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미생물이야기 에너지 및 엔트로피의 경계면이 생물과 무생물을 구분하는 기준 내지는 정의로 사용
2013-08-14 15:23:38
이엠생명과학연구원

::::생물이 뭘까?:::: 

 

생물의 정의를 내리기는 쉽지 않은 것 같다. 일반적으로 받아들여지는 생물의 특징이라면 자신과 동일한 개체를 재생산해 낼 수 있어야 하고, 외부계와의 물질 및 에너지 대사가 있어야 한다. 또한 생물은 대단히 복잡하면서도 질서가 유지되는 계이다. 이는 열역학 제2법칙인 엔트로피 (무질서도) 증가 법칙에 역행하는 것으로서, 생물은 높아지려는 엔트로피를 낮추기위해 끊임없이 에너지를 외부로 펌프질하여 열역학적 균형을 유지하고 있다. 일단 생물이 죽으면, 에너지 소비에 의한 보상효과가 없어지므로 생물의 몸은 자연의 법칙에 따라 최대한 무질서해지면서 자연 속으로 돌아간다. 따라서, 이러한 에너지 및 엔트로피의 경계면이 생물과 무생물을 구분하는 기준 내지는 정의로 사용되기도 한다. 

그러나, 항상 예외는 존재한다. 암말과 수탕나귀 사이에서 태어난 노새나 호랑이와 사자의 트기인 라이거 등은 생식 능력이 없다. 자, 이들의 초롱초롱한 눈을 바라보면 서 "넌 생물이 아니야, 아무리 살아있는 척 해도 넌 생물이 아니야." 하고 말할 수 있을까? 또, 일부 바이러스나 식물의 씨앗들은 단단한 외투속에 숨어서 때로는 수백 년 혹은 수천년이라는 오랜 시간동안 외부와의 물질 대사 없이도 생명력을 유지할 수 있다. 이들이 생물인지 아닌지 판단하는 것은 백년을 채 살지 못하는 우리가 판단하기는 참 쉽지 않다. 같은 논리로 바위나 강, 산들 심지어는 1970년대 영국인 과학자 러브록이 제창한 가이아 (Gaia, 그리스 신화의 대지의 여신) 이론에서는 지구 자체도 살아있는 생물로 간주되어야 한다는 주장하고 있으며, 실제로 많은 이들이 이 가설을 추종하고 있다. 가이아 이론에서는 지구의 생물학적 자생능력을 강조하여 인간이 저질러 놓은 오염의 문제도 지구 스스로가 해결할 수 있다는 낙관론을 펴기도 하지만, 호모 사피엔스이라는 종 자체가 지구 전체의 입장에서 볼 때 유독하기만 한 존재라고 보면, 가이아는 극심한 엘니뇨, 라니냐 등의 기상 이변과 지진 등으로 유독한 인간을 없애버고야 건강한 지구를 만들게 되는 건 아닌지 모르겠다. 

한편, 우리가 관찰할 수 있는 범위안에서도 무생물인 것 같으면서도 생물의 특징을 가진 것들이라면, 엔트로피 법칙을 거슬러서 자신과 동일한 모양을 자발적으로 만들어 내는 결정들은 어떤가? 이들은 꾸준한 물질 대사를 통해 필요한 물질을 외부에서 받아들여 자신과 동일한 형태를 만들어간다. 생물의 형태에 대한 절대적인 전제 조건은 아니겠지만, 우리가 접하고 있는 생물들은 예외없이 탄소를 기본 골격으로 이용하는 탄소 생물들이다. 같은 족에 속하면서 지구상에서 월등히 존재량이 많은 규소 (실리콘, Si) 대신 탄소가 생물의 기본 물질로 이용된 것은 탄소간의 결합이 규소간의 결합보다 월등히 안정하여 복잡하면서도 안정한 구조를 이루기에 용이하기 때문이다. 자연에서 흔히 발견되는 아름다운 결정들은 대개 금속 산화물을 포함한 무기물들이지만, 탄소를 포함한 유기물 중에도 스스로 자라는 결정성 분자들이 존재한다. 
또, 탄소 생물과 대비해서 실리콘 생물이라고 불릴 컴퓨터 바이러스들은 어떤가? 이들은 일단 프로그로머의 손에서 만들어져 컴퓨터로 옮겨지면 디스켓이나 통신망을 통해 전파되면서 스스로를 복제할 수도 있고, 심지어는 스스로 돌연변이까지 일으키면서 새로운 백신 프로그램에 저항을 가질 수도 있다. "태초에 하나님이 생물을 창조하시고, 지구상에 거하게 하며 지켜보았더니 생물들은 스스로 복제하고 진화하였더라."와 “해뜰 무렵에 해커가 컴바이러스를 만들어내고, 웹상에 올리고 지켜보았더니, 바이러스들이 스스로 복제하고 진화하였더라.” 이들 둘 사이에는 무슨 본질적인 차이가 있을까? 물론 여러 가지 반박이 있을 수 있다. 컴퓨터 바이러스는 컴퓨터 내에 서만 존재할 수 있고, 컴퓨터가 꺼져 있거나 통신망에 연결되어 있지 않으면 복제 또는 전파가 불가능할 수도 있다. 그래? 그럼 탄소 생물들은 어떤가? 최소한 지구상의 생물들은 아무런 장비없이 그냥 지구를 떠나서는 살 수 없고, 태양에 의해서 유지되는 에너지 공급이 끊기면 아마도 살아남기 어려울테고,... 등등. 

생물의 정의가 쉽지 않음은 1970년대의 바이킹 우주선들로부터 시작되어 최근의 패스파인더에 이르기까지 화성에 착륙한 우주선들이 수행했던 생물 흔적 찾기 실험이나 최근까지도 진위에 대한 논란이 무성했던 화성 운석의 생물 흔적 논쟁등에서도 찾아 볼 수 있다. 무수한 논쟁이 가능하고 과학적인 면에서나 철학적인 면에서 나름대로 의미가 있는 일이겠지만, 여기서 의도하는 바는 단지 일반적으로 생물을 정의하기가 쉽지 않다는 점을 고려해서, 인간을 포함한 탄소생물들의 특징을 짚어보는 데 있다. 현재 지구상에 존재하는 생물들은 기본적으로 탄소를 중심으로 한 탄소 생물들이다. 생물의 기본 단위는 세포이며 세포를 이루는 주요 성분인 단백질, 지방, 탄수화물 들은 모두 예외없이 탄소를 기본 골격으로 하면서, O, H, N 등과 결합하고 있다. 박테리아와 같이 단순한 생물들은 하나의 세포로 이루어져 있지만, 고등동물로 갈수록 개체를 이루는 세포의 수는 점점 많아진다. 사람의 경우 약 100조개의 세포로 이루어져있다. 이렇게 복잡해진 생물들은 어떻게 자신과 동일한 개체를 복제해 낼 수 있을까.




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