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녹색 파워 광합성
: 경이로운 식물의 태양광 발전소
(Green power (photosynthesis)
God’s solar power plants amaze chemists)
Jonathan Sarfati

    녹색식물은 지구 환경의 아름다운 부분이며, 생물들에 필수적이다. 하나님께서는 창조주간의 셋째 날(창 1:10-13)에 동물보다, 심지어 태양보다 먼저 식물을 창조하셨다.[1] 태초 창조 시점에 사람과 모든 동물은 초식을 했다(창 1:29-30).

심지어 오늘날에도 식물은 먹이사슬(food chain)의 기초가 되고 있다. 왜냐하면 식물은 광합성(photosynthesis)을 통해 태양으로부터 자신의 식량을 만들어내기 때문이다. 그리고 이 과정에서 식물은 모든 생명체의 호흡에 필수적인 산소(oxygen)를 만들어낸다. 따라서 광합성은 지구상에서 가장 중요한 화학반응의 하나인 것이다. 만약 우리가 광합성을 복사할 수 있다면, 아마도 지구상의 모든 에너지문제를 해결할 수 있을지도 모른다.[2] 그러나 뛰어난 화학자들과 최고급 두뇌의 과학자들이라 할지라도, 보잘것없어 보이는 식물의 독창적인 이 기계에는 필적하지 못하고 있다.

독특한... 배열이... 필수적이다... 왜냐하면 4개의 광자(photons)로부터 에너지를 저장할 수 있어야하고, 바로 정확한 위치에서 물 분자를 붙잡을 수 있어야만 하기 때문이다. 이러한 구조는 완전해야만 하는데, 그렇지 않다면 전혀 작동하지 않기 때문이다... 따라서 광합성은 자연선택의 무작위적인 변화로 하나씩 하나씩 점진적으로 만들어질 수 없다... 왜냐하면 불완전한 중간 시스템은 전혀 사용될 수 없고, 그래서 그것은 자연선택될 수 없기 때문이다.


물 분자의 폭파 문제
 
광합성의 핵심은 물 분자를 수소와 산소 분자로 깨뜨리는 것이다. 식물(그리고 초식동물)이 식량으로 이용할 수 있는 당(sugars)을 만들기 위해서, 수소는 공기로부터의 이산화탄소와 결합할 수 있다. 이 모든 것이 엽록소(chlorophylls)라 불리는 분자들에서 일어나는데, 그것이 식물을 푸르게 해준다.

그러나 물을 쪼개는 것은 엄청난 양의 에너지를 필요로 한다. 근본적으로 그 에너지의 양은 수소가 처음 장소에서 물을 형성하기 위해 연소될 때 방출된 것이다.

한 가지 문제는 바로 빛 자체의 성질에 있다. 빛은 에너지의 한 형태이지만, 그것은 광자라 불리는 ‘꾸러미(packets)'에서 온다. 만약 광자에너지가 물 분자를 쪼개기에 충분히 크지 않으면, 아무리 그것이 많이 있어도 (즉, 빛이 아무리 밝아도) 쓸모가 없다. 그러나 광자가 물을 쪼개기에 충분한 에너지가 있다면[3], 그 과정에서 대부분 생물학적 분자들은 산산히 부서지게 될 것이다. 그러나 우리는 잎이 폭발하는 것을 볼 수 없다!

몇 년 전에 예일대학의 생화학자인 게리(Gary Brudrig)와 로버트(Robert Crabtrce)는 산소를 생산할 수 있는 인공 시스템을 만들었다.[4] 그러나 빛에너지를 사용하는 방법을 계획하지 않았고, 그 대신 강력한 화학용 표백에너지를 사용했다.[5] 심지어 그런 경우라도, 그것은 파괴되기 전에 단지 100개의 산소 분자를 만들었을 뿐이었다. 그러나 그것은 즉시 부서지지 않는 무엇인가를 만들었다는 점에서, 인간의 기준으로는 위대한 성취였다.[6]


절묘한 해결책 [7]
 
식물 잎에는 광시스템 II (Photosystem II, 두 번째 발견되어 그렇게 부름)로 불리는 특별한 설비가 있다. 광자가 이것을 때리면, 그것은 P680이라 불리는 엽록소의 한 형태 내로 안내된다. 거기에서 원자로부터 전자가 제거되고, 이 에너지 전자가 결국 이산화탄소로부터 당을 만드는 것을 돕는다. 그러나 그 때 P680은 소실된 전자를 보충해야만 한다. 이것은 인위적인 광합성에서는 커다란 문제였다. (인간 화학자들은 광자에 의해 제거된 전자를 보충하는 시스템을 지금까지 만들 수 없었기 때문이다). 이것 없이는 광합성이 빠르게 정지될 것인데, 그렇다면 어떻게 전자가 대체되었을까 ?

그들은 특별한 촉매의 핵심부로 가게 되고, 다시 빛의 도움을 받아 물로부터 필요한 전자를 제거한다. 빛은 두 개의 물 분자를 하나의 산소분자, 4개의 전자, 그리고 두 개의 수소이온으로 쪼갠다.

그 핵심부는 독특한 원자 배열을 지니고 있는데, 특이한 망간의 3원자 입방체, 한 개의 칼슘, 단일 망간에 부착된 4개의 산소가 있다. (최근자료 참조: Where Water Is Oxidized to Dioxygen: Structure of the Photosynthetic Mn4Ca Cluster, Science 314(5800):821–825, 3 November 2006; Learning how nature splits water). 이러한 촉매 핵심부는 산화 환원 전위의 형태로[8], 4개의 광자를 흡수하는 단계로써, 충분한 에너지를 만든다.

물의 산화 환원 전위는 +2.5V 이다. 반면 각각의 광자는 촉매 핵심부의 산화 환원전위를 1V 까지 올린다. 그래서 3단계 후에는, 단일 망간이 OH 기와 H+ 이온을 남긴 채, 물 분자에서 전자를 제거하기에 충분한 에너지가 되는 것이다. 다음 촉매 핵심부는 4번째 단계로 들어가, 망간 원자가 충분한 힘으로 OH 기를 공격할 수 있게 하고, 고도 활성 산소 원자와 다른 수소 이온을 남긴다. 이때 입방체의 칼슘 원자가 필수 역할을 한다. 그것은 바로 적절한 위치에서 또 다른 물 분자를 붙잡고, 이 산소 원자에 의해 공격을 받아, 하나의 O2 분자, 2개의 H+ 이온, 그리고 두 개의 전자를 생산한다.

독특한 Mn3CaO4-Mn의 배열은 모든 식물, 조류, 시아노박테리아에 존재하는데, 그것은 이러한 배열이 필수적임을 시사하는 것이다. 그것은 틀림없이 4개의 광자로부터 에너지를 저장할 수 있어야만 하고, 바로 적절한 위치에서 물 분자를 소유해야만 한다. 이러한 구조는 완전해야만 하는데, 그렇지 않으면 물을 쪼개고 전자를 대체하는데 있어서 전혀 작동될 수 없기 때문이다. 때문에 불완전한 중간 시스템(진화 도중의 전이 단계)은 전혀 사용될 수 없고, 그것은 자연 선택될 수 없는 것이다.

그리고 심지어 이러한 촉매 핵심부조차도 다른 많은 조정된 특성들이 없다면 쓸모없게 될 것이다. 예로써, 앞에서 언급한 것처럼, 포함되는 에너지는 생물적 분자들에게 손상을 입힌다. 그러나 거기에는 핵심 단백질들이 있어서, 그것은 계속 복구되어야만 하고, 이러한 메커니즘은 또한 정위치에서 일어나야만 한다. 실제로, 이들 단백질의 불안정성은 그 핵심부 구조를 이해하기 어렵게 만들었던 것이다.[9]

만약 최고 두뇌의 과학자들이 최첨단 실험실에서 최첨단 장비들과 특급시약들을 사용해서도 광합성을 복제할 수 없다면, 광합성이 자연에서 무기물로부터 우연히 어쩌다 저절로 운좋게 생겨났다고 믿는 믿음이 합리적일 수 있을까? 오히려, 과학자들보다 훨씬 더 지능적인 존재가 광합성을 설계했다고 믿는 믿음이 더욱 합리적이지 않을까? 그리고 광합성은 느리고 점진적인 다윈의 진화 과정으로는 만들어지지 않기 때문에 더욱 특별하다. 왜냐하면 광합성이 작동되기에는 너무도 많은 필수적인 고도로 복잡한 메커니즘들이 있기 때문이다.[10]


식물은 태초부터 작동되고 있었다.
 
최근 연구는 진화론적 연대로 지구에서 가장 오래된 37억 년 된 암석에서도 산소가 존재했었음을 보여주었다.[11] 이것은 산소를 생산하는 녹색식물이 그 당시에도 있었음을 시사하는 것이다. 그러나 지구는 약 38억 년 까지 운석에 의해 폭격당하고 있었다고 진화론자들은 주장하고 있다.

그러나 최근의 이러한 연구에 의하면, 생명체는 지구의 초기 시점부터 빠르게 존재했었음을 보여주고 있다. 거기에는 생명체가 진화하는 데에 필요한 ‘수십억 년의 세월’이 들어갈 여지가 없다. 그리고 이들 생명체는 그저 단순한 형태가 아니라, 광합성을 할 만큼 충분히 발전된 형태였던 것이다.[12]

또한, 이러한 연구는 ‘생명의 기원(origin of life)’에 대한 화학진화 이론을 완전히 폐기시키는 것이다.[13] 유명한 스탠리 밀러(Stanley Miller)와 해롤드 유레이(Harold Urey)의 시험관 전기스파크 방전 실험에서, 시험관에 채워진 가스 중에 산소는 배제되었는데, 왜냐하면 산소는 유기분자들을 파괴시키고, 처음 장소에서 그것들의 형성을 불가능하게 만들기 때문이다.(참조 : Why the Miller–Urey research argues against abiogenesis). 그러나 가장 오래된 암석에서 산소가 발견되었다면, 산소가 없는 대기를 가정하고 실시했던 밀러의 실험은 생명의 기원과는 아무런 관계가 없는 실험이 되는 것이다. 그리고 과거 대기 중에 산소가 없었음을 지지하는 그 어떠한 지질학적 증거도 없는 것이다.


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References
1.Great early Christian writers pointed out that God’s real historical creation of plants before the sun showed the futility of pagan sun worship. Jewish and Reformed writers likewise agreed that the sun was created on a literal 4th day. See Sarfati, J., Refuting Compromise, pp. 84–86, Master Books, Green Forest, AR, 2004.
2.Compare Knight, W., Spinach could power better solar cells, NewScientist.com news service, 21 September 2004.
3.The energy E is related to the frequency ν by E = hν, where h = Planck’s Constant = 6.6262 x 10–34 Js. A photon energetic enough to break water would be in the ultraviolet region of the electromagnetic spectrum.
4.Burke, M., Green miracle, New Scientist 163(2199):27–30, 14 August 1999.
5.Interestingly, humble single-celled organisms in the root nodules of legumes use a far better chemical energy mechanism to break apart the nitrogen molecule, even tougher than water. See Demick, D., The molecular sledgehammer, Creation 24(2):52–53, 2002.
6.See Ref. 3; cf. Plant energy miracle, Creation 22(1):9, 1999.
7.Hunter, Ph., Flower Power, New Scientist 182(2445):28–31, 1 May 2004.
8.Redox (reduction/oxidation) potential measures how strongly a molecule or ion attracts electrons. The more electron-loving, the more positive; the more electron-releasing, the more negative. Redox potential is measured in volts. Water’s redox potential is high, so needs a very strong electron remover, such as an oxygen atom, to remove one of its electrons.
9.By X-ray crystallography—see Zouni, A. and six others, Crystal structure of photosystem II from Synechococcus elongatus at 3.8 Å resolution, Nature 409(6821):739–743, 8 February 2001.
10.See also Swindell, R. Shining light on the evolution of photosynthesis, Journal of Creation 17(3):74–84, 2003.
11.Rosing, M.T. and Frei, R., U-rich Archaean sea-floor sediments from Greenland—indications of >3700 Ma oxygenic photosynthesis, Earth and Planetary Science Letters 217:237–244, 2004. The evidence was fairly indirect—certain carbon isotope ratios were typical of phytoplankton, and the presence of uranium suggested that it was transported in solution by oxidized ocean water.
12.Davis, K., Photosynthesis got a really early start, New Scientist 184(2467):14, 2 October 2004 discusses evidence for photosynthetic microbes at 3.4 Ga, by evolutionary dating.
13.See <www.creation.com/origin> for problems with chemical evolution.

 

 

출처 : Journal of Creation 19(1):14–15, April 2005
URL : http://creation.com/green-power-photosynthesis
번역자 : 문흥규

관련 자료 링크:

1. 광합성의 양자 비밀이 밝혀졌다. (Quantum Secret of Photosynthesis Revealed)
2. 새로운 핀치새 종은 대진화가 아니라, 유전적 보존을 보여준다. (New Finch Species Shows Conservation, Not Macroevolution)
3. 식물의 광합성은 양자물리학을 이용하고 있었다. (Photosynthesis Uses Quantum Physics)
4. 해조류는 양자역학을 알고 있었다. (Algae Molecule Masters Quantum Mechanics)
5. 규조류를 이용한 고효율 태양전지 (Better Solar Cells with Diatoms)
6. 말벌은 태양전지로 움직이고 있었다. (Solar-Powered Hornets)
7. 광합성은 생각보다 10억 년은 앞서서 37억 년 전에 이미 시작되었다? (Photosynthesis began a billion years earlier than thought)
8. 광합성의 진화에 대한 밝은 빛[1] (Shining light on the evolution of photosynthesis)
9. 광합성의 진화에 대한 밝은 빛[2] (Shining light on the evolution of photosynthesis)
10. 산소 발생 광합성은 생각보다 더 초기에 시작됐다. (Evolution Conspiracy: Oxygen Photosynthesis Began Earlier Than Thought)
11. 초기 지구의 대기는 환원성이 아니었다. : 산소가 풍부한 고대 암석은 진화론적 시간 틀을 혼란시키고 있다. (Ancient Oxygen-Rich Rocks Confound Evolutionary Timescale)
12. 폐위되고 있는 지구물리학의 왕? : 초기 지구에 산소의 대대적 증가사건은 없었다. (Geophysical King Dethroned?)
13. 자연이 스스로 산소 운반 시스템을 두 번씩이나 만들었을까? : 헤모글로빈 유전자들의 수렴진화 (Did Nature Invent Oxygen-Carrying Systems...Twice?)
14. 상상했던 것보다 더 복잡한 산소의 기원 (Origin of oxygen more complex than imagined)
15. 심호흡을 하라 : 원시 대기에는 산소가 풍부했다 (Take a Deep Breath: Early Atmosphere Had Abundant Oxygen).
16. 생명의 기원 연구는 아직도 실패하고 있다. : 밀러의 실험이 50여년 만에 성과? (Origin of Life Research Still Dead)
17. 스탠리 밀러의 실험은 소생될 수 있는가? (Can the Miller Experiment Be Revived?)
18. 태초에 수소 : 밀러의 시기는 있었는가? (In the Beginning, Hydrogen : Was It Miller Time?)
 
 
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