성경의 관점에서 보는 인류 역사 (3) : 성경과 유전공학
생물의 분류 단계가 계-문-강-목-과-속-종 으로 내려가는 것을 기억하시지요? 인간이라고 봐줄만한 것들을 묶어 사람(Homo, 호모) 속(屬)으로 칭합니다. 우리가 학교에서 배웠던 대표적인 것들을 대략 살펴보면 약 2300만년 (연수는 어차피 엄청 대략적인 추정이라서 문헌마다 차이가 있습니다) 전에 석기 도구를 사용했을 것으로 보는 호모 하빌리스(Homo habilis), 약 1800만년 전에 직립 보행을 하고 불을 사용 했을 것으로 보는 호모 에렉투스 (Homo erectus), 약 25만년 전에 동굴에서 살며 매장/종교 문화를 가졌을 것으로 보는 호모 네안데르탈렌시스(Homo neanderthalensis), 끝으로 약 10만년 전부터 현재까지 살아 남은 현생 인류 호모 사피엔스(Homo sapiens) 등이 있습니다.
과거에는 1980년대 Milford Wolpoff가 최초로 제시한 “Multiregional origin of modern humans (현생인류의 다지역 기원)”설이 널리 받아들여졌습니다. 진화가 맞다고 본다면 여기 저기서 발견되는 두개골(skulls) 간의 유사성을 설명하기에는, 180만년 전 생겨난 호모 에렉투스가 전 세계로 퍼진 뒤, 제각각의 대륙에서 비슷한 속도로 진화해 나갔다고 보는 가설(hypothesis)이 더 타당하고 자연스럽다고 본 것이지요.
그러나 유전공학이 발전하면서 대세는 "Single orign (단일 기원)"설로 급격히 넘어갔는데 이 내용을 아래에서 좀 더 자세하게 설명하도록 하겠습니다.
성경 창세기 4장, 5장, 11장에 기록된 계보는 다음 3줄로 요약할 수 있습니다.
- 첫 사람 아담(the first man Adam)과 하와(Eve)에게서 모든 인류가 퍼져 나감 (Single Origin)
- 아담 창조 1656년 후인 약 BC 2400년 경 대홍수로 노아(Noah)의 가족을 제외한 모든 인간들이 멸종되었음
- 그 후 다시 이 가족 8명으로부터 전 세계로 인간들이 퍼져 나감 (Single Origin)
창세기 11장에 기록된 내용에 근거해서 노아(Noah)의 자손들이 흩어진 곳의 분포를 다음과 같이 추정합니다.
앞서 말씀드린 "Single orign (단일 기원)"설은 소위 DNA 분석을 기반으로 하는 인류유전학에 의해 힘을 얻게 되었습니다. 저도 주워 들은 풍월만 있지, 전문 용어들도 많고 이론과 가설들 간에 논란과 상충되는 것들이 많아 무척 어려운 분야 중 하나인데요, 이견이 거의 없는 부분들을 위주로 쉽게 요약해 보자면 다음과 같습니다.
인간을 포함한 동물 세포(細胞 cell)내에 여러가지 세포소기관(細胞小器官 organelle)이 있는데, 인간의 기원 연구와 관련된 것은 2가지 입니다:
- Y 염색체 : 세포핵(細胞核 cellular nucleus) 내의 염색체(染色體 chromosome) 종류 중 하나
- mtDNA (mitochondrial DNA) : 미토콘드리아(사립체 絲粒體 mitochondria) 안에 포함된 DNA.
유전공학 연구 결과에 의하면 인간 세포핵에는 총 23쌍(pair)의 염색체가 존재하며 그중 하나가 성별을 결정합니다. 23쌍의 염색체 집합을 게놈(혹은 '지놈' genome 유전자 총체)이라고 부릅니다. 학교 생물 수업에서 배운대로, 성염색체(性染色體 gonosome, sex chromosome)라 이름된 이 염색체가 XX면 여성, XY면 남성이 됩니다. 여성에 존재하지 않는 Y염색체(아래 그림의 여러가지 색의 막대기들)는 아버지에서 아들로만 전달되는 부계유전이므로, 아들 ⇨ 아버지 ⇨ 할아버지로 다형성(多形性 polymorphism)을 거꾸로 추적하면 최종적으로 멸종되지 않고 오늘날 살고 있는 모든 남성의 조상에 다다르게 되는데 (성서 창세기의 기록에 비유해) 이 조상을 Y염색체 아담이라고 칭합니다. 앞서 말한 "다지역 기원설"의 진화론에서 보면 Y염색체 아담은 한 명의 개인일 수 없어서 최초 인류 "집단"이라고 가정했었습니다.
다른 한편 포유류의 경우 난자와 정자가 수정하는 과정에서 부계의 미토콘드리아는 사멸하고 모계의 미토콘드리아만이 유전됩니다. 따라서 딸의 세포에 있는 mtDNA(아래 그림의 여러가지 색의 동그라미들)는 어머니에게서 전달된 모계유전이므로, 같은 방식으로 딸 ⇨ 어머니 ⇨ 외할머니를 추적하면 모든 여성의 조상에 다다르게 되고 이 조상을 미토콘드리아 이브라고 칭합니다.
인간의 mtDNA는 미토콘드리아당 37개가 들어있는 유전자(gene)로 16,569개의 기본 염기쌍(base pairs)으로 구성됩니다. 1981년 영국 케임브리지(Cambridge)의 프레드 상어(Fred Sanger) 그룹에서 인간 mtDNA 게놈(혹은 '지놈' genome 유전자 총체)의 전체 염기서열(base sequence)과 구조를 발표했습니다. 미국 버클리대학(University of California, Berkeley)의 박사과정에 있던 레베카 칸(Rebecca Louise Cann)은 이 데이터를 토대로 mtDNA을 이용한 모계 조상을 추적 했고, 그 내용이 졸업 5년 후인 1987년 네이처(Nature)에 발표 되었습니다. ["Mitochondrial DNA and Human Evolution (1987)"]
내용을 요약하면
- 아프리카, 아시아, 오스트레일리아(원주민), 유럽, 뉴기니아(원주민) - 총 5 대륙(그룹)에 사는 147명의 여성에서 채취한 mtDNA를 분석 비교했음
- 충분한 시료(sample)을 확보하기 위해 직접 145개의 태반에서 고도로 정제된 mtDNA를 채취 했음
- 비교 결과 대부분의 변화는 그룹내 변화였고, 그룹간의 차이는 약 0.04%로 매우 작았음
- 그래서 "인류는 약 20~30만년전 아프리카에 있던 공통 조상을 가졌다"고 결론을 내림
여기서 한 가지 짚고 넘어가야할 부분이 있는데, 여기서 20~30만년전이라는 연대는 소위 “분자시계 (a molecular clock)”법을 사용해 "추정"한 값이라는 점입니다. 이 방법은 생체분자에서 일어나는 돌연변이의 발생 빈도를 사용하여 특정 생물 집단이 둘 이상의 집단으로 분화된 시점을 산출하는데, 분자 시계는 오직 한 구간이 다른 구간에 비해 두 배 길다는 식으로만 말할 수 있지 그 구간의 구체적인 시기를 특정할 수는 없습니다. 바이러스나 고 DNA의 경우엔 진화적 시간척도를 사용하여 비교하는 두 염기 서열의 진화생물학적 시기를 추정할 수 있지만, 대부분의 다세포 생물에 대해서는 화석과 같은 독립적인 연대 측정이 가능한 기준을 도입하여 시기를 보정하여야만 합니다. 즉 분자 시계의 측정 값은 통계적이고 상대적인 추정치일 뿐입니다. 어찌 보면 마치 뫼뷔우스의 띠 (Möbius strip)와도 같이 돌고 도는 것이 연대추정입니다. 레베카 칸(Rebecca Louise Cann)의 "20~30만년전" 이라는 연대 추정은 뉴 기니아에 3만년전, 오스트레일리아에 4만전전, 신세계에 1만2천년 전에 정착 했다는 "가설"에 기초한 값입니다.
2002년 "The Journey of Man: A Genetic Odyssey (최초의 남자)”라는 책이 출간되었습니다. 저자인 스펜서 웰스(Spencer Wells)는 하버드대에서 유전 생물학으로 박사 학위를 받고, 스탠퍼드대에서 박사후(post-doc) 과정, 옥스포드대에서 연구원(research fellow)를 지낸 사람입니다. 그는 전 세계에서 무작위로 선택한 38명의 남성에서 채취한 Y염색체를 분석하여 “현존하는 모든 인류는 약 6~9만년전 아프리카에 살았던 단일 기원 남자의 후예다” 라는 결론을 내렸습니다. 그 결론을 토대로 전 세계를 돌며 인류가 어떤 경로로 지구 전 대륙으로 이동했는지를 추적 탐구 하였고, 그 내용을 책으로 출간했습니다.
어차피 추정치들이기는 하나 관련 연구가 진행되면서 최초 인간의 추정 연대가 크게 줄어드는 것은 주목할만 합니다.
- 1980년대 초 Milford Wolpoff : 180만년 전 생겨난 호모 에렉투스
- 1987년 Rebecca Cann : 20~30만년전 아프리카에 있던 공통 조상
- 2002년 Spencer Wells : 6~9만년전 아프리카에 살았던 단일 기원 남자
미국 지리학 협회(National Geographic Society)는 이듬 해에 이 책을 다큐멘터리로 제작하였고
2005~2019년에는 "Genographic"이라는 프로젝트를 진행하여 책의 결론을 검증해 나갔습니다. 이 프로젝트에 참여한 사람 수는 140개 이상의 나라에서 무려 1,006,542명이나 되었습니다.
2018년에는 학술지 Human Evolution에 무척 흥미로운 논문이 발표 되었습니다. 저자인 록펠러 대학(The Rockefeller University)의 마크 스토클(Mark Stoeckle)과 스위스 바젤 대학(University of Basel)의 데이빗 탈러(David Thaler)는 "종(種 specie)이 시간이 흐르면서 더 다양해진다"는 다윈(Darwin)의 가정이 데이터에 의해 증명이 되는지 보고 싶었습니다. 그들은 진화의 유형을 찾기 위해 GenBank에 기탁 된 무려 10만 종의 동물에 대해 미토콘드리아 “DNA 바코드”를 검사했는데, 그들의 기대와는 정반대로 행성의 76억명 인간, 5억마리의 참새, 또는 10만마리 도요새를 볼때 유전적 다양성이 "거의 같다"는 결론에 도달했습니다.
아래 도표는 논문의 p. 20에서 발췌한 것입니다. Y-축의 APD(Average Pairwise Difference)라는 수치가 개체간의 변이량을 표시하는 것인데 개체수에 비례해 기하급수적으로(exponentially) 증가할 것이라는 기대치(점선)와는 달리 모든 종 (種)의 실제치는 1%이하를 보이고 있습니다. 극히 낮은 계수(R2=0.01)는 x-축과 y-축이 상관 관계가 없음 (uncorrelated)을 나타냅니다.
그들은 “중립적” 돌연변이에서 변화가 결여되어 종들(species)은 각각 매우 뚜렷한 유전적 경계를 가지고 그 사이에는 아무것도 없음을 발견했습니다. 탈러(Thaler)는 이 결과를 “만약 개체가 별(stars)이라면, 종(species)은 은하(galaxies)다“ “이들은 텅빈 점렬공간(sequence space)의 광대함 속에 있는 작은 별 무리다” 라고 묘사 했습니다. 가장 놀랄만한 결과는 "오늘날 지구상 10개 종(種 specie) 중 9개가 같은 시기에 생겨났다"였습니다. ["Sweeping gene survey reveals new facets of evolution"]
유전공학의 연구 결과 3개를 소개했는데 이 논문들이 성경과 창조론이 맞다는 증거는 될 수 없습니다. 그저 진화론에서 굳게 "믿어왔던" 가설들이 최근의 유전공학 연구결과에 의해 크게 위협 받고 있다는 것과, 성경의 내용이 과학의 관점에서 봤을 때는 말이 전혀 되지 않는 신화라는 인식이 조금이나마 바뀌었으면 하는 작은 소망으로 글을 올립니다.
3개 모두 모두 진화론 입장에서 시작한 연구이라서, 해석과 결론도 결국은 진화론 입장에서 내려졌습니다. 그래서, 제가 첫번째 글에서 썼듯이, 과학이라고 하더라도 실험~결론까지의 과정은 "가설이 맞다는 것을 증명"해야 하는 뚜렷한 목적하에 진행되기 때문에 지극히 연역적(deductive)이며 그리고 이 과정은 연구자의 세계관에 크게 영향을 받을 수 밖에 없다는 것을 보여주는 사례들이기도 합니다.
다음 번 글은 <노아의 홍수>를 중심으로 써보도록 하겠습니다.
[부연 설명] 세포, 염색체, DNA
문과 출신 분들을 위해 길이의 단위를 재상기 시켜드리자면 1 m = 103 mm = 106 𝜇m = 109 nm 입니다.
생물은 세포(細胞 cell)로 이루어집니다. 인간의 몸에는 약 60조개의 세포가 있는데, 가장 작은 적혈구 세포가 10𝜇m, 가장 큰 난자 세포는 150𝜇m, 대개의 경우 100𝜇m의 크기입니다. 육안으로 보이지 않는 작은 크기지만 최첨단 반도체 공정에 비하면 훨씬 큰 크기입니다. 현재 개발 중인 반도체는 3nm (silicon 원자 크기의 14배) 정도의 선폭을 가져서 DNA 굵기에 필적합니다.
세포핵(細胞核 cellular nucleus)내에는 생물의 종류마다 정해진 갯수의 염색체 쌍(染色體 chromosome pair)들이 존재하며 인간의 세포핵은 23쌍(총 46개)의 염색체를 가집니다. 모든 염색체는 2개가 한 쌍으로 구성되는 diploid(2배체)이며 그 쌍이 구성되지 않는 변이가 발생하기도 하는데 대표적으로 알려진 두 경우는:
- 21번이 3개가 되는 trisomy(3염색체 性) : 다운 증후군(Down syndrome)
- 23번이 X하나만 있는 monosomy(홀염색체 性) : 터너 증후군(Turner syndrome). 2차 성징이 나타나지 않는 여성
- ["Why Do Most Humans Have 23 Pairs of Chromosomes?"]
인간의 세포핵은 남녀 구별 없이 공통된 22개의 상염색체(常染色體 autosome)와 1개의 성염색체(性染色體 gonosome)을 가지며 성 염색체가 XX면 여성, XY면 남성이 됩니다. X 와 Y라는 이름은 모양에 의해 붙여진 이름입니다. X염색체는 약 900개의 유전자(gene)에 무려 32억개의 기본 염기쌍(base pairs)을 담고 있는 반면 훨씬 크기가 작은 Y염색체는 약 55개의 유전자를 담고 있습니다. Y염색체에 담긴 유전암호는 아직 그 기능이 거의 이해되지 않아, 아무 일도 하지 않고 단순 반복적일 뿐인 non-coding DNA라고만 추정하고 있는 상황입니다.
살아있는 동안 세포는 계속해서 같은 염색체를 복제하고 2개로 분리되는 세포분열을 반복합니다. 대부분은 유사분열(mitosis)로 23쌍 그대로를 복제합니다. 쌍의 복제가 아닌, 반반으로 나눠 가지는 감수분열(meiosis)이 일어나는 유일한 경우는 생식과정에 관여하는 난자와 정자를 만들때 뿐입니다. 핵 안에 들어있는 22쌍의 상염색체와 1쌍의 성염색체는 감수분열 과정을 통해 반으로 나뉘어져 난자와 정자로 들어가기 때문에 남성에서는 22+X와 22+Y의 두 가지 정자가, 여성에서는 22+X의 한 가지 유형의 난자만 만들어집니다. 그리고 난자와 정자가 결합한 수정란은 다시 23쌍을 가지는 일반 세포가 됩니다.
세포 안쪽으로 들어가며 자세히 살펴보면,
- 세포 핵 안에 23쌍의 염색체(chromosome)이 있습니다.
- 염색체는 2중 나선 형태로 꼬인 DNA 가닥(strand)이 엄청 촘촘하게 말려있는 것입니다.
- 세포 분열이 일어나지 않을 때에는 DNA 가닥이 핵 속에 염색사의 형태로 실처럼 풀어져 있다가, 세포 분열이 일어날 때는 염색사가 짧고 굵게 응축하며 막대 모양의 염색체를 형성합니다. 세포당 가닥의 총 길이는 약 2m에 달합니다.
- 히스톤(histone)이라는 단백질의 일종이 얼레(reel) 역할을 하고, 그 주위에 DNA 가닥이 둘둘 말려 있습니다.
- ["2m 길이 DNA는 세포핵에 어떻게 접혀 담겨 있을까?"]
유튜브에 세포의 구조와 작동을 애니메이션으로 만들어 소개한 영상들이 많이 있는데요, 가히 신비(神秘)스럽다고 할 일들이 우리 몸에서 계속 벌어지고 있습니다. 제가 지난번 글에 진화론을 "조립하지 않은 시계 부품 전체를 물에 넣고 1분에 한번씩 10억년 동안 흔들다 보면 짜잔~ 하고 제대로 동작하는 완성품 시계가 나올 수도 있다"고 믿는 것에 비유한 것을 인용했지만, 세포 속에서 벌어지는 일을 보면 이건 고작 시계 정도가 아니라 최첨단 전자동 반도체 공장 수준이라고 봐도 모자랍니다. 그리고 진화론을 믿으시는 분들은 이런 것들이 우연에 의해 자발적으로 발생했다는 "굳은 믿음"을 가지고 있습니다. 과연 창조론자들의 믿음과 진화론자들의 믿음 중 어느 쪽이 더 큰걸까요?
“이스라엘 중 아무에게서도 이만한 믿음을 보지 못하였노라"
♩♫이 눈에 ♫♫ 아무 증거 ♫♫♩ 아니 뵈어도
♫♫ 믿음만을 ♫♫ 가지고서 ♩♫♩ 늘 걸으며
DNA는 4가지의 뉴클레오티드 염기(nucleotide bases)가 있습니다: 아데닌(A: Adenine), 티민(T: Thymine), 시토신(C: Cytosine) 그리고 구아닌(G: Guanine). 고작 4가지 밖에 되지 않는 종류라고 생각할지 모르겠지만 DNA 염기서열(sequencing) 연구를 컴퓨터에 비교하자면 4진수 32억개로 코딩(coding)된 프로그램을 분해공학(reverse engineering)으로 이해하려고 하는 것입니다.
1990~2003년에 18개국의 연구진 1천여명이 달라 붙어 10만명 이상의 유전자 분석을 시행했던 인간 유전체 프로젝트(Human Genome Project)는 이 엄청난 작업을 수행한 것으로 그 결과물이 질병 진단, 난치병 예방, 신약 개발에 다양하게 쓰이고는 있지만, 오해하지 말아야 할 것은 염기서열에 담긴 전체 (혹은 대부분)의 의미를 이해한 것이 아니라 인종별, 정상인/환자 등 간의 상대 비교를 통해 유전자 기능의 극히 일부분을 추정해낸 것이라는 사실입니다. 참고로 모든 인간은 99.9%의 공통 유전자를 가지고 있고, 소위 스닙스(Single-Nucleotide Polymorphisms)라고 부르는 0.1% 차이에 따라 인종, 피부색, 눈동자 색, 체질등이 결정됩니다.
지금 현재의 이해도는 솔직히 비문명인 부시맨(Bushmen)이나 스키너 상자(Sinner box) 안의 쥐가 관찰 학습 (observational learning)하는 수준과 그리 다르지 않습니다.
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