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자연선택에 의한 진화가 생명 기원에 대한 유일한 과학적 해답인가?

『생명의 진화에 대한 8가지 질문』은 생명 진화의 8가지 주요 이슈를 찬반 형태로 토론하여 그 내용을 엮은 책이다. 화석 천이, 해부학적 상동성, 분자적 상동석, 생물지리학 등의 기본 개념을 풍부한 사진과 그래프 등으로 자세하게 소개하고, 가장 오래된 지층에서 발견되는 화석은 생명체의 공통조상인지, 동물들의 신체구조가 비슷한 것은 단일조상에서 진화했기 때문인지 등의 주제가 진화론자 내부 사이에서도 끊임없이 비판이 일고 있는 이유를 살펴보고 있다. 그리고 진화론의 현재 연구 성과와 향후 논쟁에 대한 방향도 제시하고 있다.

진화를 토론한다!
신다윈주의는 생명의 탄생과 진화에 관한
유일하고 완벽한 해답인가?

진화에 관한 학계의 입장은 완전히 정리된 것처럼 보인다. ‘생명의 공통 조상’과 ‘자연선택에 의한 점진적 진화’를 축으로 하는 신다윈주의 진화론이 유력한 정설로 받아들여지고 있다. 그리고 진화론을 학술적으로 비판하는 일은 원천적으로 봉쇄되어 있다. 진화론은 자연주의적 관점인데, 지적설계론 등의 비자유주의적 관점으로 비판하는 것은 과학적이지 않다고 보기 때문이다.
그러나 신다윈주의 진화론의 여러 부분에 대해서 많은 비판이 제기되고 있는 현실이다. 그리고 이런 사실들은 대중적으로 알려져 있지 않다.
다윈조차도 “만약 수많은 연속적이고 작은 변형을 통해서 생길 수 없는 어떤 복잡한 기관이 존재한다는 것이 밝혀진다면, 나의 이론은 완전히 깨어질 것이다”라고 말했다. 생명의 ‘서로 의존하는 복잡한 체계’에 대한 수많은 연구결과가 나오고 있는 지금, 진화론에 대한 열린 시각과 적극적인 토론이 필요하다.
《생명의 진화에 관한 8가지 질문》(스티브 에이어 외 지음, 21세기북스)은 이런 필요성에 따라 진화론의 쟁점에 대해 토론하는 책이다. 신다윈주의 진화론을 비판하는 입장, 옹호하는 입장, 종합적 견해를 함께 실어 풍부한 검토가 가능하도록 했으며, 생물학 지식이 없는 일반인들도 쉽게 이해할 수 있도록 구성했다. 진화론 연구에 대해 배경과 입장이 서로 다른 두 과학자가 충실하게 번역하고 다양한 컬러 화보를 덧붙여 이해도를 높였다.

국내 최초,
진화론의 8가지 주요 이슈를 찬반 형태로 토론하다!

① 화석 천이 오래된 지층에서 단순한 생물의 화석이, 최근의 지층에서 복잡한 생물의 화석이 단계적으로 출현하는 것을 ‘화석 천이’라고 한다. 이것은 시간의 경과에 따른 진화의 과정을 보여주는 중요한 증거라 할 수 있다. 그러나 진화의 중간 형태를 나타내는 화석이 드물고, 예측된 순서에 따라 화석이 출현하지 않는다는 점에서 논란의 대상이 된다.
② 해부학적 상동성 동물들의 해부학적 구조는 놀라울 만큼 유사하다. 이것을 보면 동물들이 공통 조상으로부터 동일한 유전자를 물려받았기 때문에 구조적인 유사성이 생긴 것이라 결론을 내릴 수 있다. 그러나 비판자들의 해부학적 상동성 자체가 공통 조상에 대한 증거가 될 수 없다고 비판한다. 서로 비슷한 기관이라 할지라도 완전히 다른 유전자에 의해 비롯될 수 있고, 동일한 유전자가 서로 다른 성체 구조를 만드는 역할을 한다는 연구결과가 그 근거이다.
③ 분자적 상동성 모든 생명체의 단백질 분자와 DNA는 구조적으로 유사하며, 동일한 원형 정보를 가지고 있다. 이것을 분자 구조의 원형을 유전시킨 공통 조상이 존재함을 밝히는 합리적 근거가 될 수 있다. 비판자들의 입장은 다르다. 분자적 상동성은 공통의 기능적 필요성에 의한 것이지, 진화의 증거는 아니라고 본다. 또한 유전자에서는 공통점뿐만 아니라 특수성과 독립성이 발견되기도 한다며 공통 조상에 의한 분자적 상동성을 부정하고 있다.
④ 발생학 척추동물의 배아는 발생 초기 단계에서 매우 비슷한 모습을 보인다. 이것은 변형되지 않은 공통 조상의 모습을 보여주는 것으로, 배아의 단계적인 발생 과정(개체 발생)은 종의 진화 역사(계통 발생)를 반복한다고 볼 수 있다. 그러나 다수의 발생학자들을 포함한 비판자들은 배아가 발생 초기 서로 유사하지 않다며 전제 자체를 부정하고 있다.
⑤ 생물지리학 특정 지역에 서로 비슷한 생물 종들이 다수 존재하는 이유는 격리된 환경에 정착했던 공통 조상으로부터 진화했기 때문이라 볼 수 있다. 그러나 여기에 반대하는 사람들은 생물의 지리적 분포는 이주와 적응 과정의 소진화를 보여주는 것일 뿐 공통 조상이나 대진화의 증거가 될 수 없다고 주장한다.
⑥ 자연선택 환경에 잘 적응한 개체가 살아남아 번성함으로써 진화가 일어난다는 입장이다. 이상적으로 변이한 개체가 그 속성을 유전하며 차등 번식함으로써 소진화가 일어나고, 소진화의 확장에 의해서 대진화가 일어난다는 것이 진화의 기본 메커니즘이다. 그러나 반대자들은 종을 변화시키는 소진화 자체에도 명백한 한계가 존재하며, 소진화가 반복되는 것은 불가능하다는 입장이다.
⑦ 자연선택과 돌연변이 자연선택 메커니즘을 보완한 이론이다. 생명체의 변이가 자연스러운 과정이 아니라 DNA까지 변화시키는 돌연변이의 형태로 일어나 새로운 생명을 탄생시킨다는 것이다. 이에 대해 비판자들은 돌연변이의 존재와 역할을 인정하면서도 새로운 생명을 탄생시키거나 생명체를 완전히 바꾸는 대규모의 유용한 돌연변이가 불가능함을 지적하고 있다
⑧ 분자기계 생명체의 구조가 매우 복잡하고 정교한데다가, 내부 구성요소들이 서로 의존하기 때문에 장기적으로 변화하는 진화의 과정으로는 생명이 발생할 수 없다는 지적설계론의 입장이 ‘분자기계’ 개념에 농축되어 있다. 그들은 ‘상호작용하는, 다수의, 분리되고, 잘 들어맞는 구성요소들’이 동시에 존재해야 하는 생명체의 시스템은 점진적 자연선택의 과정으로는 발생할 수 없다고 주장하고 있다. 이에 반해 자연선택에 의한 진화를 주장하는 사람들은 생명체의 ‘환원 불가능한 복잡성’이 ‘상호 적응’의 점진적 과정을 거쳐 발생할 수 있다고 본다.

역자 서문 | 머리말
서론

I. 단일공통혈통

찬성과 반대 주장들
1. 화석 천이: 가장 오래된 지층에서 발견되는 화석이 생명체의 공통조상인가?
찬성 | 비판 | 추가 토론
2. 해부학적 상동성: 동물들의 신체 구조가 비슷한 것이 단일조상에서 진화했기 때문인가?
찬성 | 비판 | 추가 토론
3. 분자적 상동성: 모든 생명체의 분자 구조가 유사한 것이 공통조상의 존재를 말하는가?
찬성 | 비판 | 추가 토론
4. 발생학: 생물 배아의 형성과 발달 과정이 종의 진화 역사를 반복하는 것인가?
찬성 | 비판 | 추가 토론
5. 생물지리학: 생물의 다양한 지리적 분포가 환경에 따른 변이와 진화를 보여주는가?
찬성 | 비판 | 추가 토론

II. 자연선택의 창조 능력
찬성과 반대 주장들
6. 자연선택: 자연선택에 새로운 종을 창조하는 능력이 있는가?
찬성 | 비판
7. 자연선택과 돌연변이: 돌연변이가 크고 이로운 변화를 일으키는가?
찬성 | 비판 | 추가 토론

III. 새로운 도전
찬성과 반대 주장들
8. 분자기계: 복잡하고 정교하며 조직화된 세포 시스템이 자연선택을 부정하는가?
찬성 | 비판 | 추가 토론

IV. 특별 연구
적자생존으로서의 자연선택
화석이 말해줄 수 없는 것

Ⅴ. 결론
과학에서 의견 차이의 본질
용어해설 | 참고문헌
도판 출저ㅣ찾아보기ㅣ저자 소개

그는 여러 다른 장소들에서, 지층들의 모든 위치에서 화석 기록을 조사함으로써 생겨나고 사라진 생명의 패턴을 알 수 있었다. 예를 들어 캄브리아기 지층에서 처음으로 삼엽충이 발견된다. 그 지층의 위로 올라가면서 약 3억 년의 기간 동안 바위 층들에서 계속하여 삼엽충 화석이 발견된다. 그런데 페름기 지층과 그 이후 지층 기록에서 삼엽충이 사라지고 오랜 후, 트라이아스기에 첫 번째 포유류가 나타났다. 다윈은 이처럼 화석이 나타나고 사라지는 동향을 ‘지질학적 천이(geological succession)’라고 명하였고 현대의 과학자들은 이를 ‘화석 천이(fossil succession)’라고 부른다.(16-17쪽)

비록 고래가 포유류이고 어룡이 파충류이지만, 고래와 어룡의 지느러미는 매우 비슷한 모양을 가지고 있다. … 비록 두더지가 포유류이고 땅강아지가 곤충이지만, 땅강아지의 앞다리는 두더지의 앞다리와 매우 비슷하다. 생명 역사에 대해 단일계통 관점을 가진 생물학자들은 우리가 보는 이러한 구조들의 유사성이 공통조상에 의한 결과는 아니라고 말한다. 그들은 이 동물들의 마지막 공통조상이 유사한 구조를 갖고 있지 않았다고 주장한다. 다시 말하면, 그 유사한 구조들은 혈통의 독립적인 계통들로 나누어진 후에 각각 따로 생겨났다는 것이다. (45쪽)

다윈은 생명체의 가장 큰 특징은 ‘생존을 위한 투쟁’이라고 주장하였다. 그는 생명체 간의 생존과 번식 경쟁에서 어떤 변이들은 그 특성을 지닌 생명체에게 ‘경쟁우위(competitive advantage)’를 제공한다고 했다. 이러한 경우 변이는 한 집단에서 어떤 개체가 생존할 수 있는지에 직접적인 영향을 준다. 이러한 ‘이점’을 지닌 개체들이 다음 세대에 그러한 특성을 물려줄 수 있을 것이다. 여러 세대를 지나면서 이런 유리한 특징들은 살아남은 개체군 속의 더 많은 개체들에게 나타날 것이며, 개체군 전체가 이 과정이 시작되기 전의 모습과는 다른 모습으로 변할 것이다. (85-86쪽)

비히(Michael Behe)는 모든 부품들이 제자리에 있어야만 기능하는 복잡한 기계들의 기원을 신다윈주의 메커니즘으로는 설명하지 못한다고 주장한다. 비히는 그러한 기계들을 ‘환원 불가능하게 복잡(irreducibly complex)’하다고 지칭한다. ATP 합성효소를 포함한 환원 불가능하게 복잡한 시스템들의 많은 예들이 있다. 비히의 관점에서 볼 때, 자연선택과 돌연변이는 많은 세포들에 존재하는 환원 불가능하게 복잡한 시스템들을 생성할 창조적인 능력을 결코 갖고 있지 않다. (118쪽)

이런 질문들로 인해 어떤 진화생물학자들은 다음과 같은 의심을 갖게 되었다. 즉 매우 중요한 해부학적 구조들에서 일어나는 일련의 작은 돌연변이적 변화를 견뎌내면서 심장과 같은 하나의 기관계가 그 기능을 유지할 수 있겠느냐는 것이다. 이보다는 네 개의 방으로 된 심장과 같은 기관계는 개체발생 과정 초기에 일어난 돌연변이의 결과로 완전한 기관계로 생겨났어야만 한다는 것이 또 다른 진화발생생물학자들의 생각이다.6 이들은 이러한 돌연변이가 발생 과정 초기에 일어났기 때문에 대규모의 변화를 만들 수 있고 시스템의 부분보다는 시스템 전체에 영향을 미칠 수 있는 잠재력이 있다고 주장한다. 따라서 이와 같이 발생 초기에 돌연변이가 생기면 전형적인 신다윈주의 모델에 필수적인 수많은 작은 변형들을 조율할 필요성이 없어진다.(131쪽)