리뷰가 탈선해버렸다 : 사이언스지 리뷰에 대한 답변

리뷰가 탈선해버렸다 : 사이언스지 리뷰에 대한 답변 (마이클 비히)

https://evolutionnews.org/2019/02/train-wreck-of-a-review-a-response-to-lenski-et-al-in-science/

역자주

- Exaptation은 pre-adaptation와 유사한 의미로 사용되는 용어이다. 진화 과정에서 원래의 목적이 아닌 다른 기능을 하다가 그 이후에 다른 기능으로 진화된 경우를 지칭하는 용어로 사용되었다. 따로 번역하지 않고 원어 그대로 표기하였다.

-비히는 유익한 돌연변이를 두가지 경우로 나누어 보았다. 돌연변이를 통해 기능이 원래 있던 기능이 강화되거나 새로운 기능을 가지게 되는 경우를 ‘건설적(constructive)’ 돌연변이라 지칭하였고, 원래의 기능을 저하시키거나 없애는 돌연변이를 ‘퇴행적(degradative)’ 돌연변이라 구별하였다. 많이 등장하는 용어로는 유익한 건설적(beneficial constructive) 돌연변이와 유익한 퇴행적 (beneficial degradative) 돌연변이를 주로 비교한다.

-비히의 답변 글에서 비히가 인용한 부분들은 따로 번역하지 않고 원문을 그대로 두었다.

사이언스지에 렌스키 (Lenski) 박사와 다른 두명의 학자가 나의 책 ‘Darwin Devolves’이 출판도 되기 전에 안좋은 리뷰를 실었다. 책의 중심 주제에 대한 내용이 없다는 점에 대해 이미 짧게 글을 올린바 있지만 따로 자세한 답변을 올리기로 계획했다. 여기에서 나는 리뷰에서의 주장에 대해 답변을 올리고 이 답변을 네가지로 분류하기로 했다. 그들의 주장을 분류하면 다음과 같다- 가정된 반박 예들, 그들이 다시 가져온 오래된 주장들, 렌스키의 진화 실험, 분명한 결론.

긴 주장들을 면밀히 살필 시간이 없는 독자들을 위해 핵심 교훈은 다음과 같다.

- 리뷰어가 인용한 유전자 수준에서의 예들은 창피할 정도로 선결문제 해결의 오류(question-begging)를 범하고 있다. 리뷰어는 단순히 유전자들을 언급하고 이 유전자들이 무작위적 과정으로 생성되었거나 생명체 시스템 내로 유입되었을 것으로 가정하지만 그 누구도 이것이 가능하다는 것을 보여주려는 시도조차 하지 않았다.

- 리뷰어가 인용한 장기(organ) 수준에서 보여준 exaptation에 관한 반박 예들도 선결문제 해결의 오류(question-begging)이다.

- 리뷰어들은 이전에 있었던 비판에 대해 내가 이미 자세한 답변을 했음에도 이에 대해 알지 못하거나 무시하고 있다.

- 이미 언급했듯이 나의 책의 주된 주장을 다루려는 시도조차 하지 않았다. 이 책의 주된 주장은 유익한 퇴행적 (degradative) 돌연변이가 매우 빠르게, 필수 불가결하게, 유익한 건설적 (constructive) 돌연변이들을 매번 그리고 개체 집단 수준에서 압도한다는 점이다.

반박 예들의 가정.

1. Exaptation

리뷰어는 진화가 새로운 무언가를 만들어가는 과정을 두가지 방법으로 언급한다. exaptation과 유전자 중복. Exaptation에 대해 먼저 말하고자 한다.

“Missing from Behe’s discussion is any mention of exaptation, the process by which nature retools structures for new function…. The feathers of birds, gas bladders of fish, and ossicles of mammals have similar exaptive origins.”

챕터 3에서 이 비판과는 오히려 반대로 나는 직접즉으로 Ernst Mayr의 exaptation에 대해 요약하고 비판한바 있다. 나는 이렇게 썼다.

“Yet how do such elegant new biological features arise? Two broad ways that evolutionary novelties have been envisioned to occur, writes Mayr, are by “intensification of function” and “change of function.” In a change of function, a structure that was used for one purpose is adapted to serve a different one; for example, lungs may have been converted to swim [gas] bladders in fish. This is an example of what has been called [by Mayr] the “principle of tinkering.””

이후 나는 Mayr의 공허한 속임수(hand-waving)를 비판한바 있다. Mayr처럼 리뷰어들도 그 어떠한 장기들도 다윈주의 메커니즘 혹은 비인도적인 설계가 아닌 메커니즘에 의해 기존에 존재하던 장기들로부터 만들어질 수 있다는 것을 보여주려는 시도조차 하지 않았다. 나만 Mayr의 잘못을 지적했을 뿐, 리뷰어들은 제대로 생각해보지 않은채 속임수에 빠져 있다.

이러한 부분들이 결국은 망조로 이어진다. ‘Darwin Devolves’에서 나는 쓰기를 “생물학에서 가장 어려운 문제 - 생명의 특정되고 복잡하고 기능적인 구조들이 기원했는지를 어떻게 설명하는가-는 대부분의 진화 생물학자들에게 보이질 않는다는 것이다. 리뷰어들조차 나의 논증을 그저 재미삼아 묘사하고 있을 뿐이다.

“Exaptation also challenges Behe’s notion of “devolution” by showing that loss of one function can lead to gain of another. The evolutionary ancestors of whales lost their ability to walk on land as their front limbs evolved into flippers, for example, but flippers proved advantageous in the long run.”

다른 말로 하면, 리뷰어들은 고래의 조상이 다리가 있었고 이제는 지느러미발을 가지고 있는데, 그러니 결국 이 변화들은 무작위적인 변이와 자연선택에 의해 이루어졌을 수 밖에 없다는 식으로 사고하는 듯 하다. 이들은 불합리한 추론 (non sequitur)이라는 말을 들어보지 못했나 보다. 이 분야의 바깥에 있는 사람에게는 이상하게 보일정도로 많은 다윈주의 생물학자들은 생물학에서 무엇이 일어났는가라는 질문과 그것이 어떻게 일어났는가라는 질문의 차이점을 구별하기 힘들어하는 것 같다. 리뷰어들은 고래의 다리도, 지느러미발도, 다리에서 지느러미발로 변하는 과정들도 제대로 보여주지 못했다는 사실 자체를 잊고 있다. 생명의 역사에서 일어난 변이들이 우연에 의한 것인지 설계에 의한 것인지가 내 책에서 묻고 있는 질문이라는 중심 주제라는 것이 그들에게는 이해가 되지 않는 모양이다.

2. 유전자 중복

이제 유전자 중복을 다루고자 한다. 렌스키와 그의 동료들은 무작위적 변이와 유전자 중복이 중요한 진화적 혁신을 가져온다는 그들의 주장에 회의적이라는 것을 알고 있을 것이다. 즉, 기존 존재하는 유전자에 작은 변화를 주는 무언가 말이다. 하지만 나의 생각이 바뀌었다는 부분을 그들은 언급하지 않았다. 책에서 나는 분명히 말하기를 다윈주의 진화 과정이 유전자 중복을 통해서 단순한  마이오글로빈 유사 (myoglobin-like) 전구체가 더욱 복잡한 산소를 운반할 수 있는 헤모글로빈 (hemoglobin)으로 변화될 수 있다는 것에대해 생각이 바뀌었음을 밝혔다. 1996년 ‘다윈의 블랙박스’에서 나는 그럴 수도 있을 것이라 생각했다. 1996년에는 유전자 중복에 무작위적 돌연변이와 자연선택으로 어느 정도의 복잡성은 설명할 수도 있을 것이라 생각했다. 하지만 ‘Darwin Devolves’에서 나는 이제 그렇지 않을 것이라 생각한다. 왜 나는 생각이 바뀌었을까? 리뷰어는 독자들이 그것을 그렇게 듣고 싶어할거라 생각하지 않은 것 같다.

오히려 예전의 나의 생각이 얼마나 잘못되었는지를 보여주기 위해 그들은 영장류의 삼원색 시각, 포유류의 후각, 후생동물 (metazoan)에서 HOX 유전자들의 다양화를 통한 발달 과정에서의 혁신을 강조하며 봐라 이는 압도적인 증거라고 이야기한다. 그들이 인용한 논문들은 1999년, 2003년, 1998년도의 논문들이다. 이 내용에 대해 얕은 지식만 있는 사람들도 추측할 수 있듯이, 이 논문들은 단순히 이들 유전자들의 출현(occurence)에 대해 기술하고 있을 뿐이다. 이 논문들의 그 어느 저자들도 이들 유전자에 일어난 약간의 변화를 통한 다양화와 도입되는 과정(integration)이 눈먼 다윈주의 과정을 통해 일어났을 수도 있을것이란 것을 주장하려는 시도조차 하지 않았다. 

리뷰어들은 그저 내가 책에서 다룬 예들을 가져다가 인용했을 수도 있었다. 리뷰어들은 “모두가 다윈주의 과정이 단순한 마이오글로빈 (myoglobin)에서 복잡한 헤모글로빈 (hemoglobin)으로 만들수 있다는 것을 알고 있다. 왜냐하면 마이오글로빈 (myoglobin) 유전자는 헤모글로빈 (hemoglobin)과 매우 유사하기 때문이다.”라고 썼을 수도 있었다. 하지만 그렇게 하기보다는 그들은 그들 자신들의 예를 썼고, 이것은 오히려 선결문제 해결의 오류를 야기한다.

헤모글로빈 (hemoglobin)은 마이오글로빈 (myoglobin) 보다 훨씬 복잡한 산소와 결합 능력을 가지고 있다. 리뷰어가 인용한 단백질 그룹들은 -옵신 (opsins), 후각 (olfactory) 수용체, HOX 단백질- 서로 매우 비슷한 기능을 한다. 옵신 (opsin)은 빛을 흡수하고, 후각 (olfactory) 수용체는 후각 (odorant) 분자들과 결합하며 HOX 단백질은 DNA에 결합한다. 나는 이런 단백질들이 유전자 중복에 의해 생겨났을 거라 생각하는데 반대하지 않는다. 어떻게 이들이 개체 수준에서 성공적으로 시스템 내로 들어가게 되었는지는 별개의 문제이다. 나의 추측으로는 후각 (odorant) 수용체와 옵신 (opsin)은 우연과 선택에 잘 맞는 예일지도 모른다. 새로운 Hox 단백질은 훨씬 힘들것같다.

모든 종류의 단백질들이 같은 역할을 하는 것은 아니므로, 싫든 좋든 구별은 지어야 한다. 챕터 9에서 나는 이렇게 쓴 바 있다.

“Everyone — including me — thought we knew a lot more than we did. Still, no one should now make the opposite mistake and leap to the conclusion that no development of protein function at all can occur by a classical Darwinian mechanism. As I mentioned in Chapter 6, a cichlid rhodopsin has apparently switched multiple times between two forms sensitive to different wavelengths of light, and a recent study of Andean wrens discovered a point mutation that caused its hemoglobin to bind oxygen more strongly. Those and similar simple examples are straightforward. However, whenever multiple amino acid substitutions or other mutations were needed to confer a substantially different activity on a duplicated protein, it can no longer be blithely assumed that the transition was navigated by Darwinian evolutionary processes. Some may have been, but many others not.”

리뷰어들은 그들이 인용한 한 논문에서 다룬 새로운 원숭이 종인 Aaotus trivigatus을 좋아하는 것 처럼 보인다. 이 원숭이 종은 기능적인 옵신 (opsin) 유전자가 없어서 단색의 시각을 갖는다. 이 원숭이들은 흑백만을 볼 수 있고 리뷰어들은 이것이 무작위적 돌연변이와 자연선택에 의한 것으로 본다. 하지만 그 어디에도 설계없는 우연만 있었다고 생각할 근거도 없거니와 우연 없는 설계로 생각할 이유도 없다. 궁극적으로 우연에 의해 일어났다고 주장하려는 사람이 정말 그것이 가능함을 보여줘야할 증명 부담을 가지게 될 뿐이다. 리뷰어들도 그것을 보여주지 않았고, 리뷰어가 인용한 논문에서도 그럴 시도 조차 하지 않았다.

더 심각한 부분은, 리뷰어들은 ‘Darwin Devolves’에서 내가 강조한 퇴행적 (degrdative) 과정이 그들이 상상하는 시나리오에 어떻게 영향을 줄 것인지 생각조차 해보지 않았다는 점이다. 유전자가 망가지는 과정은 유전자를 만들어내는 것보다 엄청나게 빠르다는 것이다. 훨씬 빠르고 더 많은 퇴행적 (degradative) 변이들에 의해 선택압이 약화될 수 있다면 어떻게 유전자 중복을 통해 선택압을 약화시킬 수 있겠는가? 그렇다면 천천히 일어나는 변이들에게 생기게될 선택 압력이란 남지 않게 될 것이다. 유전자가 중복이 될때 이미 훨씬 빠르게 나타나는 퇴행적 (degradative) 돌연변이가 선택압을 제거해버리기때문에 더이상 변화는 필요가 없게 된다. 매 단계마다 더 빠르고 무수한 많은 퇴행적 (degradative) 돌연변이들이 리뷰어가 상상하는 어느 단계에서도 경쟁하게 되는 것이다. 아쉽게도 그들은 이런 생각은 할 생각 조차 못하는 것 같다.

3. 인도된 진화 실험

렌스키와 공저자들은 실험적 진화에 대한 연구 논문을 인용한다 “2012년, Andersson 외 연구 논문은 보여주기를 새로운 기능이 적합한 환경에 매우 빠르게 진화할 수 있음을 보여주었다. 비히는 이런 연구를 하나도 언급하지 않았다.” 사실 나는 이 논문이 나온 직후 Discovery Institute 웹페이지에 나의 평을 올린적 있다. 이 글은 몇번 클릭만 하면 찾을 수 있다.

이 연구 논문에 대한 나의 포스트의 제목은 “To Traverse a Maze, It Helps to Have a Mind”였다. 이 글은 연구자들이 원하는 결과를 얻기 위해 시스템을 매우 능동적으로 안내해야했음을 지적한 바 있다.

“The investigators’ exceptionally intelligent manipulations are relegated to the online supplemental materials. Reading a brief part of the supplemental Materials and Methods section, entitled “Selection for bifunctional HisA mutants,” is sufficient to see the absurdity of taking the results as a model for undirected Darwinian evolution….

• They deleted an enzyme that previous work showed could likely be replaced.

• They added the necessary nutrient histidine because previous work showed that mutations conferring an ability to make tryptophan destroyed the ability to make histidine.

• The added histidine would have shut off production of the protein, so they removed the genetic control element to keep it in production.

• Later, once they found mutations to produce tryptophan, they removed histidine from the medium to encourage the production of mutations restoring histidine synthesis.

Needless to say, this ain’t how unaided nature works — unless nature is guiding events toward a goal.”

Andersson의 논문이 보여준 것은 새로운 기능은 이에 적합한 환경에서 오직 지적 요인의 안내 아래에서만 빠르게 진화할 수 있다는 것을 보여준 것이었다. 'Darwin Devolves’에서 내가 기술했듯이 렌스키 본인의 60,000 세대 진화 프로젝트에서 그가 발견한 것은, 인도되지 않은 무작위적 변이와 선택에 의해서는 망가지는 것만을 발견했다.

이 부분을 좀 강조해야겠다. 지적설계를 지지하는 책을 리뷰함에 있어서, 저자들은 실험자가 간섭하지 않고 하는 실험과 실험자가 능동적으로 시스템을 제어하는 것을 구별하지 못하는것 같다. 아마도 그들은 차이를 모르는 것일지도 모른다.

오래된 주장들, 읽지 않은 나의 답변들.

리뷰어는 매우 오래된 눈속임 비판을 재탕하고 있다. 이는 대부분 대체적으로 부적합한 것이거나 상관없는 것이지만 어쨋든 다시금 확인해보기로 한다.

첫번째 예:

“Behe also ignores the fact that some of his prior arguments have been dismantled (2). He includes a lengthy appendix that argues that the blood-clotting cascade is irreducibly complex, for example, but fails to mention Kenneth Miller’s simple, elegant scheme for its stepwise evolution (3) … ”

렌스키의 세번째 인용은 2009년 philosophy of biology anthology에서 온 것이고 밀러 (Kenneth Miller)가 2004년 캠캠브리지 출판사에서 출판된 ‘Debating Design’ 에세이 모음집에서 쓴 챕터를 다시 활용한 부분이다. 당시 밀러의 챕터 제목은 ‘The Flagellum Unspun’이었고 박테리아의 편모 모터에 관한 내용이었고, 혈액 응고 과정은 지나가는 참고자료로 나온 정도이다. 나 역시 ‘Debating Design’ 에세이 모음집에 참여를 했으며 이 역시 philosophy of biology anthology에 다시 활용된 바 있다. 내가 쓴 챕터는 ‘Irreducible Complexity : Obstacle to Darwinian Evolution’이었다. 거기에서 나는 혈액응고 과정과 편모의 경우 다윈주의 메커니즘에 반대된다는 것을주장했고 밀러의 주장에 대해서도 답변했다. 리뷰어들은 내가 쓴 챕터는 보지도 않았고 인용하지도 않았다. 이것을 강조하고자한다. 리뷰어는 밀러의 주장을 다루지 않았다고 나의 잘못을 지적했는데, 밀러의 주장이 실린 바로 그 책에 나는 그의 주장에 대한 나의 반대 의견을 실은 바 있다.

밀러의 1999년 저서 ‘Finding Darwin’s God’에서 밀러는 혈액응고 과정의 진화에 관한 일종의 개념(scheme)을 제시한 바 있지만 이것은 너무 간략한 것이어서 Ernst Mayr의 ‘Principle of tinkering’이 마치 과학적 엄밀함으로 보일 정도이다. 밀러는 나중에 자신의 웹사이트에 몇가지 단계들을 덧붙인 바 있다. 사실 하바드 대학원생이 이전에 이미 인터넷에 비슷하지만 보다 자세한 시나리오를 올린 바 있다. 나는 이 문제에 대해 20년 전에 이미 문제점을 지적한 바 있다. 물론 리뷰어는 이를 언급조차 하지 않는다.

두번째 예:

“… or the fact that a progenitor fibrinogen gene has been discovered in echinoderms (4).”

그들이 인용한 4번 논문에 언급되지 않은 연구자는 Russell Doolittle 박사이다. 그는 UCSD의 저명한 생화학과의 은퇴 교수이며 National Academy Sceince (NAS) 멤버이기도 하고 50년이 넘는 그의 커리어를 혈액 응고 과정을 연구하는데  보냈다. 나는 그의 연구에 대해 1996년 다윈의 블랙박스에서 다룬바 있고 그 과정 역시 환원 불가능하게 복잡함을 주장했다.  MIT에서 출판하는 Boston Review 잡지에 그가 나를 반박하며 글을 쓴 바 있는데 'Darwin Devolves'의 말미에  다시 다룬 바 있다. 그의 글에서 최근의 연구 결과를 자신의 승리인양 기술했었다.

“Recently the gene for plaminogen [sic — plasminogen is a protein that helps remove blood clots after a wound has healed] was knocked out of mice, and, predictably, those mice had thrombotic complications because fibrin clots could not be cleared away. Not long after that, the same workers knocked out the gene for fibrinogen [fibrinogen supplies the protein building material for the meshwork clot structure] in another line of mice. Again, predictably, these mice were ailing, although in this case hemorrhage was the problem. And what do you think happened when these two lines of mice were crossed? For all practical purposes, the mice lacking both genes were normal! Contrary to claims about irreducible complexity, the entire ensemble of proteins is not needed. Music and harmony can arise from a smaller orchestra.”

하지만 이는 두리틀 교수가 그 논문을 잘못 이해한 것으로 판명났다. 사실 두 단계에 해당하는 단백질이 없는 생쥐는 문제가 많았다. 혈액 응고가 되지 않았고 출혈이 생기고 암컷 생쥐는 임신 중 죽게 되었다. 기대를 받았던 진화과정의 중간과정은 아니었던 것이다. 제발 'Darwin Devolves' 를 자세히 읽어보라. 'Darwin Devolves'에서 다룬 두가지 쟁점만 간단히 여기서 다루고자 한다. 1) 두리틀 박사야 말로 혈액 응고와 진화에 관한 전문가 중에 전문가이다. 하지만 그의 실수를 통해서 그 역시도 어떻게 다윈주의 과정으로 혈액 응고 과정이 진화했는지 잘 이해하고 있지 못함을 볼 수 있다. (그가 만약 알았다면 그것을 기술한 논문들을 금방 제시할 수 있었을 것이다.) 만약 두리틀 교수가 모르는 것이라면, 누가 알겠는가? 당연히 켄 밀러도 모를 것이고 내 책을 리뷰한 이들도 모를 것이다. 두번째 쟁점은 더 중요하다. 2) 두리틀 박사가 유전자 중복에 대해 잘 알고 있지만 그것이 어떻게 혈액 응고 고정의 진화에 대해 실제적인 설명을 제공할지 아무 도움을 주지 못한다는 것이다.

 리뷰어들은 1990년 (그가 에세이에서 앞서 언급한 실수를 범하기 훨씬 이전) 두리틀 교수가 척추 동물에서의 피브리노젠 (fibrinogen)을 발견한 것을 언급한다. 'Darwin Devolves'에서 나는 두리틀 교수의 혈액 응고 과정의 연구들을 상세히 다루었다. 하지만 그의 연구는 상당부분 시퀀스 데이터베이스에서 혈액 응고 관련 단백질들이 다른 종에서 발견될 수 있는지에 관한 연구였다. 이러한 연구 결과들은 공통 조상에 관한 질문에 적절한 증거로 사용될 수 있을지는 몰라도, 공통 조상에 대한 근거는 다윈주의 메커니즘에 대한 증거는 아닌 것이다. 나는 이 지점을 수차례 강조한 바 있다. 두리틀 박사도 그 누구도 이런 상상속의 과정들이 무작위적인 과정과 선택에 의해 일어날 수 있음을 보여준 사람은 없다. 여기에 내가 책의 말미에 유전자 중복에 의한 혈액 응고 과정의 진화과정이 마주한 몇가지 치명적 문제에 대해 다룬 부분을 옮겨오기로 한다.

“In order to even begin to understand how Darwinian processes might build a clotting cascade, or even just significantly modify a pre-existing one, huge roadblocks need to be addressed, such as how to maintain fine control on the fly while randomly changing a system. I wish luck to anyone with that. …

What’s more, as we’ve seen throughout this book, random mutation easily breaks or degrades genes. Since the blood clotting cascade is a finely balanced system — a seesaw of opposing protein functions that either promote or inhibit clotting — altering the balance by degrading one factor should be as effective in the short term as by strengthening another (like taking a bit of weight off one side of the seesaw instead of adding a bit to the other). And since degrading proteins is much faster and easier, that should almost always win out. …

As for Professor Doolittle, so too for the great majority of evolutionary biologists. All of these fundamental problems seem truly to be invisible to them. Evidence of common descent is routinely confused for evidence of Darwin’s mechanism.”

3. 세번째 예:

“Behe doubles down on his claim that the evolution of chloroquine resistance in malaria by random mutations is exceedingly unlikely because at least two mutations are required, neither of which is beneficial without the other. His calculations have already been refuted (5), and it has long been known that neutral and even deleterious mutations can provide stepping stones to future adaptations.”

나는 2009년에 5번 인용 논문에 대해 답변을 한 바 있다. 이는 Durrett, Schmidt가 공저자로 쓴 답변과 함께 Genetics 저널에 실린 것이다. 나는 그들과 몇번 더 교신을 주고 받았으며 이는 웹페이지에서 쉽게 찾아 볼 수 있다. 리뷰어들은 이런 것은 하나도 설명하지 않는다. 간단히 말하면 나는 이 두명의 수학자들이 생물학에서의 일부 문제들을 잘못 이해했음을 보여주었고, 일부는 그들도 인정한 바 있다. 그들이 그 실수를 바로잡았을때 그들의 계산이 나의 계산과 매우 근접한 값을 도출했었다. 해로운 돌연변이가 하나의 중간 과정으로 사용되는 것에 대해서는 나도 매우 동의하는 바이다. ‘Edge of Evolution’에서 내가 지적한 주요 내용은 말라리아 치료의 클로로퀸 약제 내성을 위해는 두개의 돌연변이가 필요한데 첫번째것은 해로운 것이라는 점이다. 진화 과정에서 중립적이거나 해로운 단계가 필요하다는 것은 다윈주의 진화를 매우 느리게 만들게 되고 그것이 바로 클로로퀸 약제 내성에서 발견된 것이다.

4. 네번째 예:

“Indeed, a 2014 study, unmentioned by Behe, reported discovery of two genetic paths through which malaria has evolved chloroquine resistance through multiple steps (6).”

나는 그들이 인용한 논문이 출판되자마자 블로그에 자세히 다룬적이 있다. 나는 Summers의 논문을 대단한 연구라 치켜세우기도 했고 그들의 논문이 나의 주장, 즉 클로로퀸 약제 내성을 위해 두개의 돌연변이가 필요하다는 것을 확증하는 논문이었기 때문이다. (Summer와 Behe로 검색 한번 해보는 것이 그렇게 어려운 일인가?) 이 연구 논문의 초록에서도 밝히듯이 최소한 두개의 돌연변이가 CQ 운송에 충분하다고 밝히고 있다.  말라리아가 다른 약제 (e.g. atovaquone)에는 쉽게 내성을 생기는 이유는 바로 하나의 돌연변이면 충분하기 때문이고, 클로로퀸의 경우는 두개의 돌연변이가 필요하기때문에 이러한 일이 일어나는 것의 어려움이 거의 10억배에 가까이 어려운 일이 된다는 것이다.(내성으로 가는 다른 경로가 있을 수 있다는 주장은 본질을 흐리는 것이다. 이 논문에서 보여주었듯이 모든 다른 경로들은 다 해로운 과정들이었다). 이는 진화과정이 아주 사소한 정도의 협력이 필요한 경우 얼마나 다윈주의 진화과정의 취약한지를 잘 보여준다. 단지 두개의 돌연변이가 필요할 뿐인데 말이다. 필요한 돌연변이의 수가 늘어날 수록 그 어려움은 기하급수적으로 증가하게 된다.

다시금 강조하지만, 리뷰어들은 내가 이 페이퍼를 언급하지 않았다고 지적하지만, 나는 이를 공개적으로 매우 심도있게 다루었었다는 것을 강조한다. 뿐만 아니라, 이들 논문이 나의 주장을 매우 강력하게 지지하고 있다는 것 역시 강조하고자 한다.

고의적으로 렌스키의 역대급 장기간 진화 실험을 조롱했다고?

렌스키는 거의 30년동안 실험실에서 대장균 배양을 통한 진화 실험을 진행하고 있고 아주 멋진 연구들을 해오고 있다. 하지만 그렇다고해서 그가 공개적으로 보고한 실험 결과에 대한 해석까지 소유한 것은 아니다. 그는 일반적인 다윈주의 프레임내에서 그 결과들을 해석했다. 괜찮다. 그렇게 하는 것은 그의 자유이다. 하지만 나는 'Darwin Devolves'에서 그 처럼 다윈주의가 다 했다는 식의 가정은 가지지 않았다. 결과가 확증하는 내용은 무작위적 돌연변이와 선택이 어느 정도 작은 수준의 변화들을 만들어내는 것을 확증하지만 (대부분 기존에 존재하는 유전자들을 퇴행시킴을 통해), 더 큰 수준의 건설적 (constructive) 변화들은 왜 만들어내지 못하는지를 보여주기도 한다.

1. 무작위적 과정은 무작위 과정일 뿐.

리뷰어는 이렇게 썼다.

“There are indeed many examples of loss-of-function mutations that are advantageous, but Behe is selective in his examples. He dedicates the better part of chapter 7 to discussing a 65,000-generation Escherichia coli experiment, emphasizing the many mutations that arose that degraded function — an expected mode of adaptation to a simple laboratory environment, by the way — while dismissing improved functions and deriding one new one as a “sideshow” (1).”

나는 개선된 기능이 있다는 것을 놓친적 없다. 오히려 나는 분명히 쓰기를, 나의 주된 관심사는 유익한 퇴행적 (degradative) 돌연변이와 유익한 건설적 (constructive) 돌연변이를 구별하는데 있다고 밝혔다. 즉, 대부분의 유익한 돌연변이는 기능적 코드 (functional coded elements, FCTs)를 만들어내거나, 오래된 유전자들을 퇴행시킴으로서 도움을 받을 수 있다. 

 내가 ‘The Quarterly Review of Biology’에 쓴 논문대로 지금까지 보고된 대부분 유익한 돌연변이들은 퇴행된 FCTs였다. 미안! 나를 비난하지 말아라. 지금까지 연구결과가 그렇다는 것이다.

나는 렌스키 연구실에서 발견한 널리 알려진 citrate 돌연변이를 일종의 ‘사이드쇼 (side show)’라 부름으로서 그의 감정을 상하려 한 것은 아니었다. 오히려 그 돌연변이가 그런 류라는 것일 뿐이다. 여기에 'Darwin Devolves'에서 발췌한 상세 내용과 그 맥락을 참조하라.

“But the stark lesson of this chapter by far overrides any squabbling about the significance of this or that particular mutation. To see why, consider the other mutations the citrate-eater has suffered along its evolutionary journey. Like all of the culture lines, the citrate-using bacteria have lost the ability to metabolize ribose, suffered killing “mobile element” mutations to other genes, and fixed degradative point mutations in even more. And, like five other replicate cell lines, the citrate-user has turned into a mutator, with a greatly degraded ability to repair its DNA. Whatever the bug’s fate from here, it has irrevocably lost the services of perhaps a dozen genes.

But that’s not all. In order to best accommodate the gene rearrangement that gave it the talent to eat citrate, several other mutations were found that fine-tuned its metabolism. (Quandt, E. M., et al. 2015. Elife: 4.e09696.) Even before the critical mutation occurred, a different mutation in a gene for a protein that makes citrate in E. coli degraded the protein’s ability to bind another metabolite abbreviated NADH, which normally helps regulate its activity. Another, later mutation to the same gene decreased its activity by about 90%. Why were those mutations helpful? As the authors write, “when citrate is the sole carbon source, [computer analysis] predicts optimal growth when there is no flux through [the enzyme]. In fact, any [of that enzyme] activity is detrimental…” And if something is detrimental, random mutation will quickly get rid of it. Further computer analysis by the authors suggested that the citrate mutant would be even more efficient if two other metabolic pathways that were normally turned off were both switched on. They searched and discovered that two regulatory proteins that usually suppress those pathways had been degraded by point mutations, the traffic lights now stuck on green.

Interesting as it is, the ambiguous citrate mutation that started the hoopla is a side show. The overwhelmingly important and almost completely unnoticed lesson is that genes are being degraded left and right, both when they directly benefit the bacteria and when they do so indirectly in support of another mutation. The occasional, particularly noticeable modification-of-function or gain-of-FCT mutation can’t turn back the tide of damaging and loss-of-FCT ones.”

매우 중요한 구별은 바로 유익한 퇴행적 (degradative) 돌연변이는 유익한 건설적 (constructive) 돌연변이와는 완전 다른 성격의 일종의 야수와 같다는 점이다. 퇴행적 돌연변이는 매우 빠르게 생기고 그 수에 있어서도 건설적 돌연변이를 압도한다. 이는 단지 퇴행적 돌연변이를 만드는게 무언가를 만들어내거나 개선하는 것보다 훨씬 쉽고 빠르기 때문이다. 이런 퇴행적 돌연변이는 건설적  돌연변이가 생기기 전에 생기는 중에도 생기는 이후에도 계속 생겨나면서 건설적 돌연변이와 선택에 이기기 위해 경쟁을 한다. 한번 퇴행적 돌연변이가 개체수 집단(population)에 자리를 잡으면 원래 유전자의 기능과 목적은 영원히 사라지고 만다.

렌스키는 자신의 업적에 대해 충분히 자랑스러워할 위치에 있으며 당연히 모든 것에서 긍정적인 것들을 강조하고자 할 것이다. 하지만 나는 다윈주의 과정이 생명의 복잡한 장치들을 어떻게 만들어낼 수 있을지에 관심이 있기에 그의 결과를 다른 관점에서 본 것일 뿐이다.

2. 퇴행 기능 - 단순한 실험 환경에 적응하는 기대된 적응 모드일 뿐.

A. 결과를 합리화하기

퇴행적 (Degradative) 돌연변이가 실험실에서의 진화 실험에 기대된 것이라는 것은 전적으로 사후 합리화일 뿐이다. 예를 들어 Plos Genetics 에 실린 2013년 논문 ‘Bacterial adaptation through loss of function’에서 연구자들은 종합적으로 보여주기를 유전자를 망가뜨리는 것이 어떤 조건에서는 항상 유익하다는 것을 보여주었다. 나는 ‘Darwin Devolves’에서 이렇게 썼다.

“In the only work I’ve seen that does focus on loss of function mutations as a general class, interesting in its own right, in 2013 researchers from Princeton and Columbia universities surveyed the literature and then conducted experiments of their own to see which bacterial genes could be broken and the bug would grow better. [Hottes, A. K., et al. 2013. Bacterial adaptation through loss of function. PLoS Genetics 9:e1003617.] They showed that “at least one beneficial [loss-of-FCT] mutation was identified in all but five of the 144 conditions considered.” In other words, a bacterium could improve its lot by breaking a gene in over 96% of environmental circumstances examined…. 

A brief comment on the original work by a news writer shows that the simple distinction between beneficial and constructive mutations has clicked for at least one person: “This study changes the widely held view [my emphasis] that loss-of-function mutations are maladaptive.” [Stower, H. 2013. Molecular evolution: Adaptation by loss of function. Nature Reviews Genetics 14:596.]”

많은 연구자들처럼, 진화 생물학자들도 그들의 경험 혹은 그들의 연구 결과에 따라 그들의 기대한 바를 수정하기도 한다. 리뷰어들이 여기에서 그러고 있는 셈이다. 아마도 본인도 모르게 말이다.

B. 야생에서도 역시.

심지어는 나는 챕터 7에서 기능을 잃는 돌연변이가 단지 실험실 환경에서 뿐만 아니라 실제 야생에서도 그렇다는데 상당 부분을 할애하여 썼다. 챕터 9에서 쓰기를.

“In the real world, any possibly-beneficial, degradative mutations will arrive rapidly, in force, to alleviate any selective pressure on an organism — aeons before the first multi-residue feature even appears on the scene. (Figure 9-5) The result is that every degradative change and every damaging single-step mutation would be tested multiple times as a solution, or as part of a solution, to whatever selective pressure a species was facing, and, if helpful, would spread to fixation well before a beneficial multi-residue feature even showed up. Where Darwinian processes dominate, the biological landscape would be expected to be littered with broken-but-helpful genes, damaged-yet-beneficial systems, degraded-organisms-on-crutches, ages before any fancy machinery was even available. That’s exactly what we saw in Chapter 7 with laboratory E. coli, natural Yersinia pestis, wild polar bears, tame dog breeds and all other organisms so far examined.”

그 어떤 돌연변이라도 선택압을 약화시키는데 도움이 된다면 금새 그 돌연변이는 퍼지고 만다. 퇴행적 (Degradative) 돌연변이는 선택압을 줄이는데 도움이 되기도 하고 건설적 (constructive) 돌연변이보다 훨씬 빠르게 생겨난다. 그것은 실험실이든 야생이든 상관이 없다.

 

결론을 내리며.

기차가 탈선한듯한 이 리뷰에서 어떤 중요한 결론을 내릴 수 있을까? 생각해보라. 리차드 렌스키는 아마도 나의 책의 주장을 리뷰할 수 있는 가장 적합한 과학자일 것이다. 그는 수십년간 가장 심도 있고 저명한 실험 진화를 수행한 과학자이고 이것으로 인해 그는 NAS 멤버가 되기도 했다. 그의 유명한 실험이 바로 내 책의 주된 관심사이기도 하다. 그는 혼자서도 이 주장의 허점을 쉽게 지적할 수 도 있었을 것이다. 다윈의 강력한 이론과 그의 과학적 명성이라면 말이다. 하지만 그와 공동 저자는 전체 리뷰를 통해 나를 조롱하는데 사용했다. 렌스키 본인의 연구는 거의 언급도 않고, 다른 이들의 오래된 비난을 다시 되풀이하며 새로운 실험적 결과보다는 오래된 이론적인 생각들에만 의존하면서 말이다.

함의는 매우 분명해 보인다. 두리틀 박사가 의도치 않게 보여주었듯이 혈액 응고의 진화 과정에 대한 설명은 어디에도 존재하지 않는다. 그러니 리뷰어들이 보여주는 것 역시 비인도된 진화 과정에 대한 명확한 해답이 없다는 것 뿐이다. 생물학의 경계가 변하는 것을 이해하는데 중요한 부분이기는 하다. 생명의 구조를 아우르는 설명으로서 다윈의 이론은 이제 그 운명을 다했다.

Endnotes

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Photo: A train wreck, 1895, Montparnasse Station, Paris, via Wikimedia Commons.