생명의 기원: (2) 엄청나게 긴 시간을 거치면 생명체의 탄생도 가능하지 않을까요? (feat. 제임스 투어)

제임스 투어 인터뷰 영상에 대한 번역 (일부)  

제임스 투어 인터뷰 영상 (James Tour: The Origin of Life Has Not Been Explained ) * In this bonus interview footage from Science Uprising, synthetic organic chemist James Tour from Rice University discusses the serious challenges faced by current origin of life research

 

Q. With large amounts of time isn’t just about anything possible, including the chance origin of the first life?
엄청나게 긴 시간동안엔 거의 모든 게 가능하지 않나요? '첫 생명체'의 기원의 가능성을 포함해서요. 

A: People argue that since there’s been hundreds of millions of years available, the probability that there’s chance these things could’ve happened in hundreds of millions of years. But that’s not true. 
사람들은 수천만억년의 시간이 있으니 그런 일이 가능할 확률이 있지 않냐고 주장합니다. 하지만 그건 사실이 아닙니다. 

 

Time actually, can be an enemy when it comes to organic synthesis. 
유기 합성을 할 때는 시간이 적이 될 수 있습니다. 

Prebiotic synthesis is before biology. so one has to make chemicals. 

전생물 합성(prebiotic synthesis)은 생물이 생기기 전입니다. 그렇기 때문에 화학물을 만들어야하죠. 

Many of the chemicals that need to be made for life, are kinetic products -meaning they’re not most thermodynamically stable form. 
생명을 만들기 위해 필요한 많은 화학물은 역학적 생성물(kinetic product)입니다 - 그 말은 열역학적으로 가장 안정적인 구조가 아니라는 뜻입니다. 

 

For example, Carbohydrates, which is the main class of compounds. These are the units that hook together DNA. These are the units that have identifying aspects on cell structure. These are the units that the cell is going to need for energy of life. 

예를 들면  주요 화합물인 탄수화물이 DNA들이 연결 되도록 하는 최소 구성 단위 입니다. 이 단위들이 세포 구조에 대한 식별 측면(기능)을 가지고 있습니다. 이것들이 세포가 생명에 필요한 에너지를 최소 구성 단위들이죠.

 

Carbohydrates are kinetic products, meaning that if they should form, they would decompose. They decompose overtime. And relatively short amount of time, they decompose. The very reactions that make them.

탄수화물은 역학적 생성물, 즉 구성된 후  분해된다는 거죠. 시간이 지나면서 분해됩니다. 상당히 짧은 시간 안에서도 분해됩니다. 탄수화물을 만들어낸 (화학)반응 자체가 (탄수화물을 분해시킨다는 거에요)

 

Unless, somebody is there to pull them out. fish them out, to stop the process, and put them in a bottle under inert conditions, in a freezer. 
분해되지 않게 하려면, 그 과정을 멈추게 하기 위해서 누군가가 그 탄수화물을 건져내서 병에 넣어서 비활성 환경인 냉장고에요. 

And not just one, there are many many different types you have to do this. They end up going through a process referred to as caramelization, meaning they polymerize. 

그저 하나가 아닙니다, (탄수화물을 만들어내려면) 여러 종류의 작업을 해야합니다. (안 그러면 만들어낸) 탄수화물들은 캐러멜화 반응(caramelization)*의 과정을 겪게 됩니다. 중합*한다는 말이죠. 

 

* 캐러멜화반응 :당의 농후액을 가열하면 분해반응을 일으켜 갈색으로 착색하는 것. 캐러멜은 이 반응을 이용하여 설탕을 엿형태로 만든 것이다. 일종의 갈변반응이다. 출처:네이버 지식백과 영양학사전)

*중합 [polymerization, 重合]: 중합체(polymer)의 원료가 되는  단위체 또는 모노머(monomer)가 화학반응을 통해 2개 이상 결합하여 분자량이 큰 화합물을 생성하는 반응을 중합이라고 하며, 중합체는 중합도에 따라 이합체·삼합체·다합체라고 불린다. [네이버 지식백과]  (두산백과)

 

The very Aldol reactions that were used to make them, just continue. And you get poly-Aldose, you get poly-condensation reactions, and they caramelize. 

탄수화물을 만들 때의 알돌 반응 (Aldol Reaction)이 (멈추지 않고) 계속됩니다. 그러면 폴리 알도즈를 얻게 되고, 폴리-응축 반응이 생기고, 탄수화물이 캐러멜화 합니다. [역자주: ...전 지금 제가 이해하지 못하는 분야에 대해 번역 중입니다...**전 고등학교 때 화학 C+..]

* 알돌 반응: 친핵체(nucleophile)로서 엔올(enol) 또는 엔올레이트(enolate)가 친전자체(electrophile)로서 카보닐 화합물(주로 알데하이드나 케톤)과 친핵성 치환반응(nucleophilic substitution)을 통해 베타-하이드록시알데하이드(β-hydroxyaldehyde) 또는 베타-하이드록시케톤(β-hydroxyketone)을 형성하는데, 여기까지의 반응을 보통 알돌 반응(aldol reaction)이라고 한다. [네이버 지식백과] 알돌 축합반응 [aldol condensation] (화학백과)

네이버 지식백과 내 이미지

 

 

 

 

Or they undergo with formaldehyde which is a presumed prebiotic chemical. They undergo rapid Cannizaro reactions. 
혹은 그 탄수화물들이 생명이 탄생하기 전의 화학물로 추정되는 포름알데히드를 거치면, 급격한 카니자로 반응이 발생합니다. 

Wikipedia 내 카니자로 반응 설명 문서 (네이버 지식백과엔 없음)

* 카니자로 반응: The Cannizzaro reaction, named after its discoverer Stanislao Cannizzaro, is a chemical reaction that involves the base-induced disproportionation of two molecules of a non-enolizable aldehyde to give a primary alcohol and a carboxylic acid.

 

So the aldehyde is Oxidized to two formic acid, and this nice carbohydrate that you made has just been reduced. 

알데히드가 포름산으로 산화되고, (지금까지) 잘 만든어 놓은 탄수화물이 환원(?)됩니다. 

So the aldehyde that form the carbohydrate has gone back to an alcohol. 

탄수화물을 만든 알데히드가 알콜로 돌아간 겁니다. 

So there’s competing reactions. So time does not solve the issue.

(이런 반응에는) 경합하는 반응이 발생한다는 말입니다. 그렇기 때문에 시간이 문제를 해결해주지 않습니다. 

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The other problem is if you had 400 million years, to get to a certain point in a synthesis of a particular class of compounds. Now you run out of materials. 

만약 특정 종류의 화합물 합성의 특정 시점까지 가는데 4억년의 시간이 있다고 가정하면 다른 문제가 있습니다. 

Anytime you do synthesis, you run out of material, even when you’ve optimized deals, and you got to go back to beginning. 

합성이란 걸 하게 되면 재료가 떨어지는 일이 생깁니다. (화학반응을) 최적화 시켰더라도 결국 시작점으로 돌아가서 처음부터 다시 해야하는 일이 발생합니다. 

Well, say, it too you 400 million years to get to a certain point on a synthesis. 

4억년이 걸려 합성의 특정 부분까지 성공했다고 합시다. 

 

Now you have to go back and make more. 

그럼 다시 처음까지 돌아가서 더 많이 만들어야 합니다. 

But how do you go back and make more?

(자연이) 어떻게 돌아가서 더 많이 만들 수 있을까요?

Because nature never kept a laboratory notebook. Doesn’t know how to go back. Never kept a record. 

자연은 실험 공책이 없어요. 어떻게 돌아가는 지도 몰라요. 기록한 적이 없죠.

So even if it could make more. It doesn’t know how to. So it’s got to start all over again. 

더 많이 만들 수 있는 가능성이 있다고 해도, 어떻게 해야할 지 모릅니다. 맨 처음부터 다시해야 합니다. 

 

But it doesn’t know how to start over again; doesn’t know why to start over again, because this doesn’t know what it’s going toward. 

하지만 어떻게 처음부터 다시 시작하는 지도 모르고, 왜 그래야 되는 지도 모르죠. 왜냐하면 어느 방향으로 진행해야 하는 지 모르기 때문이죠. 

 

So if you look at it, people have been trying for a long time. If we just take Miller-Urey as the first example, where Miller and Urey took some basic chemicals that are presumed on a prebiotic earth -Hydrogen cyanide, formaldehyde, and Co2, and they put those across, a high voltage, simulating lightning. You can get some racemic amino acids out of those. But those racemic amino acids we’re receiving. Okay, that was in 1952. That was  2/3 of a century ago. 

그래서, 생각해보면 사람들은 꽤 오랜 시간동안 이 분야에 도전해왔습니다. 밀러-유리(Miller-Urey 실험)를 예로 들자면요. 
밀러와 유리가  생명의 탄생하기 전의 지구에 있었다고 추정되는 기초적 화학물들을 가지고 실험합니다. -시안화 수소(Hydrogen cyanide), 포름알데히드(formaldehyde), 그리고 이산화탄소(Co2)를 번개를 대신하는 고전압을 거치게 합니다. 그럼 라세미산을 얻을 수 있습니다. 

근데 그게 1952년, 약 2분의 3세기 전의 일입니다.

 

What has happened in  2/3 of a century, since Miller Urey in other fields? 

밀러실험 이후 2/3세기 동안 다른 분야에서 어떤 발전이 있었죠?

 

Well, we’ve had human space flight we’ve have satellite connectivity. We have the internet, we have the entire Silicon era of Microchips. And we have computer technology. 

우리는 유인 우주 비행을 성공했고, 위성통신, 인터넷, 마이크로칩의 실리콘 시대, 컴퓨터 기술을 갖게 됐습니다. 

 

We have all of this, in the same 66 years, a 2/3 of a century. 

그리고 (이 생명의 기원분야에서는) 같은 66년, 약 2/3세기 동안 얻은 게 이게 다 입니다. 

We are still exactly where Miller and Urey were, we make a barrage of stereo scrambled chemicals. Nowhere close to even knowing how to make them, and hook them together. 
아직 밀러와 유리가 있었던 그 자리에 있어요. we make a barrage of stereo scrambled chemicals. 어떻게 만드는 지도, 어떻게 조립하는 지도 모릅니다. 

They got to get hooked together in the proper order. 

제대로 된 순서대로 엮여야 (조립되어야) 합니다. 

 

We are clueless on this, clueless. 
어떻게 해야하는 지 완전 모르는 상태입니다. 

 

Because time doesn’t solve this, even with all our ingenuity, time is not going to solve the problem.

시간이 이걸 해결해줄 수 없기 때문에 인간의 독창성을 통해서도, 시간이 이 문제를 해결해줄 수는 없습니다. 

You let these chemicals that have been made you let them sit around even for months.

만들어낸 화학물들을 방치해둔 상태로 몇 달이라도 시간이 흐르게 두면요

Even in the origin of life researchers themselves when they’ve let these go for weeks. They show the degradation of these in a period of weeks. 

(자연 상태가 아닌) 생명의 기원 연구자들이 이걸 몇 주가 그냥 두면, 그 기간동안 (이 화학물들의) 분해가 시작됩니다. 

 

Weeks is twinkling of an eye when it comes to prebiotic timescales. 

몇 주는 생명이 시작되기 전의 (긴) 시간대에 비하면 눈깜짝할 사이입니다. 

 

The chemicals decompose, the environment for the chemicals- rich in ammonia is going to turn carbon yields(?) into amines. This is going to cause further destruction. 

화학물들은 분해됩니다. 그 화학물들이 (존재한 걸로 가정되는) 환경, 풍부한 암모니아가 탄소를 아민으로 변환 시킵니다. 그리고 더 파괴되겠죠. 

 

The ammonia environment and cell itself is quite basic.

암모니아 환경과 세포는 꽤 기초적인 겁니다. 

 

You’re going to have extended Aldol reactions coming on.

연장된 알돌 반응을 겪게 될 거에요. 

So to think that the molecules could be made and sit there waiting for other molecules to come in. It doesn’t happen. 

그렇기 때문에 분자들이 오기를 다른 분자들이 기다리고 있을 거라고 생각하는 건.. 그런 일을 일어나지 않습니다. 

Organic chemistry doesn’t work that way.

유기화학을 그렇게 작용하지 않습니다.

 

Any student that is lazy enough to setup reactions and like to go home for the weekend without working them up pays the price for that. With a depressed yield, generally. 

만약 어떤 (연구실에서) 학생이 이런 반응들을 설정해두고 지속적으로 작업하지 않고 주말에 집에 가면 그 댓가를 치르게 됩니다. 보통 수율이 저조해지죠. 

 

As soon as the reactions are done, or as soon as what you want is the optimized yield, you have to stop that reaction, and get it away from the starting materials, or else what happens is, it goes on to, polymerize product. Especially, when you’re making kinetic products, which is not thermodynamically most stable product, which is exactly what you get in many of the chemicals that are needed for life. 

이런 반응들이 끝나고 가장 최적화된 수율을 얻게 되는 순간, 이 반응을 멈춰야합니다. 이 반응을 시작시킨 재료에서 떨어뜨려야 합니다. 만약 그렇게 하지 않으면 (화학)반응이 계속되서 중합된 산물이 되어버립니다. 특히 생명을 위해 필요한, (하지만) 열역학적으로 안정적이라고 할 수 없는 역학적 생성물을 만들 때는요.

 

So time is actually the enemy. 

그렇기 때문에 시간은 (이런 반응의) 적이 된다고 할 수 있습니다. 

 

(다음 편에 계속...)