생명 기원의 미스터리: Part 1 (feat. Dr. James Tour)
1. aBioGenesis 무생물에서 시작된 생명? '화학적 진화'
abiogenesis. 이 단어를 자세히 보면 '없음'을 뜻하는 a- 와 생명을 뜻하는 bio-, 그리고 시작을 뜻하는 genesis 를 볼 수 있습니다. (성경의 '창세기'가 genesis이기도 하고, 현대 자동차 라인업 중의 하나이기도 합니다만..)
YBM한영사전에서는 무생기원설(無生起源說)로 번역하기도 하고, 동아 한영사전에선 자연발생(自然發生)으로 번역하기도 합니다. 아무튼 이 단어는 풀어서 설명하면 생명의 기원 (Origin of Life, 약칭 'OoL')에 대한 학설 중, 생명이 없는 원자/원소/분자들이 '우연히' 단순한 생명체가 되고 아주 오랜 시간을 거쳐 복잡한 생명이 되었다는 가설입니다.
진화론이란 단어를 사용하면 '화학적 진화chemical evolution'에 해당됩니다.
*주: 진화론을 6가지 종류로 나누면, 시간, 공간, 물질의 기원과 연관된 우주적 진화(cosmic evolution), 화학적 진화(chemical evolution), 별/행성의 진화(Stellar and planetary evolution), 생물진화(Organic evolution), 동,식물이 한 종種에서 다른 종으로 변하는 대진화(marco evolution), 소진화 (micro-evolution -종種 안에서 다양화를 설명하는)가 있습니다.
찰스 다윈의 진화론은 관찰된 소진화를 통해 대진화와 생물진화에 대한 가설입니다. 소진화는 관찰되어 정립됐다고 할 수 있는 학설/이론입니다만, 대진화, 화학적 진화, 우주 진화는 관찰할 수 있는 영역 밖에 있기 때문에 의견이 갈립니다. 단순히 종교적 관점과 과학적 관점이 충돌하는 부분이 아닌 과학계 안에서도 다른 학설이 존재합니다.
아무튼 찰스 다윈의 진화론은 이미 존재하는 생명체들이 진화하는 과정을 설명하려는 이론이지만, 생명의 기원에 대한 답변이 되지 못합니다. 그리고 생명의 시작점에 대해서는 '무생물'에서 '생물', '무기물'에서 '유기물'이 되는 생명의 기원을 설명하는 '화학적 진화'에 대한 설명이 필요합니다.
과거에 일어난 일을 다루는 역사학과 고고학. 그리고 그 이전의 훨씬 더 먼 과거는 PreHistoric, 역사 이전의 시대, 선사시대先史时代가 있습니다. 그리고 많은 교과서에서 가르치는 세계관에선 "생명체가 있기 전의 시대", 생명Bio이 존재하기 전, 생물 발생 이전의 시기, PreBiotic period라고 부릅니다. (유산균은 ProBiotic인데, 둘의 직접적인 관계는 없습니다....)
이 가설들은 우주가 시작 된 후 별들이 존재하고 지구가 존재한 상태를 전제하고 시작합니다.
당시 지구의 대기atmosphere에 대한 의견은 다양합니다만 아래 과학 저널 셀cell에 실린 아래 문장을 참고하면 이렇습니다.
원시대기 구성에 대해서는 (만장일치의) 동의는 없고, 강하게 '환원적인 (reducing)' [메탄+ 질소, 암모니아+ 물 혹은 이산화탄소+수소+질소 ]이란 가설부터 중립적인 환경 (이산화탄소+질소+수분)에 대해 의견이 다양하다.
<셀>지에서도 "there is no agreement" 즉 모든 이가 동의하는 원시대기에 대한 가설은 존재하지 않는다고 말합니다.
(한글 위키피디아는 이런 범주에 대한 명시가 없이 표시하고 있긴 하지만요.)
어쨌든 저 같은 대중의 이해할 수 있는 범위에서 설명하자면 대다수의 생명체가 필요로 한 산소(O2)는 없는 상태에서 지구에 떨어진 운석에 포함된 등을 통해 존재하는 원소들이 태양으로부터의 자외선, 전기 자극, 열 자극으로 인해 어떤 화학반응을 하고 어떤 구조를 갖게 되고 생명의 기원이 될 수 있는 유기물이 되었다는 이야기 입니다.
전 화학전공도 화학자도 아니기 때문에 이 생명의 기원이라는 학문에 대해서 전문가의 의견을 참고할 수 밖에 없었습니다. 인터넷, 위키피디아는 공정하다고 주장하기엔 은근히 아쉬운 부분이 많기 때문에 전문가의 강연 및 인터뷰를 참고 했습니다.
화학적 진화는 무생물인 화학분자들이 생명의 시작점인 세포로 합성되야 하기 때문에, 생물학자가 아니라 화학자의 견해가 중요합니다.
2. 유기합성 화학자, 나노기술자 제임스 투어 교수가 말하는 생명의 기원 연구 (Part 1/2)
제임스 투어 (James M. Tour)는 미국 라이스 대학에 있는 유기합성화학, 나노 테크놀로지 분야에서 유명한 교수 입니다.
(한국어로 '제임스 투어'를 검색하면 여행사들만 나오니 '제임스 투어 교수' 또는 '제임스 투어 박사'로 검색하셔야 의미있는 정보들을 접할 수 있습니다. 이 글을 준비하며 제임스 투어 게시글을 별도로 만들었습니다.[링크] )
이 분의 의견이 도움이 될 것 같아서 아래 3 개의 강의를 두 번 이상 들어보고, 한 개의 인터뷰 내용을 전부 번역해보고 참고 했습니다. 강의 연도, 허락된 시간에 따라 다른 구성, 기술적인 부분을 얼만큼 세세하게 설명하는 지 차이가 있었습니다만, 주로 강의의 구성은 이렇습니다.
- 자기소개+업적
- 합성, 나노 분야에서 어떤 작업을 통해서 무엇을 만들어 내는지, 그게 얼마나 어려운지에 대한 설명
(어떤 강의에선 나노카를 만드는 법에 대해 내부자료를 보여주며 설명합니다. *이건 별도 글로)
- '생명의 기원' 관련 연구와 그 주장하는 바에 대한 평가
- 지금까지의 연구에 대해 화학자로서 비평-
- 과학계에서 사실 이상의 것에 대해 여론을 왜곡하는 것에 대한 비평
제임스 투어는 늘 강연에 앞서 자신이 이 분야에 대해 하고자 하는 이야기에 앞서 자신의 업적을 설명합니다.
자기가 그저 대중적인 과학 서적을 쓰는 작가가 아니라 진짜 과학자라는 걸 청중에게 설명하기 위해서입니다.
그럼 좀 긴 글이 될 것 같지만, 시작해보겠습니다~
제임스 투어 연구 분야 소개
요약된 슬라이드는 아래와 같습니다.
- 그래핀 나노리본의 개발
- 투명한 Two-Terminal 컴퓨터 메모리 개발 (ACS Publication Link)
- 플래시 그래핀(Flash Graphene), 어떤 탄소 자원을 통해서도 저가로 그래핀을 대량 생산할 수 있는 기술 개발
- 위 기술을 통해 음식물 쓰레기로도 그래핀으로 만들고 (한글 기사 링크),
- 플라스틱 쓰레기를 가지고 플루가스*(flue gas) 이산화탄소를 흡수할 수 있는 재료로 만들고
(*플루가스: 선박에서 연료를 사용한 후에 연돌을 통해서 연료의 연소에 대한 화합물을 방출하게 되는데 이를 플루 가스라고 한다. 플루 가스의 주성분은 황화수소, 이산화탄소, 질소이다. -네이버 지식백과)
- 그래핀 퀀텀닷 의 저가 생산 방법(아래 이미지 좌측)도 고안하고
(연구팀에서 이 기술을 개발하기 전에 1키로에 100만 달러였으나, 1톤에 100달러인 석탄에서 한 단계를 거쳐 만들 수 있게 됨. 럭셔리 신발 및 가방에 정품인증을 할 수 있도록 사용됨)
- 배더리 전극에 적용된 카본 나노튜브가 자란 그래핀 (위 이미지 우측).
- 그래핀을 가지고 3D(입체)구조를 만드는 분야도 연구하고
- 빛을 쬐면 1초에 3백만번 회전하는 모터가 달려있고, 머리카락 지름(직경)에 3만개를 주차할 수 있는 나노카를 만듭니다.
- 그리고 제임스 투어 교수 팀은 나노카 레이스 대회에서 1등하고 (링크)
- 그 모터에 펩타이드를 넣어 특정 세포종류를 타겟하고 세포막을 뚫어 세포를 죽이는 분자드릴을 만듭니다. (링크)
항생제 저항성을 가진 슈퍼박테리아에 대항할 수 있는 방법이죠.
앞서 언급한 그래핀 나노리본으로는 척추 신경손상, 시신경을 치료하는 방법에 활용합니다. (유튜브 링크)
(실험: 경추C5의 신경을 절단한 쥐, 그 손상 부분에 1% 농도의 그래핀 나노리본을 넣은 폴리에틸렌 글라이콜을 넣음. 2주후, 운동능력을 회복함. *신경세포(neuron)은 그래핀에서 잘 자람)
제임스 투어 박사의 강의 - The mystery of the Origin of Life
강의는 주로 아래와 같은 슬라이드로 시작합니다.
* 2016년엔 '생명의 기원: 인사이더 스토리(The Origin of Life: An insider story)' 라는 제목, 2018년엔 '생명의 기원의 미스테리(The Mystery of The Origin of Life) ', 2020년엔 '과학자들은 생명의 기원연구에 대해 갈피를 못잡고 있다(Scientists are cluess on the Origin of Life)' 라는 제목으로 타이틀의 변화가 있었네요.
괴로운 정도로 기술적인 내용을 설명할 것에 대한 양해 기능하는 분자들로 구성된 협력하여 기능하는 나노시스템인 나노카(Nano-Car) 합성을 통해 이야기 하겠다는 설명과 함께 신, 지적설계, 철학적인 개념이 아닌 과학으로만 '생명의 기원 연구'(OoL Research)를 비평하겠다고 하며 시작합니다. 현 전생명(생명의 기원) 연구에 가장 큰 반증은 연구자들의 데이터 그 자체이다. 데이터들이 연구자들을 무의미한 길로 이끌고 있는 걸로 보인다.
* 논문이 가장 많이 인용된 화학자 TOP 10임에도 예전에 진화론에 대한 과학적 의문들을 가진 과학자들이 진행한 서명 운동(다윈주의에 대한 과학적 반대-Scientific Dissent from Darwinism)에 동참했다는 이유로 여러 학계 클럽에서 배제 당하는 과학계 "왕따" 현상을 경험하고 있는 것 같습니다.
본론 - 이하 제임스 투어 세부 강의 내용 중:
(1) 분자는 생명에 대해 모른다 (Molecules don't care about life)
유기물은 생명에 관심이 있지만, 화학은 생명에 전혀 관심이 없습니다. 생물학적으로 시작된 주체가 건들지 않으면 분자들이 스스로 생명이 되기 위해 진화되는 건 목격된 바가 없습니다.
거의 모든 생명의 기원 연구 내 화학합성 실험은 아래와 비슷한 프로토콜로 요약할 수 있습니다.
(위 슬라이드 내용 번역)
화학회사에서 만든 (주로) 고순도의 화학물들을 구매한다.
- 아주 현대적인 실험실에서 정밀히 설정된 환경에서 그 화학물들을 고농도로 혹은 특정 순서대로 넣어 섞는다.
생명을 위해 필요한 네 가지 기초 화학물인 탄수화물, 핵산, 아미노산, 지질과 유사한 점이 하나 (혹은 여러 개) 있는 화합물을 얻는다.
- 입체화학적으로 스크램블된 이 기능이 없는 단순 혼합물들을 가지고 생명의 기원에 대한 과감한 주장을 하는 논문을 게시한다.1952년 밀러가 했던 것처럼. (66년 동안 달라진 게 없음)
- 속기 쉬운 언론에 연락하여 정당하지 않은 외삽/추론을 더 확대시킨다.
- 일반인들이 "봐, 과학자들이 이제 생명이 어떻게 만들어졌는지 알게 됐대!" 하며 감탄 하는 걸 본다.
- 한 세대의 교과서 저자들이 '컬러풀'한 삽화를 통해 단순 화학물들이 세포로 변하고, 선사시대의 늪에서 생명체가 되어 나오는 걸 그려내도록 부추긴다.
(2) 합성의 문제점 The Synthesis Problem
* 이하 파란 글씨는 강의 중, 슬라이드를 설명하는 제임스 투어 박사의 대사를 번역한 겁니다*
A. 생명체를 구성하는 분자들은 거의 언제나 호모키랄성(homochirality)를 보인다.
생명체 (안의 세포/분자)는 single-handed form을 띈다.(L폼) 비대칭 탄소 원자가 분자들의 Chirality대칭성을 일으키고, 물과 Acetic 등을 극소수를 제외하고, 그거보다 큰 거의 대부분의 생물학적 분자들은 우리의 오른손과 왼손처럼 mirror image 경상체 / 거울의 상과 같은 모양이다. 생물학 안의 모든 분자들은 그렇다. 그리고 혼합물에서 한 쪽만 만드는 것은 굉장히 어렵다. 할 수는 있는 아-주 어렵기 때문에, 그게 문제이다.
B. 분자시스템을 만들 때, 합성의 제1단계로 돌아가는 지속적인 재설계가 필요하다. 이미 분자에 더해진 분자의 일부분을 다시 제거하는 것은 거의 불가능하다.
분자시스템을 만들 때, 합성의 제1단계로 돌아가는 지속적인 재설계가 필요합니다. 이미 분자에 더해진 분자의 일부분을 다시 제거하는 것은 거의 불가능합니다. (합성화학자들이) 뭔가를 만들 때, 어떤 조건이 잘못되어 있으면 내가 만드는 것들은 분해됩니다. start material을 더 많이 가지고 와서 첫 단계로 돌아가서 더 많이 만들어야 합니다. 그게 전생물 단계의 지구에서 이뤄졌어야 하는 건데.
당시의 (대자연/환경)이 뭔가를 만들기 위해 '행진'하고, 그러다가 실수를 하면 분자 내 한 조각을 떼어버릴 수 없습니다. 그런 걸 하는 건 아주 어려워요. 그래서 4000만년 동안 어떤 걸 만들다가 뭐가 잘못 되면, 다시 첫 단계로 돌아가야 하는데, 돌아갈 수 없어요. 분자들이 뇌가 있는 게 아니니깐요. 분자들은 어디로 가야하는 지 몰라요.
C. 합성반응은 현재 진행 중인 과정을 어떻게 멈추지는 모르고 왜 멈춰야 하는지도 모른다. 목표가 없기 때문이다.
분자들이 “오늘은 생명을 만들어야지 ! 어떤 세포를 만들어야겠어” 할까요? 분자들은 몰라요. 그저 화학반응에 따라갈 뿐이죠. 목표가 없습니다.
실험실에선 목표를 향해 갑니다. 어딜 향해 가야하는 지 알죠. 분자들은 어떻게 멈춰야 하는지 모릅니다.
D. 자연발생(abiogenesis)의 '구세주'로 주장되는 시간은 적이다 (방해가 된다). 예를 들어, 탄수화물은 Kinetic Product이기 때문에 : 카라멜라이제이션과 카니자로 반응(CH2O+ RCHO -> HCO2H+ RCH2OH)이 뒤따른다.
탄수화물은 역학적 생성물(kinetic product) 입니다. 탄수화물들은 캐러멜화 반응(caramelization)*의 과정을 겪게 됩니다. 중합*한다는 말이죠. 만약 설탕을 오븐에서 가열하면, 카라멜처럼 됩니다. 그게 탄수화물에게 일어납니다. 탄수화물을 그저 단순한 탄수화물로 보존되지 않고 탈수됩니다. (이 내용에 대해선 인터뷰 번역 게시글에 상세히 설명되어있습니다.(링크)
E. 전생물체계(前生物/Prebiotic system:생명이 시작되기 전의 생태계)는 구조를 쉽게 정화/정제(purify)할 수 있는 능력이 없다.
정화/정제할 수 있어야 합니다. 만약 정제하지 않으면 부산이 시스템 안에 쌓이게 되고 시작재료(starting material)를 계속 사용하면서 원하는 화학반응을 막기 시작하죠. 정화를 할 수 있어야 합니다. 정화 없이는 일할 수 없어요.
모든 화학자들은 반응을 시작시키고 멈춥니다. 그리고 정화합니다. 그래야 그 다음 단계를 갈 수 있어요. 가끔 정말 순수한 반응일 경우엔 한 두 단계 지속시킬 수 있지만 정화를 해야 합니다.
F. 시약(reagent) 추가 순서는 필수적이다.
시약들을 섞어 놓고서 원하는 걸 얻었다고 할 수 없습니다.
케익을 만드는 예를 들면, 밀가루, 우유, 달걀을 넣고, 갑자기 중간에 (마지막에 위에 얹어야 하는) 프로스팅(설탕가루)*을 넣을 수 없습니다. 순서가 있어요. 화학에서도 마찬가집니다. 특정시점에 어떤 것들을 넣어야 합니다. 원하는 걸 원하는 때 마음대로 더할 수 없습니다. 시약을 추가하는 순서와 타이밍은 중요합니다.
G. 복잡 분자 구조를 만들기 위해서는 온도, 압력, 용액(?solvent) , 빛의 유무, 산도, 대기 가스의 유무 등의 범위를 정교하게 통제해야 한다.
H. 매 단계의 특성화(characterization)는 화학자에게 아주 중요하다, 하지만 생명이 시작되기 전 환경은 분자구조에 대해 알지 못하기 때문에 이런 걸 고려했다고 보기 어렵다.
자연이 특성화를 어떻게 할까요? 현시점의 생물 시스템이 특성화를 진행하는 방법은 이렇습니다. 매번 어떤 걸 만들어내는 효소가 있습니다. 만약 옳은 구조가 아니면, 다른 효소가 와서 그걸 쪼개버린 후, 다시 만듭니다. 만약 DNA 안에서 실수가 발생하면, DNA를 왔다갔다하는 효소가 있는데, 그 효소가 문제를 발견하고 잘라낸 후, 맞는 베이스에 집어 넣습니다.
하지만 전생물적 세계, 생물이 탄생하기 전의 세계에는 효소가 없습니다. 이걸 어떻게 확인하죠?
언제나 시스템 내에서 체크가 필요한 것을 체크할 때, 무엇을 체크하는 것은 그 시스템보다 복잡합니다. 그럼 그걸 어디서 가져올까요? 아무도 몰라요. 모두 여기에 대해서 모르지만 그걸 인정하려고 하지 않습니다.
I. 물질 전달(mass transfer)의 문제가 모든 루트를 망칠 것이다.
유기 합성을 해본 사람은 압니다. 0.5kg의 재료를 가지고 시작합니다. 수율은 100%가 되는 경우가 없습니다. 정제를 하고, 2밀리그램을 얻습니다. 아직 목표치에 도달하지 못했기 때문에 시작단계로 돌아가서 더 만듭니다. 발견한 정의된 루트에 따라서 만들면 높은 수율을 유지할 수 있습니다. 늘 되돌아가서 시작해야 합니다. 더 많은 재료를 가져와서 만들어야 합니다.
자연에서 그게 어떻게 일어납니까?
잘 모르겠지만, 어쨌든, 시작하고, 1키로의 포말알데히드, 아세톤을 가지고 조합하고, 그 반응이 시작합니다. 어느 시점에 재료가 모자르겠죠. 그러면 다시 처음으로 돌아가야 합니다. 그래서 만약에 그걸 재현시킬 수 있다고 해도, 재료가 떨어집니다. 그리고 원하는 곳으로 갈 수 없습니다.
J. 자연은 실험노트를 적지 않기 때문에 자료를 더 많이 가져오기 위해 돌아갈 수 없습니다.
나노카(Nano Car) 합성하기
(합성할 때의 환경/조건을 보면) 온도를 계속 바꿉니다.
5도에서 영하10도로, 그리고 영하 15도로, 그 다음에 영하 50도로, 그 그리고 130도..
왜냐구요? 그냥이요. (농담)
모든 과정에선 그 한도(Parameter)가 있기 때문이죠.
자연은 그걸 어떻게 알까요?
(자연발생설에 대해) 심해의 분화구가 있고 거기서 따뜻한 곳에 있었다가 차가운 곳에 갔다가 왔다가... 아무도 어떻게 일어났는지 모릅니다.
초고속 모터 합성의 한 단계 [One step in the synthesis of the ultrafast motor]
자, 이게 한 단계 입니다. 이걸 다 해야해요.
굉장히 숙련된 화학자만이 할 수 있습니다.
그냥 자연환경이 이걸 어떻게 할 지 알까요?
단향성 분자모터의 1H NMR [1H NMR of the unidirectional molecular motor]
이런 단계를 실행하고 구조를 지정합니다.
"자연을 이런 걸 할 필요가 없잖아요-" 라고요?
아뇨. 자연은 이것보다 훨씬 복잡한 시스템이 필요합니다.
(Different glove in hand) 를 위한 다른 효소들, 이 효소들이 구조의 문제를 체크합니다.
위의 것보다 훨씬 복잡합니다.
그리고 우리가 이런 나노카를 만들었다는 걸 믿게 하기위해선 우리는 281페이지가 되는 특성화(characterization) 를 써야합니다. 자연환경이 이걸 어떻게 할까요. 아무도 모릅니다. 하지만 과학자들이 이게 얼마나 어려운지 말하지 않고 있을 뿐입니다.
초고속 모터로 구동되는 나노카
우리가 만든 1세대 나노카는 작동했습니다. 하지만, 한 시간에 1.8바퀴만 돌아갔습니다.
그리고 황(sulfur) 원자를 재구축하고, 그리고 five-membering 을 하면, 1초에 300만번 회전하게 됩니다.
아주 작은 변화가 큰 차이를 만들죠.
그래서, 어떻게 고쳤냐구요? 화면에서처럼 황을 지우면 됩니다. 칠판에서는. (농담)
이걸 하기 위해서 우리는 합성의 제일 첫 단계로 돌아가서 처음부터 다시 만듭니다.
제가 말하는 게 이겁니다. (대자연이) 뭔가를 만들기 위해서 뭘 하고 있다고 쳐요, 그리고 생명을 만드는 것에 가까워진다고 칩시다. 하지만 중간에 뭔가 하나 잘못되면 제대로 되지 않습니다. 작은 수정/개선을 하면 된다고요? 그럼 제일 첫 단계로 돌아가야 합니다. (뭔가를 합성하는데 10억년이 걸렸는데, 뭐 하나가 잘못되면) 10억년 전으로 돌아가서 다시 시작해야 합니다.
이건 아주 어려워요. 해결된 문제가 아닙니다. (그런 전생명적prebiotic 환경에서) 분자를 만들 수 없어요.
이걸 기억하셔야 합니다. 분자를 만들려면, 아주 단순한 분자라도, 탄수화물, 지질, 핵산, 단백질이 필요합니다.
아미노산을 만들었다고 해도, 어떻게 아미노산 끼리 결합시키죠?
아미노산은 스스로 결합되지 않아요, 아직 결합순서를 얘기하는 것도 아닙니다.
(생략)
핵산당(nucleotides[뉴클리오타이드])은요? 핵산당은 어떻게 결합시키죠?
(자문자답) DNA가 있잖아요.
- 아니요. (전생명대이니깐 없음)
이 핵산당이 결합되게 해야 합니다.
DNA합성기를 보시면, 얼마나 많은 차단 보호(blocking protection) 단계가 있고, 복잡한 화학작업을 거칩니다. 그저 하나의 연결고리를 만들기 위해서요.
어떤 사람들은 묻습니다 - 핵산당의 농도가 아주 높았었다면요?
제가 고등학교 교과서를 읽어보니 "굉장히 (농도가) 높았었고, 스스로 연결되었다" 라고 적혀있더군요.
하지만 그 농도를 계산해보면, 하늘에서 고농도의 핵산당이 비처럼 내렸어야 합니다.
그 농도로 하늘에서 쏟아졌어도 스스로 결합되지 않아요.
효소(enzyme)가 필요합니다. 그 때는 효소가 없었으니깐요. 혹은 DNA합성기가 있었어야 합니다.
하지만 당시 지구엔 둘다 없죠.
근데 이걸 합성해야 합니다. (그래야 생명을 만들 분자를 만들죠)
[포인트: 뉴클리오타이드들이 결합되기 위해선 효소가 있어야 하는데, 효소 역시 스스로 결합되지 않음. 닭이냐 달걀이냐....]
The Assembly Problem 조립의 문제
"Protocell, 원세포는 '자체 조직된 (self-organized)', 내생적으로 정렬된, 구형球形 지질 집합체이다. 생명의 기원에 대한 디딤돌로 제시되고 있다."
생명의 기원 연구의 거의 모든 소위 원세포 조합실험은 아래 프로토콜과 유사하게 요약될 수 있다.
· 화학회사로부터 호모키랄 디아실diacyl 지질을 구입하거나, 더 작은 분자를 가지고 입체화학적으로 스크램블된 지질을 합성한다. 그 지질을 물에 넣고 당연한 열역학적 간단한 (반응으로) 이 지질들이 이중층 베실(bilayer vesicle/수포)* 조립(?조합?)되는 것을 관찰한다. 어떤 때는 연구자들이 다른 분자들을 넣어 (분자들이) 이 수포에 쌓이게 한다.
· 합성된 베실/수포가 원세포이고, 초기 세포생명체를 시사하는 논문을 발행한다.
실제 세포와의 비교
위 슬라이드의 '원세포' 이중층(bilayer)과 아래 실제 세포벽의 이중층을 비교해보겠습니다.
이건 아주 간단하게 만든 그림입니다.
(생명체 세포의 이중층은) 세포벽에서 바깥쪽 수분에 닿는 부분과, 세포내부의 수분에 닿는 부분, 이 둘이 다릅니다.
모든 원세포(proto cell) 실험(에서의 이중층)은 다 동일합니다.
그래서 이건 원세포 라고 할 수 없어요. 이건 세포랑 전혀 다릅니다. 세포기관, 세포핵, 미토콘드리아들도 다 자기들만의 구성을 가진 이중층 집합체를 가지고 있습니다. 안쪽이랑 바깥쪽이 다른.
그리고 이 비대칭적으로 분포되어있는 (아래 확대 그림) 단백질들은 이온투과담체(ionophores)인데, 어떤 물질이 세포 안으로 들어오게 하고, 어떤 건 나가게 합니다. 이게 없이는 어떤 것도 세포로 들어오지 못해요. (그냥 집어 넣으면) 세포가 죽습니다.
이건 굉장히 "신중한" 센서가 있어서 특정 분자들은 들어오게 하고 특정분자들은 나갈 수 있게 합니다. 어떤 이온들은 들어오고, 어떤 이온들은 나갈 수 있고. 세포의 유지를 위해서는 이 이온 농도를 유지해야 합니다. 이 농도가 사라지면 어떤 일이 일어나냐구요?
펑! 하고 세포가 터집니다.
이게 어떻게 구현됐는지 아무도 모릅니다.
어떤 원세포실험에서도 (실제 세포처럼) 이런 게이트웨이(gateway)를 통해 단백질이 투과하지 않습니다.
그리고 지질 이중층에 대량의 탄수화물 부속물(?)이 있습니다. 글리칸(glycan)이라고 합니다.
이 그림을 그린 화가가 아주 조금만 그려두었는데, 세포는 저런 걸로 뒤덮여 있습니다.
이걸 통해 세포 간의 인식이 이뤄집니다.
한 세포가 어떻게 다른 세포를 인식하냐구요? 이런 탄수화물 부속물 때문입니다. 이것들이 인식패턴이 있어서 세포를 구분할 수 있게 합니다.
DNA엔 정보가 굉장히 많습니다. DNA는 엄청 복잡하다구요.
만약에 6개의 A를 베이스로 나열하면 경우의 수가 몇 개죠? 하나 뿐입니다.
탄수화물 D-피라노스(D-Pyranose)을 볼까요? 아주 보통의 탄수화물입니다. 만약 이게 6개가 있으면 이걸 조합하는 방법은 1조개 이상입니다. 그리고 물론 (세포 안에는) 6개 이상 존재하죠. 만약에 제대로 조립되어 있지 않으면 어떤 일이 일어날까요 ?
세포가 죽습니다.
이 탄수화물들을 변경하면, 세포가 죽는 거에요. 탄수화물 조합에도 DNA보다 훨씬 많은 정보가 존재합니다. 아주 많은 정보가 탄수화물에 저장가능합니다.
엄청난 컴퓨터를 만들고 싶으세요? 그럼 탄수화물 조합을 기초로 만드세요. DNA조합보다 훨씬 좋습니다.
이런 탄수화물의 조립은 아주 컨트롤하기 어렵습니다. 아무도 어떻게 하는 지 몰라요.
그런데 생명체가 생기기 전의 지구에서, 어느 바위 아래서 이걸 (자연이) 알아냈다구요?
생명의 기원에 대한 연구자들이 이런 문제를 어떻게 설명하나요? 안합니다.
(이상은 Discovery Science 유튜브 채널의 강의를 자체 번역하여 문자와 추가 자료 화면으로 구성한 것입니다. )
※ 세포에 대해 더 알고 싶으신 분들은 다음 게시글을 참고해주세요.
링크:생명의 기원: 단순세포는 얼마나 복잡한가요?
생명의 기원: 단순세포는 얼마나 복잡한가요?
Q. How complex is a “simple” cell ? "단순" 세포는 얼마나 복잡한가요? * 저명한 합성유기화학자, 나노 테크니션의 제임스 투어 박사의 인터뷰 내용 중, 일부를 번역하여 올립니다. Every year we understand..
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1부를 마치며
제임스 투어 박사는 지적설계라든가 유신창조론을 언급하지 않습니다.
그건 과학이 할 수 있는 이야기가 아니기 때문이라고 합니다.
과학자로서 과학만으로 생명의 기원 연구에 대해 비평합니다.
우주에 생명이 존재하기 위해서 특정 물리학의 기본 상수들이 매우 좁은 범위 내에서 존재 해야 합니다.
이걸 "미세 조정 우주 (Fine-tuning of the Universe)"라고 합니다.
그리고 그걸 우연이 만들어졌다고 해야하죠.
그 중간에 스티븐 와인버그처럼 필연성을 주장하는 것처럼 오해 받은 쪽도 있지만, 잘 생각해보면 이 역시 과학적이라기 보단 이론일 뿐입니다. (리차드 도킨스가 이 분의 주장을 오해함)
신을 믿는 이들은 우주를 보고 그 복잡성과 규칙성, 우연히 발생했다고 하기엔 너무 정교한 이 시스템을 보며 신이 설계했기 때문이라고 주장합니다. (참고영상: Fine tuning of the Universe - Dr. William Craig)
그리고 우리 거대한 스케일을 우주에서 마이크로한 스케일의 우리 몸, 그 속의 세포, 세포 안의 분자들을 보면 또 이 안에 엄청난 '설계'가 보이죠.
어느 한 쪽은 과학적이고 어느 한 쪽은 종교적인 걸까요?
아니면 어느 한 쪽은 과학의 단어들로 구성되었지만 과학적으로 검증되지 않는 스토리텔링을 하고, 불가능에 가까운 확률과 우연을 믿고 있고, 다른 한 쪽은 그 과학적으로 확인된 복잡성을 보고 이게 우연이라고 믿을 수 없기 때문에 신을 믿고 있는 걸까요?
우리는 어떤 오해를 하고 있는걸까요?
* 영상 원본이 궁금하신 분들을 위해 아래 나열합니다. 아쉽게도 한글자막은 없어요.
언젠가 제가 번역한 자막 혹은 제가 자막 입힌 영상을 만들면 제임스 투어 교수님께 보내드려서 채널에서 써달라고 여쭤볼까 합니다.
- 제일 먼저 접하게 된 아래의 영상 (58분) ...
- 그리고 위 행사와 관련되서 보너스 인터뷰 영상 (22분) [번역완료]
- 그리고 2016년 1시간 23분 짜리 강의 영상 ..
- 가장 최신 2020년 9월 스트리밍 강의.. (1시간 28분)
