4. 원핵세포의 구조와 생명의 발생
현대생물학은 현미경의 발전과 더불어 발전했다. 현대생물학에 의하면 생물은 생명이 없는 물질과 구분되는 두 가지 특별한 기능을 가지고 있다. 첫째는 자기보존을 위한 대사기능을 가지고 있는 것이고, 둘째는 자기 종의 보존을 위한 자기복제 기능을 가지고 있는 것이다. 대사기능은 외부에서 영양소를 섭취하여 자기의 생명유지 활동에 사용하는 기능을 말한다. 자기복제 기능은 자손을 번식하여 종을 유지하는 기능이다.
생물이 생명기능을 가지고 물질적 개체를 구성하고 있는 가장 작은 단위는 세포이다. 현대생물학은 생명이 없는 물질로부터 이 두 가지 생명기능이 최초로 발생하게 된 과정을 세포 하나로 살아가는 원핵생물의 세포에서 찾고 있다. 이 탐구과정에서 수많은 가설들이 등장했었지만, 전자현미경 등의 첨단 관측기구 덕분에 이제는 과거의 가설들 대부분이 오류로 밝혀지면서 버려졌다.
그럼에도 불구하고 생명의 기원에 대한 생물학적 열쇠는 아직 발견되지 않고 있다. 원핵세포의 연구 표본은 보통 대장균(大腸菌, colon bacterium)을 사용한다. 대장균은 포유동물의 장내에서 가장 쉽게 발견할 수 있고, 다루기가 비교적 쉽기 때문이다. 원핵생물에서는 세균(bacteria)보다 고세균(Archaea)이 더 오래된 것이지만, 그 차이가 크지 않다.
그러나 현대생물학은 연구할수록 가장 단순한 것으로 여겼던 원핵생물의 세포조차 그 구조가 최초에 어떻게 생겨났고, 그 생명기능은 또 어떻게 시작되었는지를 제대로 밝혀내지 못하고, 오히려 진화론적 가설들만 쏟아내고 있을 뿐이다. 이런 사실들을 검토하기 위해서는 우선 세포의 구조부터 알아보아야 한다.'
아래 '참고 그림'과 같이 하나의 세포구조를 갖는 원핵생물은 보통 2㎛ 이하의 몸통에 10㎛ 이하의 길이를 가지고 있어 인간의 맨눈에는 보이지 않는다. 원핵생물의 세포를 구성하고 있는 물질적 재료는 자연계에 존재하는 92개의 원소 중에서 27개만 사용되는 것으로 알려져 있고, 수소(H), 산소 (O), 탄소(C), 질소(N)의 4가지 주요 원소가 세포 질량의 99% 이상을 차지하고 있다.
4가지 주요 원소들은 소량의 인(P)과 황(S) 등 나머지 미량원소들과 함께 흡수되면, 대사과정을 거치면서 아미노산, 단백질, 당질, 지질, 핵산 등 생물의 활동에 필요한 유기질 생체분자로 변화한다. 또 세포에는 많은 원소들이 이온상태로 존재하며 이들은 전해질의 균형과 신경자극의 전달, 그리고 효소의 활성화를 위해서 필요하다.
원핵생물의 세포구조 안에서 중요한 것은 세포의 구조를 외피처럼 둘러싸고 있는 세포막과 세포벽, DNA와 RNA, 리보솜, 그리고 세포막 안에 용액으로 녹아 있는 세포질이다. 이것들이 생명기능을 발생시키는 구조이기 때문이다. 원핵세포의 구조와 그것의 기능을 간략하게 살펴보고, 진화론의 가설들을 비판적으로 검토해보기로 한다.
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| ▲원핵생물의 세포 구조 ⓒ출처: 두산세계대백과사전 |
(1) 세포벽과 세포막
세포벽은 세포를 둘러싸고 있는 단단한 구조물로 외부와 구분되어 환경의 변화에 대해 세포를 보호하는 기능을 가지고 있다. 세균의 세포벽은 두 종류의 당과 아미노산으로 구성되어 있고, 친수성과 소수성(疏水性)을 가진 부분이 따로 있다. 세포벽 안쪽에 있는 세포막은 지질과 단백질로 구성되어 있으며, 외부 물질을 선택적으로 통과시키고 내부 물질을 내보내기도 한다.
또 원핵세포의 세포막에는 몇 가지 중요한 효소가 존재하여 호흡효소의 반응, 산화적 인산화 반응, 인지질합성 반응 등이 일어난다. 세균의 세포막은 진핵세포의 세포막에 있는 콜레스테롤이 없는 대신 호파노이드(hopanoid)라고 불리는 분자를 가지고 있다. 호파노이드는 콜레스테롤과 마찬가지로 세포막의 온도변화에 따른 세포막의 유동성을 안정화시키는 역할을 한다. 고세균도 세포벽을 가지고 있으나 세균의 세포벽과는 다르게 구성되어 있다. 일부의 고세균에서는 세포막이 이중층이 아닌 단일층으로 구성되어 있는 경우도 발견된다.
(2) DNA와 RNA(참고 그림에서 '원형의 염색체')
원핵세포는 DNA가 약 60%이고 RNA는 30%이며 10%는 단백질로 구성된 염색체를 가지고 있다. 염색체는 이중나선의 구조를 가진 DNA의 꼬여진 끝이 서로 연결되어 있다. 원핵세포의 DNA는 진핵세포의 DNA 보다 크기가 매우 작으나, 원핵세포가 생존하는데 필요한 유전정보를 가지고 있다. 이 DNA에 중합효소가 달라붙어서 RNA를 만들고 생명기능에 필요한 단백질을 합성하게 된다.
DNA를 구성하는 염기는 아데닌, 티민, 구아닌, 사이토신의 네 종류가 있다. RNA 염기는 티민을 갖지 않으므로 아데닌, 유라실, 구아닌, 사이토신으로 구성되어 있다. 그래서 단백질을 만들기 위한 전사과정에서 DNA의 아데닌은 RNA의 유라실이 결합하게 된다. 원핵생물은 세포 내에서 DNA를 그대로 복제하여 두 개의 세포로 분열하는 방식으로 자손을 번식하는 자기복제 기능을 가지고 있다. 세포분열은 약 20분마다 일어날 수 있으므로 개체수가 빠르게 늘어날 수 있다.
(3) 세포질
세포질은 세포막 안에서 물과 단백질, 그리고 여러 가지 대사물질로 구성된 용액이며, 당분, 염류, 효소 등이 섞여 있어서 높은 점성을 나타낸다. 원핵세포의 세포질에는 핵막이 없는 소기관이 펼쳐져 있다. 세포질은 지방산과 단백질의 합성, 당을 분해하는 경로(glycolysis), 효소 등 다양한 대사 반응이 일어나는 곳이다.
(4) 리보좀
세균의 세포는 약 15,000개의 리보좀(ribosome)을 가지고 있다. 원핵세포의 리보솜은 별도의 막이 없이 세포질에서 단백질을 합성하는 RNA 덩어리다. 리보좀은 단백질 35%, RNA 65%로 구성되어 있다. 리보솜은 DNA의 3개염기로 이루어진 코돈을 mRNA에 전사하여 tRNA에 연결된 아미노산으로 단백질을 합성한다. 이렇게 합성된 단백질은 리보솜에서 분리되어 쓰일 곳을 찾아 이동한다. 리보솜은 또한 효소로서 작용하기도 하는데 이 때문에 리보자임이라 불리기도 한다. 고세균, 세균 및 진핵생물의 리보솜은 서로 다른 다양한 단백질과 RNA로 구성되어 있다. 2009년 리보좀을 연구한 분야에 노벨 화학상이 주어졌다.
(5) 편모, 메소좀, 플라스미드
그밖에도 원핵생물에는 내부에서 보조적인 기능을 갖는 메소좀과 플라스미드가 있고, 외부기관으로 편모(flagella)가 있다. 플라스미드 없을 수도 있고(참고 그림에는 없다), 하나 또는 여러 개가 있을 수도 있다. 플라스미드(있는 경우에)는 DNA의 일종이다. 플라스미드는 작은 원형으로 되어 있으며, RNA를 만들고 단백질을 합성할 수 있다. DNA와 다른 점은 DNA가 필수적인 유전정보를 가지고 있는데 비하여, 플라스미드는 부수적인 유전정보를 가지고 있다.
따라서 유전공학적으로 플라스미드에 부수적인 특성의 유전자를 집어넣고 증식시킴으로써 원하는 생물자원을 만들어낼 수 있다. 메소좀은 세포막이 접혀진 것으로 세포가 분열할 때 새로운 염색체 분리와 세포막 및 세포벽의 형성을 돕는다. 편모는 원핵생물이 운동할 수 있게 하는 부속 기관이다. 편모는 지름이 약 20 nm, 길이는 15∼20 μm이다. 편모는 하나 또는 두 개 이상이며, 작은 섬모만 있는 것도 있다.
1953년에 진화론자들이 환호했던 두 가지 과학적 발견이 있었다. 물리학에서는 그때까지 생물에 의해서만 합성될 수 있는 것으로 알려졌던 유기물이 자연에서도 합성된다는 것이 밀러-유리 실험(Miller-Urey experiment)으로 증명되었고, 생물학에서는 왓슨과 크릭(James Watson & Francis Crick)이 생물의 DNA 구조를 발견했던 것이다. 당시 언론에서 이를 대대적으로 보도함으로써 일반인들은 생명이 물질의 화학작용으로 생겨났다는 오파린의 화학진화론을 증명된 것처럼 인식하게 되었다.
그러나 그 뒤에 발전된 첨단 전자현미경의 관찰로 원핵세포의 구조와 기능이 더욱 상세하게 밝혀지면서 생명의 기원에 대한 진화론적 설명은 오히려 의문을 더욱 증폭시키는 것이 되었다. 예를 들면 자연에서 만들어지는 아미노산은 좌수형(L형)과 우수형(D형)이 똑 같이 있음에도 생물은 오직 L형 아미노산 20가지만 사용하는데, 그 이유는 무엇이냐는 질문이다. 또한 DNA는 각 생물의 특징적인 유전정보를 담고 있는데, 자연에서 정보가 각 종류대로 저절로 만들어지는 것이 가능하냐는 의문이다.
이러한 의문에 대해 진화론은 올바른 대답을 내놓기는커녕 과학적 방법을 왜곡하여 가설을 위한, 가설에 의한, 가설의 성을 쌓으면서 사실을 은폐하고 있다. 창조론은 진화론이 쌓아놓은 가설의 성을 무너뜨리고 지구 생명의 기원이 창조에 의한 것이 사실임을 밝혀야 한다. 그렇게 하지 않으면 진화론의 여리고성에 갇혀 있는 현대인들에게 창조의 복음을 전할 수 없기 때문이다.
그렇다고 현대 기독교인들이 약 3,500년 전에 모세가 쓴 창조론을 일점일획도 틀리지 않고 '문자 그대로' 사실이라고 주장하는 것은 진화론에 승리를 헌납하는 일이다. 왜냐하면 모세가 쓴 고대 히브리인들의 창조론은 사실도 아니고, 더욱이 현대인들에게는 납득할 수 없는 우주관이기 때문이다. 현대 기독교는 현대인들에게 과학적 방법으로 진화론의 가설들을 비판하면서, 동시에 같은 방법으로 창조론을 설명해야 한다.
생명의 기원을 탐구하는 자는 누구나 원핵세포에서 만나게 된다. '참고 그림'에서 보는 바와 같이 생명의 열쇠를 가지고 있는 원핵세포는 겉보기에는 크기도 아주 작고 구조도 단순한 것처럼 보이지만, 실상은 생명기능을 모두 갖추고 있는 복잡한 조직체이다. DNA 발견자인 프란시스 크릭은 생명의 기원을 탐구하다가 그 복잡성에 놀라서, '생명은 지구에서 만들어진 것이 아니라, 외계에서 만들어 지구로 보내진 것 같다'고 고백했을 정도이다.
현대에 이르러 원핵세포의 구조와 기능에 대해서는 대략 밝혀졌지만, 그것들의 구조와 기능이 최초에 어떻게 만들어져서 어떻게 작동을 시작했는지에 대해서는 알 수 없다는 것이 연구자들의 솔직한 고백이다. 그렇다면 이제 하나님의 창조를 믿는 기독교인들에게 진화론자들의 여리고성을 무너뜨릴 수 있는 비판적 질문들이 떠오르지 않는가? 그런 질문들에 대해서는 다음에 검토해보기로 한다.
