[새 자연철학] 『생명을 어떻게 이해할까?』 1장, 2장

“ 슈뢰딩거는 1943년 2월 아일랜드의 수도 더블린에서 ‘생명이란 무엇인가?’라는 주제로 3회에 걸쳐 대중 학술 강연을 했다. 그 내용을 정리해 펴낸 것이 이 책(『What is life?』)이다. … 19세기 이후 영국 지역에서는 과학자들의 대중 강연이 일상화되어 있었다. … 그런데 뜻밖에도 슈뢰딩거는 모처럼의 이 강연에 ‘생명이란 무엇인가?’라는 제목을 내걸었다. … … 그는 어떤 직관적 판단에 의해 이제는 물리학 지식을 바탕으로 생명 현상을 이해할 단계에 도달했으며, 이것이야말로 다음 시대의 가장 중요하고 생산적인 학문적 관심사가 되리라는 예감을 가졌던 것이 아닌가 생각된다. 설혹 이러한 점을 인정하더라도 그의 강연 내용과 이후에 발간된 책의 내용에 비추어볼 때, 여기에 과연 ‘생명이란 무엇인가?’라는 제목을 붙인 것이 적절했는가에 대해서는 의문의 여지가 있다. ”

“ 그렇다면 슈뢰딩거의 책을 통해 매개되었던 두 학문 사이의 연결 고리는 무엇일까? 여기서 우리는 20세기 전반기에 이루어진 물리학의 두 가지 중요한 성과를 말하지 않을 수 없다. 그 하나는 사물의 보편적 존재 양상에 대한 이론적 기반을 마련했다는 점이다. 일상적 경험 세계에 대한 이해의 틀인 고전역학의 제약을 넘어 원자 세계에 대한 이해를 가능하게 하는 양자역학이 구축되었고, 이를 통해 사물의 존재 양상을 원자론적 바탕과 연계하여 이해할 여건이 마련된 것이다. 그리고 또 한 가지 중요한 성과는 종래의 망원경, 현미경 등 광학적 관찰 수단을 넘어서 엑스선을 비롯한 광범위한 방사선 장비, 그리고 입자가속장치와 같은 정교한 관측 장치들이 개발되면서 원자 세계에 대한 정보를 구체적으로 파악할 수단이 갖추어졌다는 점이다. 물리학을 통해 마련된 이 두 가지 성과는 생물학의 대상이 되어온 생명체의 구성과 기능에 대한 새로운 물음을 제기했으며, 이에 대한 의미 있는 대답을 가능하게 만들어주었다. 말하자면 슈뢰딩거의 책은 이 점을 일깨워주어 생명체 연구에 대한 새로운 물음을 제기했으며, 이에 대한 의미 있는 답을 가능하게 만들어주었다. ”

“ 슈뢰딩거의 책이 지닌 가장 큰 특징은 이들을 모두 물리학의 기본 원리를 동원하여 논의했다는 점이다. 그런데 이러한 논의를 의미 있게 진행시키려면 한 가지 중요한 문제 … 즉, 생명을 이해하는 데 물리학의 기본 원리들만으로 충분한가, 또는 물리학과 전혀 다른 새로운 차원의 원리가 필요하지 않은가 하는 문제이다. 그는 “살아 있는 유기체라는 공간적 테두리 안에서 일어나는 시공간적 사건들이 물리학과 화학에 의해 어떻게 설명될 수 있는가?”를 묻고, “현시점의 물리학과 화학이 이러한 사건들을 설명해내지 못하는 것은 사실이지만, 이것이 곧 이들이 이러한 과학에 의해 설명될 수 없음을 말하는 것은 전혀 아니다”라는 전제 아래, 책의 대부분을 이러한 설명의 가능성을 제시하는 데 바치고 있다. ”

“ 슈뢰딩거는 이 책에서 염색체 안의 유전물질이 어떤 물리적 구조를 가져야 하는지에 대해 한 가지 중요한 제안을 한다. 그는 막스 델브뤼크 등의 연구를 인용하면서 '생명의 물질적 운반체라고 할 어떤 유전물질이 염색체 안에 있을 것인데, 이것이 '비주기적 결정체aperiodic cystals'를 이룰 것이라는 의견을 제시한다. 이 무렵 일부 연구자들은 이미 이것이 DNA 분자들일 것이라는 증거를 찾아내고 있었지만, 슈뢰딩거는 아직 이 점에 대한 정보를 가지고 있지 않았거나 적어도 충분한 주의를 기울이지 않았다. … ”

“ 슈뢰딩거는 생명 현상이 세포 전체의 아주 작은 일부를 이루는 "기막히게 잘 정돈된 일군의 원자들”에 의해 조정된다고 본다. 그런데 이것이 우리가 흔히 보는 물리적 세계의 결정체들과 다른 점은 그 안에서는 각각의 원자와 각각의 염기가 독특한 개별적인 역할을 한다는 것이며, 이것이 바로 슈뢰딩거가 말하는 비주기적 결정체(periodic cystals)의 의미이기도 하다. 그의 말을 직접 들어보자. “‘질서의 흐름'을 자신에게로 집중시키고 그럼으로써 원자적 혼돈으로의 추락에서 벗어나는, 즉 적절한 환경으로부터 '질서를 들이키는' 유기체의 이 놀라운 능력은 '비주기적 고체', 즉 염색체 분자들의 존재와 연관이 있는 듯하다. 이들이야말로 이들을 구성하는 개별 원자와 염기가 각각 역할을 하게 된다는 점에서, 주기적으로 구성된 결정에 비해 월등히 잘 정돈된, 우리가 아는 가장 높은 정도로 잘 정돈된 원자 연합체이다.” ”

“ 그렇다면 도대체 이러한 '잘 정돈된 일군의 원자들'이 어떠한 원리를 바탕으로 이 놀라운 기능르 수행하게 될까? 여기서 슈뢰딩거는 이것이 우리에게 이미 친숙한 물리학의 ‘확률 메커니즘’과는 전혀 다른 어떤 ‘메커니즘’에 의해 나타날 것이라고 추정한다. … 그의 말을 계속 들어보자. “… 여기서는 물리학의 '확률 메커니즘'과는 완전히 다른 어떤 '메커니즘'에 의해 선도되는 정상적이고 합법칙적인 사건들과 마주치게 된다. 각 세포 안에 있는 이러한 선도 원리(guiding principle)가 오직 한 사본만이 존재하는 단일 원자 구성 안에 구현되어 있다는 것이 분명한 관찰 사실이다. 바로 이것이 질서의 전형이라고 할 만한 사건을 일으킨다. 작지만 고도로 조직화된 원자 집단이 이런 식으로 행동한다는 사실은, 이를 놀라운 일로 생각하든 아니면 상당히 납득할 만한 일로 생각하든, 전례가 없는 일이며 살아 있는 물질 이외의 그 어디에서도 알려진 바가 없는 일이다. 생명이 없는 물질을 다루는 물리학자와 화학자는 이런 식으로 해석해야 할 현상을 본 적이 없다. 이러한 경우는 일어난 일이 없고, 따라서 우리가 가진 이론은 이를 담아내지 못한다.” ”

“ 슈뢰딩거의 이러한 문제의식과 관련하여 여기서 생각하고 넘어가야 할 한 가지 중요한 사항이 있다. 슈뢰딩거가 앞에서 강조하듯이 비생명적 현상에 비해 생명적 현상이 지닌 근본적인 차이점이 과연 있는지, 있다면 그것은 어디에서 나타나는지에 관한 이야기이다. 이는 근본적으로 생명이란 무엇인가 하는 문제와 직결된다. 간단히 결론만 이야기한다면, 첫째로 생명체 및 이것의 활동을 가능하 게 만드는 모든 물리적 여건만 갖추어진다면 그 안에는 이른바 비생명 현상에 적용되는 물리법칙 이외에 어떤 다른 것도 생각할 필요가 없다는 것이며, 둘째로는 이때 갖추어야 할 물리적 여건은 매우 광범위하면서도 매우 특수하다는 사실이다. ”

“ 슈뢰딩거가 말하는 '기막히게 잘 정돈된 일군의 원자들을 기준으로 이야기한다면, 이것 자체의 어떤 특별한 성격과 여기에 작용하는 어떤 '선도 원리'에 의해 생명 현상이 나타나는 것이 아니라, 이 기막히게 잘 정돈된 일군의 원자들과 이것과 '기막히게 잘 부합하는 주변의 물리적 여건’이 매우 놀라운 상호 부합 관계를 이루기 때문이다. 여기서 앞의 것을 ‘작용체’라 부르고 뒤의 것을 이에 대한 ‘보작용자’라 부른다면, 생명이란 작용체와 보작용자 사이의 정합적 관계를 통해 나타나는 현상이라 할 수 있다. … 생명을 이해하기 위해 ‘작용체’와 이것이 함축하고 있는 ‘선도 원리’를 찾으려 할 것이 아니라 ‘작용체’와’와 그 ‘보작용자’, 그리고 이들 사이의 관계를 찾아보는 것이 중요 … ”

“ 그렇다면 슈뢰딩거는 자신이 던진 질문, 즉 생명이란 무엇인가?에 대해 어떠한 대답을 하는가? 슈뢰딩거의 책이 출간된 지 60여 년이 지난 2008년 정확히 동일한 제목의 책을 낸 에드 레기스Ed Regis는 슈뢰딩거의 책이 지닌 결함을 지적하면서 다음과 같이 말한다. “그러나 이 모든 명료성과 간결성, 그리고 놀라운 예견력에도 불구하고 슈뢰딩거의 책은 몇 가지 약점을 가지고 있다. 그 하나는 책 제목으로 주어진 물음, 생명이란 무엇인가?에 대해 대답하지 않았고, 심지어 대답하려는 시도조차 하지 않았다는 점이다. 이 제목은 단지 겉에 내세운 영리한 마케팅 전략이었을까? 아니면 그 해답이 슈뢰딩거에게조차 너무 신비로운 것이었기 때문일까? 그는 여기에 대해 말이 없다.” ”

“ 그러면 이것은 슈뢰딩거의 단순한 실수에서 비롯된 것인가? 그렇게 보기 어렵다. 이 안에는 살아 있는 것'에 대한 어떤 깊은 선입감이 잠재되어 있기 때문이라고 보는 것이 옳다. 그렇다면 그 선입감은 무엇일까? 어떤 생명체든 그 안에 '살아 있음'이라고 하는, 다른 말로 '생명'이라는 어떤 고유한 속성을 지니고 있다는 생각이다. ”

“ 슈뢰딩거는 이러한 상식선에서 분명히 생명이라 할 어떤 실체가 있는 것으로 일단 인정하고, 이것이 어떤 물리적 성질을 가지고 있느냐에 초점을 맞춘다. … 그러면서 도달하는 가장 중요한 결론은 생명체라는 것이 내적 질서, 곧 낮은 엔트로피 상태를 유지하고 있으며, 열역학 제2법칙에 따라 이것이 가능하려면 이 생명체는 불가피하게 외부로부터 부-엔트로피negative entropy를 받아들여야 한다는 것이다. ”

“ 슈뢰딩거의 이 말은 생명의 이해를 위한 핵심 내용을 담고 있지만, 아직까지도 많은 사람들이 여기에 충분한 관심을 기울이지 못하고 있다. 슈뢰딩거 또한 이를 언급해놓고도 더 이상 깊이 있는 논의를 진척시키지 않았다. … 오늘의 관점에서 아쉬운 점 두 가지만 지적한다면, 첫째로 슈뢰딩거의 추측과 달리 생명 현상은 정상적인 물리학만으로 이해 할 수 있게 되었다는 점이며, 둘째로 DNA 분자들의 기능은 오히려 매우 수동적이며 생명의 주된 활동은 DNA 분자와 세포의 나머지 부분 사이의 긴밀한 협동을 통해 이루어진다는 점이다. … 결론적으로 '살아 있음'을 나타내주는 내적 특성이 따로 있는 게 아니라 내부 구조와 외부 상 황의 적절한 관계 맺음이 그 본질적 내용을 구성한다는 것이다. 그런데도 우리 사회에서는, 그리고 학자들 사이에서도 여전히 생명체 안에는 생명을 이루는 어떤 결정적인 핵심 부분이 있으며, 이것이 바로 DNA 분자들로 구성된 유전자일 것이라는 생각이 계속 위력을 떨치고 있다. ”