[뉴마인드] 이것이 모든 생명체의 공통점이다 I 우주의 시작부터 생명의 탄생

 

 

주위를 둘러보면 세상에는 많은 것들이 있습니다.

그리고 과학은 이제 이 세상의 모든 것은 양성자, 중성자, 전자와 같은

입자로 이루어져 있다는 것을 알게 되었습니다.

입자들이 모여 바위도 만들고 나무도 만들고 인간도 만들었습니다.

 

놀라운 사실은 모든 생명체는

공통의 같은 조상으로부터 진화해 왔다는 것입니다.

인간과 벌레, 물고기, 꽃이 모두 같은 조상으로부터 왔다니 쉽게 믿겨지지는 않습니다.

 

그럼 도대체 모든 것을 이루고 있는 이 입자들은 어떻게 만들어졌고

생명은 어떻게 탄생할 수 있었을까요?

 

생명체를 분해하면

탄소, 수소, 산소, 질소, 인, 황 같은 원자 단위로 이루어져 있습니다.

모든 것을 구성하는 원자들이 만들어지려면

온도와 압력이 엄청나게 높아야 하는데

우주 역사를 통틀어 온도와 압력이 가장 높았던 시기는 빅뱅 직후였습니다.

 

1929년 에드윈 허블이 발견한 빅뱅은 시간의 시작을 의미했습니다.

약 140억 년 전에 초고온 초고밀도의 작은 덩어리 안에 우주가 응축되어 있다가

밀어내는 중력에 의해서 거대한 폭발을 겪으면서 빠르게 팽창하기 시작했습니다.

 

장구한 시간에 걸친 핵융합 반응과

초신성이 폭발하거나 중성자별이 충돌할 때

우주 공간으로 뿌려진 원소들이 엄청난 시간 동안 여러 복잡한 과정을 거쳐 떠돌다가

기체 구름으로 뭉쳐서 별과 행성이 되었습니다.

 

태양계에 속한 초기 지구는 육지가 거의 없는 물의 세계였습니다.

그러나 지구가 생성되고 5천만에서 1억 년 정도 지났을 무렵

화석만한 크기의 행성, 테이아가 지구와 충돌하여 지구의 지각이 모두 증발했습니다.

테이아는 산산이 부서졌으며 충돌의 여파로 발생한 먼지 구름이 수천 km까지 퍼져 나갔습니다.

이때의 충돌로 지구의 자전축이 23.5도가량 기울어지게 되었고

우리는 사계절을 갖게 되었습니다.

이 구름은 자체 중력으로 뭉쳐졌고 우리는 이것을 달이라 부르게 되었습니다.

 

그 후 지구는 온도가 내려가고 다량의 비가 바다를 다시 채우는 등

지금과 비슷한 환경이 조성되었습니다.

물은 우리에게 가장 친숙하면서 가장 중요한 물질입니다.

화학에서 가장 유명한 분자식인 H2O는

1개의 산소 원자와 2개의 수소 원자가 결합 조건을 일치시킨 것을 보여줍니다.

 

물 분자는 전체적으로 중성이지만

내부에 음전하가 산소쪽으로 조금 치우쳐져 있습니다.

이것은 산소 원자의 전자 포획 본능이 워낙 강하기 때문인데

물은 이 비대칭 덕분에 거의 모든 물질을 녹일 수 있습니다.

이 독특한 특징

즉 물이 다른 물질을 포획하는 능력 덕분에 생명이 나타날 수 있었습니다.

 

생명의 기본 단위인 세포의 내부는 거대한 화학공장이라고 할 수 있습니다.

다양한 물질들이 빠르게 움직이면서 영양분을 흡수하고

폐기물을 배출하고, 화학물질을 재료 삼아

세포 기능에 필요한 여러 가지 효소를 만들어내고 있는데

물이 없으면 모든 공정이 중단됩니다.

 

1937년 노벨 생리의학상을 수상한 생화학자 알베르트 센트 죄르지는 이렇게 말했습니다.

“지구의 생명체는 원래 바다에서 살다가

피부에 물을 저장하는 방법을 개발한 후에야 육지로 진출할 수 있었다.

우리는 지금도 물과 함께 살고 있다.

다만 바깥에 있던 물을 몸 안으로 가져온 것뿐이다.”

 

지구에 존재하는 생명체의 정확한 숫자는 알 수 없지만

일부 연구에 의하면 최소 수백만 종에서 최대 수조 종에 이른다고 합니다.

그런데 모든 살아있는 조직을 자세히 들여다보면 놀라운 사실이 발견됩니다.

현존하는 모든 다세포 생물은

먼 옛날에 존재했던 단세포 생물의 직계 후손이라는 점입니다.

과학자들은 루카라고 부릅니다.

 

너무나 놀랍습니다.

생명의 종류가 너무나도 많아서 기원도 다양할 것 같지만 사실은 그렇지 않습니다.

지금까지 수집된 모든 증거에 의하면

모든 생명체의 기원은 하나의 공통 조상으로 수렴합니다.

 

믿기 어려운 사실이지만

모든 생명체가 가지고 있는 두 가지 특징이 이 사실을 강력히 뒷받침합니다.

-첫 번째는 정보입니다.

세포가 생명을 유지하기 위해 정보를 저장하고 활용하는 방법은

생명체의 종류와 상관없이 거의 동일합니다.

-두 번째 특징은 에너지입니다.

모든 생명체에서 세포가 에너지를 입수하고, 저장하고, 활용하는 방법도

거의 동일합니다.

 

우리는 바위를 보고 살아있다고 하지 않지만, 강아지를 보고 살아있다고 합니다.

강아지의 몸을 구성하는 세포로 들어가면

작은 규모에서의 생물학적 소프트웨어와 하드웨어와 같은 구조가 나타납니다.

세포가 수행하는 기능의 대부분은

화학 반응을 제어하고 촉진하고, 중요한 물질을 운반하는 것인데,

이는 세포의 형태와 움직임을 제어하는 단백질 분자를 통해 실행되고 있습니다.

 

단백질의 구성 성분은 아미노산인데

20종의 아미노산이 결합하는 방식에 따라 다양한 형태의 단백질이 생성됩니다.

아미노산이 무작위로 결합한다면

생명체에게 필요한 단백질은 아무리 긴 세월이 흘러도 생성되지 않았을 겁니다.

 

생명에 필요한 복잡한 단백질이 합성되려면

모든 과정을 단계별로 서술하는 지침이 필요합니다.

그래서 세포 수준의 소프트웨어가 반드시 필요한데

이것이 놀랍게도 DNA 속에 암호화되어 있습니다.

 

DNA의 전체적인 형태는 이중 나선이고

사다리의 가로대는 한 쌍의 염기로 이루어져 있으며,

염기는 네 종류가 있는데,

같은 종의 생명체들은 성격이나 외모가 아무리 달라도

염기의 배열 순서는 거의 동일합니다.

 

사람의 DNA 염기 배열은 거의 30억 개까지 이어집니다.

그런데 모든 사람의 염기 서열 차이는 약 0.2%에 불과합니다.

500개의 염기 중 단 1개만 다른 셈입니다.

게다가 인간의 DNA 서열은 침팬치하고도 99%가 일치합니다.

신기한 것은 유전자가 아주 조금만 달라도 완전히 다른 생명체가 됩니다.

더 놀라운 사실은 단백질을 생산하는 공정은

생명체의 종류와 상관없이 모두 동일하다는 것입니다.

 

DNA에 담긴 암호를 알면 세포의 소프트웨어에 대한 개념이 명확해지는데

DNA의 한 부분이 주어지면 세포의 업무를 지시하는 명령서를 읽을 수 있습니다.

바위와 같은 무생물에서는 절대 찾아볼 수 없는 시스템입니다.

 

중요한 것은 유전자 암호를 직접 보면

그것이 모든 생명체에게 해당되는 공통의 특징임을 알 수 있다는 것입니다.

강아지의 DNA이건, 나무의 DNA건, 인간의 DNA이건,

모든 DNA 분자에는

단백질 생성에 필요한 정보가 똑같은 방식으로 암호화되어 있습니다.

그리고 이것이 바로 생명의 정보에 존재하는 통일성입니다.

 

생명체가 에너지를 추출하고 배분하는 방법도 종에 상관없이 동일합니다.

모든 생명이 에너지를 처리하는 과정의 핵심은 산화환원반응입니다.

먹은 음식의 전자가 산화환원 반응을 거치면서 에너지를 방출합니다.

식물도 마찬가지로 물을 통해서 전자를 얻어 에너지를 얻습니다.

 

이런 독특한 에너지 추출법이 지구 생명체 모두가 동일합니다.

어떻게 그럴 수 있을까요?

바로 지구의 모든 생명체는

40억 년 전에 등장했던 단세포 생물의 직계 후손이기 때문입니다.

 

진화론을 믿지 않는 사람들도 있겠지만

과학자들이 진화론을 믿는 이유는 실제 데이터와 일치하기 때문입니다.

과학자들이 긴 세월에 걸친 생명의 변화 과정을 끈질기게 추적하여

유리한 형질을 획득한 종이 끝까지 살아남았음을 입증했기 때문입니다.

 

다윈이 진화론을 처음 발표했을 당시에는

어떻게 부모의 유전 형질을 자손에게 물려주는지

그리고 전달하는 과정에서 형질의 일부가 수정되는 이유는 무엇인지에 대한 답은 알지 못했습니다.

그런데 거의 100년이 지난 1953년에 DNA가 발견되면서

유전의 비밀이 하나둘씩 밝혀지기 시작했습니다.

생명은 DNA를 통해 똑같이 복제된 형질을 다음 세대에 전달합니다.

그리고 그 복제된 과정이 완벽히 100% 일치하지는 않기 때문에

세대를 거듭할수록 수정이 이루어지고 세포의 기능에 영향을 줍니다.

 

중요한 사실은

DNA 변형은 100억 분의 1 정도로 극히 드물게 일어난다는 사실입니다.

그러나 수많은 세대를 거치고 미약했던 효과가 누적되면

신체적, 생리적으로 커다란 진보를 이룰 수가 있습니다.

 

진화론 자체도 수정과 보완을 거쳐 진화를 해왔습니다.

여전히 발견되지 않는 중간 단계의 화석이 없고,

일부 학계에서 논쟁이 있어왔지만

진화론 자체에 의문을 제기한 과학자는 단 한 명도 없었습니다.

 

진화론이 사회 각층의 집요한 반발에도 불구하고

지금은 과학계에서 확고부동한 진리로 자리 잡은 이유입니다.

 

 

물리학자 브라이언 그린은

자연은 이러한 정교함을 우리가 상상하기도 어려운 수십억 년의 시간에서

유전물질의 무작위 조합과 변이를 통해

혁신을 만들어 오면서 이루었다고 말합니다.

 

아직 과학은 모든 것을 밝히지는 못했습니다.

우주는 왜 텅 비지 않고 무언가가 존재하게 되었는지

생명의 근원은 무엇인지

이기적 유전자의 리처드 도킨스는 말했습니다.

“유전자의 조합으로 형성될 수 있는 사람들 중

거의 무한대에 가까운 사람들이 아직 한 번도 태어나지 않았다.”

 

우리는 계속해서 진화할 것이고

지금까지 놀라운 변화를 이루었던 것처럼

앞으로도 많은 것을 밝힐 수 있는 무한한 가능성이 있습니다.

 

빅뱅에서 지금까지 모든 순간이 양자적 법칙에 따라 진행되었는데

이 모든 조건들이 도중에 한 번이라도 다른 선택을 했었다면

우리는 존재하지 않았을지도 모릅니다.

 

모든 생명은 기적에 가까운 확률 속에서 가능했습니다.

그리고 이것이 바로 모든 생명이 소중한 이유입니다.