최초의 생명체는 지구상에서 어떻게 나타났는가?

진화론과 창조론의 논쟁에서 거의 대부분의 진화론자들은 성경에 기초한 창조론자들의 주장을 터무니없는 주장이라고 신랄하게 비난한다. 과연 그들의 비난이 맞는 것일까? 진화론이 맞는지 아니면 창조론이 맞는지는 최초의 생명체가 지구상에 어떻게 처음으로 나타났는가에 따라 그 승패가 결정된다. 만일 생명체가 자연적으로 나타났다면 진화론이 맞을 것이고 창조주의 개입없이는 결코 나타날수 없다면 창조론이 맞을 것이다.

지구상의 모든 생명체는 그 기본단위인 세포로 구성되어있다. 세포는 아래 그림에서 나타난것 처럼 단백질로 규성되어 있으며, 단백질은 아미노산으로, 아미노산은 (유)무기물로 구성되어있다. 따라서 세포가 생성되기 위해서는 (유)무기물로부터 아미노산, 아미노산에서 단백질, 그리고 단백질에서 세포순으로 발전되어야 한다. 그럼 이 각각의 과정을 자세히 살펴보도록 하자.

H, C, N, O, H2O, CH4 etc...
(유)무기물 아미노산 단백질 세포

그림 1. 세포의 구성체계

a) (유)무기물에서 아미노산으로:

무기물은 지구가 형성될 시기에 당연히 존재했던 것으로 여겨진다. 하지만 (유)무기물에서 아미노산이 생성되는 과정은 정확히 알려져 있지않아 실험을 통해 밝히려는 시도가 있어왔다. (유)무기물로부터 아미노산을 얻을려는 최초의 실험은 1952년 밀러에 의해 행하여졌다. 밀러는 지구상의 원시 대기가 메탄, 암모니아, 수소, 물로 이루어졌다고 가정한후, 이 혼합기체를 아래 그림과 같이 가열장치, 진공펌프, 방전장치, 냉각장치등으로 구성된 실험 기구에 넣어 반응 시킨후 네 종류의 아미노산을 얻었다.

그림 2. 밀러 실험

이 실험에 사용된 가열장치는 수증기를 발생시키고, 진공펌프는 공기를 없애며, 방전장치는 번개를 모방하고, 냉각장치는 생성물을 급히 냉각시키는 장치들이다. 그런데 이 장치가 지구 원시대기를 얼마나 정확히 재현하는가에 대해서는 의견이 분부한 편이다. 방전장치의 경우 약 5만볼트의 전압을 사용하고 약 250도 정도의 열을 발생시킨다. 하지만 번개의 경우 약 1억볼트 정도의 전압을 가지며 발생되는 열은 약 5만도 정도가 된다. 그런데 이것 보다 더 큰 문제는 지구의 원시대기가 환원성 대기였다는 가정이다. 여기서 환원성 대기란 산소가 대기에 존재하지 않음을 의미하고 있다. 만일 원시대기가 산화성이었다면 아미노산은 생성되자말자 바로 산화되어 분해되어버리고만다. 원시대기가 환원성이냐 아니면 산화성이냐에 따라 생명체의 가장 기본물질인 아미노산의 생성이 좌우되기 때문에 원시대기에 대해 많은 연구가 진행되어왔다. 하지만 아직까지는 잘 알려져있지 않은데 그 이유는 원시대기의 구성성분을 추정할만한 암석이 많이 존재하지 않기 때문이다.

지금까지 알려진바를 살펴보면 Miller (1953)와 Chyba & Sagan (1997)은 환원성 대기, Albeson (1966), Pinto et al. (1980), Zahnle (1986)등은 약환원성 대기, 그리고 Trail et al. (2011)은 산화성 대기임을 주장한다. 여기서 주목할만한 논문은 2011년 네이처에 발표된 Trail et al. 의 논문인데 그들은 명왕누대 (冥王累代, Hadean)에 형성된 지르콘 산화량이 현재 지구상에서 발견되는 마그마의 산화량과 같음을 발견하였다. 또한 지르콘의 산화량으로 미루어 볼때 지구 원시 대기가 태초에 환원성이었다고 하더라도 지구 탄생 약 2억년 후부터는 더 이상 환원성 대기가 아니었을 거라고 발표하였다. 최초의 원시 세포 화석이 발견된 시기는 지구 탄생후 약10억년이므로 위 사실은 생명체가 발생할 당시에는 이미 상당량의 산소가 지구 대기에 존재하였음을 예시한다. 즉, 그 당시 대기가 비환원성이어서 무기물에서 아미노산이 자연적으로 생성될 가능성이 희박하였음을 의미한다.

b) 아미노산에서 DNA 또는 단백질로:

단백질을 구성하는 아미노산의 종류는 약 20개 정도가 되는 것으로 알려져 있다. 논의를 진행하기 위해 지구 원시 대기에서 생명체의 기본이 되는 20개의 아미노산이 우연히 생성되었다고 가정하도록 하자. 이럴경우 다음으로 넘어가야 할 산은 아미노산들로부터 DNA, RNA, 단백질 등이 우연히 생성되어야 하는 과정이다.

그림 3에 나타난것처럼, DNA는 전사를 통해 RNA를 만들고 RNA는 DNA에서 물려받은 설계도대로 단백질을 만든다. 따라서 처음에는 단백질을 만드는 설계도가 들어있는 DNA를 생명의 기원으로 생각하였다. 그런데 DNA 설계도대로 단백질을 만들기 위해서는 효소가 필요한데 효소자체가 단백질로 구성되어 있으므로 이 가설은 벽에 부딪친다. 왜냐하면 효소를 구성하는 원재료인 단백질이 존재하지 않는 상태에서는 효소자체가 만들어질수 없기 때문이다.

그림3. DNA 에서 RNA, RNA에서 단백질이 생성되는 과정을 보여주는 그림

그래서 이에 대한 해결책으로 나온게 'RNA 월드' 가설이다. RNA는 DNA와 달리 그 자체가 전령 RNA (mRNA)로 유전물질 역활도 하고 리보솜 RNA (rRNA)로 단백질 합성에 관여하는 리보자임 효소역활도 한다. 따라서 RNA는 스스로 복제가 가능하므로 초기 생명의 기원은 RNA일 거라는 내용이 RNA 월드 가설이다. 무척 완벽하게 들리겠지만 RNA 월드 가설은 다음과 같은 여러가지 문제점이 있다. 첫째, RNA는 너무 복잡하여 자연적으로 생성될수가 없다. 둘째, RNA가 우연히 생성되었다 하더라도 본질적으로 너무 불안정하여 곧 파괴되고 만다. 세째, RNA가 효소 촉매 반응을 하기 위해서는 엄청난 갯수의 RNA분자가 필요하다 (1014 - 1016개). 넷째, RNA가 수행 할수있는 촉매 역활은 아주 제한적이다. 이에 더하여 RNA 월드 가설이 설명 할수없는 사실은 최초의 RNA가 어떻게해서 만들어졌는가이다. 여기서 생명의 기원은 난관에 봉착하게되며 창조주의 개입이 없이는 결코 앞으로 나아갈수 없음을 말하고 있다.

c) RNA/DNA 에서 세포로:

여기서 또다시 DNA나 단백질이 우연히 생겼다고 가정하고 논의를 진행해 보도록하자. 이럴경우에 풀어야할 과제는 어떻게 하여 DNA가 세포내의 세포핵에서 잘 자리잡고 다른 여러 세포 구성원들과 조화를 이루어 하나의 완전한 세포를 이루었나하는 문제가 또 대두된다.

세포는 아래 그림에 나타난것처럼 DNA를 감싸고 있는 세포핵뿐만 아니라, 조면소포체, 활면소포체, 리보좀, 세포골격, 골지체, 세포질, 미트콘드리아, 소포, 액포, 리소좀, 중심소체등 많은 세포 소기관들을 가지고있는 하나의 복잡한 생명체로서 존재한다. 세포를 집으로 비유할경우 세포소기관들은 씨멘트, 벽돌, 철근, 타일, 유리등 집을 짓는 건축 재료들이다. 건축재료들은 자기들이 알아서 스스로 조립되어 집이 되지않고 설계자의 설계도대로 시공되어야만 비로서 집이 완성된다. 마찬가지로 세포 소기관들도 세포내에서 스스로 알아서 배열된것이 아니라 설계도에 따라 정해진 순서대로 배열되어야만 온전히 제 기능을 하는 하나의 세포가 될수가 있다. 세포의 기원에서 종종 간과되고있는 사실은 세포핵외의 다른 세포소기관들이 어떻게 만들어졌는지 설명이 거의 없다는 사실이며, 또한 어떤 과정을 거쳐 세포 소기관들이 세포내의 적절한곳에 자리를 잡고 세포가 하나의 생명체 역활을 할수있게 하였는지의 설명이 없다는것이다.

이렇듯 세포가 형성되는 대부분의 과정이 잘 알려져있지 않으며 유력한 이론이라는 RNA월드 조차도 핵심사항인 최초의 RNA가 어떻게 만들어졌는지를 잘 설명하지 못하고 있다. 무기물로부터 자연적으로 생성된 아미노산은 D형과 L형이 약50%씩 존재한다. 따라서 생명체가 자연적으로 발생하였다면 생명체를 이루는 아미노산은 D형과 L형이 약 50% 정도씩 구성되어야 한다. 하지만 지구상의 생명체를 구성하는 아미노산은 거의 모두가 L형 아미노산으로 구성되어 있다. 이것 역시 생명체의 자연 발생설을 부정하는 증거이다.

그림 4. 세포의 구조

이상과 같이 살펴본대로 무기물에서 아미노산, 아미노산에서 RNA, DNA, 단백질, 그리고 이것들을 토대로 세포가 형성되고 궁극적으로 생명체가 탄생되는 과정들에는 결코 넘을수 없는 여러 난관들이 존재함을 알수있다. 이 사실은 생명체가 자연적으로는 나타날수 없으며 창조주의 개입이 있어야만 가능함을 명백히 나타내고 있다.