리뷰 : Darwin's Doubt (Stephen C. Meyer) part 5

새로운 유전자 만들기

 

2004년, 큰 논란을 불러일으키고 해당 논문의 편집을 맡았던 Sternberg가 해고되는 사건까지 불러온 스티븐 마이어의 논문이 Proceedings of the Biological Society of Washington에 게재되었다. 이 논문에서 Meyer는 지적설계가 생물학적 정보의 기원을 설명하는데 기여할 수 있을 것이라는 주장하여 큰 파장을 일으켰다. 

생물학적 정보의 기원은 지적원인으로 보다 잘 설명된다는 Meyer의 주장을 반박하기위해 지질학자Alan Gishlick, 교육 정책가 Nicholas Matzke, 야생동물학자 Wesley Elsberry 가 Talkorigin 웹사이트에 “Meyer’s Hopeless Monster” 라는 제목으로 반박하였다. 그들의 주장은 2003년 Manyuan Long의 Nature Reviews Genetics 저널의 논문 “The Origin of new genes : Glimpses from the Young and Old”에서 인용하여, 이미 진화론자들은 새로운 유전자들이 어떻게 생성되는지에 대해 설명해왔다고 주장한다. 도버 재판에서도 켄 밀러가 이 논문을 근거로 사용하였고, 존스 판사는 이 논문을 근거로 새로운 유전자가 어떻게 생겨나는지에 대한 충분한 설명이 이미 되어 있는 것처럼 판결하는 일도 있었다. 요약하면, 제대로된 과학자라면 새로운 유전자가 어떻게 생겨나는지 정도는 안다는 것이다. 과연 그런가?

 

Manyuan Long의 논문에서 새로운 유전자가 생겨나는 메커니즘으로 7가지를 들었다. 제시된 메커니즘은 다음과 같다.

1) exon shuffling 

2) gene duplication

3) retropostioning of messenger RNA transcripts

4) lateral gene transfer

5) transfer of mobile genetic units or elements

6) gene fission or fusion

7) de novo origination

 

7번 de novo origination을 제외하고는 위의 어떤 것도 어떻게 돌연변이와 자연선택이 완전히 새로운 유전자나 단백질 시퀀스를 찾게될 수 있는지 설명하지 않는다. 일단 충분한 양의 유전 정보가 먼저 있었다는 것을 상정하고 그것으로부터 어떻게 변이를 통해 선택되는 지를 설명하고 있다. 물론, 이러한 접근 방식이 쓸모 없다는 것이 아니다. 지금 우리가 논의하고 있는 부분은 어떻게 새로운 유전자 혹은 기능적 단백질이 처음 존재하게 될지 그 논의를 하는 중이라는 것을 기억하자. 그 어떠한 시나리오도 돌연변이를 통해 새로운 유전자가 생겨날 수 있는지에 대한 수학적 모델이나 실험적 개연성을 보여준 바는 없다.

ORFan (Open Reading Frames of unknown origins) 유전자를 생각해보라. 이들 유전자들은 시퀀스 자체가 그 어떠한 다른 종에서도 (현재까지 유전 정보가 알려진) 비슷한 시퀀스가 없는 종류의 유전자들이다. 이들은 위의 6가지 메커니즘으로는 설명될 수 없는 부류인 셈이다. 아무리 진화 생물학자들이 시퀀스의 유사성을 통해 공통조상 관계를 확립하고 어떻게 이들 생물들이 진화했을지에 대한 개연성 있는 계통도를 확립할 수 있을 수 있을런지도 모른다. 하지만 그렇다고해서 이러한 계통도가 새로운 유전정보가 어떻게 만들어질 수 있는지에 대한 설득력있는 신다윈주의 메커니즘까지 확립해주는 것은 아니다. 더욱이 역사과학에서 특별히 요구되는 ‘인과적 적합성 (causal adequacy)’을 따져야하는 경우, 오늘날 우리가 경험적으로 관찰할 수 있는 메커니즘으로 새로운 유전자가 과거에 생길 수 있는지를 따지는 것이 중요하다. 이는 다윈 스스로도 중요하게 여겼던 부분이기도 하다.

 

그렇다면 마지막으로 제시된 de novo origination은 무엇인가? De novo 말 자체가 어떤 새로운 무언가를 의미하기 때문에 사실 우리가 모르는 방식의 새로운 유전 정보의 생성을 기술할때 쓰이는 용어이지 어떤 구체적 메커니즘을 기술할 때 쓰이는 용어는 아니다. Meyer는 이러한 설명을 비판하기를 이는 중세시대 아래와 같은 이름 짓기 게임과 유사하다고 비판한다. – “왜 아편은 사람들을 잠을 자게 만드는가? Why does opium put people to sleep?” 에 대한 답으로 “왜냐하면 아편은 ‘잠을 일으키는 (dormative)’ 성질을 가지고 있기 때문이다” 고 답하는 것과 같다는 얘기다. 이를 유전자 생성 문제로 바꾸어보면, “무엇이 새로운 유전자가 그토록 빠르게 진화하도록 만드는가(What causes new genes to evolve so rapidly?)”에 대한 답으로 “왜냐하면 유전자의 hypermutability 때문이다”라고 답하는 식이다. 결국 새로운 유전자가 생성되기 위한 메커니즘으로 제시된 것중 대부분은 충분한 유전 정보를 이미 상정한 경우 가능한 시나리오이며, 마지막으로 제시된 de novo origination을 언급하는 것은 현재 아무도 모른다의 세련된 표현일 뿐이다.

 

많이 양보해서, 충분한 양의 유전정보가 존재했다 가정하고 그것을 기반으로 어떻게 새로운 유전정보가 생겨날 수 있는지를 고려해보자. 신다윈주의가 그 기반으로 했던 population genetics에서 3가지 중요한 요소는 1) 돌연변이율 (mutation rate), 2) 개체수 (effective population size), 3) 한세대의 기간 (generation time)이다. Behe와 Snoke는 주어진 지구의 나이와 평균 크기의 단백을 상정했을 경우 일반적인 돌연변이율로 두개의 돌연변이가 동시에 일어날 경우 (two coordinated mutations)는 백만세대 중 하나의 확률로 추론했다. 하지만 이런 경우는 1조개의 개체수를 갖는 다세포 생물을 가정했을 경우이기에 일반적인 동물일 경우 이보다 훨씬 작은 확률을 갖는다. Behe는 그의 저서 ‘Edge of Evolution’에 이러한 두개의 돌연변이가 영장류에서 일어나기 위해서는 수억 년이 필요하다고 역설한 바 있다. 인간과 침팬지가 공통조상에서 분기한 것은 단지 600만년 전임을 고려할때 이는 매우 긴 시간인 것이다.

재미있는 일은 그 뒤에 일어났다. 코넬 대학의 수리 생물학자 (mathematical biologist)인 Rick Durrett 과 Deena Schmidt는 이를 반박하기 위한 논문을 발표했다. 제목은 “Waiting for Two Mutations”이었다. 그들의 결과는 영장류에서 두개의 돌연변이 (two coordinated mutations)가 동시에 일어나기 위해 필요한 시간은 단지 2억16만년밖에 걸리지 않는다고 계산한 것이다. 물론 이는 Behe가 주장한 것보다 짧은 시간임은 분명하지만 학계에서 인류와 침팬지의 공통조상이 존재했다고 여겨지는 600만년전보다 30배는 긴 시간이다. 하나의 단백질에 단지 두개의 돌연변이가 동시에 일어나는 사건임에도 불구하고 말이다.