학 이론과 물리학 이론의 비교를 통해 생물학 이 론의 특성을 파악하는 것은 앞으로 생명을 탐구하는 작업이 나아갈 길을 가늠하는 바탕이 된다. 지금까지 이 글에서 진화론을 '과학' 이론으로 서술해왔지만 사실은 진화론을 포함한 생물학 이론 들은 근대 '과학'의 모델인 물리학 이론과 많이 다르다. 이상적인 물리학 법칙은 보편적이다. 연역 적 형태를 띠고 있어야 하고 시간적으로나 공간적으로 제한이 없어야 한다. 그리고 특정한 시간 에서 변수의 상태를 알면 그것으로부터 시스템의 일반적인 상태, 즉 어떤 시간이 주어지든지 그 시간에 해당하는 변수의 값을 추론할 수 있는 과정의 법칙(process law)이어야 한다. 이러한 기준 에서 볼 때 생물학에는 "물리학에서와 같이 세련된 법칙은 없다". 더 나아가 "생물학에는 법칙이 존재하지 않는다"는 주장을 하는 사람들도 있다(p.145).

과학철학자들이 지적하고 있는 생물학 이론이 지니고 있는 가장 큰 문제점은 과정의 법칙이 아니라는 것이다. 어떤 생물이 뿔이 네 개에서 세 개로 줄어드는 방향으로 진화되었다는 것을 우 리가 안다고 해도 앞으로 만년 후에 뿔이 몇 개가 될지는 알 수 없다. 이것은 서술상의 일반화와 과학 법칙을 구별하는데 따르는 어려움과 긴밀히 연결되어 있다. 초대부터 7대까지의 미국 대통 령 중 기독교인이 한 명도 없었다는 것이 사실이긴 하지만 이것이 자연 법칙은 아니다. 생물학 이론 중 많은 것들이 이런 형태라는 것이다.

이러한 지적들을 멋지게 피할 방법이 우리에겐 없다. 연역적 이상에 접근하지 못한 불완전한 법칙이나 이론들을 서로 비교하고 분석하는 것도 의미가 있는 '과학' 활동이라는 자위나 지금 이 상적인 조건에 부합하는 듯이 보이는 과학 법칙들도 과학이 변모해감에 따라 단순히 서술적이거 나 우연적인 것일 수도 있다는 반박 외에는. . . 하지만 생물학 이론의 취약한 부분이 오히려 공 룡이 되어버린 근대 '과학'의 구조물을 헤치고 새로운 패러다임으로 나갈 수 있는 비상구일수도 있다. 실제 생물학 연구들을 살펴보면 그 가능성을 타진해볼 수 있을 것이다.


 

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