1953년, 시카고대학교의 젊은 화학자 스탠리 밀러는 지도교수 해럴드 유리와 함께 생명의 기원을 실험실에서 재현하려는 야심찬 프로젝트에 착수했습니다. 당시 밀러가 설계한 실험 장치는 메테인, 암모니아, 수소, 물로 구성된 환원성 혼합물에 전기 방전을 가해 유기물을 합성하는 것이었습니다.[1]
1주일 후, 밀러는 실험 결과 글리신, 알라닌 등 단순 아미노산이 생성되었음을 확인했고, 이는 곧 학계에 선풍적 반향을 일으켰습니다. 이른바 '밀러-유리 실험'으로 명명된 이 연구는 무생물에서 생명의 기본 물질이 탄생할 수 있음을 보여준 최초의 증거로서, 생명의 화학적 진화설을 뒷받침하는 결정적 계기로 평가받았던 것입니다.[2]
그러나 반세기가 훌쩍 지난 오늘날, 밀러 실험의 의의와 한계를 둘러싼 논란은 여전히 진행형입니다. 특히 1970년대 이후 제기된 일련의 반론들은 밀러 실험이 사실상 허구적 상황을 전제로 이루어진 것임을 폭로하고 있습니다. 비판의 핵심은 밀러가 가정한 원시 대기의 조성이 실제와는 크게 달랐다는 데 있습니다.
밀러 실험 당시만 해도 환원성 기체가 원시 지구를 지배했을 것이라는 관념이 지배적이었기에 메테인과 암모니아를 다량 사용할 수 있었지만, 이후 지질학적 연구에 따르면 태고의 대기에는 이산화탄소와 질소가 훨씬 풍부했던 것으로 나타났습니다.[3] 환원성이 약한 이런 조건에서는 아미노산을 비롯한 유기물의 합성이 매우 어려워진다는 점에서, 밀러 실험의 결과를 그대로 원시 지구에 적용하기란 무리라는 지적이 잇따랐습니다.[4]
게다가 밀러 실험의 생성물은 단순 구조의 라세믹 혼합물에 불과했기에, 그것이 과연 생명으로 진화할 수 있었을지 의문이 제기되고 있습니다. 자연계 단백질의 대부분은 L형 입체이성질체로 구성되어 있는데, 이러한 생체분자의 비대칭성(homochirality) 문제는 밀러 실험으로는 도저히 설명할 수 없기 때문입니다.[5] 요컨대 원시 대기에서 우연히 합성된 유기물이 생명체의 고도로 정제된 분자 체계로 도약하기 위해서는 추가적인 메커니즘이 필요한데, 밀러 실험은 이에 대해 아무런 단서도 제공하지 못하고 있는 셈입니다.
이처럼 환원성 대기의 부재, 생성물의 비대칭성 문제 등은 밀러 실험이 안고 있는 결정적 한계로 지목되어 왔습니다.[6] [7] 그럼에도 불구하고 반세기 넘게 밀러의 연구가 과학계는 물론 대중의 상상력을 사로잡아 온 것은 무엇 때문일까요? 아마도 실험실에서 생명의 신비를 간단히 재현해낸 듯한 인상 때문이었을 것입니다. 전기 방전과 플라스크만으로 생명의 신비를 풀어낸 젊은 과학자의 모습은 마치 프로메테우스가 제우스의 손에서 불을 훔쳐내는 장면을 방불케 했으니까요.[8] 하지만 그런 인상이야말로 허구적 낭만에 불과했음이 역사의 냉정한 평가로 드러나고 있습니다.
물론 밀러 자신도 이런 문제의식을 모르지 않았습니다. 1983년 한 학회에서 그는 "암모니아 풍부한 환원 대기가 잘못된 생각임을 인정한다"며 자신의 가설을 수정할 뜻을 내비쳤고[9], 2000년대 초반에는 "대기 전체가 아닌 일부 국소 지역에서 아미노산 합성이 일어났을 수 있다"는 고민을 토로하기도 했습니다.[10] 생전에 발표한 마지막 총설에서 밀러는 "환원 대기를 가정한 초기 실험은 옳지 않았지만, 그럼에도 원시 지구 어딘가에는 유기물 합성에 적합한 특수 환경이 존재했으리라 믿는다"고 털어놓았습니다.[11] 하지만 그것은 사실상 초기 실험의 보편적 의의를 부인하고 ad-hoc한 변명으로 후퇴하는 셈이었습니다.[12]
그렇다면 우리는 밀러 실험을 어떻게 평가해야 할까요? 지금 시점에서 보자면 밀러의 실험은 생명 기원의 신비를 풀기는커녕 또 하나의 신기루를 연출한 것에 가깝습니다. 비록 원시 지구에 간단한 유기물이 존재했을 법하다 해도, 그것이 밀러 실험에서처럼 환원 대기에서 대량 합성되었으리라 보기는 어렵기 때문입니다.[13]
설령 그렇다 해도 단순 유기물이 자기복제하는 최초의 생명으로 도약하기 위해서는 훨씬 복잡한 추가 단계들이 필요한데, 밀러 실험은 그러한 핵심 고리들을 모두 누락하고 있습니다.[14] 더욱이 생체 분자의 비대칭성 문제, 즉 단백질과 핵산의 편향적 입체 구조(homochirality)를 설명하지 못한다는 점도 치명적입니다.[15] 이는 마치 벽돌만 갖다 놓고 건물이 저절로 지어졌다고 우기는 것과 다를 바 없습니다.
요컨대, 지난 반세기 동안 밀러의 실험은 실상 생명 기원의 실마리를 제공하기는커녕 오히려 막연한 환상만 부추겨 온 셈입니다. 그 이면에는 환원론적 사고, 즉 복잡한 존재를 단순한 요소들의 총합으로 환원할 수 있다는 과신이 도사리고 있었습니다.[16] 하지만 생명이라는 초복잡계는 그런 환원론적 패러다임으로는 결코 풀 수 없는 난제임이 분명해졌습니다. 그런 점에서 밀러 실험이 남긴 실망스런 유산은, 역설적으로 생명의 비밀이 얼마나 심원한지, 그것에 접근하기 위해서는 얼마나 혁신적이고 통합적인 사고가 필요한지를 일깨워줍니다.
물론 그렇다고 해서 밀러의 노력 자체를 폄훼할 순 없을 것입니다. 설령 그의 실험이 가설적 한계를 노정했다 해도, 무에서 유를 창조하려 했던 밀러의 상상력과 열정 자체는 높이 살만 합니다.[17] 다만 우리는 그의 실험을 맹목적으로 신뢰하기보다, 새로운 질문을 던지고 가설을 수정해 나가는 지적 모험을 이어가야 합니다.
최근 심해 열수구나 운석 충돌 지점, 원시 행성 등 다양한 국소 환경이 유기물 합성의 요람이었을 가능성이 제기되고 있는 것도 그런 노력의 일환이라 하겠습니다.[18] [19] 아울러 생명의 비대칭성 기원에 대해서도 자외선 원편광설[20], 결정 표면 반응설[21] 등 다양한 이론이 경쟁하고 있습니다. 이처럼 밀러 이후 반세기 동안 그의 가설은 부분적으로 반박되거나 수정을 겪었지만, 바로 그 과정을 통해 학문의 진보가 이루어져 온 것입니다.
그렇기에 우리가 밀러의 실험에서 배워야 할 교훈은 생명의 기원이 얼마나 어려운 문제인지를 자각하는 일일 것입니다. 단순한 화학 반응만으로 생명을 설명하려 들다가는 오히려 고민을 덧없이 소모하기 쉽습니다. 그 대신 다양한 분야의 연구자들이 머리를 맞대고 복잡계로서의 생명, 그리고 그것의 기원을 해명하려는 학제적 도전이 요구됩니다.[22] 물론 그 길이 결코 평탄치만은 않을 것입니다.
수많은 우여곡절과 좌절이 기다리고 있겠지요. 그러나 그런 험난한 여정의 출발점에서, 우리는 스탠리 밀러가 평생 간직했던 호기심과 열정만큼은 분명 떠올리고 싶습니다.[23] 설령 허상을 좇는 한이 있더라도, 인류 최대의 수수께끼를 풀겠다는 그 큰 꿈을 언제나 가슴에 품어야 할 것입니다. 그것이 밀러가 우리에게 남긴 학문적 유산의 참된 의미라고 생각합니다.
허황된 가설에 불과하여 밀러 스스로 폐기한 가설을 마치 과학적 진실인 양 철썩 같이 믿는 것은 지성인이기를 포기한 것입니다. 생명은 하나님이 창조하셨습니다.
여호와를 경외하는 것이 지식의 근본이요 거룩하신 자를 아는 것이 명철이니라 (잠언 9:10)
[References]
[1] Miller, S. L. (1953). A production of amino acids under possible primitive earth conditions. Science, 117(3046), 528-529.
[2] Miller, S. L. (1987). Which organic compounds could have occurred on the prebiotic earth?. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology, 52, 17-27.
[3] Kasting, J. F. (1993). Earth's early atmosphere. Science, 259(5097), 920-926.
[4] Chyba, C., & Sagan, C. (1992). Endogenous production, exogenous delivery and impact-shock synthesis of organic molecules: an inventory for the origins of life. Nature, 355(6356), 125-132.
[5] Bada, J. L. (2013). New insights into prebiotic chemistry from Stanley Miller's spark discharge experiments. Chemical Society Reviews, 42(5), 2186-2196.
[6] Shapiro, R. (1986). Origins: a skeptic's guide to the creation of life on earth. Bantam Books.
[7] Horgan, J. (1991). In the beginning. Scientific American, 264(2), 116-126.
[8] Bernal, J. D. (1967). The origin of life. World Publishing Company.
[9] Kerr, R. A. (1983). Origin of life: New ingredients suggested. Science, 220(4595), 42-43.
[10] Bada, J. L., & Lazcano, A. (2003). Prebiotic soup—revisiting the Miller experiment. Science, 300(5620), 745-746.
[11] Bada, J. L. (2004). How life began on Earth: a status report. Earth and Planetary Science Letters, 226(1-2), 1-15.
[12] Shapiro, R. (2007). A simpler origin for life. Scientific American, 296(6), 46-53.
[13] Cleaves, H. J., Chalmers, J. H., Lazcano, A., Miller, S. L., & Bada, J. L. (2008). A reassessment of prebiotic organic synthesis in neutral planetary atmospheres. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 38(2), 105-115.
[14] Orgel, L. E. (2004). Prebiotic chemistry and the origin of the RNA world. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 39(2), 99-123.
[15] Blackmond, D. G. (2004). Asymmetric autocatalysis and its implications for the origin of homochirality. Proceedings of the National Academy of Sciences, 101(16), 5732-5736.
[16] Luisi, P. L. (2006). The emergence of life: from chemical origins to synthetic biology. Cambridge University Press.
[17] Bada, J. L., & Lazcano, A. (2012). Stanley L
이 글을 보고 계신 여러분이 예수님을 믿지 않고 계시다면, 지금 바로 예수님을 여러분의 구세주이자 삶의 주인으로 영접하고 구원받으시기 바랍니다. 아래의 영접 기도문을 진실된 마음으로 따라 읽으시고, 기도하시기 바랍니다.
하나님 아버지 감사합니다.
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저는 그동안, 저를 창조하신 하나님을 모르고, 부인하고, 제 맘대로 제 뜻대로 살았습니다.
예수님을 믿지 않았던 저의 죄를 회개합니다.
하나님을 모르고 지었던 분노, 시기, 질투, 음란, 혈기, 용서 못함, 분쟁, 시기, 미움, 다툼, 욕심 나의 모든 죄를 눈물로 회개합니다. 예수님의 십자가 보혈로 깨끗이 용서하여 주세요.
이제 하나님 떠나 방황하며 고통하던 저를 다시 살리시기 위해 이 세상에 오셔서,
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지금 제 마음 속에 성령으로 들어오사, 영원히 다스려주시고 책임져 주시고 인도해 주옵소서.
날마다 회개하며, 세상 욕심 버리고, 하나님이 명령하신 모든 계명을 철저히 지키고 순종하며 살겠습니다.
절 구원하심을 믿고,
예수님의 이름으로 기도합니다.
아멘
이제 여러분은 하나님의 자녀가 되었습니다.
이번 주에 바로 가까운 교회에 꼭 등록하시고, 매일 회개하고 순종하면서 하나님이 이끄시는 삶을 사시길 바랍니다.
2-1. 신(하나님)은 과연 존재하는가? 신이 존재한다는 증거가 있는가?
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