[함께 읽는 과학도서] 천천히 곱씹으며 느리게 읽기 <지구의 짧은 역사> 1부

“ 별의 진화 모형은 40억 년 전 태양의 밝기가 지금의 약 70퍼센트밖에 안 되었다고 말하기 때문이다. 태양이 흐릿했다면, 원지 지구는 왜 얼음덩어리가 되지 않은 것일까? 이유는 '온실가스' 때문이다. 온실가스는 21세기인 지금 온난화를 일으키는 원인으로 취급받지만, 더 장기적으로 보면 지구의 서식가능한 기후를 유지하는 역할을 한다. 특히 대기의 이산화탄소는 지금보다 농도가 100배 이상 높았을 것이 틀림없다. 그래서 어린 지구의 표면에 액체 물이 유지될 만큼 지구를 따뜻하게 유지했을 것이다. 원시 대기는 주로 질소와 이산화탄소로 이루어져 있었고, 거기에 수증기와 수소 기체가 많아졌다 적어졌다 하면서 섞였다. ”

“ 살아 있는 생물의 DNA에는 단백질 합성의 분자 명령문이 들어 있다. 즉 단백질을 만들려면 DNA 명령문이 있어야 한다. 거꾸로 DNA를 복제하려면 단백질이 필요하다. 그런데 이 둘 중 어느 것이 먼저 출현했을까? 이 문제는 닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐 하는 문제나 다름없다. 해결 방법이 있을까? 답은 DNA도 단백질도 최초로 진화하고 있던 원시 생물에 없었을 수도 있다는 것이다. ”

“ RNA 분자가 정보를 저장하고, 효소 기능을 하고, 진화할 수 있다는 발견은 한 가지 대담한 생각으로 이어진다. 번식하고 진화한 최초의 실체가 DNA와 단백질이 아니라 RNA로 이루어져 있었을 가능성이다. ”

“ 사람이 필수 아미노산을 주변 환경에서 얻는 것과 대조적으로, DNA에 필수적인 디옥시리보오스 5탄당을 구하기 위해 환경을 뒤지는 생물은 없다. 차라리 세포 내에서 리보오스로부터 산소 하나를 떼어냄으로써 디옥시리보오스를 합성한다. RNA를 구성하는 5탄당인 리보오스는 종종 음식물의 형태를 외부에서 얻는다. 리보오스가 있으면 모든 세포가 디옥시리보오스를 만들 수 있다는 사실에서 리보오스가 먼저였음을 알 수 있다. 리보오스를 지닌 RNA가 DNA보다 먼저 진화했다. DNA 당대사는 RNA 당에서 산소를 빼냄으로써 진화했다. 초기의 생물은 RNA 생물이었다가 나중에 DNA 체계로 진화했을 것이다. 그러므로 RNA와 DNA의 물질대사를 비교하는 것은 생명의 가장 오래된 기원에 대한 단서를 찾아 세포라는 창을 들여다보는 한 가지 예라고 할 수 있다. 또 다른 증거는 DNA가 "마스터 분자"로 생물의 생화학적 왕좌를 차지하고 있는 것에 대해 의문을 제기한다. DNA보다 다재다능한 RNA는 생명 기원 초기의 자기 생산 체계에서 복제 도구로서 더 나은 선택이었다. DNA가 이중나선 가닥을 이루는 당으로 디옥시리보오스를 이용하는 반면, 단일 가닥인 RNA는 리보오스 당을 이용한다. 암호를 해독하여 단백질을 만들기 위해 DNA는 RNA를 이용해야 하지만 RNA는 단독으로 자기 복제와 단백질 합성을 할 수 있다. 태곳적 RNA는 오늘날 DNA가 세포 내에서 수행하는 모든 일보다 더 많은 일을 해냈을 것이다. 세포에서는 DNA 이중나선의 두 가닥이 풀려 뉴클레오티드 배열의 일부가 드러나면 그 부분이 전령 RNA로 "복사"된다. 이 메시지를 두 종류의 다른 RNA(운반 RNA와 리보솜 RNA; 리보솜은 단백질을 만드는 세포 내 "공장"이다)가 받아들임으로써 전령 RNA의 정보가 유용한 단백질을 구성할 아미노산 단위로 "번역"된다. 원칙적으로 RNA는 DNA 없이도 단백질을 만들 수 있다. ”

“ 노벨상을 수상한 독일 물리학자 알프레드 아이겐은 1960년대 말 일리노이 주립대학의 솔 스피겔만이 한 연구를 이어서 (괴팅겐 연구소의 동료들과 함께) 시험관에서 RNA 복제를 유도하는 방법을 발견했다. 아이겐은 RNA가 뉴클레오티드 단위를 일렬로 배열하여 RNA를 형성함을 보여주었다. 더욱 놀라운 사실은 시험관 RNA의 일부가 더 빨리 복제할 수 있는 RNA로 돌연변이를 일으키기까지 했다는 점이다. 물론 아이겐의 실험이 생명의 자연발생을 밝혀내지는 못했다. RNA 분자만 가지고 세포라고 할 수 없다. 만약 과학자들이 살아 있는 세포에서 단백질을 추출하여 RNA가 든 시험관에 첨가하지 않았다면 시험관 속의 RNA는 언제까지고 완전한 무생물로 남아 있었을 것이다. 하지만 아이겐의 RNA 분자는 바이러스와 흡사하다. 이들을 살아 있지 않음이 분명하지만 바야흐로 생명이 되려고 하는 힘을 보여준다. 컴퓨터 바이러스가 퍼져나가기 위해서 작동하는 컴퓨터가 있어야 하듯이 자연의 바이러스(완전한 자기 생산적 생물이 아니지만 단백질로 덮인 유전자를 가지고 있다)는 살아 있는 세포가 필요하다. RNA 바이러스도 DNA 바이러스만큼이나 위험하고 복제 또한 가능하다. ”

“ 흥미롭게도 최근에 DNA와 RNA의 기본 구성단위가 생명이 출현하기 전의 조건에서 형성될 수도 있음을 보여주는 연구결과가 나왔다. 따라서 모든 살아 있는 세포에서 나타나는 DNA와 RNA 사이의 춤이 생명의 유아기 때부터 펼쳐졌을 수도 있다. ”

“ 대사 덕분에 생물은 바다나 대기와 상호작용할 수 있고, 궁극적으로 양쪽의 조성을 바꿀 수 있다. 이 점을 염두에 두고서 몇몇 과학자는 다른 문을 통해 생명의 기원이라는 미로로 들어가는 쪽을 택한다. 정보보다 대사를 강조하는 문이다. 이 관점은 대사의 초보적인 형태가 해령의 에너지가 풍부한 뜨거운 샘 주위에서 시작되었다고 본다. ”

“ 스피츠베르겐의 석회암이 형성되던 시기에 그곳 해안을 걸었다면, 남세균을 비롯한 미생물들이 마치 청록색 담요처럼 조간대의 꼭대기까지 빽빽하게 뒤덮고 있는 광경을 보았을 것이다. 그리고 앞바다로 나가면, 해저에서부터 솟아오르고 있는 청록색을 띤 덩어리들이 보일 것이다. 바로 스트로마톨라이트다. 고대 해저에서 미생물들이 바윗덩어리처럼 모여서 일종의 암초를 형성하여 점점 위로 자라는 것을 말한다. 이 스트로마톨라이트 화석은 세계 곳곳에서 발견된다. ”