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우주의 탄생 경위가 두 개일 수 없다

러분은 여러분의 자녀가 여러분이 알려준 출생과정 외에 ‘나는 이렇게 태 어났을거야’ 하는 어떤 전제 하에 몇 가지 단서들을 가지고 그럴 듯한 출생 스토 리를 만들어 내었다면 받아들이겠는가? 예를 들어, 아기 때 찍어 놓은 사진들 을 가지고 나름의 스토리를 만들어 부모가 말해 준 과정이 틀리다고 계속 우기 면 어떻게 하겠는가? 자녀를 출산한 병원에까지 가서 출생신고서를 띠어 보여주 면서 설명하는데도 자신의 연구 결과가 옳다고 말한다고 해보자. 불신이 극도로 크면, 유전자 검사를 해야 할지도 모른다. 어쨌든 그래도 한 사람의 출생 경위가 두 개 일 수는 없다.
과학 교과서에서 빅뱅 모델이 제시하는 우주의 탄생 경위에 대해 그 폭발 직 후의 순간인 10-43~10-32초 사이에 있었던 일이라고 가르치는 내용이 있다. 이 찰나라고 표현하기에도 극도로 짧은 시간에 우주의 반지름이 소립자의 크기에 서 자몽 크기 정도로 증가하였다는 것이다.

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빅뱅은 무가 유가 되는 기적

며칠 전 책상에서 PBS에서 만든 과학 동영상을 보고 있던 아들이 큰 웃음을 터뜨렸다. 아무리 동영상을 잘 만들었기로서니 물리를 다룬 내용인데 재밌을리 가 있을까하는 생각으로 공부방에 가서 물었다. 그러자, 아이는 ‘엄마, 엄마도 한 번 봐보세요. 진짜 웃겨요. ’라고 말하는 것이 아닌가? 뒤로 돌려 함께 보는데, 그 대목이 나오자 아이는 다시 웃음을 참지 못했다.

그 장면은 한 점이 ‘뻥’ 터지면서 안개같은 것이 무질서하게 퍼져나가다 무언가 가 뭉쳐지고, 그렇게 좀 더 퍼져나가다 물질들이 별과 은하들을 형성하며 팽창 하는 일련의 과정을 보여주고 있었다. 그런데, 그 처음 점이 ‘뻥’ 터지는 대목에서 한 과학자가 출현해 힘주어 말한다. “이 폭발의 순간이 바로, 모든 정교한 물리 법칙들이 최고로 질서있게 작용한 순간입니다.” 중학생의 상식으로도 그 장면과 설명이 완전히 반대여서 웃음이 터질 수밖에 없었던 모양이다. 폭발은 그야말로 무질서를 만드는 과정인데, 모든 정교한 물리법칙들이 질서있게 작용한 순간이 라고 말하니 너무 터무니가 없게 느껴졌던 것이다.

빅뱅을 주장하는 과학자들에 의하면, 아무것도 없는 우주(無)에서 고도로 정 교한 물리법칙들이 작용하여 지금 우리가 보는 바와 같은 질서와 균형과 복잡성 이 겸비된 우주를 유도했다고 한다. 법(law)은 언제나 입법자(law giver)가 있어야 존재할 수 있는 것인데, 정교한 물리 법칙들이 아무도 없는 우주 어디에서, 어떻게 생겨났다는 것일까? 아무것도 없었는데, 우주 전체를 만들어낸 공간과 물질(에너 지)은 어디서 나온 것일까?

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우주의 나이 137억년은 측정된 것인가, 아니면 정해진 것인가?

“과거에서 현재까지 우주가 일정한 속도로 팽창했다면 우주의 나이는 허블 상수의 역수로 알 수 있다. 이렇게 얻은 우주의 나이를 허블 시간이라고 하며, 현재까지 알려진 우주의 나이는 약 137억 년이다.”[1]
“137억 년 전에 일어난 빅뱅으로 시간, 공간, 물질, 에너지가 생겨나면서 우주가 형성되었다.”[2]

과학교과서 뿐만 아니라 우주에 관한 다큐멘타리나 영화, 드라마에서 조차 우주의 나이가 137억년이라고 말해지는 것을 접한다. 과연 그 나이는 어떻게 나온 것일까? 위에서 보듯, 고등학교 1학년 과학 교과서에서는 137억년이라는 우주의 나이가 ‘허블 상수의 역수’로 구해진 것이라고 설명하고 있다. 그럼, 우리는 허블 법칙으로부터 이 논의를 시작해야 할 것이다.

생물 ‘종’의 구분은 서로 간의 ‘유연관계’를 말해주는가?

고등학교 과학 교과서의 “생명의진화”라는 단원은 그동안 살펴본 바와 같이 무기물에서 유기물, 유기물에서 원시세포, 단순한 원시세포에서 복잡한 진핵세포, 그리고 수많은 진핵세포로 구성된 식물과 동물들로 저절로 진화되었다고 가르치고 있다. 각각의 단계가 순전히 자연적 과정만으로는 이루어질 수 없도록 정보를 필요로 하며, 그 정보를 해독하고 실행하는 시스템을 동시에 갖추어야 한다. 그럼에도, 우연히 단 한번은 그런 기적과 같은 일들이 일어났다고 증거 없는 해석을 계속 덧붙여 놓았다. 그런 일련의 진화 스토리 다음에, 마치 공연 마지막에 모든 출연자들이 함께 나와 피날레를 장식하는듯 ‘진화나무’ 라는것을 등장시킨다.

교과서와 기원문제 시리즈(8): 원핵세포가 진화해서 진핵세포가 되었다?

진핵세포는 우리 주변에 보이는 세균(박테리아)을 제외 한 대부분의 동물과 식물 및 균류 를 이루는 세포 형태이다. 핵이 별도로 존재하지 않는 원핵세포에 비해 진핵세포는10배 정도 크고, 세포 내부에 이중막으로 분리된 다양한 소기관들을 가진다. 이런점 때문에 진화론자들은 원시적인 원핵세포로부터 진화 되어진 핵세포가 되었다고 여긴다.

그림에 보이는 것처럼 핵, 미토콘드리아, 엽록체(식물세포의 경우), 활면소포체, 조면소포체, 골지체, 리소좀 등은 모두 원핵세포에는 존재하지 않는 독특한 기능을 하는 기관들이다. 이들은 이중막으로 완전히 분리되어 있으면서도 세포질을 통해 다른 기관들과 매우 긴밀히 정보와 물질을 교환한다. 이들은 생명현상에 필요한 수많은 물질과 에너지를 만들어내고, 그것들을 변형시키고, 수송하면서 거대한 공업도시와 같이 일한다. 그렇다면, 이런 기관들이 정말 저절로 생겨난 것일까? 우리 아이들은 학교에서 이부분을 어떻게 배우고 있을까?

교과서와 기원문제 시리즈(7): 다양한 생물들은 고세균의 진화로부터 비롯되었는가?

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우리가 흔히 세균이라고 부르는 박테리아는 생물학에서 원핵생물로 분류된다. 핵이 없거나 단순한 핵을 가지고 있는 이 세균들은 단어가 주는 어감과는 달리 우리에게 유익한 것이 훨씬 많다. 또한 한 줌의 흙 안에 들어있는 박테리아의 수가 현재까지의 인구 수보다 많을 정도로 지구 환경에서 매우 흔하고도 중요한 기능을 수행한다.[1] 이들은 지구에서 가장 간단한 단세포 형태로서 세균(bacteria)와 고세균(archaea)으로 분류되는데, 고세균은 고대박테리아라는 의미와 달리 오늘날도 풍부하게 살고 있으며 극한 환경에서도 생존할 수 있는 원핵생물이다.

세균들, 즉 원핵세포(prokaryotic cell)는 매우 작다(1~10㎛). 진핵세포(eukaryotic cell)의 10분의 1정도로, 내부 구조도 단순하다. 그러나 생존 환경과 영양을 얻는 방식에 있어서는 훨씬 다양하다.

교과서와 기원문제 시리즈(6): 공상과학 소설 RNA의 세계

왜 RNA의 우연한 출현이 화학진화의 긴 시나리오 중 한 부분으로 중요한 것일까? RNA는 구조적으로 DNA와 비슷하며, 유전정보를 구성할 수 있는 네 종류의 염기부호를 가진다. 또한, RNA는 자신과 닮은 RNA를 스스로 만드는 능력을 가지며, 이러한 복제과정이 다른 촉매의 도움 없이도 가능하다. 이런 RNA의 자기 복제력과 효소 기능 때문에 진화론자들은 맨 처음의 RNA만 어떻게 생겨날 수 있었다면, 그리고 RNA를 형성하는 재료들만 충분히 존재했다면, 돌연변이를 통해 다양한 RNA가 생겨나지 않았을까, 그러다 보면 단백질들에 대한 유전 정보들을 만들어낼 수 있지 않았을까 생각하는 것이다

교과서와 기원문제 시리즈(5): 단백질은 우연한 화학반응으로 만들어질 수 없다

세포에서 인간의 몸에 이르기까지 모든 생명체의 구성과 생체내 반 응들은 수많은 종류의 단백질에 의존된 다. 재료는 20가지의 아미노산인데, 특정한 순서로 수십~수백 개의 아미노산 들이 결합하면 셀 수 없이 다양한 기능을 갖는 단백질이 되는 것이다. 머리 카락을 이루는 케라틴, 섬유조직을 구성하는 콜라겐과 엘라스틴에서부터 뼈, 연골, 근 육,표피등 우리 몸 대부분을 구성한다. 그 외에도 세포에 산소를 운반해주는 헤모글로빈, 인슐린과 아드레날린과 같은 호르몬, 모든 생체반응에 관여하는 효소들, 병균을 막아주는 항체들, 뇌에서 신경 전달 물질을 받아들이는 수용체들, 눈의 망막에서 광자(photon)를 인식하는 로돕신등 이루 헤아릴 수 없이그 종류와 기능이 다양하다.사람을 이루는 단백질의 종류가 약 10만 가지 정도 된다고 한다.

교과서와 기원문제 시리즈(4): 실험적으로 합성된 유기물은 죽은 물질

지난호에 이어 고등학교 과학 교과서에 실려있는 ‘밀러의 실험’과 생명의 기원의 관계에 대해 좀 더 다루어보고자 한다. 밀러의 실험은 무기물이 저절로 합성되어 유기물이 되고, 이들이 다시 생명체에 필요한 복잡한 고분자 물질이 되고, 이들이 복제능력을 갖는 원시세포를 생성하기에 이르렀다고 주장하는 화학진화의 아이콘과 같다. 진화에있어 가장 중요한 첫 번째 관문을 열어주어 그 다음 모든 단계들도 가능하게 되었다는 식의 상징적 위치를 가지고 있다.

그러나 우리는 밀러의 실험이 과연 무엇을 가능하게 했다는 것인지를 면밀히 살펴볼 필요가 있었다. 그래서 지난 호에서는 밀러와 유레이가 선택한 실험 장치와 재료들을 먼저 검토하였는데, 모두 초기 지구 환경에 대한 비현실적인 전제를 바탕으로 하였음을 알 수 있었다. 이로 인해 오히려 유기물이 자연 조건에서 저절로는 합성 될 수 없다는 결론을 가질수 있었다.

교과서와 기원문제 시리즈(3): 밀러의 실험은 생명의 자연발생을 입증하나?

고등학교 과학 교과서에서 ‘생명의 진화’라 는 단원에 빠지지 않고 소개되는 ‘밀러의 실험’ 이라는 것이 있다. 이 실험은 원시대기(무기물) 가 번개에 의해 생명체에 사용되는 물질(유기 물)로 합성됐을 것이라는 화학진화 가설(오파 린Alexander I. Oparin 주장)의 첫 단계를 입증 하고자 한 것으로, 밀러와 그의 스승인 유레이 (Herold Urey)가 함께 1953년에 수행하였다.

생물속생설이 과학사에서 실험과 관찰에 의해 반복 확인되었음에도 불구하고, 생물의 자연발생설을 포기하지 않는 과학자들이 있었다. 그 대표적 인물이 프랑스의 생물학자 푸셰인데, “유기물, 물, 불, 공기, 온도가 갖추어지면 생명은 자연적으로 발생한다”고 주장 했다. 또한 마르크스와 더불어 공산이론의 기초를 세운 엥겔스는 “생명은 단백 질의 존재양식”이라고 규정하면서 유물론적 생명관을 제시하였다 . 그 흐름이 구소련의 생화학자였던 오파린에게로 이어져 무기물로부터 유기물이 합성되고, 그 유기물들이 세포막과 복제능력을 갖춘 원시세포를 형성했을 것이라는 시나 리오를 정리하기에 이르렀던 것이다. 그렇다면, 밀러의 실험은 오파린의 시나리 오의 첫 단계를 입증하였을까?