생명의 기원에 관한 학설

1. 들어가는 글

맨 처음의 생명은 어떻게 해서 발생하였을까? 여기에 대해서는 다음 세가지 이론을 생각할 수 있다. 첫째, 지구에 자연발생 했다는 이론과, 둘재, 다른 천체에서 왔다는 이론과 셋째. 이론은 초자연적이라 할 수 있다. 둘째 이론은 외계에서 생명이 발생하여 지구까지 왔다는 견해인데 그러면 외계에서는 어떻게 생명이 발생하였느냐에 대해서 다시 첫번째나 세번째와 같은 이론이 필요함으로 여기서는 두번째이론은 약간의 역사적인 고찰만을 하는데 그치기로 한다. .

2. 자연발생설과 생명발생설

지구상에 생명체가 나타난 메카니즘에 대해서는 여러가지 학설이 있다. 그중 하나는 생명의 자연발생설(Theory of Spontaneous Generation)이다. 자연발생설은 고대 희랍인들에 의해 제안된 것이다. 희랍 이오니아(Ionia) 팍파의 탈레스(Thales)나 그의 제자 아낙시스만드로서(Anaximandros)와 같은 자연철학자들은 생물은 열과 공기와 태양에 의하여 진흙에서 우연히 발생하였다고 하였다고 하였다. 아리스토텔레스(Aristoteles,BC 384-322)도 건조하면서도 축축하거나 축축하면서도 건조한 것으로부터 생명이 발생한다고 했다. 아리스토텔리스로부터 근 2000년동안 간단한 생명체의 자연발생을 조금도 의심하지 않았다. 근세에 이르러서 데카르트(Rene Descartes,1596-1650)조차도 생물은 축축한 흙에 햇빛을 쬐든지 또는 부패 시킬때 우연히 발생하다고 주장하였다.

그러나 이러한 자연발생설은 17세기에 이르러 일보 학자들로부터 도전을 받기 시작하였다. 자연발생에 대한 공격을 처음으로 시작한 이탈리아의 의사 레디(Francesco Redi,1626-1698)였다. 이탈리아 과학원의 유명한 회원이기도 했던 그는 1668년,두개의 플라스크에 고기를 넣고 한쪽은 무명천으로 된 망을 씌우고 다른 쪽은 그대로 두었다. 그랬더니 망을 친 플라스크에는 구더기가 안생기고 망을 치지 않은 플라스크에는 구더기 생겼다. 이것을 보고 레디는 생물은 반드시 생물로부터만 발생한다는 생물발생론(Theory of Biological Generation) 을 발표하였다. 그러나 레디의 주장이 구더기의 경우에는 맞을지 모르나 다른 모든 생물들에게까지 그 주장을 확대시킬 수 있을지에 대한 구체적인 근거는 없었다.

그러던중 네덜란드의 현미경학자 레에벤훅(Leeuwenhoek,1632-1723)은 현미경으로 미생물에 대한 자세한 관찰을 하였다. 레에벤훅이 유기 추출물들을 오랫동안 공기와 접촉시켜두었다가 현미경으로 관찰을 하면 거기에는 항상 많은 새로운 미생물들이 존재했다. 그래서 그는 미생물들은 자연발생한다고 믿었다.그러나 레에벤훅은 자신이 관찰하는 새로운 미생물들이 자연발생한 것이 아니라 공기 중에서 새로 들어온 것인지에 대해 확실한 답을 할 수 없었다. 이것을 확인하기 위해 실험을 한 사람이 바로 불란서의 조불로(Louis Joblot)였다. 조불로는 1787년,식물추출물들을 몇분간 끊임으로 두개의 그릇에 나누어 담았다. 그런 다음 하나의 그릇은 열어 두었고 다른 하나는 양피지로 단단히 덮어 두었다. 얼마후 이 두 그릇을 현미경으로 조사해 보니 두껑을 덮어두지 않은 그릇에는 많은 미생물이 생겼으나 양피지로 덮어둔 그릇에는 전혀 미생물이 생기지 않았음을 확인하였다. 이 실험으로부터 조블로는 미생물일지라도 자연발생하지 않는다는 결론을 내렸다. 그러나 생명의 자연발생론에 대한 논쟁은 쉽사리 해결되지 않았다. 조불로의 실험 후에도 로마 카톨릭 신부였던 니담(john de Tubeville Needham,1713-1781)은 다시 일련의 실험을 통해 자연발생설을 주장하였다. 여기에 대해 1756년, 이탈리아의 스빨란짜니(Lazzaro Spallanzani,1729-1799)는 니담이 두껑을 덮은 그릇의 멸균을 충분히 하지 않았기 때문이라고 비판하면서 좀더 철저한 실험을 하였다. 그리고는 이 새로운 실험을 통해 그는 다시 자연발생설을 부정하는 실험 결과를 얻었다. 여기에 대해 니담은 스빨란짜니가 플라스크를 너무 세게 가열하여 미생물이 자라지 못했다고 비판하였다. 어쨌든 완전히 멸균된 용액을 얻는 일과 더불어 당시 사람들이 워낙 자연발생설을 깊이 신뢰하고 있었던터라 스빨란짜니의 탁월한 실험결과에도 불구하고 생물발생론과 자연발생론의 대립은 좀처럼 쉽게 해결되지 않았다.그러자 프랑스과학아카데미는 생명의 기원을 밝히는 가장 신빙성 있는 실험을 한 사람에게 상금을 주겠노라라 상(Prix Alhumbert)을 내걸었다. 여기에 대해 불란서 과학자 파스퇴르(Louis Pasteur,1822-1895)는 종래의 모든 논쟁들을 일단락 지우는 뛰어난 실험을 함으로 이상을 획득하였다. 1861년

39세의 파스퇴르는 이전 실험들의 문제점들을 분석하고 이를 제거할 수 있도록 실허믈 고안하였다. 그는 백조목(swan-neck) 플라스크 실험을 통하여 미생물의 번식에 있어서 온도, 습도, 공기 및 영양이 적당하더라도 밖으로부터 미생물이 들어가지 않는 한 미생물은 생기지 않음을 증명하였다. 또한 같은 플라스크의 백조목 부분을 자름으로 내용물이 직접 공기와 닿게되자 곧 미생물이 생기는 것을 관찰하였다. 이 실험으로 인해 자연발생론은 미생물 차원에서조차 완전히 폐기되었으며 생물은 그 생물의 모체에서만 유래한다고 결론짓게 되었다.

3. 오파린의 가설과 밀러의 실험

파스퇴르에 의해 생명의 자연 발생설이 부정되었음에도 불구하고 금세기 들어와 자연발생설은 좀 더 정교한 이론의 형태를 갖추어 나타났다. 소련의 생화학자 오파린(Aleksandr Ivanoivitch Oparin,1894-1980)은 1936년에 생명의 기원이라는 책에서 생명체는 지구상에서 자연발생하였다는 생명의 유기화학물설 제시하였다. 그에 의하면 지구상에는 긴 세월이 걸쳐서 무기물로부터 유기물로 진화(화학진화)가 일어났고, 이 유기물이 최초의 생물(원시생물)을 형성했다고 하였다. 그는 원시 지구를 덮고 있던 대기는 오늘날의 대기와는 달리 산소가 없고 메탄(CH4),수소(H2).수증기(H2O),암모니아 (NH3),네온(Ne) 헬륨(He),알곤(Ar) 등으로 되어 있었을 것이라고 가정하였다. 이들 기체는 태양으로부터 자외선이나 번개와 같은 공중방전된 에너지를 흡수하므로 서로 반응하여 아미노산을 비롯한 여러가지 간단한 유기물로 되고 이것이 비에 용해되어 바다로 흘러들어가 교질상태가 되었다가 다른 종류의 교질이 반응하여 반액상의 코아세르베이트(coacervate)라는 작은 알맹이 형태로 만들어졌을 것이라고 가정하였다.

코아세르베이트란 단백질 등의 콜로이드 입자가 결합하여 주위의 매질과 명확한 경계가 이루어져 분리 독립된 입상구조를 말한다. 이 코아세르베치트는 내부 교질입자가 서로 정해진 위치에 붙어서 초기구조를 이루며 한편으론 여러 효소계가 형성되어 다른 유기물을 분해하여 그 에너지에 의해 자신을 합성하여 성장하여 간다고 가정했다. 이와 같이 코아세르베이트가 성장한 것이 바로 최초의 생명체로 발전되었다고 본다.

원시 생물이 유기물의 화학진화 과정에서 생겼다면 당연히 그것은 유기물에 의존하고 있는 종족영양적 것이다(종속영양 기원설) 오파린에 따르면 원시지구의 태양에는 유기물만이 녹아 있었고 대기에는 유리된 산소가 존재하지 않았다고 보았다. 그러므로 이와 같은 환경에서 최초로 나타난 생물은 바닷물속에 있는 유기물을 받아들여 무기호흡을 한 결과 점차로 이산화탄소가 해수나 대기 중에 축적되고 유기물은 소비되어 소멸되었다고 본다. 이때 빛,물, 이산화탄소를 이용해서 탄수화물을 만들고 산소를 방출하는 독립영양적인 생활을 할 수 있는 일반적인 광합성형 생물로 발전되었다고 가정하고 있다.

원시 대기에서 아미노산이 생겼다는 오파린의 가설은 1953년, 시카고 대학의 화학자인 유레이(Harold Uery,1893-)와 밀러(Stanley L Miller,1930-)에 의해 실험되었다. 밀러는 5리터들이 플라스크에 물을 넣은 다음 공기를 빼어 진공으로 하고 일정한 비율의 수소, 메탄 및 암모니아의 가스 혼합물을 채웠다. 플라스크에 물을 끓여 수증기가 위의 기체들과 섞이게 하고 이 혼합기체에는 높은 전압을 걸어 방전이 일어나는 전극 사이를 지나가게 하면 이 방전 에너지에 의해 화합물이 생기고 이 화합물은 냉각기를 통하여 골드 트랩(cold trap)에 모여 농축이 된다. 이 장치로 방전을 수 주일간 계속하여, 방치된 물질을 농축시킨 후 그 농축물을 분석한 결과 글리신, 아스 파르트산, 글루탄산 등의 아미노산과 핵산에 쓰이는 염기등의 유기물이 얻어졌다.

4. 밀러 실험의 비판

밀러의 실험은 방전 에너지를 이용하여 무기물질인 메탄, 암모니아 수소등으로부터 유기물질을 인공적으로 합성한 매우 훌륭한 실험이었다. 그러나 무기질로부터 유기물질이 생겼다고 해서 원시 지구에서 무기물로부터 최초의 생명이 자연발생했음을 증명한다고 주장하는 것은 다음 몇가지 이유로 인해 지나친 논리의 비약이다.

첫째, 밀러 실험에서 사용한 혼합가스의 조성이 원시 지구의 대기 조성과 같다는 것을 증명할 수 없다. 사실 원시대기가 수소를 많이 포함하고 있는 환원성 대기라는 것도 어디까지나 가설이지 증명된 것이 아니다. 만일 대기의 조성이 현재와 같이 질소와 산소를 많이 포함하고 있는 산화성 대기라면 이들은 아무리 오랫동안 방전시킨다 해도 유기물은 절대 합성되지 않는다. 원시 지구상의 대기를 현재와는 전혀 다른 환원성 대기로 가정하는 것은 유기물 합성이 가능하기 위해 가정한 것이다. 이것은 밀러 자신과 오르겔(Leslie E Orgel)도 이점을 분명히 밝혔다. "생물학적으로 관심 있는 화합물들의 합성은 환원성 조건에서만 가능하기 때문에 우리는 지구의 대기가 환원성이었던 때가 틀림없이 있었을 것으로 믿는다. 약간의 지질학적 및 지구물리학적 증거들이 실제로 그러하였음을 암시하고 있기는 하지만 결정적인 증거는 하나도 없다."

둘째, 밀러의 실험장치에서는 합성된 후 방사전이나 방전 에너지에 의하여 합성된 유기물질이 다시 분해되지 않도록 즉시 냉각시킬 수 있는 냉각장치가 사용되었다. 만일 재빨리 냉각되지 않으면 합성되었던 유기물은 방전 에너지에 의하여 다시 분해, 파괴되어 버리기 때문이다.그러나 자연계에서 이와같은 급속한 냉각장치가 어떻게 존재할 수 있는지 설명할 방법이 없다. 화학진화론자들은 번개와 같은 방전으로 대기 중에 생성된 유기물질은 빗물에 씻겨 바다속에 갇친다고 하지만 이 속도는 인공적인 순화속도처럼 빠를 수 없다.

셋째,밀러의 실험에서는 생명체의 구성요소인 단백질 합성의 필요한 L- 아미노산 (shor chain left-handed amino acid)도 생겼지만 생명합성에 불필요하고 오히려 방해가 되는 d- 아미노산(long-chain right - handed amino acid)도 함께 생성되었다. 생체가 합성하는 아미노산은 100% L-아미노산인데 비해 인공적으로 합성한 아미노산은 L2아미노산과 D-아미노산이 50%정도씩 섞여 있는 소위 라세미 혼합물(Rasemi mixture)이다. 그러므로 인공적으로 만들어진 아미노산이 생명합성에 사용되려면 누군가가 라세미 혼합물로부터 L2 아미노산만을 분리시켜야 한다. 자연계에서 누가 그 일을 할 수 있는가? 실제로 화학 진화론자들은 아무도 밀러의 실험으로 생긴 혼합 유기물질을 다음단계의 고분자 합성 원료로 사용하지 못한다.

넷째, 자연계에 밀러의 장치같은 것이 존재할 수 있는가 문제이다. 밀러의 실험장치는 매우 정교한 장치로서 이 실험을 했던 밀러는 그 공로로 노벨상을 수상했다. 기껏해야 가상적인 환원성 기체 방전으로 유기물을 만드는 실험이지만 이것이 실험실에서 이루어지기 위해서는 노벨상을 받을 정도의 뛰어난 과학자의 아이디어와 실험 장치의 설계,실험 계획이 있었다. 창조주 하나님의 설계가 아니라면 누가 자연계에서 이러한 화학진화의 일부를 일으킬 수 있도록 할 수 있는가라는 문제가 생긴다.

5. 폭스의 실험

밀러 실험 다음 단계의 화학진화 실험은 1959년,폭스(sidney Fox)에 의해 이루어졌다. 그는 원시지구 상에서 단백질과 같은 복잡한 유기분자가 생성되는 한 모델을 제시하였다. 폭스는 원시지구 위에서 가장 얻기 쉬운 에너지원은 화산이 폭발할 때 용암에서 오는 열이라고 생각하였다. 그는 여러가지 다른 L-아미노산들을 혼합하여 150-180도시에서 4-6시간 동안 가열함으로써 단백질 같은 고분자,프로티노이드(protenoid)를 만들었다. 그리고 프로티노이드를 온수에 녹였다가 용액을 냉각시킴으로 마이크로스피아(microsphere) 라는 2 마이크론 정도의 작은 입자가 만들어졌다. 폭스는 이 실험이 단백질 뿐 아니라 세포와 비슷한 것이 자연적으로 합성되는 모델이라고 제안하였다.

습한 대기 중에서 생성된 아미노산들이 화산 둘레의 뜨겁고 건조한 곳에 정착하여고 분자화 되고, 비에 의해 씻겨 내려가 연못같은 곳에 모여 마이크로스피어로 변한 후, 궁극적으로 생명세포로 된다고 가정하였다. 즉, 처음 아미노산이 생성될 때는 물이 있어야 되고, 그 다음 프로테노이드가 합성될 때는 물이 없어야 하며, 마이크로스피어가 합성될 때는 다시 물이 있어야 한다. 이런 연속적인 반응조건은 실험실에서는 가능하다. 원시지구에서 일어날 가능성은 거의 없다. 그래서 폭스의 모델은 원시지구에서 일어나는 조건과는 무관하다고 밀러와 유레이도 말하고 있다. 사실, 프로테노이드가 자연적으로 생긴다고 하더라도 그 농도는 매우 낮을

뿐만 아니라 L-아미노산만으로 된 프로테노이드는 저저롤 합성되지 않는다. 또한 폭수의 실험조건 중에서 온도가 아주 높아지거나, 반응시간이 길게 되면 아미노산은 중합반응보다 분해되는 역반응이 일어나게 된다.

6. 외계 생명설

생명이 외계에서 왔다는 이론은 19세기 말 스웨딘의 물리학자인 아레니오스(Svante Arrhenius 1859-1927)가 처음으로 주장하였다. 그는 최초의 생명 이 지구에서 화학진화의 과정을 통해 발생하였으리라는 가능성이 희박해지자 최초 생명의 기원을 우주에서 찾을려고 한 것이다. 아레니우스는 최초의 생명은 지구에서 자연적으로 발생한 것이 아니라 우주에서 온 미생물에 의해 시작되었다고 주장하였다. 우주에서 출발한 이 원시 포자들은 우주 복사선의 압력에 의해 진력을 갖게 되었으며 우주공간을 돌아다니다 지구에 도달했다는 것이다. 그는 이 포자들이 우주 공간의 "모든 곳에 존재하는 종자"라고 생각하여 자신의 이론을 범균설(Panspermia)이라고 불렀다. 그러나 이 견해는 어떻게 살아있는 포자가 우주 방사전에 의해 머나먼 우주공간을 밀려 오면서도 해를 받지 않고 살아 있었는지에 대한 설명을 할 수 없었기 때문에 별로 설득력이 없었다.

아레니우스 이론의 단점을 보완하여 제시된 이론이 소위 정향적 범균설(Di rected Panspermia)이었다. 이 이론은 왈슨 (James D.Watson.1928-)과 함께 DNA의 이중나선 구조를 밝힘으로 노벨상을 받은 영국의 크릭(Francis Crick 1916-)의 주장으로 그에 의하면 지구상의 생명은 수십억년 전고도로 발달된 우주의 어느 문명사회로부터 모인 우주선에서 의해 실려 보내진 원시 포자에 의해 시작되었다고 한다. 이 포자들이 원시 바다에 떨어져서 번식함으로 지구상에 최초의 생명이 시작되었다고 한다. 그러나 이 이론 역시 구체적인 증거가 부족함으로 단순한 추측의 산물이라고 할 수 있다. 설사 최초의 지구상 생명체가 다른 우주 문명은 어떻게 생겨난 것인가라는 새로운 질문에 봉착하게 됨으로 이야기는 다시 원점으로 돌아가고 만다. 다시 말해 외계 생명설은 외계 생명의 기원에 관한 설명을 할 수 없기 때문에 현재 우리의 논의의 대상이 될 수 없다.

7. 결론

이상에서 우리는 생명은 자연적으로는 발생될 수 없으며 유일한 대안은 생물발생설,즉 생명은 생명체로부터만 나올 수 있음을 보았다. 생명이 생명로 부터만 나올 수 있다면 최초의 생명체는 어디에서 왔을까? 우주에서 온 것도 자연에서 저절로 발생된 것도 아니라면 결론은 간단하다. 창조주에 의해 창조된 것이다. 혹자는 자연발생되지 않았다고 해서 반드시 창조되었다고할 수 있느냐고 항의할지 모른다. 그러나 논리적으로 볼때 스스로 존재하게 되지 않았다면 누군가에 의해 창조되었다는 선택밖에 존재하지 않는다. 그 누군가가 바로 성경에 나타난 하나님인 것을 믿는 것은 신앙적 결단이다. 그러나 정직하고 객관적인 사고를 하는 사람이라면 누구나 신앙적 결단을 하지 않더라도 가시적 자연계 뒤에 이 모든 생명세계를 존재하게 한 창조주가 계신다는 것을 받아들이지 않을 수 없다.