우주 생명의 푸가

코스모스 Ch2. 해설

생물학과 역사학이 우리에게 주는 교훈에는 공통점이 있다. 그것은 타자를 이해함으로써 자신을 더 잘 이해하게 된다는 것이다.

- p.103, <코스모스(칼 세이건)>

유기 화합물 - 탄소 기반의 생명체

지구 상의 생명체에게 가장 많은 원소는 무엇일까요? 바로 탄소(C, Carbon)입니다. 인간이 살아가기 위해 꼭 필요한 3대 영양소(탄수화물, 단백질, 지방)에도 모두 탄소가 들어있습니다.

탄소는 말하자면, 서로 다른 원소들 사이를 연결하는 뼈대 같은 역할을 합니다.

지구 상의 모든 생명체는 ‘탄소’를 가지고 있습니다. 그래서 화학에서는 탄소의 유무를 가지고 학문을 크게 두 개로 분류하기도 합니다.

유기화학 - 주로 탄소(C)를 기본 골격으로 하는 화합물(유기물)을 다루는 학문

무기화학 - 탄소를 포함하지 않거나, 탄소가 중요한 역할을 하지 않는 금속, 광물 등의 비탄소 화합물(무기물)을 다루는 학문

그렇다면 우주 어딘가에 있을지도 모르는 ‘외계 생명체’는 우리와 같은 탄소 기반의 생명체일까요?

별과 별 사이에는 ‘성간 구름’, 또는 ‘성간운’이라고 부르는 천체가 있습니다. 잘 알려진 ‘말머리 성운’의 사진을 보면, 반짝이는 별 사이로 검은 구름처럼 뭉친 부분이 보이는데요, 이 부분이 바로 성간운입니다.

성간운을 관측하면 그 안에서 수십 가지의 유기물을 쉽게 발견할 수 있습니다.(p.65)

→ 그렇다는 말은 유기물들이 어떻게든 진화하여 생명체로 탄생할 수 있다는 힌트가 되는 걸까요?

어떤 과학자들은 ‘황(S, Sulfur)’ 기반의 생명체를 제시하기도 합니다. 황도 단백질, 효소, 머리카락 등을 구성하는 생명체의 필수 원소 중 하나거든요.

황을 기반으로 하는 생명체의 흔적이 화성에서 발견되기도 했습니다. NASA의 퍼서비어런스 탐사 로봇이 화성에서 채취한 암석 샘플에서 발견한 것인데요.

암석 표면의 흰색, 황토색 등의 반점들이 미생물 생명체가 유기 탄소와 황을 에너지원으로 사용하고 남긴 흔적일 가능성이 제시되었습니다.

점토질 퇴적암에서 발견되어 지구상 미생물 화석 보존 환경과 유사한 조건이었을 것으로 추정됩니다.

유전과 진화

다윈의 <종의 기원>

과학에 관심이 있는 여러분들이라면 찰스 다윈의 <종의 기원>이라는 저서 들어보신 적이 있을 겁니다. 바로 생명체가 ‘진화’라는 과정을 통해 다른 종으로 분화할 수 있다는 것을 설명한 책입니다.

여기서 중요한 포인트는 ‘자연 도태’입니다. 생존에 유리한 개체가 살아남아, 그 유리한 형질을 보존하는 방향으로 진화가 이루어진다는 것이지요. 이렇게 진화가 이루어진다는 이론을 자연 선택설이라고 합니다.

쉽게 풀어서 설명해 봅시다. 생물은 다양한 형태로 태어납니다. 사람만 해도 다양한 인종, 키, 체중, 머리색 등 가지각색으로 생긴 개체가 태어납니다.

제가 좋아하는 기린으로 예를 들어볼게요. 기린의 가장 큰 특징은 아주 긴 목을 가지고 있다는 점입니다. 그런데 놀랍게도 목 뼈의 개수는 우리 인간과 같은 7개로 구성되어 있습니다. 아래 그림은 한 교과서에 삽입된 그림인데, 초기에는 다양한 목 길이의 기린이 있지만, 경쟁에서 살아남기 쉬운 특성을 가진 개체가 살아남고, 다음 세대로 유전되며, 결국 그런 방향으로 진화한다는 것을 보여줍니다.

그렇다면 처음에는 목이 긴 기린이 별로 없었다는 말이 됩니다. 이런 목 긴 기린들은 처음에 어떻게 탄생하게 된 것일까요? 그 비밀은 ‘돌연변이’에 있습니다.

돌연변이

돌연변이는 일반적이지 않은 특성을 가진 개체를 말합니다. 예를 들어, 꼬리가 일반적으로는 한 개인 도마뱀이 꼬리가 2개인 도마뱀으로 태어난다면 어떨까요? 돌연변이죠. 이상하게도 돌연변이라고 하면 나쁜 뜻을 가진 뉘앙스로 들리는데, 돌연변이라고 해서 나쁜 것은 아닙니다. 그저 ‘일반적이지 않을’ 뿐입니다.

그렇다면 돌연변이는 왜 생기는 걸까요? 책에서는 이렇게 설명합니다.

‘DNA 중합체 효소가 복제 과정에서 실수를 범하면 돌연변이가 생긴다(p.91)’ → 이 말의 뜻을 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

많은 동물들은 유전 정보를 ‘DNA’를 통해 다음 세대로 전달합니다. DNA는 모든 세포 안에 들어있는데, 세포의 ‘핵’이라는 중심부에 소중하게 보관되어 있습니다.

하나의 세포가 다른 세포로 분열하기 위해서는 DNA를 복제하는 과정이 필요합니다. 마치 공장의 컨베이어 벨트를 돌리는 것처럼 각 파트를 나누어 복제를 하게 되는데요.

정확하게 표현하자면 전사(Transcription) 과정이지만, 보다 쉬운 설명을 위해 복제 과정과 혼용하여 설명했습니다.

아무리 완벽한 공장이라도 한 번씩 불량품이 나오기 마련입니다. DNA 1개를 복제할 때 돌려야 하는 작업의 개수는 무려 30억 번이나 됩니다. 이 중에 한 두개 정도 틀린다고 문제가 생기는 것은 아닙니다. 오히려 복제하는 과정에서 한 개 씩 틀리는 현상으로 ‘생명의 다양성’이 발생하게 되는 것이죠.

그런데 너무 많은 오류가 일어나면 그 염색체 자체가 망가질 우려가 있습니다. 예를 들어 사람의 21번 염색체가 3개 (원래는 2개여야 합니다)로 나타나는 질병을 ‘다운증후군’이라고 합니다.

돌연변이는 꼭 나쁜 것일까요? 그렇지 않습니다. 이런 돌연변이 중에서 생존에 유리한 특성이 발생할 수 있습니다. 그러면 결국 그 생명체는 살아남게 되고, 그런 특성을 가지지 않은 일반 개체는 생존하여 자신의 특성을 후대에 ‘유전’하지 못하게 됩니다.

→ 이런 과정을 자연 도태라고 합니다.

수많은 돌연변이들 중에서 생존율을 증대시킬 수 있는 소수만이 선택되므로, 오랜 기간에 걸쳐 생물은 하나의 형태에서 다른 형태로 서서히 변화하게 된다. 그 결과 우리는 새로운 종의 탄생을 보게 되는 것이다. 이것이 바로 종의 기원이요 진화의 실현이다.

-p.73-74, <코스모스(칼 세이건)>

마무리하며

이번 챕터에서는 우주보다는 생물에 가까운 이야기를 나눠봤습니다. 이렇게 우주에서 발생하는 생물의 특성을 연구하는 학문을 ‘우주생물학’이라고 합니다.

다음 챕터부터는 본격적으로 천문학스러운 이야기를 나눠볼게요!

그럼 또 만나요~! �