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자연이 스스로 산소 운반 시스템을 두 번씩이나 만들었을까?
: 헤모글로빈 유전자들의 수렴진화
(Did Nature Invent Oxygen-Carrying Systems...Twice?)
Brian Thomas

    동물의 세포에 산소를 공급하고 이산화탄소를 제거해주는 특별한 운반 체계가 존재하지 않는다면, 동물은 곤충보다 크게 자라날 수 없다. 다행히도 수천 종류의 동물들은 체내에 산소분자와 직접적으로 특별하게 반응하는 헤모글로빈이라는 작은 장치를 지니고 있으며, 이 헤모글로빈으로 인해 동물들의 몸은 크게 자라날 수 있다.

최근 연구는 서로 다른 동물들의 헤모글로빈 유전자(hemoglobin genes)들을 비교하였고, 이를 통해 연구자들은 헤모글로빈이 두 번 진화했다는 결론을 얻었다는 것이다. 그리고 두 번째 진화 단계에서는 산소와 반응하는 방법이 달라졌다는 것이다. 하지만 이러한 결론은 데이터와는 크게 상반되는 것이며, 오히려 진화론의 고전적인 순환논법(circular reasoning)을 기초로 한 집요한 주장이라 할 수 있다.

Proceeding of the Nafional Academy of Science의 온라인 페이지에 발표된 이번 연구는 두 가지 독특한 수생 생물에 초점을 맞추었다. 먹장어(Hagfishs)와 칠성장어(lampreys)는 많은 부분에서 어류를 포함한 다른 모든 척추동물들과는 다른 특성을 가지고 있다. 예를 들면 이들은 턱뼈도 없고, 쌍으로 된 지느러미도 없으며, 비늘도 가지고 있지 않다. 대신에 이들은 독특한 아가미와 소화기관을 가지고 있을 뿐만 아니라, 체내에 독특한 생화학적, 대사작용 현상들을 지니고 있다. 이러한 이유뿐만 아니라, 이들의 화석이 현생 어류 화석층 (실제로 어류가 발견되는 화석층은 캄브리아기 화석층으로 분류되며, 화석층 구조에서 가장 하부에 속하는 것임) 하층부에서는 발견되지 않기 때문에, 이들은 어류에서 진화된 것으로 여겨지고 있다. 이러한 사실들은 진화론자들에게 이 둘(먹장어와 칠성장어)을 진화의 전체 과정 중 어떤 단계에 놓아야 할지 당혹스럽게 만들었다.[1] 

이들 두 수생생물(먹장어와 칠성장어)을 특징짓는 독특한 차이점 때문에, 이들을 원구류 (cyclostomes)로 언급하였으며, 이들의 헤모글로빈이 특이한 그러나 효과적인 방법으로 작동한다는 사실은 놀라운 일이 아니다.

유악어류(gnathostomes, 턱이 있는 물고기)로 불리는 다른 모든 척추동물의 경우 헤모글로빈 단백질은 정교하고 효과적인 작동에 의하여 다양한 기능을 할 수 있다. 산소의 경우 반응성이 높은 물질이기 때문에 잠깐 동안 산소를 이동시키는 역할을 하는 분자들은 산소와 반응을 피할 수 있는 물질이어야 한다. 헤모글로빈과 산소의 결합 강도는 체내에 산소를 운반할 때에 산소가 떨어지지 않을 만큼 충분히 강하고, 운반한 산소를 세포내에서 떼어낼 만큼 충분히 약한 적당한 세기의 강도이다. 이는 헤모글로빈의 3차원적 형태와 전하를 정교하게 분산시키는 특성 때문에 가능하다.

적혈구 세포내에 적층된 형태로 발견되는 헤모글로빈은 자동적으로 함께 잡아챌(snap) 수 있는 분리되어 제조된 네 가지 단백질 집합체로 구성되어 있다. 산소분자가 헤모글로빈 내의 네 개 단백질 중 한 개와 결합할 경우 헤모글로빈의 전체 형태가 변화되고, 이로 인해 다른 세 개의 단백질에 산소가 더 쉽게 결합될 수 있게 된다. 또한 헤모글로빈은 이산화탄소 혹은 양성자가 결합할 수 있는 특별한 장치를 지니고 있다. 이 장치들은 헤모글로빈이 세포조직 내에 도달했을 때 헤모글로빈이 붙잡고 있던 산소를 밖으로 배출해 낸다.

이러한 놀라운 사실들은 이처럼 정교한 마이크로-생체기관이 아무런 인도를 받지 않은 상태에서 자연이 스스로 우연히 이러한 시스템을 만들었다는 고지식한 맹신에 도전장을 내밀게 한다. 그럼에도 불구하고 PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences)에서 연구자들은 설계자 없이 이렇게 정교한 산소 운반 체계가 두 번씩이나 스스로 발생했다고 주장하고 있었다. 

논문의 저자는 마치 연구자들이 이처럼 모호한 진화 사건을 4억5천만년 전에 존재하여 관측했던 것처럼 ”우리는 원구류(Cyclostome)와 유악어류 척추동물들의 조상들이 각각 적혈구 특이적(Erythroid-specific) 산소 운반 헤모글로빈들을 고안해 냈었다는 사실을 발견했다.”라고 언급하였다.[2] (적혈구는 혈액 내에 헤모글로빈의 집을 제공하는 세포).

원구류들의 경우 헤모글로빈이 산소와 결합할 때 다른 척추동물들과는 달리 산소와의 친화도를 조정하기 위하여 자신들의 모습을 변경하지 않고 네 개의 단백질이 각각 분리되어 산소와 결합한다. 또한 산소를 방출시킬 때는 한꺼번에 방출시키고 있다. 양쪽의 메커니즘 모두 원구류의 세포 조직 내에서 빠르고 효과적인 산소 방출을 가능하게 한다. 하지만 원구류의 헤모글로빈이나 유악어류의 헤모글로빈 분자 배열에 약간의 작은 조정(변동)만 있어도 이것은 불가능하게 될 것이며, 이로 인해 생물은 죽게 될 수도 있다.

이러한 이유 때문에 이들 두 가지의 산소 운반 시스템이 ”자연과 생물의 상호작용과 개선을 통해 복잡한 설계를 수선해가는 자연선택의 인상적인 증거”라는[2] 논문 저자의 주장은 전혀 과학적이지 않으며 강력한 신념에 근거한 것이라 할 수 있다. 자연에서 관찰되는 현상들은 개선이나 수선, 발명과는 완전히 배치되는 것이다. 오히려 모든 계(systems)들은(살아있는 생물계조차도) 악화(쇠퇴)되고 있다.[3]

새롭고 근본적이며 반복적인 실험을 통해 모든 계들이 악화되지 않는다는 것을 보여줄 수 없다면, 자연은 무엇인가를 고안해 낼 수 있는 상상력도 없으며, 수정할 수 있는 지성도 없으며, 수선할 수 있는 손도 없다는 것이 명백해 진다. 오히려 이러한 모든 것들을 할 수 있는 누군가가 존재하고 있으며, 그 분이 이와 같이 정교한 헤모글로빈 시스템을 만들었다고 보아야 한다.


References

[1] 'No forms intermediate between agnathans and gnathosomes are known.' Hickman, C. P., L. S. Roberts and A. Larson. 1997. Integrated Principles of Zoology. Dubuque, IA: Wm. C. Brown Publisher, 480. Quoted in Morris, J. D. and F. Sherwin. 2010. The Fossil Record. Dallas, TX: Institute for Creation Research, 134.
[2] Hoffmann, F. G., J. C. Opazo, and J. F. Sortz. 2010. Gene cooption and convergent evolution of oxygen transport hemoglobins in jawed and jawless vertebrates. Proceedings of the National Academy of Sciences. Published online before print July 26, 2010.
[3] Biological systems are deteriorating at more than one level. At the population level, as a group of organisms spreads out over a given habitat area, the genetic integrity inherited from that population's founders decreases. When for various reasons individuals die, the remaining representatives must survive with less overall genetic information. At the individual level, mutations relentlessly accumulate. If the population is small, this accumulation accelerates, causing extinction even sooner than would occur in a larger population. See Sanford, J. C. 2008. Genetic Entropy & the Mystery of the Genome. Waterloo, NY: FMS Publications.

출처 : ICR News, 2010. 8. 9.
URL : http://www.icr.org/articles/view/5549/
번역자 : 주영환

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