우주에 진화된 생명체가 지구 밖에 없는거 같다고 생각할 때

어디선가 그런말 많이 들어보죠.

어느별에서건 생명체가 탄생해서 진화한다는건 확률적으로 거의 불가능 해서 우주의 로또 지구 외에는 거의 없다는 말.

창조론에서 신의 계산 외에는 답이 없다고 주장할 만큼 도저히 이루어질 수 없는 확률,

확률에 대해 궁금하신 분들 읽어보세요 대충 읽어보세요 어려운 말들이 많아서.

"Life sequence라는 미신"

자주 듣게 되는 또다른 주장의 하나가 400개 단백질에 "life sequence"이 있으며 아미노산 서열은 생명체가 살기 위해서는 바뀔 수 없다는 것이다.

그러나 이것은 넌센스이다. 400개의 단백질은 아마도 현재까지 알려진 현대 생명체중 가장 간단한 것인 Mycobacterium genetalium의 genome에서 나온 말로 보인다. 하지만 제놈을 살펴본 사람에 의하면 이것은 256개만 있어도 된다는 것이다 [20]. 그렇지만 이것은 현대의 생명체이다. 최초의 protobiont/progenote 는 분명히 이것보다 훨씬 적은 단백질만 필요할 것이고 이것은 보다 간단한 화학 시스템에 뒤를 이은 것일 것이다[3,10,11,15].

단백질의 서열이 바뀔 수 없다는 것은 다시 말하지만 넌센스이다. 대부분의 단백질은 어떤 아미노산으로도 치환이 가능한 부분이 있고 어떤 부분은 특성이 같은 아미노산으로 (전하를 띠고 있는 아미노산은 전하를 띤 다른 아미노산과, 중성인 아미노산은 중성인 다른 아미노산으로 그리고 소수성인 아미노산은 다른 소수성의 아미노산으로 ) 치환이 가능한 부분이 있다. 기능이 동일한 분자중에는 전체의 아미노산이 30-50%가 다르게 될 수도 있다. 실제로 구조적으로 같지 않은 박테리아의 단백질을 효모의 단백질과 바꾸어 주어도, 그리고 사람의 단백질을 벌레에 바꾸어 넣어 주어도 그들은 아주 행복하게 산다.

"Life Sequence" 는 미신이다.

초보자를 위한 동전던지기와 거대분자조립

이제 창조론자들이 말하는 무작위로 아미노산을 더해서 원하는 펩타이드 만들기를 해보자 이것은 초기 지구에서 이루어진 방식은 아마도 아닐 것이다. 하지만 교육적인 가치는 있다.

Ghadiri group에서 언급한 자기 복제가능한 펩타이드의 예를 들어 보겠다. 물론 다른 예를 들 수 있다. 즉, hexanucleotide self-replicator,SunY self-replicator [24] 또는 Eckland 그룹이 제안한 RNA polymerase도 가능할 것이다. 하지만 창조과학자들이 주장하는 내용이 대부분 단백질에 대한 것이므로 이것을 최적으로 보인다. 이 펩타이드는 32개의 아미노산으로 이루어져 있고 서열은 RMKQLEEKVYELLSKVACLEYEVARLKKVGE(알파벳 하나가 아미노산 하나를 의미한다. -역주)이다. 이것은 peptide ligase라는 효소로 16개짜리 아미노산 subunit을 2개를 이용해서 자기 자신을 복제한다. 이것은 또한 비생물적인 펩타이드 합성으로부터 형성되기에 적당한 크기와 조성을 가지고 있다. 이것이 자기 자신을 복제할 수도 있기않은가?

우연히 만들어질 때 이것이 생성될 가능성은 (1/20)³² 혹은 1/(4.29 x 10⁴⁰) 이다. 이것은 처음의 창조과학자들이 carboxypeptidase가 만들어질 확률인 1/(2.04 x 10³⁹⁰) 보다 훨씬 가능성이 높다. 하지만 아직 굉장히 낮아 보인다.

그러나 이것은 확률계산의 다른 면이 있다. 그리고 우리들 대부분이 통계학에 대한 감각이 없는 사람이 잘 느끼지 못하는 부분이기도 하다. 우리는 대부분 백만분에 1이라고 하면 대개는 백만번을 시행하고 나서 한번 된다고 생각하는 경향이 있다. 하지만 이것은 잘못된 것이다.

시험을 해보자. 우선 동전을 4번 던져서 나오는 결과를 기록하고, 전부 앞이 나오는 경우가 몇 번째 시도였는지 확인해 보라.

4개가 전부 앞면이 나올 확률은 (1/2)⁴ 혹은 1/16이다. 그러면 16번을 해야 전부 앞면이 나타나게 될까? 그렇지 않다. 연속적으로 실행할 때 나는 11,10,6,16,1,5,3번 시도를 하고 나서 전부 앞면이 나오게 되었다. 1/16이라는 확률은 16번에 한번 일어날 수 있다는 것이다. 하지만 이것이 순서대로 일어나는 것이 아니다. 당신은 첫 번 시도에 원하는 결과를 얻어 낼 수 있다. 1/4.29 x 10⁴⁰확률이라고 하지만 매우 초기에 일어날 수도 있는 것이다.

1/4.29 x 10⁴⁰ 이라는 확률은 매우 작아 보인다. 사람들은 그래도 아직 지구에는 충분한 시간이 없는 것으로 보인다. 하지만 그렇지 않다. 위의 시도는 한번에 하나의 펩타이드만 생긴다는 것을 가정한 것이다. 하지만 실제로는 수억개의 아미노산 분자들로 수억번의 시도가 촉매반응이 일어날 수 있는 바다 혹은 해안가의 수킬로미터에서 동시에 일어나는 것이다. [2,15]

동전던지기의 예를 다시 생각해 보자. 4번 던져서 전부 앞면이 나오는데 평균 8분이 걸린다고 하자, 만약에 여러분의 친구를 16명이 동시에 동전을 던진다면 전부 앞면이 나오는 경우는 평균 1분이면 된다. 이번엔 6개의 앞면이 나올 경우를 생각한다면 (1/2)⁶ 또는 1/64이다. 이것을 혼자서 한다면 약 32분이 걸린다. 하지만 64명이 동시에 한다면 역시 1분이 걸릴 뿐이다. 만약 수억분의 1의 확률의 동전던지기를 한다면 중국인구 모두가 한다면 가능하다.

그러므로 만약 생명체가 발생하기 전의 지구가 수십억의 peptide가 동시에 자란다면 replicator가 생기는데 걸 리는 시간은 상당히 줄어들 수 있다.

다시 생각해 보자 1/4.29 x 10⁴⁰ 은 매우 큰 수이다. 수십억이라는 숫자가 매우 큰 숫자이긴 하지만 이것이 한 5억년 사이에 최초의 복제가능한 물질이 나올 만큼 충분한 분자들이 있었는가?

가능하다. 1kg안에는 알지닌 (Arg)이 2.85 x 10²⁴ 분자나 있다. 1톤에는 2.85 x 10²⁷ 분자가 있다. 55개 아미노산 짜리 단백질은 1-2주에 만들수만 있다면, 만약 조그만 트레일러로 분량의 각각의 아미노산을 중간정도의 호수에 퍼붓는다면, 그안에는 우리가 원하는 특정한 자기복제가능한 펩타이드가 수십년이면 만들어질 수 있는 충분한 물질이 있다. [14,16]

So how does this shape up with the prebiotic Earth? On the early Earth it is likely that the ocean had a volume of 1 x 10²⁴ litres. Given an amino acid concentration of 1 x 10^-6 M (a moderately dilute soup, see Chyba and Sagan 1992[23]), then there is roughly 1 x 10⁵⁰ potential starting chains, so that a fair number of efficent peptide ligases (about 1 x 10³¹) could be produced in a under a year let alone a million years, the synthesis of primitive self-replicators could happen relatively rapidly, even given a probability of 1 chance in 4.29 x 10⁴⁰. (and remember, our replicator could be sythesized on the very first trial). (이부분은 번역은 할 수 있지만 개인적으로 이해가 되지 않아서 일단 원문을올립니다. )

서열이 만들어지는데 약 1주간이 걸린다고 가정한다면 [14,16] Ghadiri ligase는 일주면 만들어진다. 그리고 어떤 종류의 사이토크롬 서열도 약 수백만년이면 만들어질 수 있다. (이때 만들어지는 101개 짜리 펩타이드의 서열의 약 반정도는 어떠한 기능이라도 가지고 있을 것이다.)

비록 내가 Ghadiri ligase를 가지고 예를 들었지만 같은 계산을 SunY self replicator 혹은 Ekland RNA polymerase을 가지고 말할 수도 있다. 이것은 여러분이 한번 계산해 보기로 하겠지만 결론은 같다.

만들어진 것들 중에서 기능을 가진 단백질 찾아내기

나는 주어진 작은 효소가 만들어지는 것은 프레드 호일 같은 창조론자들이 말하는 것처럼 어렵지 않다는 것을 보여주었다. 대부분의 사람들이 잘못 이해하는 것중의 하나가 효소와 라이보자임의 형태가 독특해서 무작위적으로 아미노산(혹은 RNA)에서 원하는 효소나 라이보자임이 만들어질 가능성이 매우 적다는 것이다. (수억가지가 만들어져도 기능을 하는 것은 한가지 뿐이라는 말임- 역주)

하지만 Ekland의 계산에 의하면 220개의 핵산으로 이루어진 RNA 서열중에서 2.5 x 10^112개는 효율적인 ligase라는 것이다 [12]. 이정도면 충분하다. 다시 원시 지구를 가정해 보자. 원시지구는 10^24리터 이고 핵산의 농도를 1 x 10^-7 M (23)라고 한다면 약 1 x 10⁴⁹potential nucleotide chains이 존재하게 된다. 그러므로 효율적인 RNA ligases 의 충분한 양(about 1 x 10³⁴)이 수백만년이 아닌 1년안에 형성될 수 있고, RNA polymerases 의 가능한 양도 매우 높은데 1/10²⁰도 RNA polymerase가 될 것이다. 같은 계산으로 acyl transferase (1/10¹⁵ sequences)와 ribozymal nucleotide synthesis [1,6,13]이 가능하다.

비슷한계산으로 1 x 10 ^130개의 100개 아미노산 단백질중에서 3.8x10^61개는 사이토크롬 C와 같다. 여기에는 더 많은 단백질/nucleotide를 찾을 수 있는 공간이된다. 그러므로 초기 지구에서 여러 효소들이 서로 모여서 어떤 기능을 할 수 있을 것이다.

그러므로, 좀더 현실적인 모습으로는 무작위적인 아미노산의 "life-supporting system"으로 되는 과정은 (혹은 효소를 기반으로하는 하이퍼 사이클이나, RNA 시스템이나, RNA 라이보자임-단백질의 공진화가) 비록 초기의 농도가 매우 낮거나 시간이 매우 짧다고 가정한다고 하더라도 충분히 생길 수 있을 것이다.