제8장 다윈에게는 세포가 블랙박스였다
마이클 베히는 드렉셀 대학에서 화학분야의 학위를 우등으로 받았고, 펜실베니아 대학에서 생화학 박사학위를 받았다. 그리고 펜실베니아 대학과 국립보건 연구원에서 박사후 과정을 연수한 후, 1985년에 리하이 대학의 교수가 되었다. 국립과학재단의 분자세포생물과학 분과의 분자생화학 평가위원도 역임했다.
그는 DNA 염기 서열 등의 과학잡지에 40편이 넘는 논문을 실었다. 현재는 미국 생화학분자생물학회, 분자생물학과진화학회 등 여러 전문단체의 회원이다.
어렸을 때 그는 하나님이 우주를 만드셨다고 배웠는데, 정규 학교 교육에서는 그 전체 과정을 다윈주의적 진화를 통해 발견한다고 배워야 했다. 생화학을 전공하면서, 생명이 자연주의적 과정으로 생겨나려면 필요한 것들, 즉, 단백질, 유전암호, 세포막 등 필요한 구성요소들을 열거하면서, 생명체는 결코 저절로 생겨날 수 없다고 판단했다.
그 후 베히는 유전학자 마이클 덴튼의 획기적인 저서 위기에 처한 진화론을 읽고, 처음으로 다윈주의에 대한 논리 정연한 과학적 비판을 접하게 된 그는 깜짝 놀랐다. 이전까지는 다윈을 의심하는 것은 “종교적 광신도들” 뿐이라고 생각했다. 덴튼의 책에 자극 받은 베히는 생화학자인 자신이야말로, 과학적 증거가 생물체 존재의 근원으로 다윈주의를 지목하는지 하나님을 지목하는지 조사할만한 완벽한 조건을 갖추고 있음을 깨달았다.
다윈주의적 진화가 제대로 작동하려면 아미노산, 단백질, DNA의 미시차원에서부터 제대로 변화가 일어나야 한다. 세계의 설계자가 있다면 그의 지문이 세포 전반에 묻어있을 것이다. 세포의 세계는 전형적인 세포 하나를 만드는데 
할 정도로 복잡하다는 것과 적당한 모양과 힘을 갖고 적당한 상호작용을 하는 마이크로 기계들에 의해 가동된다는 사실을 알게 되었다. 이러한 기계들의 존재는 다윈 자신이 제시했던, 위와 같은 시험에 도전이 되었다.화΄΄˽΄밼Ͱ΄
여섯 번째 인터뷰 : 마이클 베히 박사
마이클 베히의 이론들은 세포 세계를 움직이는 작지만 복잡한 분자 기계들이 설계자에 의해 창조되었다는 생각을 강하게 뒷받침해 준다.
다윈의 블랙박스
다윈에게 블랙박스는 세포였다. 여기서 블랙박스란 흥미롭지만 모르는 체계나 기계를 묘사할 때 과학자들이 쓰는 용어이다.
다윈 시대에 과학자들은 세포가 어떤 일을 하는지 몰랐다. 대부분의 과학자들은 세포를 깊이 탐구할수록 더욱 단순한 구조를 발견하게 될 것이라고 추측했지만, 정반대의 일이 벌어졌다. 분자의 차원에까지 이르며 생명의 밑바닥을 살펴보았더니 그 끝까지 생명은 복잡했다.
다윈은 종의 기원에서 이렇게 말했다. “수많은 연속적인 작은 변이들에 의하여 생겨날 수 없는 어떤 복잡한 기관의 존재가 증명된다면, 나의 이론은 그 날로 무너질 것이다.” 그런데 세포를 조사해 보니까, 세포가 무시무시할 정도로 복잡하다는 것과 적당한 모양과 힘을 갖고 적당한 상호작용을 하는 마이크로 기계들에 의해 가동된다는 사실을 알게 되었다. 이러한 기계들의 존재는 다윈 자신이 제시했던, 위와 같은 시험에 도전이 되었다.
다윈의 말은 환원 불가능한 복잡성이라는 마이클 베히의 개념의 토대가 되었다. 환원 불가능하게 복잡하다는 말은, 어떤 체계나 장치를 구성하는 수많은 다양한 요소들이 모두 유기적으로 작동해야만 제 임무를 감당할 수 있고 그 요소 중 하나만 빠져도 더 이상 기능하지 않을 경우를 말한다. 환원 불가능하게 복잡한 체계가 다윈주의 진화 과정을 통해 하나씩 만들어질 가능성은 대단히 낮다.
쥐덫의 예
쥐덫은 최소한 다섯 개의 장치로 구성되어 있다. 첫째, 다른 부분들과 이어진 나무판자. 둘째, 쥐를 때려잡는 일을 하는 금속망치. 셋째, 쥐덫이 장치되어 있을 때 길게 나온 끝부분으로 판자와 해머를 눌러주는 스프링. 넷째, 생쥐가 조금이라도 압력을 가하면 풀리는 걸쇠. 다섯 번째, 덫이 장치되어 있을 때 걸쇠에 연결되어 해머를 뒤로 젖힌 상태로 지탱해 주는 금속 막대.
이 부분들 중 어느 하나를 빼 버린다면 쥐덫의 효율성이 전보다 절반으로 떨어지거나 생쥐를 절반밖에 못 잡는 것이 아니라, 쥐를 한 마리도 못 잡게 된다. 쥐덫은 전혀 작동하지 않는다. 이 다섯 부분이 있기만 하면 되는 것이 아니라 크기와 위치가 잘 맞아야 한다. 어떤 지성적인 존재만이 쥐덫을 그런 식으로 만든다.
그렇다면 세포 안에서 각 부분을 결합시켜 주는 것은 누구인가? 자기 스스로 해야 한다. 세포의 구성요소들이 올바른 방향으로 결합되도록 지시하는 정보가 이미 체계 내에 존재해야 한다. 쥐덫은 환원 불가능하게 복잡한 생물학적 체계들이 다윈주의로 설명될 수 없는 이유를 잘 보여준다. 진화는 환원 불가능하게 복잡한 생물 기계를 어느 날 갑자기 한순간에 만들어낼 수는 없다. 선구 체계의 연속적이고 수많은 작은 변이 역시 환원 불가능하게 복잡한 기계를 직접 만들 수는 없다. 모든 선구 체계가 불완전하므로 결과적으로 제대로 기능할 수 없기 때문이다.
환원 불가능하게 복잡한 생물학적 체계들을 발견할수록, 다윈이 제시한 진화론의 실패 기준이 충족되었음을 더욱 확신할 수 있다.
그렇다면 세포 수준에서 생물학적 기계의 종류는 얼마나 될까? 한마디로 전부이다. 세포 기능의 모든 부분은 대단히 정교하고 복잡한 기계들의 제어를 받는다. 다윈주의 진화론의 대담한 주장은 복잡한 체계들이 어떤 지성의 개입도 없이 조립될 수 있다는 것이다. 그런데 여러 부품들만 있고 그것들을 제 위치에 맞춰 놓을 능력이 없다면 작동하는 쥐덫을 만들 수 없다. 이 일이 저절로 일어날 가능성의 확률은 매우 낮다.
섬모의 움직임
옛날 과학자들은 배율이 낮은 현미경으로 섬모를 보았을 때 그것을 그냥 작은 털로 보았다. 그러나 이제는 전자현미경 덕분에 섬모가 매우 복잡한 분자기계라는 사실이 밝혀졌다. 대부분의 털은 앞뒤로 움직이지 않는데, 섬모는 유체를 헤치고 저어갈 수 있다. 섬모는 대략 200개 가량의 단백질 성분으로 이루어져 있다.
섬모의 작동원리는 다음과 같다. 가늘고 길고 유연한 막대기 모양의 미세소관 아홉 쌍이 두 개의 미세소관을 둘러싸고 있다. 바깥의 미세소관들은 소위 넥신 연결사로 서로 이어져 있다. 그리고 각 미세소관은 디네인이라는 팔이 달린 모터단백질을 갖고 있는데, 거기에는 팔이 달려 있어서 한 미세소관에 있는 모터단백질은 팔을 뻗어 다른 미세소관을 붙잡고 밀어 내린다. 그렇게 해서 두 개의 미세소관은 길게 서로 미끌어지면서 움직이기 시작한다. 그것들이 미끄러지기 사작하면 느슨한 밧줄 같던 넥신 연결사가 당겨져 팽팽해진다. 디네인이 점점 더 많이 밀어내면 미세소관이 휘어지기 시작한다. 그러면 디네인은 이번에는 미세소관을 반대쪽으로 밀고 미세소관은 다시 반대쪽으로 휘어진다. 이렇게 해서 섬모의 노젓는 운동이 생겨난다.
사실 섬모의 복잡성을 설명하는 것은 이런 내용으로는 부족하다. 그러나 중요한 것은 막대기(미세소관), 연결사(넥신), 그리고 모터(디네인)가 모두 다 있어야 미끄러지는 운동을 휘는 운동으로 변환시켜 섬모가 움직일 수 있다는 것이다.
모든 것이 다 결합되어 있어야만 섬모가 움직이기 때문에 다윈주의 진화론으로는 그것을 설명하지 못한다. 진화론으로 그것을 설명하려면 그것이 어떻게 점진적으로 발전할 수 있는지 생각해 내야 하지만, 그것을 성공한 사람은 아직 없다.
박테리아 편모
섬모는 노처럼 움직여 세포들을 이동시키지만, 편모는 프로펠러처럼 움직인다. 편모는 매우 효율적으로 작동한다. 편모의 프로펠러는 기다란 채찍 모양인데 플라젤린(flagellin)이라는 단백질로 만들어져 있다. 프로펠러는 갈고리 역할을 하는 단백질의 도움을 받아 구동축에 붙어있는데, 갈고리는 만능 이음새로 작용하여 프로펠러와 구동축이 자유롭게 돌아가도록 해 준다. 투관물질로 작용하는 몇 가지 종류의 단백질 덕분에 구동축은 박테리아의 벽을 뚫고 회전모터에 붙어있을 수 있다.
편모가 에너지를 얻는 것은 흥미롭다. 근육과 같은 생물학적 체계들은 소위 ‘운반체분자’에 저장된 에너지를 사용한다. 그러나 편모는 또 다른 체계, 즉 박테리아 세포막으로 들어오는 산(acid)의 흐름으로 생겨나는 에너지를 사용한다. 이것에 대해서는 과학자들이 아직도 연구중이며 이해하려고 노력하는 복잡한 작용이다. 편모는 분당 만 번 회전할 수 있다. (기존의 최첨단 자동차도 분당 회전수가 최대 9,000회에 불과하다.) 뿐만 아니라 그 프로펠러는 1/4 회전만에 회전을 멈추고 즉시 1만 RPM의 속도로 반대 방향으로 회전할 수 있다. 하버드 대학의 하워드 버그는 그것을 우주에서 가장 효율적인 모터라고 불렀다. 더군다나 한 개의 편모의 크기는 약 2마이크론 정도이다. 대부분의 길이를 프로펠러가 차지하니까 모터 자체는 아마 0.05 마이크론 정도일 것이다. 현대 기술을 총 동원해도 이런 것을 만들기엔 부족하다.
편모를 확대한 그림을 보면 신비할 정도로 인간이 만들어 낼 법한 기계처럼 보인다. 지적 설계의 주장들에 대해 아주 회의적인 사람에게 박테리아 편모의 그림을 보여주었더니 그제서야 지적 설계자가 세상을 설계했다는 데 대해 동의를 한 사람도 있다. 게다가 박테리아 세포는 유도 장치를 갖추고 목표물을 찾아가는 스마트 미사일과 비슷하다. 박테리아 세포 안에 있는 감각체계가 편모에 정보를 줘서 언제 작동되고 언제 작동을 멈출지 지시하면, 편모는 그 지시를 받아 음식, 빛, 또는 다른 목표물을 찾아간다.
이 편모도 환원 불가능하게 복잡하다. 유전학 연구에 따르면, 제대로 작동하는 편모를 만들기 위해서는 서른 개에서 서른 다섯 개 정도의 단백질이 필요하다. 현재 우리는 그 단백질들의 기능조차 모른다. 그러나 편모에는 최소한 여러 단백질로 이루어진 세 가지 요소인 구동축, 회전자, 모터가 있어야 한다. 그 중 하나를 제거하면 예를 들어 분당 5천번 회전하는 기능의 편모가 나오지 않는다. 전혀 작동하지 않는 편모가 남을 뿐이다.
편모가 점진적 과정으로 어떻게 생겨났는지 진화론적 설명을 제안한 사람은 아무도 없다. 환원 불가능하게 복잡한 체계 대부분에 대해 현실적이라고 말한 설명은 전혀 없다. 기껏해야 ‘진화는 생물학적 기능을 위해 가장 적절한 분자를 선택한다’는 정도의 말밖에 찾을 수 없다. 어떤 사람은 시간이 지나면 편모를 더 잘 이해할 날이 올 것이라고 주장하는 사람도 있다. 그러나 우리가 목격하는 복잡성은 우리가 더 많이 안다고 해서 해소되는 것이 아니라, 그럴수록 더욱 복잡해질 뿐이다. 편모에 대한 복잡성은 다윈주의 이론에 더욱 더 큰 도전이 된다.
세포 내 수송체계
세포는 안에 있는 모든 내용물들이 출렁거리는 간단한 수프 주머니가 아니다. 진핵세포(박테리아를 제외한 모든 생물의 세포) 안에는 마치 집안의 방들처럼 수많은 칸막이 방이 있다.
DNA가 있는 핵, 에너지를 생산하는 미토콘드리아, 단백질을 처리하는 소포체, 다른 곳으로 수송되는 단백질의 중간역인 골지체, 폐기물 처리장인 리보솜, 세포 밖으로 내보내질 화물을 저장하는 분비소포, 지방의 물질대사를 돕는 페록시좀이 있다. 각 방에는 벽이 있고 문이 달린 방처럼 막으로 밀폐되어 있다. 각 세포에 있는 칸막이 방은 스무개가 넘는다.
세포는 끊임없이 오래된 성분을 제거하고 새로운 성분을 만들어 낸다. 대부분의 새로운 성분들은 세포 속 중간에 위치한 리보솜에서 만들어진다. 리보솜은 1백만개 이상의 원자를 담고 있는 커다란 분자가 50개 정도 모인 집합체인데, 이것은 DNA의 지시에 따라 어떤 단백질이라도 합성해 낸다. 정확한 유전정보만 주어지면 리보솜은 단백질을 기반으로 한 모든 생물학적 기계를 만들 수 있다.
리보솜만 놀라운 것이 아니라, 이들 새로 만들어진 성분들이 제 몫을 수행할 수 있도록 올바른 방에다 집어넣는 일이 있다. 그것을 위해서는 또 다른 복잡한 기계가 필요하다. 우선 밀폐되고 모터가 달린 분자 트럭이 있어야 한다. 그리고 그것들이 이동할 수 있는 고속도로가 있어야 한다. 그 다음에는 어떤 부품이 어떤 트럭에 실리는지 알 수 있어야 한다. 결국 각 부품은 특정한 방으로 가야하기 때문에, 단백질을 올바른 분자트럭에 태우기 위해서는 단백질에 어떤 표시가 있어야 한다. 그리고 트럭은 자기가 어디로 가는지를 알아야 한다. 또 트럭이 목적지에 도달하고 나면 화물을 꺼내어 칸막이 방에 집어넣을 방법이 있어야 한다.
이 미시적 운송체계가 오랜 세월에 걸친 점진적 변이로 자동 조립될 수 있을까? 세포 내 수송체계는 설계의 특징을 모두 갖추고 있다.
혈액응고 연쇄반응
혈액응고 체계는 대략 스무 가지 정도의 서로 다른 분자성분을 사용하여 대단히 조직적으로 이루어지는 10단계 연쇄반응이다. 전체 체계가 동시에 제자리를 차지하지 않으면 혈액응고는 이루어지지 않는다. 혈액응고의 핵심은 응고 그 자체보다, 응고 체계를 어떻게 조절하는가에 있다.
뇌나 허파 같은 엉뚱한 장소에 응고가 생기면 사람이 죽는다. 몸에서 피가 다 빠져나오고 20분 후에 응고가 되어도 죽는다. 혈액응고가 상처 부위로 제한되지 않으면 혈액 전체가 굳어져 죽는다. 상처부위 전체에 응고가 일어나지 않아도 죽는다. 완벽하게 균형을 이루는 혈액응고 체계를 만들기 위해서는 단백질 부품 다발이 단번에 삽입되어야 한다. 이것은 다윈주의의 점진적 접근방식이 아닌 지적설계자 가설에 들어맞는다.
일부 과학자들은 유전자 중복 과정을 통해 복잡한 생물학적 체계 안의 새로운 성분들이 만들어질 수 있다고 제안했지만, 중복된 유전자는 이전과 똑같은 단백질일 뿐, 새로운 특성을 가진 새로운 단백질이 생기는 것은 아니다. 과연 혈액응고 체계가 오랜 시간에 걸쳐 단계적으로 발달할 수 있을까? 그 체계가 완성되는 동안 동물들이 상처가 날 때마다 죽지 않게 막아줄 효과적인 방법이 없다. 더군다나 혈액응고 체계는 구성요소의 일부만 갖춰져 있을 때는 일부만 작동하는 것이 아니라, 전혀 제 기능을 하지 않는다.
지적설계의 반대자들
다윈주의자들은 지적설계 옹호자들이 종교적 신념으로 과학을 채색한다고 비난할 때가 많다. 마이클 베히는 신문기자에게 이렇게 말한 적이 있다. “내 경험으로 볼 때 … 설계 이론을 가장 요란하게 반대하는 사람들은 종교적 이유에서 그렇게 합니다.”
과학자들은 언제나 가설을 제안한다. 그러나 ‘생명 발달의 추진력은 자연선택이 아니라 지적설계라고 생각합니다’라고 말하면, 사람들은 그것을 또 다른 의견으로 받아들이지 않는다. 많은 사람들이 펄쩍 뛰고 얼굴을 붉히는데, 그들이 흥분하는 이유는 과학적인 문제에 대해 의견을 달리하기 때문이 아니라, 지적설계가 과학 외적으로 함축하는 바가 마음에 들지 않기 때문이다.
결 론
베히의 환원 불가능한 복잡성 개념은 부정적인 동시에 적극적인 논증이다. 첫째, 그는 다윈의 말을 그대로 받아들여 상호 연결된 생물학적 체계들이 진화론의 주장처럼 연속된 수많은 작은 변이들을 통해 만들어질 수 없다는 사실을 증명했다. 그 결과 다윈주의에 치명적인 충격을 주었다. 둘째, 베히는 복잡한 생물학적 기계들이 어떻게 만들어질 수 있었는지 충분히 설명하는 대안이 존재한다고 지적했다.
환원 불가능하게 복잡한 체계들은 어떤 지적 행위자가 목적과 의도를 가지고 세상을 설계했다는 강한 증거이다. 자연주의적 방법은 그 복잡한 생물학적 체계들을 설명하지 못했다. 다윈주의자들도 솔직하게 마음을 여는 순간 그 사실을 시인한다. 과학의 발전과 더불어 우리는 세포 세계에서 점점 더 많은 복잡성을 발견하고 있다. 이것은 진보의 화살이다.
과학자 앨런 샌디지의 말, 세상이 우연의 산물이라고 보기엔 모든 부분들의 상호 연관성이 너무나 복잡하다. 나는 모든 생물들에서 발견되는 생명의 질서가 너무나 서로 잘 결합되어 있다고 확신한다. 생물의 각 부분은 나머지 부분들과 조화를 이룰 때만 제 기능을 할 수 있다.
