생명체 창조실험

 

지구의 생태계는 오래전에 시작됐습니다. 생명이 언제 시작했는지는 정확히 모르지만, 대략 44억 년 전에 최초의 생명이 출현했다고 추정하고 있습니다. 생명의 기원에 관해서는 다양한 가설이 존재합니다. 그에 따라 생명의 탄생을 연구하는 것에도 다양한 방법이 있어, 수많은 연구팀이 각각의 방법으로 연구와 실험을 진행하고 있습니다.  이 글에서는 하버드 대학과 덴마크 대학 연구팀이 실시했던 생명체 창조 실험을 통해 생명의 기원을 추적해 봅니다.

 

생명체의 3가지 조건 세포는 생명의 최소 단위입니다. 생명체의 가장 기본적인 단위인 세포가 생존하려면 3가지 조건이 필요합니다. 바로 DNA, 대사기능, 세포막입니다. DNA는 구성과 복제에 필요한 정보입니다. 대사는 먹이를 섭취해 에너지로 바꾸고 노폐물을 배출하는 과정. 그리고 세포막은 세포를 담고 보호하는 그릇입니다. 생명 창조 실험의 1차적인 목표는 현존하는 가장 단순한 생물보다 더욱 간단한, 즉, 미세한 박테리아보다 수백만 배 가볍고 단순한 지극히 원시적인 생물을 만들고자 하는 것입니다.

세포막의 형성 지방성 아미노산은 생명체가 아니지만, 생명에 필수적입니다. 지방성 아미노산과 물이 만나면 비누 거품 같은 원형 소낭이 형성됩니다. 세포의 기능과 DNA 정보를 보호하기에 적합한 완벽한 그릇이 되는 것입니다. 이러한 세포막은 생명체 창조의 첫 단계입니다. 무기물을 유기물로 변형시키기 위해, 즉 생명이 없는 물질에 생명을 부여하기 위해서, 연구팀은 최대한 간단한 물질로 원형세포를 만드는 실험을 합니다. 지방성 아미노산이 담긴 소금물을 마그네틱 믹서에 넣고 균일하게 혼합하면서 루테늄을 골고루 섞습니다. 여기에 염산을 투여해 원형세포의 세포질 형성에 최적의 상태를 만들어 세포막을 형성합니다. 세포막은 현미경을 통해서만 보이며, 모발 굵기보다 1천 배에서 1만 배 작습니다.

대사 기능의 대안 정상적인 세포막은 특수한 단백질의 통제를 받아서 필요한 것은 통과시키고 필요 없는 것은 쫓아냅니다. 하지만 실험실에서 만들어낸 원시적인 형태의 세포에는 걸맞지 않은 복잡한 기능입니다. 연구 팀은 문제 극복을 위해 혁신적인 아이디어를 냈습니다. 원형 세포의 내부 물질을 외부로 내보내기로 한 것입니다. 유전형질을 화학적인 방법으로 막 외부에 접착시켰습니다. 세포 안팎으로 물질이 드나드는 단계를 제거한 것입니다. 세포막 안팎을 오가야 하는 골치 아픈 작용을 세포를 뒤집는 방법으로 해결했습니다. 세포가 마치 껌이나 점토 같은 물질이라고 그 겉면에 유전자를 붙이고 대사 복합체를 붙인 것입니다. 하지만 이렇게 안팎을 뒤집은 원형세포는 오직 시험관에만 존재합니다.그리고 연구팀은 모든 생명체의 또 다른 필수기능인 분화 번식 방법은 아직까지 알아내지 못했습니다.

DNA와 RNA의 자가 조합 기능 자가 성장하는 막을 발견했다는 것은 생명 창조를 향한 큰 도약이지만, 생물체를 만들기까지는 아직도 갈 길이 멉니다. 마지막으로 중요한 요소가 빠져 있기 때문입니다. 자체적으로 완전한 복제가 이루어지도록 하는 DNA와 RNA라는 유전 성분이 필요합니다.   세포 밖에서 유기물 분자가 서로 결합하는 ‘자가 조합 능력’은 생명체 출현의 필수 조건입니다. 지구의 생명 출현에 화산이 결정적 역할을 했다는 것은 학계의 정설로 여겨지는데, 뜨거운 화산 분출구에서 DNA나 RNA분자가 자발적으로 분리 결합하는 것을 증명해 낸다면 생명의 기원을 설명할 뚜렷한 단서가 생기게 될 것입니다. 이를 위해 디머 박사는 하와이 킬라우에아 화산의 용함 표본에 생명체의 정보가 집결된 DNA, RNA를 묻힌 후 2시간 동안 77도의 화산 분출구에 넣어 두는 실험을 했습니다.

 

분자끼리 스스로 결합해 더 큰 분자를 형성하는 결과가 나온다면 생명이 화산 지형에서 탄생했다는 의미가 되는 것입니다. 그러나 분석 결과, RNA의 자가 조합이 없었다는 데이터가 나옵니다. 아직도 많은 과학자들이 이 복잡한 진리를 탐구하고 있지만, 생명이라는 복잡한 시스템을 시험관에서 창조하는 일은 아직도 풀어야 할 숙제를 안고 있습니다.

 

 

 

글·영상/사진 제공 내셔널지오그래픽채널

발행일  2011.04.09

 

 

 

<네이키드 사이언스 시즌7 – 생명의 기원> | 내셔널지오그래픽채널 2011-4-11 밤 8시방송

생명체는 지구 고유의 것이다. 그렇다면 어디서 온 것일까? 왜 이곳에 왔을까? 우리는 모두 생명의 기원에 대해 궁금해한다. 하지만 샌디에이고의 한 과학자는 그와 그의 스승이 그 답을 찾았다고 믿는다. 다른 과학자들은 연구실에서 아무런 사전지식 없이 전혀 새로운 접근방법으로 생명의 기원을 찾고 있다. 하와이의 화산지구부터 그린란드의 빙하, 호주의 운석까지, [생명의 기원을 찾아서]는 국제적인 과학자 팀이 지구상에서 최초의 생명이 어떻게 만들어졌는지에 대한 미스터리를 풀어가는 과정을 따라간다.