모든 생명체는 같은 유전 암호를 사용한다

초보안티들에게 엄청난 날개를 달아 줄 창조과학회 허접사기자료에 대한 반박게시판입니다

모든 생명체는 같은 유전 암호를 사용한다

모든 생명체는 같은 유전 암호를 사용한다



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나는 핵산의 단순성에는 그럴만한 이유가 있으리라
 
생각한다. 그 이유는 아마도 생명의 기원까지
 
거슬러 올라갈 것이다. 그때 생명의 메카니즘이
 
단순하지 않았다면 생명은 시작되지 못했을
 
것이다. Double helix는 참으로 놀라운 분자이다.
 
현대 인류의 나이는 5만년정도 밖에 안되지만
 
DNA와 RNA는 적어도 수십억년이나 있어
 
왔다. 그러나 우리가 지구상에서 처음으로
 
그런 분자들을 인식하는 존재가 되었다.
 
 
프랜시스 크릭
 

자연의 조망

광자: 크릭 선생님, 그 동안 저는 여러 자연과학의 대가들로부터 우주의 시작에서부터 별들의 진화를 통하여 여러 가지 화학 원소들이 만들어진 과정, 그리고 태양계 내에서 지구의 특수 상황 하에서 화학적 진화 또 생물학적 진화가 일어난 과정을 대충 알아보았어요.

크릭: 다행인 줄 알게. 내가 자네 나이일 때는 우주와 생명의 역사를 단편적으로 이해하는데 만족해야 했네.

광자: 저도 20세기 말에 자연과학도가 된 것을 행운으로 생각합니다. 물론 여기 저기 불충분하고 의문이 남는 부분이 많이 있다고는 하지만 유사 이래 이만큼 자연을 거시적으로 조망할 수 있게 된 것은 최근의 일이 아니겠어요?

크릭: 그렇구 말구. 벤자민 프랭클린(Benjamin Franklin; 1706-1790)의 말이 생각나는군.

광자: 프랭클린이라면 미국의 정치가, 외교가이자 과학자였던 다재다능한 사람이었다지요?

크릭: 그래. 프랭클린은 인간의 지식이 급속히 증가해서 당시에는 상상도 하지 못하는 일들이 발견될 텐데, 너무 빨리 태어나서 미래에 알려질 일들을 아는 즐거움을 놓칠 것을 생각하면 자신이 불쌍하다는 생각이 든다는 말을 했지.

광자: 인간의 지성에 대해 긍정적인 견해를 가졌었군요.

크릭: 그런가 하면 19세기 말의 미국 특허청장은 이미 발명될 만한 것은 다 발견되었다는 근시안적인 발언을 했지.

광자: 텔레비젼도 컴퓨터와 인터넷도 발명되기 전에 말이예요?

크릭: 그렇다니까. 아무튼 지금은 과학의 여러 분야 간의 구분이 모호해지고 대신에 자연 전체의 윤곽이 드러나는 과학의 역사상 특이한 시점이야.

광자: 특히 생명에 대한 이해의 발전은 놀랍다는 생각이 드는데요, 선생님께서도 중요한 기여를 하셨지요?

크릭: 왓슨이라는 젊은이와 의기가 투합해서 생명의 본질적인 물질인 DNA의 구조를 밝히는 행운을 얻었지.

광자: 그 이야기를 좀 들려주세요.

크릭: 그러자면 유전에 관해 좀 이야기를 해야되는데.

광자: 다윈 선생님에게서 진화론에 관해 좀 배웠으니까 멘델 선생님의 유전 법칙에서 시작하면 어떨까요?

유전 법칙의 발견

크릭: 다윈도 어떤 종의 특징을 결정하는 무엇인가가 다음 세대로 전달된다는 것은 알았지만 그것이 무엇인지는 몰랐어. 그런데 다윈과 거의 같은 시대에 지금 체코슬로바키아 지방의 브르노(Brno) 수도원에서 기거하던 멘델(Gregor Mendel; 1822-1884)이라는 수도승이 유전학의 기본이 되는 중요한 법칙을 발견하게 되지.

광자: 우선 그 이전에는 유전에 대해 어떤 생각을 가지고 있었나요?

크릭: 막연히 피를 통해 유전이 일어나는게 아닌가 생각했었지.

광자: 저희 나라에도 피는 못 속인다는 말이 있지요.

크릭: 그래? 그런데 아이러니칼하게도 적혈구에는 핵이 없고 따라서 유전물질인 DNA도 없지.

광자: 어떻게 수도원에서 그런 발견이 이루어졌지요?

크릭: 중세부터 유럽에는 여러 교단에서 자유로운 학문 연구를 지원하는 풍토가 있었어. 브르노 수도원은 어거스틴 교단에 속했는데 멘델을 비엔나 대학에 유학까지 시켜주었어.

광자: 그리고 보니 코페르니쿠스도 비슷한 경우였던 것 같군요.

크릭: 아무튼 1856년부터 멘델은 수도원의 뜰에 완두콩을 심고 콩의 색, 모양, 줄기의 길이 등 일곱 가지 형질이 어떻게 유전되나를 체계적으로 조사했지.

광자: 어떤 결론이 얻어졌나요?

크릭: 지금까지도 흔들리지 않는 다섯 가지의 중요한 결론이 얻어졌는데 하나씩 이야기 해볼까. 첫째는 생명체의 물리적인 특징 하나 하나는 모두 특정한 "유전 요인"에 의해 결정된다는 거야.

광자: 그 유전 요인이란게 바로 유전자(gene)지요?

크릭: 그래. 대장균은 약 4천 개, 사람은 약 10만 개의 유전자를 가지고 있지. 둘째는 이 유전 인자는 모두 쌍으로 존재한다는 거야.

광자: 그럼 제 머리카락 색을 결정하는 유전 인자도 검은색, 금발 이렇게 쌍으로 들어있다는 말인가요?

크릭: 금발인지 아닌지는 모르겠네. 그건 자네 족보를 봐야 알 수 있는 일이고. 셋째는 아버지의 쌍 중에서 하나, 어머니의 쌍 중에서 하나가 자식에게 전달된다는 거야. 물론 유전 인자 하나 하나에 대해서 이런 일이 일어나지. 넷째는 아버지나 어머니의 유전 인자의 쌍 중에서 하나 하나는 똑같은 확률로 자식에게 전달된다는 거야.

광자: 그럼 네 가지 조합이 가능하겠군요. 아버지 a, 어머니 a; 아버지 a, 어머니 b; 아버지 b, 어머니 a; 아버지 b, 어머니 b 이런 식으로 말이지요.

크릭: 맞아. 다섯째는 유전 인자에는 우성(優性, dominant)인 것과 열성(劣性, recessive)인 것이 있다는 것이야.

광자: 그러니까 부모에게서 하나씩 인자를 받으면 그 중에서 우성인 인자의 특성이 나타난다는 이야기군요.

크릭: 잘 넘겨짚었네. 멘델의 실험 경우에는 콩알이 매끈한 것과 노랑색이 우성, 쭈글쭈글한 것과 초록색이 열성이었지. 자식에게서 열성이 나타날 확률은 얼마일 것 같은가?

광자: 부모 양쪽에게서 다 열성을 받아야 열성이 나타날 테니까 25%라고 보면 되겠군요. 물론 멘델이 그런 결과를 관찰했겠지요?

크릭: 멘델은 순수한 우성 라인과 순수한 열성 라인을 교배하면 모두 우성이 나타나지만 그것을 자체 수정하면 그 다음 세대에서는 우성과 열성이 3대 1로 나타나는 것을 관찰했어.

광자: 상당히 많은 실험과 관찰을 했겠군요.

크릭: 수 천의 그루의 콩을 조사했지. 일곱가지의 특성이 섞여 나오니 해석이 간단한 문제가 아니었을 거야. 그래서 1866년에 멘델의 논문이 발표되었을 때 주위에서는 멘델이 한 일을 수학이라고 생각하고 별로 거들떠 보지도 않았지.

유전 물질은 DNA

광자: 멘델도 유전 인자가 어떤 물질인지, 또 그것이 어떻게 실제로 유전이 되는지는 몰랐겠지요?

크릭: 1870년 대에 세포 분열이 발견되면서 핵 속에 들어있는 염색체가 유전에 관여한다는 것은 알았지만 그것이 구체적으로 어떤 물질인지는 20세기 중반에 와서야 알려졌어.

광자: 그 과정에서 누가 중요한 발견을 했나요?

크릭: 실상 DNA라는 물질이 발견된 것은 1869년이었지. 스위스의 생화학자 미쉐르(Miescher)가 세포핵 속에서 어떤 산성을 띄는 물질을 추출하고 이를 핵산(核酸, nucleic acid)이라고 불렀는데 이게 얼마나 중요한 물질인지는 모르고 넘어간 거야.

광자: 자연계에서 제일 중요한 분자를 든다면 선생님은 핵산을 드실 것 같다는 생각이 드는네 맞나요?

크릭: 핵산은 나 개인적으로 애착이 가는 화합물이기도 하지만 안 그렇다 하더라도 생명의 핵심 물질이니 그에 비견할 만한 것은 많지 않겠지. 광자는 그밖에 어떤 화합물을 들겠나?

광자: 글쎄요. 물, 포도당, ATP, 아미노산도 모두 중요하지 않겠어요?

크릭: 물론이지. 그 다음의 중요한 발전은 영국의 세균학자인 그리피스(Griffith)에 의해 이루어졌어. 그리피스는 피막을 만들지 못해서 동물에 감염되어도 폐염을 일으키지 못하는 폐염균의 변종(mutant)을 가지고 실험을 했지. 그런데 폐염을 일으키는 정상적인 폐염균(wild type Pneumococcus)을 열처리로 살균한 다음에 그 것을 변종에 섞어주었더니 주사한 쥐가 폐염을 일으킨 거야.

광자: 잠깐 계세요. 머리가 빨리 안 돌아가서요. 그러니까 열처리한 폐염균은 쥐에게 폐염을 안 일으키고, 또 그리피스가 사용한 변종도 폐염을 안 일으켰다는 말이지요?

크릭: 그 차이를 설명할 수 있겠나?

광자: 열처리는 단백질을 변성(變性, denature)시킨다고 알고 있어요. 변종의 경우에는 피막을 만드는 유전자가 결핍되어 있다고 하셨고요.

크릭: 나는 단지 피막을 만들지 못한다고 말했지만 그 이유는 광자 말대로 그에 필요한 유전자가 결핍되어 있기 때문이지.

광자: 다른 이유로 피막을 만들지 못하는 경우도 있다는 말씀인가요?

크릭: 없다고 할 수는 없겠지.

광자: 그런데 제각기는 폐염을 못 일으키는 두 가지를 섞으니까 쥐가 폐염에 걸려 죽었다, 따라서 열처리한 폐염균에서 피막을 만드는 데 관여하는 어떤 물질이 변종에게 전달되어서 피막을 만들 수 있게 되었다 이런 이야기가 되나요?

크릭: 잘 이야기했어. 좀 보탠다면 이 옮겨진 유전 물질은 열에 안정한, 다시 말해서 단백질이 아닌 물질이다 하는 것을 알 수 있고, 변종 폐염균은 그 유전자가 없어서 문제였지 다른 모든 필요한 것들은 다 갖추고 있었다 그런 말이야.

광자: 유전자를 복제하거나 유전 정보로부터 필요한 단백질을 만들어내는 기구 말씀이지요?

크릭: 맞았어. 그 후 1944년에 미국의 오스왈드 에이버리(Oswald Avery; 1877-1955, 맥레오드(MacLeod), 맥카티(McCarty) 팀이 중요한 발견을 했지. 이들은 박테리아를 대량으로 배양하고 그로부터 여러 단계를 거쳐서 내용물을 추출하고 분리하면서 그리피스가 관찰했던 유전물질을 추적해 나갔어. 나중에 그 물질을 순수한 상태로 정제하고 보니 그것이 바로 미쉐르가 발견했던 DNA였지.

광자: 큐리 부부가 핏치블렌드에서 소량의 라듐과 폴로늄을 분리했던 일이 생각나는군요.

크릭: 분리는 아주 중요하지.

광자: 그러니까 열처리한 폐염균을 섞어주는 대신에 소량의 DNA를 넣어주면 변종의 페염균이 쥐에 폐염을 일으키는 정상적인 페염균으로 바뀐다는 말이군요.

크릭: 그런 의미에서 당시에는 변형 인자(transforming factor)라는 말이 널리 쓰였어.

광자: 그런데 그 물질이 DNA라는 것을 어떤 방법으로 증명할 수 있을까요?

크릭: 우선 정제한 물질의 원소 분석을 해보아야겠지. DNA라면 질소와 인이 많이 들어있거든. 분자량을 알아보기 위해서는 원심분리나 전기영동같은 방법을 이용했을테고. 또 한 가지 중요한 방법은 그 물질을 단백질을 분해하는 효소(protease)와 DNA를 분해하는 효소(DNAse)로 처리해서 폐염균을 변형시키는 기능이 유지되는지 상실되는지를 조사하는 것이야.

광자: 그러니까 에이버리가 분리한 물질을 단백질 분해 효소로 처리했을 때는 기능이 유지되지만 DNAse로 처리한 경우에는 기능이 상실되었겠군요. 요즘 관심을 끌고 있는 광우병을 일으키는 인자는 핵산이 아니라 단백질이라는 사실이 알려졌다고 신문에서 읽었는데요, 그 경우에도 효소의 효과를 보았겠군요?

크릭: 광자의 상식 수준에 놀랐는데. 그런 사실을 밝힌 프루시너(Pruisiner)교수는 1997년 노벨 의학생리학상을 수상했지. 다시 DNA 얘기로 돌아가서 1952년에 미국의 Cold Spring Harbor 연구소에 있던 허쉬(Hershey; 1908-97)와 체이스(Chase)는 박테리아를 감염시키는 바이러스를 연구해서 실제로 박테리아를 침투하는 부분은 바이러스의 단백질이 아니라 DNA라는 사실을 밝혔어.

광자: 어떤 방법으로 그런 것을 알아낼 수 있나요?

크릭: 아주 간단한 방법이었지. 바이러스는 DNA와 그것을 둘러싼 단백질 두 부분으로 되어있거든. 허쉬가 한 일은 바이러스 DNA의 인(燐, phosphorus)의 일부를 방사성을 가진 32P로 치환시키고 단백질의 황(黃, sulfur)의 일부는 35S로 치환시킨 다음에 박테리아를 감염시킨 거야. 그리고는 박테리아에 32P가 들어갔는지 35S가 들어갔는지를 조사하는 거지.

광자: 물론 DNA에는 황이 없고 단백질에는 인이 없으니까 가능한 이야기지요? 그것 참 재미있는 실험이었겠어요.

크릭: 방사능의 발견이 없이는 생각할 수 없는 일이지. 허쉬는 1969년에 델브뤽(Delbruck), 루리아(Luria)와 함께 노벨 의학생리학상을 수상했어. 에이버리는 아깝게도 이미 타계했고.

생명 과학의 새로운 지평

광자: 유전 물질의 정체를 밝힌 것은 참으로 중대한 업적이라고 생각되는군요. 21세기는 생명 과학의 시대라고도 하는데 사실 유전공학의 기술로 의약품이나 식품을 다량 생산한다든지 유전 질환을 근본적으로 치료한다든지 하는 일은 모두 DNA 차원에서 접근해야 하지 않겠어요?

크릭: 요즘 복제양이니 복제 젖소니 떠들석한 것도 모두 유전물질을 다룰 줄을 알기 때문에 가능한 일이지.

광자: 쥬라기 공원(Jurassic Park)도 마찬가지지요?

크릭: 그야 공상적인 이야기이고. 현실성이 없는 내용이기는 하지만 그래도 유전자 조작의 의미를 대중화한 공로는 인정하지.

광자: 소위 유전공학이 처음으로 실용화된 건 어떤 일이었나요?

크릭: 대장균을 이용해서 인슐린을 생산해낸 일이지. 과거에는 돼지의 췌장에서 분리했거든. 그러니 양도 제한되고 값도 비쌌어.

광자: 생명의 기본적인 이해가 바로 현실적인 문제의 해결로 응용되었군요.

크릭: 기초 과학과 응용 과학의 구분은 이제는 의미가 없어졌네.

광자: 제가 어디에서 읽었는데요, 과거의 농업 혁명, 산업 혁명, 정보 혁명에 비교할 만한 규모의 기술적인 혁명이 식물의 유전자 조작으로 일어날 꺼래요.

크릭: 사이언스지 편집장을 오래 지낸 에이블슨(Philip Abelson)이 사이언스 칼럼에서 한 말이지. 나도 읽었네.

광자: 왜 식물을 강조했을까요?

크릭: 우선 앞으로 닥칠 인류의 가장 심각한 문제가 무엇일까를 생각해 보아야겠지.

광자: 20세기 초에는 인구의 증가와 농업 생산성의 한계가 심각한 문제였다든데요. 식량 문제는 하버-보슈 공정 덕분에 해결되지 않았나요?

크릭: 물론 지금 전 세계의 곡물 생산량은 세계 인구를 먹여 살리기에 충분한 양이기는 하지. 분배의 문제로 기아에 허덕이는 사람이 많지만 말이야.

광자: 그럼 앞으로는 식량 문제가 다시 대두될 거라는 말씀인가요?

크릭: 맬서스가 말한대로 식량 생산이 인구 증가를 못 따라가는 상황이 또 닥칠껄세.

광자: 진화론에서는 그런 외부적인 압박이 종의 진화의 근본적인 요인이 된다고 하던데요.

크릭: 그 과정에서의 고통을 줄이고 함께 살아가는 현명한 방도를 찾는 것도 생존자가 되기 위한 요건의 하나이지.

광자: 유전공학에서는 박테리아를 많이 이용하던데 박테리아를 이용해서 식량을 생산하는 편이 유리하지 않을까요?

크릭: 물론 생각해 보았지. 그런데 광자라면 박테리아로 구수한 빵을 만들었다면 먹겠어?

광자: 아사 직전이 아니라면 내키지 않겠지요. 박테리아에서 단백질을 분리해서 사용한다고 해도 돈을 주고 살 것같지는 않군요.

크릭: 그것 보게. 게다가 단백질이나 탄수화물이나 간에 분리를 해야한다면 고기보다 더 비싸질지도 모르지.

광자: 역시 아예 벼나 콩 같은 식물을 이용하는 편이 현명하겠군요.

크릭: 이미 사용하고 있는 작물에 국한할 필요는 없어. 오히려 엉뚱한 쪽으로 생각을 돌려야 남보다 앞서게 되지.

광자: 야산에서도 잘 자라는 아카시아 나무에 영양가가 높고 먹음직한 열매를 열리게 한다, 이건 어때요?

크릭: 이모작까지 된다면 더욱 좋겠지.

광자: 병충해에 강한 것도 중요하지요. 아니 아예 노화 억제제나 비만 예방 성분을 자체 생산해서 먹을수록 건강해진다면 금상첨화겠지요?

크릭: 상상력의 한계가 바로 가능성의 한계인 듯 싶구먼. 너무 성급히 많은 것을 기대하면 안되겠지만 엄청난 가능성이 있는 것은 틀림없네.

광자: 저는 나물보다는 고기를 좋아하는 편인데요. 식물보다 동물의 유전자 조작을 연구해 주었으면 저로서는 더 감사하겠는데요.

크릭: 광자는 기른다는 면에서는 어느 쪽이 유리할 것 같은가?

광자: 박테리아는 실험실에서 양분을 주어가며 배양을 해야하지만 식물은 농장에 심어주면 제가 광합성을 하니까 훨씬 유리하겠지요. 그리고 동물은 가만 서 있지를 못하고 돌아다니니까 관리하기도 힘들고 에너지 낭비도 되겠지요.

크릭: 지금 키 포인트가 되는 얘기를 했네.

광자: 에너지 효율 말씀인가요?

크릭: 그래. 식물이 광합성을 해서 저장해 놓은 에너지를 동물이 먹고, 어떤 동물은 또 그 동물을 먹고 하는 도중에 에너지는 계속 열로 달아나는 거야.

광자: 아, 엔트로피 증가의 법칙 말씀이군요.

크릭: 바로 그거지.

광자: 저도 인류의 식량 문제를 생각해서 고기보다는 채소를 많이 먹어야겠네요.

크릭: 잘 생각했네. 어차피 채소가 몸에 좋으니까.

이중나선 구조

광자: 그런데 DNA가 유전물질인 것을 알았다 해도 유전자를 조작하려면 DNA의 구조를 알아야겠지요?

크릭: 구조(structure)와 기능(function)은 직결되어 있으니까.

광자: 구조와 기능이라는 말은 많이 따라다니든데 어떤 의미인지 좀 설명해 주세요.

크릭: 간단한 예로 광자가 저녁에 집에 들어갈 때 아파트 문을 여는 열쇠의 기능은 무엇에 달려있나?

광자: 자물쇠에 맞는 열쇠의 구조를 말씀하시는 거군요.

크릭: 폰 노이만 기계를 생각해보지.

광자: 어느 부분을 복제하는 경우에 필요한 부품을 가져오는 기능과 그 부품들을 조립하는 두 가지 기능만 생각해도 그 일을 하는데는 전혀 다른 구조가 필요하겠지요. 하기는 건축에서도 구조와 기능을 논하더군요.

크릭: 생체에서 일어나는 반응을 이해하는데는 구조의 이해가 필수적이지.

광자: 그래서 X-선 회절 방법으로 고분자의 구조를 결정하는 일에 많은 사람들이 심혈을 기울이고 있군요.

크릭: DNA의 구조 결정에도 로잘린드 프랭클린(Rosalind Franklin)이 얻은 X-선 회절 사진이 아주 중요한 몫을 했지.

광자: DNA의 이중나선 구조 결정에 관한 뒷 이야기는 왓슨 선생님이 쓰신 "이중 나선(Double Helix)"에서 재미있게 읽었어요. 그런데 선생님은 어떻게 그 일에 관여하게 되셨나요?

크릭: 나는 만학도였어. 2차 대전 중에 군사 관계 연구에도 종사하고 하다보니 설흔 나이에 박사 학위를 받으러 케임브리지 대학교의 카벤디쉬 연구소로 간거야.

광자: 카벤디쉬라면 맥스웰, 레일리, 톰슨, 러더포드가 이어가며 소장을 맡았던 물리학의 메카가 아니예요?

크릭: 나도 물리학을 공부했어. 그런데 한번은 슈뢰딩거의 "생명이란 무엇인가"라는 책을 읽고 생명의 핵심이 되는 DNA의 본질을 밝혀보고 싶은 욕구를 가지게 되었지. 그런데 마침 1951년에 20대 초반의 왓슨이 인디아나 대학교에서 루리아 밑에서 박사 학위를 받고 카벤디쉬로 온거야.

광자: 왓슨은 생물학자였나요?

크릭: 루리아 밑에서는 박테리오파지(bacteriophage) 연구를 했는데 왓슨도 나처럼 보다 근본적인 DNA의 구조를 알아내고 말겠다는 집념을 가지고 있었지.

광자: 어떤 문제의 중요성을 냄새맡는 것이 중요하군요. 그런데 그 당시에는 카벤디쉬에서도 생물학에 관련된 연구를 하고 있었나요?

크릭: 당시 소장이었던 로렌스 브라그(Lawrence Bragg)는 1915년에 25세의 나이로 아버지 윌리암 브라그와 함께 노벨 물리학상을 수상한 x-선 회절 방법을 개발한 분이었지. 당시에는 x-선 회절 방법을 헤모글로빈이나 마이오글로빈 같은 거대한 단백질 분자에 적용하는 연구를 페루츠(Perutz), 켄드류(Kendrew)가 수행하고 있었어.

광자: 물리학, 화학, 생물학의 합작이네요.

크릭: 생화학(biochemistry)이라는 말은 그 이전에도 있었지만 생물리학(biophysics), 분자생물학(molecular biology) 같은 새로운 단어가 생겨나는 시기였어.

광자: 분자 의학(molecular medicine), 화학 생물학(chemical biology) 등새로운 이름이 아직도 등장하는 것을 보면 아직도 이름짓기가 끝나지 않은 것 같아요.

크릭: 곧 가능한 조합이 바닥이 나겠지.

광자: 1953년에 두 분이 발표한 논문에 보면 이중나선의 그림이 나와있더군요. 볼수록 신기한 구조라는 생각이 들어요.

크릭: 아까는 자연에서 제일 중요한 분자 이야기를 했지만 나는 제일 아름다운 분자를 들라해도 DNA를 들겠네.

광자: 자부가 대단하시군요. 당연하지요. 벅키볼(buckminsterfullerene)이라고 60개의 탄소만으로 이루어진 축구공 분자도 기막힌 화합물이쟎아요?

크릭: 그럼. 벅키볼이 복제까지 한다면 인기가 더할텐데.

광자: 이중나선 구조의 핵심은 역시 아데닌(adenine, A), 타이민 (thymine, T), 구아닌(guanine, G), 사이토신(cytosine, C) 네 가지 염기가 수소 결합을 통해서 A-T, G-C 쌍을 이루면서 두 개의 나선이 결합하고 있는 형태에 있겠지요?

크릭: 다행히 컬럼비아 대학교에 있던 샤르가프(Chargaff)가 어느 DNA에나 A와 T의 양이 같고, C와 G의 양도 같다는 사실을 발표했기 때문에 일대일로 대응하는 이중나선 구조를 밝히는데 크게 도움이 되었어.

광자: 그럼 DNA의 구조는 어떤 기능에 맞게 고안된 것인가요?

크릭: 그에 대한 답으로 "우리가 가정한 두 개 나선의 짝짓기를 보면 대번에 유전 물질의 복제 메카니즘이 어떻게 되어있으리라는 데에 생각이 미치게 된다"라고 한 1953년 4월 25일자 네이쳐 논문의 끝 대목을 소개하기로 하지.

유전자는 하나의 파일

광자: DNA가 유전 물질이고 세포 분열을 통해서 이 유전 물질을 자식에게 전해 주어야 하니까 DNA의 유전 정보를 일단 정확히 복제할 필요가 있겠군요.

크릭: 제 DNA를 다 주어버리면 증식이 안될테고 반씩 나누어 가지자니 온전한 정보가 못될테고 역시 유전자를 모두 복사해서 주고 자기도 활동을 계속하고 해야겠지. 이와같은 유전자의 총합을 제놈(genome)이라고 하지.

광자: 인간의 제놈은 약 10만개의 유전자로 되어있는 거군요.

크릭: 잠깐, 조심할 점이 있네. 대장균의 제놈은 약 465만 개의 염기쌍에 약 4천개의 유전자의 유전 정보가 들어있는 것인데, 사람의 경우는 염기쌍의 수가 약 30억이거든.

광자: 단백질의 크기는 박테리아나 사람이나 비슷할 테니까 유전자의 크기도 비슷할 테고, 그렇다면 30억개의 염기쌍은 거의 300만개의 유전자에 해당할 텐데요. 300만과 10만의 차이를 어떻게 설명하지요?

크릭: 아직 이해가 잘 안되는 부분인데 진핵 세포의 경우에는 거의 대부분의 염기쌍이 유전자 역할을 하지 않는 소위 인트론(intron)을 이루고 있다는 것이 알려졌어.

광자: 그러니까 대장균의 경우에는 유전자의 총합이 바로 제놈인데 사람의 경우에는 유전자와 인트론의 총합이군요. 그런데 아까는 유전자를 콩의 색깔 등등을 결정하는 요인 정도로 이해했는데 DNA의 구조를 안 이상 유전자를 분자 단위에서 보다 구체적으로 이해하면 좋겠네요.

크릭: 유전자는 분자의 입장에서는 DNA 중에서 수백개 내지 천개 정도의 염기쌍에 해당하는 어떤 부분이라고 생각하면 되겠지. 물론 그보다 큰 것도 있고 작은 것도 있겠지만 말이야.

광자: 그 어떤 부분이라는 의미는 뭔가요?

크릭: 그 부분이 특정한 단백질을 만드는데 필요한 유전 정보를 염기 서열의 형태로 지니고 있어야 한다는 말이야. 인트론은 안된다는 말이지.

광자: 그러니까 그 단백질이 바로 콩의 색깔을 결정하게 된다는 말이군요. 그럼 노랑 단백질이 있고 녹색 단백질도 있고 하나요?

크릭: 그게 아니라 만들어지는 단백질에 따라 노랑이나 녹색의 색소가 만들어지지.

광자: 그러니까 단백질은 색소를 만드는 효소로군요. 그럼 유전자 하나는 효소 하나에 대응한다고 볼 수 있나요?

크릭: 그게 바로 유명한 비들(Beadle)과 테이텀(Tatum)의 one gene - one enzyme 설이지. 이들은 그 일로 1958년 노벨 의학생리학상을 수상했어.

광자: 그럼 유전자란 제놈이라는 한 권의 책을 기록한 컴퓨터 하드 디스크에서 하나의 파일(file) 정도에 해당하겠군요.

크릭: 파일이라는 표현이 마음에 드네. 파일 별로 다른 내용을 기록해 두니까. 그리고 대장균의 제놈이 얇은 책 한권이라면 사람의 제놈은 브리타니카 백과사전 한 질에 비할 수 있겠지.

광자: 대장균이건 사람이건 제놈에는 자신의 DNA를 복제하는데 필요한 효소를 만드는데 관한 파일들이 있겠네요. 폰 노이만의 세포자동자가 생각나요.

크릭: DNA 복제 효소는 아주 중요한 의미가 있지. 대물림을 가능하게 하니까.

광자: 제가 배운 어떤 교수님은 우주가 생기고 100억년 이상이 걸려서 겨우 세포가 생겼는데 이게 일생을 끝내고 복제를 못한채 죽어버리면 수천만년 걸리는 화학적 진화부터 새로 시작해야 할게 아니냐 식의 얘기를 하셨지요.

크릭: 그것 참 그럴듯한 이야기로구먼. 콘버그(Arthur Kornberg; 1966년 노벨 의학생리학상)가 발견한 DNA 복제 효소의 반응은 그런 의미에서 특이한 반응이지. 생명이 시작하기 전 100억년 동안은 찾아볼 수 없다가 그 다음부터는 모든 생명체의 세포 내에서 맹렬한 속도로 쉴틈 없이 일어나고 있으니까.

센트럴 도그마

광자: 유전자의 역할은 결국 효소를 만드는데 있다는 면은 이해가 가는데요, 왜 차라리 DNA에서 직접 색소를 만들지 구태여 효소를 거치나요?

크릭: 중요한 포인트야. 대장균의 제놈이 20분 동안 살아가기에 필요한 이것 저것을 만드는데 직접 관여한다면 얼마나 바쁘겠나?

광자: 자체를 복제할 시간이 없겠군요. 안그래도 앞 장에서 박테리아가 매초 천개 정도의 염기를 붙여나가도 DNA 전체를 복제하기에 시간이 모자라서 동시에 여러 부위에서 복제가 진행된다고 들었어요.

크릭: 고등 생물이 되면 문제가 더 복잡하지. DNA는 세포핵 속에 보관되어있는데 거기 들어가서 사사건건 세포 활동에 필요한 물질을 만들어 낸다는건 어리석은 짓이지.

광자: 교통 정리만 해도 보통이 아니겠군요.

크릭: 그래서 세포는 기막힌 시스템을 고안했어. 어떤 방법이 좋을까?

광자: 하드 디스크에서 필요한 파일을 복사해다가 핵 바깥에서 사용하는군요.

크릭: 복사한 파일을 담은 플로피 디스켓을 메센저 라이보핵산(messenger ribonucleic acid, mRNA)이라고 하지. 라이보핵산은 라이보즈(ribose)라는 탄소가 다섯 개인 오탄당(pentose)을 사용하는데, 디옥시라이보핵산(deoxyribonucleic acid, DNA)의 경우에는 디옥시라이보즈(deoxyribose)라는 약간 다른 당(pentose)를 사용하지.

광자: 그 차이가 뭔가요?

크릭: 디옥시라이보즈는 라이보즈에서 산소가 하나 떨어져 나간 화합물이야.

광자: 구태여 하드 디스크와 플로피 사이에 그런 차이가 있다면 무슨 이유가 있겠지요?

크릭: 광자는 무엇이든지 끝까지 의문을 해결하려고 하는 좋은 태도를 가지고 있군. 그래야 발전이 있지. 산소가 있고 없고에 따라 안정성에 큰 차이가 생기는데 광자 생각에는 어느 쪽이 더 안정할 것 같은가?

광자: 좋은 예인지는 몰라도 메탄(CH4)과 메타놀(CH3OH)을 비교하면 메타놀 쪽이 더 다양한 반응을 하지 않을까요?

크릭: 내게는 좋은 예로 보이는데. 비슷한 이유로 RNA가 DNA보다 덜 안정하지. 그런데 왜 그럴 필요가 있을까?

광자: DNA의 정보는 반영구적일 필요가 있지요. 적어도 세포의 일생 동안은 견디어 주어야 제대로 된 카피를 하나 후대에 물려줄 게 아니겠어요?

크릭: RNA는 안정할 필요가 없을까?

광자: 필요한만큼 단백질을 만들고 나면 차라리 분해해 주는 편이 도움이 되지 않을까요? 남들이 필요한 부분을 갖다 이용하게 말이예요.

크릭: 광자가 지금 세포 활동의 중요한 기본 원리를 언급했네. DNA의 복제건 단백질의 합성이건 간에 매번 원자들로부터 시작해서 조립해 나간다면 얼마나 비효율적이겠나? 그래서 세포는 다양한 중간체들을 사용하는 시스템을 개발해 놓았어.

광자: 세포는 알수록 기막힌 시스템이라는 생각이 들어요.

크릭: 한가지 더 이야기할까? RNA는 DNA와 달리 타이민 대신 유라실(uracil, U)이라는 염기를 사용하지.

광자: 제가 이유를 묻기 전에 아예 말씀해 주시지요.

크릭: DNA 복제 과정에서 우선 이중나선이 어느 부위에서 벌려지고 각각의 가닥에 A-T, G-C 사이의 수소 결합을 통해서 상보적인(complementary) 가닥이 생겨나서 정확한 복제가 일어나지. 그러니까 DNA에서는 복제가 되면서 바로 안정한 이중나선 구조가 만들어지는 셈이야. 그런데 RNA 합성효소(RNA polymerase)는 G-C는 그대로지만 A-T 대신 A-U 쌍을 이용해서 DNA 염기 서열에 대응하는 RNA를 만들거든.

광자: 좀 헷갈리는데요.

크릭: 자 여기 CTCAAACAC라는 DNA의 서열이 있다고 해봐. 이중나선의 상대쪽 가닥에는 어떤 서열이 있을까?

광자: A와 T가 쌍을 이루고 C는 G와 쌍을 이룬다고 했으니까 위의 서열에 상보적인 서열은 GAGTTTGTG가 되겠네요.

크릭: 자 이제 이 아홉 개의 염기쌍 사이의 수소 결합이 끊어지고 두 가닥이 벌어져서 복제가 일어났다고 해보지. 그럼 어떤 서열이 생길까?

광자: 그야 서로 마주 보고 있던 바로 그 서열이 생기겠지요? 아, 그러니까 네이쳐 논문에서 지적하신대로 이중나선이 그대로 복제가 된거군요.

크릭: 그럼 CTCAAACAC라는 DNA의 서열로부터 어떤 서열의 RNA의 서열이 만들어질까?

광자: T 대신 U를 사용하면서 상보적인 서열은 GAGUUUGUG가 되겠군요. 이제는 좀 알겠어요.

크릭: 이 GAGUUUGUG라는 RNA가 DNA 모양으로 아예 이중나선을 만들어 버리면 안되겠지?

광자: 거기는 RNA가 있을 곳이 아니지요. 그런 일을 피하기 위해서도 염기쌍이 뭔가 달라야 되겠군요. 디옥시라이보즈 대신 라이보즈를 사용한다는 점도 그런 면에서 의미가 있겠지요?

크릭: 당연하겠지. 아무튼 만들어진 RNA는 라이보좀(ribosome)이라는 기구로 옮아가서 단백질 합성을 하게 되지.

광자: 진핵세포의 경우에는 일단 세포핵을 빠져나가야 되겠지요?

크릭: 물론.

광자: 라이보좀에서 일어나는 반응의 핵심은 RNA가 베껴가지고 온 GAGUUUGUG라는 정보를 단백질의 아미노산 서열로 바꾸어주는 것이겠군요?

크릭: 순서는 여러모로 중요하지. 단백질의 경우에는 아미노산 서열을 1차 구조(primary structure)라고 할 정도니까.

광자: 염기 서열을 아미노산 서열로 바꾸어 주는 과정이 재미있을 것 같은데요. DNA에서 RNA로 정보가 복사되는 것은 크게 어려워 보이지 않는데 RNA에서 단백질로 가는 것은 완전히 문법 체계가 다른 언어로 바뀌는 것 같지 않아요?

크릭: 그래서 DNA의 염기 서열이 RNA의 염기 서열로 바뀌는 것을 전사(傳寫, transcription)라고 부르고, RNA의 염기 서열이 단백질의 아미노산 서열로 바뀌는 것을 번역(translation)이라고 부르지.

광자: 단순히 베끼는 것과 다른 언어로 바꾸는 것과는 큰 차이가 있지요.

크릭: 이처럼 DNA의 유전 정보가 RNA로 전사되었다가 다시 단백질로 번역되는 체계를 생물학에서는 센트럴 도그마(central dogma)라고 하지.

광자: 도그마라면 종교적인 신조처럼 양보할 수 없다는 의미같은데요.

크릭: 처음 발견되었을 때는 움직일 수 없는 생명의 원리로 생긱했어. 나중에는 에이즈 바이러스같이 RNA의 정보가 DNA로 바뀌는 역전사(reverse transcription)도 알려졌지만 전반적으로는 센트럴 도그마가 생명 현상의 기본 골격을 이루는 것은 틀림없지.

유전 암호의 해독

광자: 그런데 만일 RNA의 정보를 번역하는 과정에서 오역이 일어나면 어떻게 하지요?

크릭: 중요한 질문이야. 생명은 여러 단계에서 정확성을 기하기 위한 방안을 마련해 놓았지. DNA를 복제하는 경우에도 가끔 잘못된 염기가 들어가는 수가 있는데 그럼 그걸 수정하는 효소(repair enzyme)가 있어. 번역에서는 transfer RNA(tRNA)와 거기에 특정한 아미노산을 결합시켜주는 효소의 특성을 이용해서 실수를 최소화하고 있지.

광자: tRNA라면 지금은 버클리(University of California at Berkeley)에 계신 한국 출신의 김성호 박사님이 MIT에 계실 때 3차원적 구조를 밝히신 것으로 알고 있어요.

크릭: 웬만한 생화학 교과서에는 다 나오는 중요한 업적이야.

광자: tRNA의 작용을 좀 설명해 주세요.

크릭: tRNA도 RNA니까 역시 A, U, G, C로 되어 있지. 그런데 tRNA의 한 쪽에는 세 개의 염기로 이루어진 anticodon이라는 부분이 있어서 상보적 염기 서열을 가지는 RNA의 codon에 수소 결합을 이루지.

광자: 그럼 codon도 세 개의 염기 서열에 해당하겠군요. 아까 이야기한 GAGUUUGUG라는 RNA 서열에서 GAG, UUU, GUG를 각각 codon이라고 보면 되나요?

크릭: 그래. RNA에는 세 개의 염기 서열로 된 codon이 일렬로 연결되어 있다고 보면 되지.

광자: 그럼 위의 RNA 서열에서 GAG codon에는 tRNA의 CUC anticodon이, UUU codon에는 AAA anticodon이, 그리고 GUG codon에는 CAC anticodon이 결합하겠군요.

크릭: 자, 그 다음에 중요한 것은 각각의 tRNA마다 anticodon 반대 쪽에 특정한 아미노산이 결합하는 부위가 있다는 점이야.

광자: CUC anticodon을 가지는 tRNA에는 어떤 아미노산이 결합하나요?

크릭: 글루타민산(glutamic acid)이라는 아미노산이야. 조미료의 맛을 내는 성분이지. RNA codon마다 특정한 아미노산이 지정되지.

광자: GAG codon은 글루타민산 이렇게 말이군요? 그러니까 RNA의 codon의 순서에 따라 tRNA가 순서대로 늘어서고 그러다 보면 반대쪽에 아미노산이 일정한 순서로 늘어서게 된다 그런 이야기가 되네요.

크릭: 아미노산들을 펩타이드(peptide) 결합으로 연결해 주는 효소의 역할도 중요하겠지. 이런 일들이 바로 라이보좀에서 일어나게 되는거야. 라이보좀에는 tRNA가 결합하는 부위가 두 개 있는데 라이보좀이 RNA를 쭉 훑어가면서 그 때 그 때 거기에 맞는 tRNA가 결합했다가 떨어지고 하는 식으로 번역이 일어나면서 단백질의 아미노산 수가 늘어나는 거지.

광자: 그럼 번역의 실수를 줄이려면 각각의 tRNA에 그에 맞는 아미노산을 정확히 붙여주어야 하겠군요.

크릭: 그런 반응을 정확히 수행하는 것도 효소지.

광자: 그럼 그 효소를 만드는 정보도 어느 유전자에 기록되어 있겠지요?

크릭: 물론이지.

광자: 그런데 왜 codon과 anticodon은 세 개의 염기로 되어 있나요?

크릭: 그건 지정해야 할 아미노산이 20 종류가 있다는데 관계되지. 만일 두 개의 염기 만을 사용한다면 그게 가능할까?

광자: 우선 네 종류의 염기 하나 하나에 아미노산 하나씩을 대응시킨다면 네 가지 아미노산 밖에는 지정할 수 없겠지요. 두 개를 사용한다면 4의 제곱을 하면 16가지 아미노산이 지정될 테고요. 역시 둘로는 모자라는군요. 셋이면 64가지 가능성이 있는데 그건 너무 많지 않아요?

크릭: 모자라는 것보다는 약간의 여유가 있는 편이 낫지.

광자: 알고 보면 간단한 수학이지만 생명이 시작될 단계에서는 중요한 선택의 문제였겠어요. 이리 저리 시도를 하다가 세 개로 낙착되지 않았을까요?

크릭: 자랑은 아니지만 그런 해석을 내리는데 내가 좀 공헌을 했지.

광자: 또 하나 궁금한게 있어요. 어떤 codon이 어느 아미노산에 해당하는지를 어떻게 알아냈지요? 이건 완전히 암호를 푸는 문제쟎아요?

크릭: 안 그래도 그 관계를 유전 암호(genetic code)라고 하지. DNA의 구조가 알려지고 난 후에는 유전 암호를 해독하는 일이 급선무였어. 간단히 니렌버그(Nierenberg)가 한 일을 소개하면 U만 쭉 나열된 polyU의 RNA를 만들고 그로부터 만들어진 단백질의 아미노산 조성을 조사해 보았더니 단 한가지 페닐알라닌(phenylalanine)만이 나왔지.

광자: UUU라는 codon은 페닐알라닌을 지정한다는 결론이 나왔겠네요. 그것 참 기발한 착상인데요. 염기들이 섞인 경우는 좀 어렵겠지요?

크릭: 코라나(Khorana)라는 인도 출신 화학자의 합성 실력이 진가를 발휘했어. 여러 가지 염기 조합을 화학적으로 합성해서 어떤 아미노산이 지정되는가를 보는 방법으로 결국은 64가지 조합에 대해 해독이 끝났고 1968년에 니렌버그와 코라나는 tRNA를 연구한 홀리(Holley)와 함께 노벨 의학생리학상을 수상했지.

광자: 앞에서 GAG는 글루타민산의 codon이라는 이야기가 나왔는데, GUG는 무슨 codon인가요?

크릭: GUG 발린(valine)에 해당하는 codon이야.

광자: 그러니까 GUGGUGGUGGUG 식의 poly(GUG)로 된 RNA 체인을 만들면 발린이 연결된 단백질이 얻어지겠네요. 그런데 한 가지 의문이 있어요. poly(GUG)는 염기 하나를 비껴서 읽기 시작하면 UGGUGGUGG 식의 poly(UGG)로 인식될 수 있지 않아요? 그렇다면 전혀 다른 단백질이 만들어질 테고요.

크릭: 그런 큰 문제를 자연이 적당히 넘겨버릴 듯 싶은가?

광자: 어떤 방안을 강구했나요?

크릭: 유전자의 앞 부분에 여기가 시작 부분이다라고 써 붙이고 그 다음부터 읽어나가게 한거야. 구체적으로는 methinone에 해당하는 AUG codon을 기점으로 해서 단백질 합성이 일어나도록 되어있다는 말이지.

DNA와 진화

광자: 알면 알수록 의문도 많아지네요. 전사나 번역 과정에서 오류가 발생한다면 어떤 면에서 일회적인 오류로 끝날 수도 있을텐데 DNA의 염기 서열 자체가 어떤 이유로 바뀐다면 오류가 계속 유전되는 결과가 되지 않을까요?

크릭: 대단히 중요한 점이야. 내가 앞에서 CTCAAACAC라는 서열을 예로 든 이유가 있지. CTC와 CAC의 차이는 T가 A로 치환되었다는 점이쟎아. 광자가 한번 이런 치환이 어떤 결과로 이어질지 설명해 보겠어?

광자: 편의상 CTCAAACTC 서열이 CTCAAACAC로 바뀌었다고 해보지요. 그럼 mRNA로 전사되는 과정에서 GAGUUUGAG 대신 GAGUUUGUG가 생길테고 아까 GAG, UUU, GUG는 각각 글루타민산, 페닐알라닌, 발린에 해당한다고 했으니까 번역이 끝나면 글루타민산-페닐알라닌-글루타민산, 글루타민산-페닐알라닌-발린 두 종류의 다른 펩타이드(peptide)가 얻어지겠지요.

크릭: 잘 했어. 그럼 다음에 생각해 볼 것은 아미노산이 200개 정도 연결되어 있는 단백질에서 하나의 아미노산이 치환된 경우에 어떤 결과가 나타날 것인가 하는 문제이지.

광자: 모르기는 하지만 치환된 아미노산이 단백질의 구조와 기능상 얼마나 중요한 부위에 위치하고 있느냐에 달려있지 않을까요?

크릭: 바로 그거야. 유명한 예로 겸상적혈구 빈혈증(sickle cell anemia)을 일으키는 헤모글로빈이라는 단백질의 경우가 있지.

광자: 헤모글로빈이라면 산소를 운반하는 적혈구에 들어있는 단백질이지요?

크릭: 그렇지. 그런데 인그램(Ingram)이라는 생화학자가 겸상적혈구 빈혈증 환자의 헤모글로빈과 정상인의 헤모글로빈을 비교해 보니까 단 하나의 아미노산, 즉 글루타민산이 발린으로 치환되어 있는 것을 알아냈어.

광자: 그 이유를 알고 보니 헤모글로빈을 만드는 유전자의 DNA에서 T가 A로 바뀌어 있더라, 그리고 하나의 아미노산의 치환 때문에 헤모글로빈의 산소 결합 기능이 현저하게 손상되었다는 이야기군요.

크릭: 잘 넘겨 짚었네. 인그램이 분자 질환(molecular disease)의 첫 번 케이스를 발견한 것이지. 질병의 원인을 분자 단위에서 이해하게 되었으니까.

광자: 분자 질환이나 분자 의학이라는 표현에 공감이 가네요. 질병의 치료도 분자 단위에서 접근이 가능하겠지요?

크릭: "가능하다"라기보다 그것이 가장 효과적인 접근 방법이라고 보아야지.

광자: 눈을 가리고 레고를 끼워 맞추기와 눈을 뜨고 하는 차이군요.

크릭: 100년 전만 해도 의사가 할 수 있는 일이란 열을 내리게 하고 마음을 편히 먹도록 위로하는게 고작이었지.

광자: 지금 이야기한 경우는 하나의 염기 치환이 치명적인 결과를 가져온 예인데 반대로 유익한 결과를 가져올 수도 있겠지요?

크릭: 진화는 무작위의 염기 서열 변화 중에서 살아남는데 유리한 변화가 대물림을 하는 과정으로 이해할 수 있지.

광자: 작은 변화들이 오랜 기간 동안 축적되고요.

크릭: 그래서 허튼, 라이엘, 훔볼트 등이 생각한 지질학적 시간이 필요한 것이지.

광자: 그런데 DNA의 염기 서열이 바뀌는 이유는 뭔가요?

크릭: 20세기 초반에 모건(Morgan; 1933년 노벨 의학생리학상)이 초파리의 유전 현상을 연구할 때는 X-선을 쪼이는 방법으로 돌연변이(mutation)를 유도했지만 X-선 뿐 아니라 감마선이나 짧은 파장의 자외선 등 전자를 떼어내서 이온화할 수 있는 에너지를 가진 소위 ionizing radiation은 모두 염기 서열을 바꿀 가능성이 있다고 보아야지.

광자: 그렇다면 우주 공간에서 날아드는 우주선(cosmic ray)이나 땅 밑에서 올라오는 라돈 개스의 방사선의 영향도 무시할 수 없겠네요. 돌연변이를 일으키는 화합물도 꽤 있을테구요.

크릭: 생물학적 진화의 대부분의 기간 동안에는 초신성 폭발에서 나오는 우주선이나 가까운 태양에서 나오는 고에너지 입자 등의 영향이 제일 중요했겠지.

광자: 아무튼 진화가 DNA 차원에서 일어난다는 점은 확실하군요.

크릭: 염기의 치환 이외에도 염기가 하나 빠지거나 늘어나도 전혀 다른 단백질이 생긴다는 점을 잊으면 안되지.

광자: 다윈이 요즘 대학생들이 배우는 분자 생물학 교과서를 보면 깜짝 놀라겠군요. 자신의 이론을 분자 단위에서 설명하고 있으니까요.

크릭: 역시 자신이 옳았다는 회심의 미소를 짓겠지.

모든 생명체는 형제 자매

광자: 얼마 전에 인간의 DNA를 조사해 보니까 인간의 조상은 아프리카에서 탄생했다는 결론이 나왔다든데요.

크릭: 마이토콘드리아에 들어있는 DNA를 조사했지. 사람과 침팬지의 DNA 염기 서열은 99%가 동일하다던가 식으로 종간의 유사 정도를 염기 서열로부터 알아볼 수 있어.

광자: 그러니까 다른 인종 간의 차이를 마이토콘드리아 DNA의 염기 서열로부터 조사했군요.

크릭: 아직은 인간 제놈의 염기 서열 중에서 일부만이 알려진 상태니까 유전자 지도를 비교 연구했다고 해야겠지. 어쨋든 뻗어나간 나무가지로부터 원래 줄기를 찾아가듯이 인류가 지리적으로 이동해간 과정도 추적할 수 있지.

광자: 아메리카 인디언은 우리와 닮았든데 유전적으로도 유사하겠군요.

크릭: 물론이지.

광자: 그건 그렇고 역시 다윈의 추측대로 인류의 조상 이브는 아프리카에서(out of Africa) 나왔군요.

크릭: 루시나 프로콘술의 화석이 모두 아프리카에서 나온 것도 유연이 아니야.

광자: 염기 서열을 통해 온 인류는 형제 자매라는 사실이 확인된 셈이네요.

크릭: 그보다 더 엄청난 사실이 알려졌지.

광자: 그게 뭔데요?

크릭: 모든 생물 간의 상관 관계를 DNA의 염기 서열 입장에서 연구하는 것이 가능하겠지?

광자: 정말 그렇군요. 그렇지만 박테리아에서 아메바, 곰팡이, 각종 식물, 곤충, 파충류, 조류 등등의 염기 서열을 모두 조사한다는 것은 하늘의 별에 일일이 이름을 매기는 일보다 더 큰 일 같아보이는데요.

크릭: 물론이지. 그럴 필요도 없고. 그렇지만 유전자 지도를 그려보면 유사성이 드러나지. 또 하나 중요한 점은 다른 종들이 공통적으로 사용하는 것으로 알려진 어떤 화합물의 유사성을 보는 거야.

광자: 어떤 예가 있나요?

크릭: 사이토크롬 C 같은 경우 아미노산 서열의 변화 추이, 또는 그에 해당하는 유전자의 염기 서열의 변화 추이가 진화의 가지가 퍼져나가는 모습과 아주 유사하거든.

광자: 그러니까 모든 사람은 형제 자매일 뿐 아니라 모든 생명체는 형제 자매라는 이야기를 하시려는 거지요?

크릭: 다윈도 모든 생물의 공통 조상을 이야기했지. 지금은 DNA 차원에서 그런 논의가 가능하다는 점을 말하고 싶은 거야.

광자: 제가 배운 교수님은 ATP를 모든 생물이 공통적으로 사용한다는 점을 강조하시던데요.

크릭: 아주 중요한 점인데 내가 빼먹을 뻔 했군. 지금 세상에서도 사람이나 박테리아나 공통적으로 ATP를 세포 활동의 에너지원으로 사용할 뿐 아니라, 30억년 이상의 생명의 역사에 있어서 ATP는 줄곧 모든 생명 현상에서 중요한 위치를 차지하고 있었다고 믿고 있어.

광자: ATP는 핵산의 중요 성분인 아데닌의 유도체쟎아요. 그러니까 화학적 진화 과정에서 아데닌은 특별히 선택되어서 핵산의 성분으로 염기 서열을 기록하는데도 쓰이고 한편으로는 인산을 이용해서 세포의 에너지 화폐로 발전했군요. 그럼 ATP를 만드는 유전자는 모든 생물의 DNA에 공통적으로 들어있겠지요?

크릭: 그래. ATP같이 작은 분자는 공통적으로 사용되고 사이토크롬 C 같이 거대한 단백질은 진화의 과정에서 부분적으로 변화를 받으면서 사용되어 왔겠지.

광자: 박테리아와 사람의 사이토크롬 C 유전자 염기 서열이 유사하다, 그리고 같은 센트럴 도그마를 따라서 세포 활동을 한다면 궁극적으로 모든 생명체는 같은 유전 암호를 사용한다고 말할 수 있지 않을까요?

크릭: 생명의 핵심을 짚었네. 그리고 그것이야말로 모든 생명체는 공통의 최초의 생명체로부터 진화한 형제 자매라는 강력한 증거가 아니고 무엇이겠나? 광자: 참으로 감동적인 이야기네요.

크릭: 마지막으로 종합한다면 모든 생명체가 DNA를 유전물질로, 단백질을 효소로 사용하는 점, 같은 센트럴 도그마를 통해서 같은 유전 암호를 사용해서 DNA로부터 단백질을 만들어 낸다는 점, 같은 4가지 염기와 20가지 아미노산을 DNA와 단백질의 기본 단위로 사용한다는 점, 유전자 지도의 유사성, 어떤 핵심적인 물질은 공통적으로 사용된다는 점, 부분적으로 변화된 고분자의 경우에는 그 변화 과정을 진화의 단계와 연결해서 설명할 수 있다는 점 등을 보면 역시 모든 생명체는 시간과 공간을 초월해서 하나의 지구적인 가족이라고 볼 수 있지.

광자: 과학의 발전이 우리가 자연을 보는 눈을 바꾸어준 중요한 경우의 하나로군요. 귀중한 말씀 정말 감사합니다.

크릭: 자연을 이해하려는 욕구는 동서양을 가릴 것이 없다는 것을 확인해서 나도 기쁘네.

광자: 우리는 모두 한 가족이라고 방금 말씀하셨쟎아요.
  



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30 창조주의-4.. 왜 자연 선택은 무작위적 과정이 아닌가? 발견 2002.09.14 1864
29 창조주의-3.. 흄의 비판 발견 2002.09.14 2130
28 창조주의-2.. 페일리의 시계와 개연성 원칙 발견 2002.09.14 2103
27 창조주의-1.. 시대 착오의 위험 발견 2002.09.14 2193
26 전 지구적인 홍수의 문제점들 엑스 2002.09.08 3174
열람중 모든 생명체는 같은 유전 암호를 사용한다 엑스 2002.09.05 2740
24 모든 생명체는 자연 선택에 의하여 진화했다. -by박대휘 엑스 2002.09.05 2037
23 진화 (Evolution) by 최재천 엑스 2002.09.05 2063
22 내가 창조를 믿지 않는 이유 -김용민님 엑스 2002.09.05 2350
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