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다시 쓰는 ‘종의 기원’ 종분화, 과연 일어날 수 있는가(4)

자연이 보여주는 것은 새로운 종의 발생이 아닌 기존 종의 보존.다윈의 핀치?

자연이 보여주는 것은 새로운 종의 발생이 아닌 기존 종의 보존.다윈의 핀치?

종의 기원, 즉 종분화에 대해 말하면서 핀치새 이야기를 빼놓을 수 없다. 다윈은 비글호(H.M.S. Beagle)를 타고 남미의 갈라파고스 섬들을 탐사하였는데 몸집의 크기와 부리 모양이 조금씩 다른 핀치들을 관찰하고 그 다양한 형태들은 먼 옛날의 공통 조상으로부터 자연선택이라는 과정을 통해 생겨났을 것이라 추정하였다(그림 8). 하지만 핀치가 다윈 진화론의 상징처럼 알려진 것과는 달리 실제로는 다윈 자신은 핀치새를 그다지 중시하지는 않았던 것으로 알려져 있고, 1947년에 와서야 데이빗 랙(David Lack)이라는 조류학자가 ‘다윈의 핀치(Darwin’s Finches)’라는 책을 출간하면서 세상에 널리 알려졌다고 볼 수 있다.




다윈의 핀치에 대해 가장 열정적으로 연구한 사람은 피터 그랜트(Peter Grant)와 로즈메리 그랜트(Rosemary Grant) 부부였다. 이들은 1973년부터 30여 년 동안 갈라파고스 군도의 대프니 메이저(Daphne Major)라는 작은 섬(그림 9)에서 특히 중간 땅 핀치(medium ground finch, 학명은 Geospiza fortis)를 집중적으로 연구해왔다. 1977년 심한 가뭄이 들어 먹이가 줄어들자 핀치의 개체 수가 크게 줄었고 살아남은 핀치들은 좀 더 큰 부리를 가진 것들이었다. 가뭄으로 인해 작고 부드러운 씨들보다 크고 딱딱한 씨들만 남았기 때문이었다. 그런데 1980년대 초 대프니 메이저 섬에는 8개월간의 호우가 내렸고 작고 부드러운 씨들이 많아지면서 작은 부리를 가진 핀치들이 다시 많아지는 현상이 관찰되었다. 핀치들의 부리 형태의 변화는 어느 한 방향으로의 진화가 아니라 기후에 따라 한 방향으로 변했다가 다시 되돌아오는 반복 현상이었던 것이다. 하지만 피터 그랜트는 이 현상을 ‘반복적인 선택(oscillating selection)’이라고 설명하면서 다윈 진화론의 관점을 포기하지 않았다(H.L. Gibbs & P.R. Grant, 1987. Nature 327: 511-513). 그들의 연구는 2003년까지 계속되었지만 가뭄과 호우의 반복에 따라 핀치 형태 변화가 반복sq되는 현상만 재확인될 뿐이었다. 그러나 그랜트 부부는 “자연선택은 변동을 반복하면서 한 방향으로 간다(selection oscillates in a direction)”는 식의 아리송한 표현으로 새로운 종의 핀치가 진화될 것이라는 주장을 굽히지 않았다(B.R. Grant & P.R. Grant, 2003, BioScience 53: 965-975).



그랜트 부부는 2009년 논문에서도 새로운 스토리와 함께 재차 주장을 펼쳤다(그림 10). “심한 가뭄으로 인해 어떤 핀치의 계통은 (네 번째 세대에서) 남매 한 쌍만 남겨져 모두 죽었고” 그 남매의 교배를 통해 나온 자손들이 비정상적인 특성들(형태, 짝짓기 할 때의 노래 등)을 갖게 되면서 생식적으로 격리될 수 있고 그렇다면 새로운 핀치가 나올 수 있다는 것이다(P.R. Grant & B.R. Grant, 2009, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 106: 20141-20148). 그러나 이 논문에서 다뤄진 특징 변화들은 대표적인 소진화적 변화들이라는 사실에 주목할 필요가 있다. 설령 그랜트 부부가 주장한 방법으로 새로운 특징을 가진 핀치가 나왔다 하더라도 그것은 같은 핀치 종 내에서의 변종인 것이지 새로운 핀치 종이 아니라는 사실이다. 그랜트 부부의 주장은 새로운 종의 핀치가 나올 것이라는 결론을 먼저 내린 후에 관찰된 모든 특징들을 그 결론에 맞추어 해석하려는 연역적 논리 전개의 한 예에 지나지 않는다.



더 나아가 그들이 제시한 새로운 핀치 개체군의 특징에 대해서 좀 더 구체적으로 살펴보면, 기존의 핀치에서 볼 수 없는 새로운 능력이나 구조를 보여주는 특징은 전혀 나타나지 않음을 알 수 있다. 그것은 중간 땅 핀치(medium ground finch, Geospiza fortis)와 선인장 핀치(common cactus finch, Geospiza scandens)의 특징이 섞여있는 표현형을 보여주기 때문에 일종의 잡종(hybrid)이라 할 수 있다. 이 경우 역시, 전형적인 소진화적 변화의 한 예에 불과하다는 말이다. 대진화를 미리 결론으로 못 박아 놓고 이들 특징을 해석한다면 새로운 핀치 종의 발생을 예측하겠지만 그것은 어디까지나 진화론적 희망일 뿐 실제가 아니다. 연구결과를 발표한 그랜트 부부 자신들도 이러한 상황을 알기에, 논문의 마지막에서는 신중하게 추론을 이어가고 있는 것을 볼 수 있다. 우선은 그들이 관찰한 새로운 핀치 개체군은 새로운 종의 분화가 아닌 발단종의 분화(incipient speciation)임을 분명히 했다. 그리고 “그 개체군의 생식적 격리가 지속되어 독립적인 종으로 분화될 것이라고 말하기에는 너무 이르다”고 솔직하게 평가하였다. 뿐만 아니라 그들이 새로운 종으로 구별되지 못하고 소멸되어버릴 수 있는 4가지 이유를 제시하였다. 다시 말해서 그들이 관찰한 핀치 개체군은 새로운 종이 아닌 발단종(변종) 핀치이며, 그들이 새로운 핀치 종으로 진화할 가능성은 낮다고 스스로 인정하고 있는 것이다.

자연이 보여주는 것은 새로운 종의 발생이 아닌 기존 종의 보존.. 초파리는 처음부터 끝까지 초파리

진화생물학에서 대진화를 입증하려고 실험에 사용한 동물 중 가장 대표적인 것인 과일초파리일 것이다. 그런데 아이러니하게도 새로운 종이 진화 발생될 수 없다는 것은 초파리 실험을 통해 더욱 확실해지고 있다. 1980년에 아주 유명한 과일초파리 연구결과가 네이쳐(Nature)에 발표되었다. 초파리 발달과정에 관여하는 핵심 유전자들 하나하나에 돌연변이를 일으켜서 변화를 관찰한 연구였다(C. Nusslein-Volhard & E. Wieschaus, 1980, Nature 287: 795-801). 하지만 그 결과는 진화생물학자들에게는 실망스러운 것이었다. 배아 발달에 필수적인 유전자에 일어난 돌연변이는 초파리를 죽게 만들거나 변형을 일으킬 뿐, 초파리에게 유익하거나 혹은 다른 종으로 바꾸어놓는 형태적 돌연변이는 단 하나도 발견할 수 없었던 것이다. 이 연구를 수행한 뉘슬라인-폴하르트(Christiane Nusslein-Volhard)와 위샤우스(Eric Wieschaus)는 배아 발생 초기의 유전자 조절 현상을 밝힌 공로로 1995년 노벨 생리의학상을 수상하였지만 이 연구가 보여준 것은 초파리 발달에 핵심적인 유전자에 일어나는 돌연변이로는 새로운 종의 분화가 일어날 수 없다는 사실이었다.

2010년 네이쳐에 발표된 초파리 연구결과 역시 종분화의 불가능함을 보여주기는 마찬가지였다. 빠른 성장 속도의 짧은 수명 초파리들과 느리게 자라는 긴 수명의 초파리들을 분리해내는 방식으로 무려 600세대에 걸쳐(1991년부터 거의 10년 동안) 개체군을 분리한 다음, 수명과 성장에 관련된 유전자들의 변화를 비교하는 연구였다(M.K. Burke 등, 2010, Nature 467: 587-590). 놀랍게도 두 개제군 간의 해당 DNA 서열 차이는 거의 관찰되지 않았다. 새로운 종의 분화가 일어나기 위해서는 돌연변이에 의한 DNA 서열 변화가 개체군 내에 잘 정착해야 함에도 불구하고 이 연구에서는 수명과 관련된 돌연변이 변화는 전혀 개체군 내에 남아있지 않았던 것이다. 이에 대해 연구자들은 이 연구에서는 돌연변이들이 정착할 시간이 부족했던 것 같다고 추정하면서, 자연선택은 이미 존재하는 변이들에 대해서만 작용했을 것이라고 나름대로 해석을 내놓았다. 비판적인 시각으로 볼 때, 이는 당황스러운 결과에 대한 구차한 변명이라고 밖에는 달리 평가가 되지 않는다. 결국 이 연구가 보여준 것은, 초파리가 견뎌낼 수 있는 유전적 변화의 양에는 실제적인 한계가 있다는 사실이었다. 그 한계 이상의 변화를 일으키는 돌연변이는 초파리를 죽게 만들 뿐, 새로운 종으로 진화하도록 만들어주는 일은 일어날 수 없음을 분명하게 보여준 것이다.

한편, 최근의 초파리 연구들 중에는 초파리의 존재를 진화의 관점이 아닌 창조와 설계의 관점으로 설명하는 것이 더 타당함을 알게 해주는 것들도 있다. 특히 최신 생물학 분야인 시스템 생물학(systems biology)의 연구 방법을 통해 초파리 유전체를 분석한 결과는 초파리가 진화의 산물이 아닌 창조 설계된 존재임을 여실히 보여주고 있다. 2009년 네이쳐 유전학(Nature Genetics)에 발표된 초파리 유전체에 대한 시스템 유전학(systems genetics)적 분석결과는 한마디로 놀랍다. 초파리의 유전체는 매우 정확하게 조직화되어 있어서, 모든 유전자들이 효율적으로 작동할 수 있도록 3차원적 커뮤니케이션 네트워크를 이루고 있다는 것이다(J.F. Ayroles 등, 2009, Nature Genetics 41: 299-307). 아울러 초파리 유전체는 유전자 그룹으로 이뤄지는 241개의 유전적 모듈로 이뤄져 있고 각 모듈들에서는 유전자들이 고차원적인 상호 연결을 통해 정밀하게 조직화되어 있음도 밝혀졌다(M. Swami, 2009, Nature Reviews Genetics 10: 219). 또한 초파리의 유전적 변이(다양성)의 정도는 지금까지 진화론적으로 예상했던 것을 훨씬 뛰어넘는 수준으로 복잡하게 나타났다. 물론 이 논문들을 발표한 저자들은 이러한 복잡성의 이유를 초파리가 세대를 거치면서 유전적 모듈들이 섞이고 어우러지면서 변이의 정도가 매우 높아졌을 것이라고 해석하며 진화론적 입장을 고수하였다. 하지만 분명한 사실은, 초파리 유전체가 보여준 고도의 복잡성은 지금까지 진화론에서 지켜온 ‘돌연변이에 의한 진화’의 메커니즘으로는 도저히 설명할 수 없음이 확인되었다는 점이다. 그렇다면 ‘돌연변이-진화’ 메커니즘으로 설명할 수 없는 고차원적 조직과 고효율의 커뮤니케이션 네트워크 구조는 어떻게 설명되어야 타당할까? 두말할 것 없이 그것은 초월적 설계자의 설계에 의해 만들어진 시스템으로 보아야 할 것이다. 그 외에는 다른 어떤 해석도 설득력이 부족하다. 아무런 목적 없이 무작위적으로 일어나는 돌연변이들이 쌓여서 그러한 고도의 복잡성과 정밀한 상호작용을 갖춘 시스템이 만들어졌을 것이라고 해석하는 것은 무신론적 믿음 속에 갇힌 억지 주장일 수밖에 없는 것이다.

다윈은, 생물종이란 무한정으로 유연하기 때문에 제한 없는 진화적 변화들이 일어날 수 있다고 생각했다. 그러나 150년이 넘도록 축적된 증거들은 이러한 다윈의 관점에 심각한 도전을 안겨주었다. 생물종에서 일어날 수 있는 변화는 자연선택에 의해서든 인공 선택에 의해서든 이미 존재하는 종 내에서만 일어날 수 있다는 것이 지금까지 과학적으로 관찰된 사실의 전부이다. 소는 여전히 소, 닭은 여전히 닭, 옥수수는 여전히 옥수수로 남아있는 것이다. 자연선택을 증명하는 예로 흔하게 소개되는 후추나방 이야기도 마찬가지이다(그림 11). 공업암화로 인해 어두운 색 후추나방이 늘어난 것이라지만 어두운 색 후추나방도 밝은 색 후추나방처럼 동일한 후추나방 종 내에서의 변종일뿐 새로운 나방이 아니다. 그러나 진화생물학에서는 그러한 사실을 아랑곳하지 않고 매우 긴 시간이 지나면 새로운 종이 분화되는 것이 관찰될 것이라고 말하고 있다. 하지만 종분화가 관찰되지 않는 이유가 너무 긴 시간이 걸리기 때문이라는 것은 무엇을 의미하는가? 다윈 진화론에서 가장 중요한 단계인 그 종분화에 대한 증거로는 간접적인 것 말고는 전혀 없음을 뜻하는 것이다.



2001년에 영국 브리스톨 대학(University of Bristol)의 세균학자 알란 린턴(Alan H. Linton)은 종분화의 직접적 증거에 대한 평가를 내리면서 다음과 같이 정확하게 지적하였다: “어떤 생물종이 다른 종으로 진화되는 것이 관찰되었다는 주장은 어느 문헌에도 찾아볼 수 없다. 세균은 독립적인 생명체로서는 가장 단순한 것으로 이런 내용의 연구에 아주 이상적이다. 한 세대가 만들어지는데 겨우 20~30분 밖에 걸리지 않고 18시간 정도면 집단을 만들어낼 수 있기 때문이다. 하지만 150여 년의 세균학이라는 과학의 역사 동안 어떤 한 종이 다른 종으로 변했다는 증거는 단 한 번도 없었다… 이렇게 단세포 생명체에서도 종 변화의 증거가 없었기에, 원핵세포(예를 들어, 세균)으로부터 진핵세포(예를 들어, 식물과 동물)로 진화했다는 증거가 전혀 없다는 것 또한 놀라운 일이 아니다. 모든 종류의 다세포 고등 생물체의 진화에 대해서도 두말할 나위가 없다”(A.H. Linton, 2001, “Scant Search for the Maker,” The Times Higher Education Supplement [April 20, 2001], Book Section, p.29). 세포 내 공생에 의한 진화 가설로 유명한 진화생물학자 린 마굴리스(Lynn Margulis)와 그녀의 아들이자 과학저술가인 도리언 세이건(Dorion Sagan)이 함께 쓴 책에 나오는 글도 주목할 필요가 있다: “종분화라는 것은, 저 멀리 떨어진 갈라파고스에서든, 초파리 사육 실험실에서든, 아니면 고생물학자들이 뒤지는 화석투성이의 퇴적 지층에서든, 여전히 직접적으로는 관찰되지 않고 있다.” (L. Margulis & D. Sagan, 2002. “Acquiring Genomes: A Theory of the Origins of Species” New York: Basic Books, p.32).

이렇게 진화생물학자들의 여러 진술을 통해서도 알 수 있는 것처럼 진화에 대한 결정적 증거, 즉 종분화의 직접적 증거는 여전히 발견되지 않고 있다. 그리고 다윈 진화론이 해결하지 못하고 있는 문제는 종분화의 직접적 증거가 없다는 것에 그치지 않는다. 설령 종분화가 일어난다 하더라도 새로운 종에서 나타나는 새로운 몸체 기관들이나 새로운 몸체 형태들과 같은 참신성들(novelties)은 과연 어디서 나온 것일까? 진화발생학자인 하버드대의 커슈너(Marc W. Kirschner)와 캘리포니아대(버클리)의 게하트(John C. Gerhart)는 이 점에 대해 명확하게 언급하였다. 그들의 표현을 빌자면, 다윈 진화론은 “심각한 간격(major gap)”으로 인해 어려움을 겪고 있다. 여기서 ‘심각한 간격’이란 생물종들 사이에서 나타나는 서로 다른 생리학적, 해부학적, 행동학적 유형들, 즉 우리가 알지 못하는 생물학적 참신성들을 의미하는 것이다. 그들은 이 “참신성에 대한 무지(ignorance of novelty)는 진화이론에 있어서 다른 모든 주장들까지도 의심스럽게 만드는 심각한 약점”이 된다고 거침없이 말하고 있다(M.W. Kirschner & J.C. Gerhart, 2005, “The Plausibility of Life: Resolving Darwin’s Dilemma” New Haven, Conn.: Yale University Press, preface).

앞에서 우리는 진화생물학이 종분화를 설명하기 위해 제시하고 있는 여러 메커니즘들에 대해 살펴보았었다. 그런데 그 메커니즘들에는 한 가지 공통점이 있다. 그것들 모두가 유전 정보의 ‘손실’로 귀결된다는 점이다. 자연선택에 의해 불리한 변이들이 제거된다든지, 창시자 효과(founder effect) 또는 유전적 부동(genetic drift)을 통해 특정한 유전자들이 유실되는 것까지, 그 메커니즘들 모두가 조상 집단에 있었던 유전적 다양성을 ‘감소’시키는 방향을 취하고 있다. 그런데 다윈 진화론의 핵심이 무엇인가? 지구 상 모든 생물체들은 단세포 단일 조상으로부터 다세포의 복잡한 생물체로 진화하였고 모든 생물 종은 그 조상로부터 분화되어 나온 새로운 종들이라는 것이 아닌가? 그렇다면 새로운 종들의 그러한 연속적인 출현이 이어지기 위해서는 기능을 갖는 정보들이 끊임없이 덧붙여지고 증가해야 할 것이다. 하지만 종분화의 방법으로 주장된 진화 메커니즘들로는 그러한 정보 증가를 일으킬 수가 없다. 그러한 메커니즘에 의한 진화론적 변화들은 정보의 손실을 동반하게 되며 그 결말은 결국 종말이다. 생물체들이 종분화의 과정에서 유전 정보들을 잃게 된다면 그들의 생존은 위협받을 수밖에 없고 따라서 그 결과는 진화가 아닌 멸종이 될 수밖에 없는 것이다.

 창조와 설계의 관점에서는 종분화에 동의하지 않으며, 그 종분화의 첫 단계로 생식적 격리를 꼽는 것에도 동의하지 않는다. 지금까지 관찰된 각 생물종의 특징들은 각각의 고유한 특성으로 보존되어왔고 그 변종들에 의해 다양성이 발휘되고 있으며, 그 변종들의 변화된 특징들은 동일한 종의 경계를 넘어서지 않고 있음을 분명하게 보여주고 있기 때문이다. 그리고 종분화가 우연의 과정에 의해 일어날 수 있다는 주장에는 더욱 강하게 동의하지 않는다.

생물종 하나하나가 분화되어 나오려면 각 단계마다 방대한 기능 정보의 증가가 필수적인데 그러한 일이 우연히 스스로 일어날 수도 있다는 비논리적인 설명에 동의하지 않기 때문이다. 살아있는 형태이든 화석의 형태이든 서로 다른 종 사이의 차별성은 상당한 양의 새로운 기능 정보들을 통해 나타난다. 생물 종마다 다르게 나타나는 이 기능 정보들이 각각의 종 고유의 생물학적 복잡성을 규정해주고 있는 것이다. 그렇다면 그 기능 정보들은 과연 어디서 온 것일까? 정보란 우연의 과정에서 어쩌다 보니 나오는 것이 아니다. 그 정보를 만들어낼만한 지혜를 가진 존재로부터만 나올 수 있다. 어떤 시스템이 고도의 정밀성과 정확성을 갖추고 있다면, 그에 상응하는 모든 정보는 그 시스템을 설계할 수 있는 지적 능력을 가진 존재로부터 나오는 것이다. 지구 상 모든 생물체에서 정밀하게 조직화되고 한치 오차 없이 정확하게 작동하는 복잡성이 나타난다. 이러한 복잡성에 상응하는 정보는 그것을 설계하고 만들어낼 수 있는 절대적 지혜, 바로 창조주 하나님으로부터만 나올 수 있는 것이다.

화석들을 보고 현존하는 생물체들을 볼 때 그것들이 어디서 왔든 다양한 생물종이 수많이 존재해왔고 존재하고 있음에는 의심의 여지가 없다. 그러나 이러한 사실은 창조론이나 지적설계론과 같은 유신론적 관점에는 문제 될 것이 없지만, 무신론적 진화의 관점에 대해서는 해결하기 어려운 문제를 던져준다. 진화론에서는 모든 생물종이 자연 발생해야 한다는 전제조건이 있는 만큼, 종분화가 진화 논리의 근본 출발점이 되기 때문이다. 그러나 진화론은 아직도 종분화에 대한 직접적 증거를 제시하지 못하고 있다. 종과 종 사이에 나타나는 현저한 생물학적 차이들, 즉 형태적, 기능적 간격에 대해서도 이렇다 할 해석이나 증거를 제시하지 못한다. 새로운 종이 분화되는 방법으로 제안된 메커니즘들도 기능 정보들의 증가라는 대진화의 필연적인 방향성과 맞지 않는다. 이러한 문제점들을 감안한다면, 종분화 이론 즉 대진화 가설은 상당 부분 잘못된 이론이자 실패한 가설이라 해야 할 것이다. 그 잘못과 실패의 원인은 자명하다.바로 무신론적 믿음 때문이다. 이제 종의 기원에 대한 질문을 다시 던지자. 그리고 모든 편견과 불공평한 잣대를 내려놓고 과학적 관찰 결과들에 대한 가장 타당하고 논리적인 설명이 무엇인지를 찾아보자. 진화론이 많은 문제점들을 안고 있는 것을 알면서도 여전히 그 관점의 해석만을 허용하고 있는 불공정한 게임은 그야말로 이겨도 의미가 없는 싸움이다. 진정으로 종의 기원에 대한 비밀이 풀고자 한다면, 무신론이든 유신론이든, 진화론이든 창조설계 이론이든 동등하게 펼쳐놓고 지성을 다한 토론과 판단의 과정을 거쳐가야 할 것이다.

제작

글 : 현창기 | 한동대학교 생명과학부 교수 / 제작 : GODpia
2017. 6.18

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