‘화학진화’는 ‘열역학 제2법칙’ 정면 위배
무기물 ‘아미노산’이 ‘단백질’ 될 수 없어

아미노산 합성 성공한 ‘밀러’의 실험은
산소 없는 조건에서만 일어날 수 있는데
지질학적 결론은 원시 대기 산소가 존재

화학자로서 품게 된 ‘화학진화’에 대한 의문
공교육(公敎育)으로 진화론만 교육받은 나는 다른 학생들처럼 진화론이 진리인 줄 믿고 배웠다. 하지만 대학에 진학해 시간 여유가 생기고 사고의 틀이 넓어지자 비로소 진화론에 의심이 생겼다. 가장 큰 이유는 성경의 창조(創造) 기사(奇事)와 정면 배치된다는 점이다. 화학을 전공하면서 본격적으로 이에 관해 숙고했다. 특히 무생명체가 생명이 되는 ‘화학진화’에 관심을 가졌다. 하등 생물이 시간이 지남에 따라 점점 고등 생물로 바뀐다는 ‘생물진화’는, 나의 일차적 관심사가 아니었고, 내용도 너무 복잡했다. 자연스럽게 화학진화가 관심 대상이 됐다.

광의(廣義)의 화학 진화는 빅뱅에 따른 소립자나 가벼운 원소의 생성과 이들의 상호작용에 따른 무거운 원소의 생성과 간단한 화합물 합성까지를 포함한다. 일반적으로는 생명 현상에 관여하는 분자를 구성하는 단위체의 합성이다. 이들 분자의 반응에 따른 고분자 합성, 막(幕)의 생성까지를 포함한다. 즉, ‘무생명체인 간단한 분자에서 생명체 기본 단위인 세포에 이르는 과정’을 ‘화학진화’라 부른다. 철저히 자연적이며 무작위적인 물리-화학적 과정에서 일어날 수 있다고 주장한다.

예를 들어, 단백질은 생명현상에 필수적인 분자인데 이를 구성하는 아미노산이 무기물에서 자연적으로 합성되고 서로 결합해 단백질을 이룬다는 것이다. ‘화학도’로서, ‘화학을 가르치는 교수’로서 그동안 화학진화에 의문을 제기하고 해답을 얻은 내용을 밝히고자 한다.

화학진화는 ‘열역학 제2법칙’에 정면 위배
우선 의심된 점은 ▲화학진화가 ‘열역학 제2법칙’에 정면 위배된다는 것이다. 이 법칙에 따르면 우주의 무질서도는 시간이 흐름에 따라 점점 증가한다. 즉, 복잡한 상태가 단순한 상태로, 질서가 무질서로 되는 과정이 자연스러우며, 실제로 관찰되는 현상이고, 그 반대 과정은 일어나지 않는다. 열역학 제2법칙은 ‘보편적 법칙’으로서 지금까지 한 번도 위배된 적이 없다. 하지만 생물진화와 마찬가지로 화학진화도 무질서에서 질서가 생성되고, 단순한 상태가 복잡한 상태로 저절로 이루어지는 과정이므로, 열역학 제2법칙에 위배된다. 많은 과학자도 이러한 사실을 분명 알고 있을 텐데 왜 이에 대해 의문을 제기하지 않고 교과서에 화학진화가 마치 사실인 양 제시되고 있는지 당연히 의문이 생겼다.

더 깊이 공부하면서 이면에 나름대로 이론이 있음을 알게 되었다. ‘비(非)평형열역학’에 기여한 공로로 노벨 화학상을 받은 벨기에 출신 이론 화학자인 일리야 프리고진에 따르면 ‘평형에서 벗어난 상태, 즉 비평형 상태에서는 일시적으로 무질서에서 질서가 형성될 수 있다’는 것이다. 지구는 태양에서 끊임없이 에너지를 공급받기 때문에 비평형 상태이고, 따라서 지구에서 진화가 일어날 수 있다고 주장한다. 그의 책 『혼돈에서 질서로』를 읽으며 나도 한때 그렇게 생각했다. 그러나 자세히 읽어 보면 그 질서라는 것이 생명현상 같은 복잡성과 다양성을 생성하는 것이 아닌, 단순한 반복구조나 자기조립화를 뜻한다는 사실을 알 수 있다. 이런 정도의 질서로는, 더구나 그 매우 희박한 가능성을 생물진화와 화학진화에 적용하여 수십억 년 동안 진화과정이 일어났다는 주장을 받아들일 수 없다.

‘밀러의 실험’에 대한 의문
또 다른 의문은 ▲화학진화를 증명했다고 여겨지는 ‘밀러의 실험’에 관해서였다. 밀러는 시카고대학교 대학원생 시절 스승의 지도 아래 메탄, 암모니아, 수소, 수증기를 전기 방전시켜 몇 종류의 아미노산을 합성했다. 아미노산은 단백질을 구성하는 단위체이므로 이 실험은 즉시로 생명의 기원에 대한 가장 중요한 단계를 해결한 것처럼 받아들여졌다. 지금도 여전히 모든 고등학교 과학교과서에 소개되고 있다. 그러나 결론부터 말하면 이런 식으로 단백질, 유전자, 당류, 지질 등이 합성되고 막을 형성하고 대사(代謝)가 일어나 최초의 단순한 세포가 만들어질 수 있다고 믿는 사람은 거의 없다. 몇 가지 이유를 들어 보면, 우선 실험의 필수 조건으로 산소가 없어야 하는데, 원시 대기가 비산화성 조건, 즉 환원성이었다는 증거가 없다. 지질학자들이 특히 이에 관해 수많은 연구를 한바 원시 대기는 ‘환원성이 아니다’라는 결론을 내렸다. 이런 조건에서는 아미노산이 합성될 수 없다. 설혹 아미노산이 어떻게 합성되었다 할지라도 이들이 자발적으로 결합해 단백질을 이루는 것은 불가능하다. 아미노산은 정확한 순서로 결합해야 하고 이렇게 합성된 단백질들은 세포 내 정확한 위치에 정확한 방향성을 가지고 놓여 있어야 기능을 발휘하기 때문이다. 이런 과정은 아미노산의 합성보다 훨씬 일어나기 어렵다. 확률적으로도, 열역학적으로도 이런 과정은 거의 불가능하다. 또 실험실에서 행한 것과 같은 정교한 조건이 자연계에 존재할지도 의문이다. 합성된 아미노산이 파괴되지 않고 농축돼야 하는데 이 역시 자연계에서 자발적으로 일어날 수 없다.  

<사진설명> ‘밀러의 실험’은 생명의 기원에 관한 고전적인 실험으로, 초기 지구의 가상적인 환경을 실험실에서 만들어 그 조건에서 화학적 진화가 일어나는지 여부를 알아보는 실험이다.

이 실험의 필수 조건으로 산소가 없어야 하는데 원시 대기가 비산화성 조건, 즉 환원성이었다는 증거가 없다. 지질학자들이 연구한 바 원시 대기는 ‘환원성이 아니다’라는 결론을 내렸다. 이런 조건에서는 아미노산이 합성될 수 없다. 밀러의 실험은 초기 지구의 가상적인 환경을 구현하는 데 실패한 것으로, 생명의 탄생과는 관련이 없다.







/김성현 교수
건국대학교 시스템생명공학과, 한국창조과학회 부회장

위 글은 교회신문 <593호> 기사입니다.