Adam

다윈의 블랙박스(Darwin's Black Box)

「다윈의 블랙 박스」는 1996년에 미국의 생화학자 마이클 베히에 의해 저술되어 2001년 초에 국내에 번역 출판된 근래에 보기 드문 명저이다. 저자인 마이클 베히는 책제목에서도 알 수 있듯이 다윈 시절엔 거의 알려지지 않았던 생화학 분야의 블랙 박스가 이제 드디어 열리게 되었고 이제는 다윈의 진화론으로는 설명할 수 없는 이 분야의 새로운 설명 방식이 도입되어야 한다는 의도를 가지고 이 책을 저술했다.

이 책은 일반인과 전문인을 대상으로 쓴 것으로 생화학에 문외한인 일반인과 전문인이 읽을 부분을 구별 하여 저술하였다. 책은 크게 <제1부: 박스가 열렸다>, <제2부: 박스의 내용물들>, 그리고 <제3부: 박스가 우리에게 말해주는 것>으로 구성되어 있는데 독자들은 제2부의 내용을 읽는 데에 상당한 인내를 가져야 할 것이다. 하지만 저자가 그러한 내용들을 의도적으로 제시했던 이유는 '환원 불가능한 복잡성'이라는 설명 열쇠를 제대로 알리기 위해서였다는 것을 명심해 둘 필요가 있다.

이 책에서 비히 교수는 세포의 하부구조와 작동원리가 놀랄만큼 복잡함을 보여준다. 그리고는 이런 구조들이 과연 점진적인 진화에 의해 생성되었는지 의문을 제기한다. 예를 들면 눈에서 일어나는 시각 싸이클 (Visual cycle or Retinoid cycle)이다. 생화학적으로 시각이 작동되는 원리는 이렇다. 빛이 눈으로 들어와 망막에 부딛치면 11-시스레티날 분자 (11-cis retinal)와 상호 작용을 하면서 이를 트랜스레티날 (all-trans retinal)로 변화시킨다. 그렇게 되면 간상세포에 레티날이라 불리는 생체분자와 공유결합으로 붙어 있는 로돕신 (Rhodopsin, 광수용색소)이 변화되어 메타로돕신 II (Metarhodopsin II)로 바뀐다. 메타로돕신 II는 트랜스듀신 (Transducin)을 만나 같이 붙어 있던 GDP (Guanosine diphosphate, 이인산구아노신)를 떨어뜨리고 GTP (Guanosine triphosphate, 삼인산구아노신)를 대신 붙혀 GTP-트랜스듀신-메타로돕신 단백질 결합체를 만든다. 이 결합체는 PDE (Phosphodiesterase, 인산 이에스테르 가수분해 효소)를 활성화 시키고 활성화된 PDE는 cGMP (cyclic Guanosine monophosphate, 환식 일인산 구아노신)을 가수분해하여 5'-GMP (Guanosine 5'-monophosphate)로 변환시킨다. cGMP는 광수용체 표면에서 이온 채널에 관련된 막 단백질과 결합하고 있는데 가수분해 효소에 의해 분해되면 이온 채널이 닫히게 되어 양전하를 띤 나트륨 이온이 세포밖 으로 나가지 못하고 쌓이게 된다. 이렇게 되면 양전하가 증가되고 시신경 세포가 증가된 양전하를 감지하여 뇌로 전달하면 빛이 감지되게 된다.

그림 1 - 간상세포 표면에서 시각 싸이클이 작동하는 원리

이런 일련의 시각 싸이클은 말 그대로 빛의 속도로 진행되며 아주 적은 빛에 의해서도 효율적으로 진행되어 어두운 곳에서도 물체를 잘 분별 할수있게 한다. 하지만 위 시각 싸이클의 어느 한 부분이라도 빠지거나 작동을 하지 않으면 눈은 제 기능을 못하게 된다.

다윈은 눈과 같은 이러한 복잡한 기관이 무척추동물에서 발견되는 하나의 시신경이 점진적 변화를 거쳐 척추동물의 눈으로 진화해 나왔다고 주장한다. 도킨스 역시 스웨덴 생물학자들의 모의실험을 언급하면서 눈은 명암과 방향 정도를 감지하는 단순한 조직에서 36만4000세대를 거쳐 수정체를 갖춘 카메라 수준으로 진화하였다고 주장한다. 위의 실험은 어류의 눈을 대상으로 한것인데 만일 어류의 한 세대를 10년으로 잡는다면 시신경에서 완전한 눈으로 진화하기 위해 약 360만년이 걸린다는 이야기다. 이 긴 기간동안 보이지 않는 눈으로 어떻게 먹이 활동을 하였으며 또한 포식자들로 부터 어떻게 살아 남았는지 이해하기 힘든 일이다.

눈의 시각 싸이클은 잘 짜여진 컴퓨터 프로그램과 상당한 유사점을 가진다. 즉, 들어오는 입력 조건에 따라 다음 단계로 어떻게 넘어갈지 if 또는 if else 같은 조건문이 주어지고 이런 여러 조건들을 만족시키면 프로그램이 진행되어 최종 역활을 수행하게 된다. 하지만 여러 조건문 중에 하나라도 만족시키지 못하면 프로그램이 종료되어 원하는 결과를 얻지 못하게 된다. 또한 프로그램중 한 구문이라도 빠지게 되면 프로그램의 컴파일 자체가 되지 않아 실행파일로 넘어가지 못하듯이 시각 싸이클 역시 한가지 구성 성분이 빠지게 되면 전체 시각 기능이 수행되지 않는다.

우리가 컴퓨터 프로그램을 짤때 어떤 목적을 가지고 진행하며 그에 맞는 구문, 함수, 클라스, 조건문등 여러 세부 프로그램들을 조합하여 원하는 프로그램을 만든다. 그냥 연관없는 여러 세부 프로그램들을 무작위로 조합하여 프로그램을 만들려면 결코 만들지를 못한다. 시각 싸이클 역시 여러 단백질들이 무작위로 조합된다면 시각 기능을 수행할수 없고 시각 기능이라는 목적에 맞는 여러 단백질과 세포들이 주어진 순서에 따라 조합되고 적절한 위치에 배열되어야만 시각 기능을 잘 수행할수 있다.

이 이야기는 컴퓨터 프로그램이 프로그램머에 의해 짜여지듯이 눈 역시 창조주에 의해 설계되어 졌다는 것이다. 이게 바로 지적 설계 이론이며 설계도는 창조주께서 설계하신 염색체 11번에 있는 PAX6라는 눈을 만드는 유전자라는 것이다. 즉, 눈을 비롯한 모든 생체 기관이 설계의 산물이지 진화의 산물이 아니라는 것이다.

마이클 비히는 눈과 같이 복잡한 시스템에서 어느 한 과정이라도 빠지면 제 기능을 하지 못하는 것을 일컬어 환원 불가능한 복잡성 이라고 명명한다. 이 환원불가능한 복잡성을 가진 시스템들은 생물의 생화학 시스템에 매우 많이 존재하며 눈 이외에도 박테리아의 편모, 섬모, 혈액 응고 메커니즘, 세포 내 운송 시스템, 항원 항체 반응, 그리고 AMP (Adenosine monophosphate, 아데노신 일인산)의 생합성 등이 있다.

다윈은 종의 기원에서 눈이 간단한 시신경에서 진화하였다고 주장하며 다음과 같은 결론을 내린다. “만일 다수의 연속적인 경미한 변화에 의해서는 생겨날 수 없는 어떤 복잡한 기관이 있다는 것이 증명될 수 있다면, 나의 학설은 절대로 성립될 수 없게 된다. 그러나 나는 그러한 예를 하나도 발견할 수가 없다.” 하지만 위에서 언급한 여러 환원 불가능한 시스템들이 바로 이런 예이며 전통적인 다윈주의가 설명할 수 없는 시스템들이다.

베히는 더 나아가서 환원불가능한 복잡성이 어떻게 진화했는지를 설명하는 연구가 전혀 없었음을 지적한다. 그 동안 진화에 대한 수많은 연구가 있었지만 놀랍게도 생화학에서 발견되는 환원불가능하게 복잡한 시스템들의 진화에 대해서 제대로 된 연구가 없었다는 것이다.

「다윈의 블랙박스」는 미국에서 처음 나왔을 때 Nature 나 Science 와 같은 과학적인 저널은 물론이고 Wall Street Journal 과 같은 비교적 대중적인 저널에 이르기까지 많은 곳에서 비평되었다. 베히의 책은 창조론을 지적 설계라는 과학의 경지로 끌어 올렸으며 생명체들의 생화학적, 그리고 유전학적 연구가 진행되면 진행될수록 환경적응력을 진화론으로 잘못 해석한 다윈주의가 설명할수 없는 부분들이 수없이 밝혀질 것으로 예상된다.

참고문헌:
http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=119420
http://kffb.org/15_Menu/sub03_view.asp?SelSeq=3863&NowPage=713
http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=119420
http://www.creation.or.kr/library/itemview.asp?no=3125