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유전 정보의 기원은 무엇인가?
: 과학자들이 생명의 기원을 찾는 새로운 방법을 제안하다.
(ASU researchers propose new way to look at the dawn of life)
ASU News

   생명체(life)의 가장 큰 의문점 중의 하나는 생명체가 어떻게 탄생했는가 하는 것이다. 도대체 어떤 물리적 과정이 생명이 없는 무기 화학물질들을 혼합하여 살아있는 세포와 같은 복잡한 생명체로 변환시켰는가?

한 세기 이상, 과학자들은 생명체로 가는 길에 첫 번째로 중요한 단계를 재구성하기 위해서 고군분투해 왔다. 최근까지 과학자들은 생명체의 간단한 건축 벽돌들이 초기 지구에서 혹은 우주에서 어떻게 합성될 수 있었는가에 연구를 집중하도록 훈련되어 왔다. 그러나 이것은 오래 전에 일어난 일이기 때문에, 이미 모든 화학적 자취는 사라졌고, 추측과 불일치의 수많은 영역만 남겨놓게 되었다.

이제 두 명의 아리조나 주립대학의 과학자들에 의해 제안된 생명 기원의 의문에 대한 새로운 접근 방법은 그 문제를 극적으로 재정의 하려고 시도하고 있다. 연구원들인 아리조나 대학의 보직 교수이자, ‘과학의 근본적 개념 너머 센터(the Beyond Center for Fundamental Concepts in Science)’의 소장인 폴 데이비스(Paul Davies)와 사라 워커(Sara Walker, NASA의 Post-doctor로서 Beyond Center 연구원)는 The Royal Society Journal Interface 지의 최신판에 그 이론을 발표했다. 그들의 논문의 제목은 ”생명의 기원 알고리즘(The algorithmic origins of life)”이다.

요약하면, 저자들은 생명의 기원 문제를 하드웨어(생명의 화학적 기원)에서 소프트웨어(유전 정보의 기원)로 관심을 돌렸다는 것이다. 컴퓨터에 비유하면, 화학은 컴퓨터의 기본적 재료 물질을 설명하는 것이지만, 컴퓨터는 프로그램과 데이터라는 정보가 없이는 자체의 고유 기능을 수행하지 못한다. 데이비스와 워커는 생명과 무생명의 결정적인 차이는 생명체가 그 시스템(생명 시스템, 즉 몸체)을 통해 전달되는 정보(information)를 관리하는 방법이라고 제안한다.

”우리가 생물학적 과정을 표현할 때에, 보통 다음과 같이 정보공학적인 표현을 사용합니다 : 세포가 신호를 보내고, 발달 프로그램이 작동되고, 암호화된 정보가 읽혀지고, 유전체 데이터가 후대에 전달된다...” 워커는 계속해서 말하기를, ”정보가 처리되고 관리되는 방법을 통해 생명의 기원을 밝히는 새로운 연구의 길을 열 수 있습니다.”

”우리는 무생명에서 생명으로의 변화는 유일하며 정의가 가능하다고 제안합니다”라고 데이비스는 덧붙였다. ”생명체는 정보를 분명하게 능동적으로 사용하는 것으로 특징지어질 수 있습니다. 따라서 생명체의 출현에 대한 엄격한 기준으로 확인하는 데에 유전정보를 식별하는 것이 이정표를 제공한다고 제안합니다. 이것은 화학물질들이 섞여서 생명체로 되는 그럴듯한 반응 경로를 정의하는 것을 목표로 했던, 화학적 문제점을 드러냈던 생명체로의 변환에 대한 지난 한 세기 동안의 사고와는 뚜렷이 구별되는 것입니다.”

유전정보가 어떻게 생겨났는가에 초점을 맞추는 것이 생명의 화학적 기원을 밝히기 위한 시도들이 가지는 내재된 단점으로부터 벗어나는 데에 도움이 된다는 것이다.

”(생명의 기원에 대한) 화학물질에 기초한 접근은 화학적 복잡성이라는 매우 초기 단계에서 궁지에 빠져있습니다. 화학적 복잡성은 우리가 ‘살아있다(alive)’라고 생각하는 것과 매우 동떨어진 개념입니다. 더욱 심각한 것은 그러한 접근은 화학과 생물학 사이를 구분하지 못하고 있다는 개념적 결함으로 고통 받고 있다는 것입니다.”라고 워커는 말한다.

”물리학자나 화학자에게 생명은 마법의 물질(magic matter)입니다”. ”생명은 어떤 복잡한 물리학적 화학적 시스템과도 견줄 수 없는 독특한 방식으로 행동합니다. 자율성, 적응성, 목표지향적 행동 등과 같은 생명의 속성은 화학적 반응에 종속적이기 보다, 미리 프로그램된 의제(agenda)를 수행하기 위한 화학적 반응을 이용하는 능력을 가지고 있습니다” 데이비스는 설명한다.

”화학적 네트워크의 정보 체계에서 일어난 변이는 물리학에서 상 변이와 유사하다고 우리는 믿고 있습니다. 그리고 전체 구조가 먼저 기획되고, 다음에 개개의 세부 요소가 만들어져가는 톱-다운(Top-down) 방식의 정보 흐름을 특별히 강조하고자 합니다.” 데이비스는 덧붙였다. ”이러한 접근법은 생물학적 복제기구와 같은 고도로 정교한 기구가 수정(crystal, 비생명)이 자라는 것과 같은 간단한 증식과 어떻게 다른지를 밝혀 줄 것입니다. 정보의 원인적 역할을 직접 다룸으로서 생명체의 미스터리한 성질이 설명될 것입니다.”

저자들은 이 근본적인 방법론의 개념적인 지평을 새롭게 형성함으로써, 단순히 생명의 기원뿐만 아니라, 다른 중요한 변환, 즉 단세포에서 다세포로 가는 도약도 설명될 수 있을 것으로 기대하고 있었다.

*In addition to being a post-doctoral fellow at the Beyond Center, Walker is affiliated with the NASA Astrobiology Institute in Mountain View, Calif., and the Blue Marble Space Institute, Seattle.

 

 

출처 : ASU News, 2012. 12. 12.
URL : https://asunews.asu.edu/20121212_dawnoflife
번역자 : 정광도

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