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진화 : 확률 or 선택압
- 방향성, 선택압
- 창발
- 우연?
* 창조론에서 우연한 진화의 불가능성을 주장하는 글 chance and creation
무작위적으로 자판을 두드려서 “the theory of evolution” 라는 구절이 우연히 만들어질 수 있는 확률은 얼마일까 하는 것이 문제이다. 우연히 이러한 구절이 만들어지려면, 무작위적으로 선택된 철자와 띄어쓰기가 정확한 순서대로 선택되어져야 한다. 각 철자가 정확히 선택될 확률은 알파벳 26자와 빈칸을 합한 27개 철자 중에서 하나가 선택되어야 함으로 1/27 이다. 그리고 이 구절에는 20개의 철자와 3개의 띄어쓰기가 있다. 그러므로 무작위적으로 자판을 두드려 “the theory of evolution” 라는 구절이 우연히 만들어 확률은 (1/27)^23 이다.
이것은 600,000,000,000,000,000,000 (= 6×10^20)번의 시도 끝에 (헉헉!) 1번 정도 성공할 수 있다는 것이다. 글자를 치고, 기록하고, 제거하는 과정을 1초에 10억 번씩 할 수 있는 환상적인 컴퓨터를 사용하는 ‘챤스’를 얻었다고 가정해 보자. 이 기계를 사용해서 무작위적 방법으로 우연히 철자가 맞는 위의 구절을 얻을 수 있기란 26조 년 (26 trillion years)에 한 번 정도이다. 진화론자들이 우리에게 믿으라고 하는 것처럼, 지구의 나이가 대략 50억년 이라면, 이 기간을 5000 번이나 더 반복하면서 챤스를 사용해야 맞는 구절을 얻을 수 있을 것이다.
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초보자를 위한 동전던지기와 거대분자조립
이제 창조론자들이 말하는 무작위로 아미노산을 더해서 원하는 펩타이드 만들기를 해보자 이것은 초기 지구에서 이루어진 방식은 아마도 아닐 것이다. 하지만 교육적인 가치는 있다. Ghadiri group에서 언급한 자기 복제가능한 펩타이드의 예를 들어 보겠다. 이 펩타이드는 32개의 아미노산으로 이루어져 있고 서열은
RMKQLEEKVYELLSKVACLEYEVARLKKVGE(알파벳 하나가 아미노산 하나를 의미한다. -역주)이다. 이것은 peptide ligase라는 효소로 16개짜리 아미노산 subunit을 2개를 이용해서 자기 자신을 복제한다. 이것은 또한 비생물적인 펩타이드 합성으로부터 형성되기에 적당한 크기와 조성을 가지고 있다. 이것이 자기 자신을 복제할 수도 있기않은가?
우연히 만들어질 때 이것이 생성될 가능성은 (1/2032 혹은 1/(4.29 x 1040) 이다.
그러나 이것은 확률계산의 다른 면이 있다. 그리고 우리들 대부분이 통계학에 대한 감각이 없는 사람이 잘 느끼지 못하는 부분이기도 하다. 우리는 대부분 백만분에 1이라고 하면 대개는 백만번을 시행하고 나서 한번 된다고 생각하는 경향이 있다. 하지만 이것은 잘못된 것이다. 시험을 해보자. 우선 동전을 4번 던져서 나오는 결과를 기록하고, 전부 앞이 나오는 경우가 몇 번째 시도였는지 확인해 보라.4개가 전부 앞면이 나올 확률은 (1/2)4 혹은 1/16이다. 그러면 16번을 해야 전부 앞면이 나타나게 될까? 그렇지 않다. 연속적으로 실행할 때 나는 11,10,6,16,1,5,3번 시도를 하고 나서 전부 앞면이 나오게 되었다. 1/16이라는 확률은 16번에 한번 일어날 수 있다는 것이다. 하지만 이것이 순서대로 일어나는 것이 아니다. 당신은 첫 번 시도에 원하는 결과를 얻어 낼 수 있다.
1/4.29 x 1040확률이라고 하지만 매우 초기에 일어날 수도 있는 것이다.
1/4.29 x 1040 이라는 확률은 매우 작아 보인다. 사람들은 그래도 아직 지구에는 충분한 시간이 없는 것으로 보인다. 하지만 그렇지 않다. 위의 시도는 한번에 하나의 펩타이드만 생긴다는 것을 가정한 것이다. 하지만 실제로는 수억개의 아미노산 분자들로 수억번의 시도가 촉매반응이 일어날 수 있는 바다 혹은 해안가의 수킬로미터에서 동시에 일어나는 것이다.
동전던지기의 예를 다시 생각해 보자. 4번 던져서 전부 앞면이 나오는데 평균 8분이 걸린다고 하자, 만약에 여러분의 친구를 16명이 동시에 동전을 던진다면 전부 앞면이 나오는 경우는 평균 1분이면 된다. 이번엔 6개의 앞면이 나올 경우를 생각한다면 1/64이다. 이것을 혼자서 한다면 약 32분이 걸린다. 하지만 64명이 동시에 한다면 역시 1분이 걸릴 뿐이다. 만약 수억분의 1의 확률의 동전던지기를 한다면 중국인구 모두가 한다면 가능하다.
그러므로 만약 생명체가 발생하기 전의 지구가 수십억의 peptide가 동시에 자란다면 replicator가 생기는데 걸 리는 시간은 상당히 줄어들 수 있다다시 생각해 보자 1/4.29 x 1040 은 매우 큰 수이다. 수십억이라는 숫자가 매우 큰 숫자이긴 하지만 이것이 한 5억년 사이에 최초의 복제가능한 물질이 나올 만큼 충분한 분자들이 있었는가? 가능하다다. 1kg안에는 알지닌 (Arg)이 2.85 x 1024분자나 있다. 1톤에는 2.85 x 1027 분자가 있다.
55개 아미노산 짜리 단백질은 1-2주에 만들수만 있다면, 만약 조그만 트레일러로 분량의 각각의 아미노산을 중간정도의 호수에 퍼붓는다면, 그안에는 우리가 원하는 특정한 자기복제가능한 펩타이드가 수십년이면 만들어질 수 있는 충분한 물질이 있다.
원시지구는 10^24리터 이고 핵산의 농도를 1 x 10-7M (23)라고 한다면 약 1 x 10 49 potential nucleotide chains이 존재하게 된다. 그러므로 효율적인 RNA ligases 의 충분한 양(about 1 x 1034)이 수백만년이 아닌 1년안에 형성될 수 있고, RNA polymerases 의 가능한 양도 매우 높은데 1/1020도 RNA polymerase가 될 것이다.