장4 2장 유전자 복제

세상의 시작에는 모든 것이 단순하고 단순했습니다.단순한 우주조차 어떻게 생겨났는지 말하기는 어렵습니다.그리고 얼마나 복잡한 생명, 즉 생명을 창조할 수 있는 존재가 갑자기 나타나 모든 장비를 갖추었는지는 의심할 여지 없이 대답하기 더 어려운 질문이라고 생각합니다.다윈의 자연 선택에 의한 진화 이론은 단순함에서 복잡성으로 가는 길을 보여주기 때문에 만족스럽습니다. 무질서한 원자가 궁극적으로 인간이 창조될 때까지 어떻게 점점 더 복잡한 패턴으로 그룹화될 수 있는지 보여줍니다.사람들은 인간 존재의 신비를 풀려고 노력해 왔으며 지금까지 다윈만이 설득력 있는 답을 제시했습니다.나는 이 위대한 이론을 평소보다 더 일상적인 용어로, 그리고 진화가 일어나기 이전부터 언급하려고 합니다.

다윈의 적자생존은 실제로 마굿간 생존의 일반법칙의 특수한 경우입니다.우주는 안정된 물질로 가득 차 있습니다.안정한 물질이란 이름을 붙일 수 있을 만큼 충분히 안정하거나 보편적인 원자의 집합체를 의미합니다.그것은 마터호른과 같이 이름이 붙을 만큼 오랫동안 존재해 온 고유한 원자 집합체일 수 있습니다.안정한 물질은 또한 빗방울과 같이 특정 부류의 실체일 수 있는데, 빗방울 자체는 일시적이지만 너무 자주 발생하여 집단 명사를 이름으로 부를 자격이 있습니다.우리 주변에서 볼 수 있고 설명이 필요하다고 생각하는 바다의 암석, 은하, 파도는 다양한 정도로 안정적인 원자 모델입니다.비누 거품은 가스로 채워졌을 때 얇은 필름의 안정적인 형태이기 때문에 구형이 되는 경향이 있습니다.우주선에서도 물은 구형의 물방울로 안정화되지만 지구에서는 지구의 중력으로 인해 안정된 물의 표면이 수평입니다.소금 결정은 일반적으로 나트륨과 염소 이온을 함께 유지하는 안정적인 형태이기 때문에 입방체입니다.태양에서는 가장 단순한 원자인 수소 원자가 계속해서 헬륨 원자로 융합됩니다. 이러한 조건에서 헬륨의 구조는 상대적으로 안정적이기 때문입니다.다른 훨씬 더 복잡한 원자가 우주 전역의 행성에서 형성되고 있습니다.현재 이론에 따르면, 이 더 복잡한 원자는 빅뱅뱅 초기에 형성되기 시작했습니다.우리 지구에 있는 다양한 요소들도 이것에서 나옵니다.

때로는 원자가 만날 때 화학 반응이 일어나 다양한 안정성을 가진 분자로 결합됩니다.그들은 매우 클 수 있습니다.다이아몬드와 같은 결정은 단일 분자로 간주될 수 있으며 안정하다고 알려져 있지만 동시에 내부 원자 구조가 무한히 반복되기 때문에 매우 단순한 분자입니다.오늘날 살아있는 유기체에는 복잡성이 여러 수준에서 나타나는 고도로 복잡한 다른 거대 분자가 있습니다.우리 혈액의 헤모글로빈은 전형적인 단백질 분자입니다.그것은 각각 정확한 배열로 수십 개의 원자를 포함하는 아미노산이라는 더 작은 분자 사슬로 구성됩니다.헤모글로빈 분자에는 574개의 아미노산 분자가 있습니다.4개의 사슬이 서로 얽혀서 입체적인 구형을 이루는데 그 구조의 복잡성이 정말 눈부십니다.헤모글로빈 분자 모델은 덤불 같은 가시덤불처럼 보입니다.그러나 실제 지상파와 달리 지저분한 근사 모델이 아니라 아무런 차이가 없는 고정된 구조입니다.이 구조는 일반적인 인체에서 같은 방식으로 6조 번 이상 반복되며 그 모델은 완전히 일치합니다.헤모글로빈과 같은 단백질 분자의 경우 가시덤불과 같은 모양이 안정적입니다. 즉, 동일한 서열을 가진 아미노산으로 구성된 두 개의 사슬이 두 개의 용수철처럼 정확히 동일한 3차원 코일 모델을 형성하는 경향이 있습니다.인체에서 헤모글로빈 트리뷸러스는 초당 약 4000억 개의 속도로 원하는 모양을 형성하는 반면 다른 것들은 같은 속도로 파괴됩니다.

헤모글로빈은 현대 분자이며 원자가 안정적인 패턴을 형성하는 경향이 있다는 원리를 설명하는 데 자주 사용됩니다.우리가 여기서 말하는 것은 분자의 기초적인 진화의 어떤 형태는 지구에 생명체가 존재하기 오래 전에 일상적인 물리적 또는 화학적 과정을 통해 존재했을 수 있다는 것입니다.예견, 목적, 방향 등의 문제를 고려할 필요가 없습니다.원자단이 에너지의 영향을 받아 어떤 안정된 패턴을 형성하면 그 패턴을 유지하려는 경향이 있습니다.자연 선택의 첫 번째 형태는 단순히 안정된 형태를 선택하고 불안정한 형태를 버리는 것입니다.그것에 대해 이해할 수 없는 것은 없습니다.그것이 일이 갈 수있는 유일한 방법입니다.

그러나 우리는 당연히 이러한 원리만으로 인간과 같은 복잡한 구조를 가진 일부 개체의 존재를 설명하기에 충분하다고 생각할 수 없습니다.일정 수의 원자를 취하여 함께 모으고 외부 에너지의 영향으로 끊임없이 흔들면 언젠가는 올바른 패턴으로 떨어지고 아담이 올 것입니다!이것은 절대 불가능합니다.이런 식으로 수십 개의 원자를 분자로 만들 수 있지만 한 사람은 무려 100,000,000,000,000,000,000,000조 개의 원자를 가지고 있습니다.인간을 만들고 싶다면 우주의 나이가 눈 깜짝할 사이처럼 보일 정도로 오랫동안 생화학 칵테일 셰이커를 흔들어야 합니다.그럼에도 불구하고 당신은 당신의 소원을 얻지 못할 것입니다.여기서 우리는 고도로 일반화된 다윈주의 이론으로 눈을 돌려야 합니다.느린 분자 형성 과정에 대한 이야기는 지금까지만 진행되었으며 나머지는 다윈의 이론에 맡겨져 있습니다.

생명의 기원에 대한 나의 설명은 순전히 이론적일 수 밖에 없습니다.사실 거기에는 아무도 없었습니다.이와 관련하여 반대되는 견해를 가진 많은 교리가 있지만 공통된 특징도 있습니다.내 일반적인 진술은 아마도 진실에서 그리 멀지 않을 것입니다. 생명이 나타나기 전에는 지구에 얼마나 풍부한 화학 원료가 있었는지 모릅니다.그러나 물, 이산화탄소, 메탄 및 암모니아가 있을 가능성이 있습니다. 모두 단순한 화합물입니다.우리가 아는 한, 그들은 우리 태양계의 적어도 일부 다른 행성에 존재합니다.일부 화학자들은 고대에 지구가 가졌던 화학적 조건을 모방하려고 노력했습니다.그들은 이러한 간단한 물질을 플라스크에 넣고 원시 시대의 번개 현상을 시뮬레이션하기 위해 자외선이나 전기 스파크와 같은 에너지원을 제공했습니다.몇 주 후, 보통 병 안에서 흥미로운 것을 발견할 수 있었습니다. 원래 병에 들어 있던 것보다 더 복잡한 많은 수의 분자를 포함하는 얇은 갈색 용액이었습니다.특히 생체 분자의 두 가지 주요 클래스 중 하나인 단백질의 빌딩 블록을 만드는 아미노산이 발견됩니다.이런 종류의 실험이 수행되기 전에는 원래 천연 아미노산이 생명체의 존재 여부를 결정하는 근거라고 믿었습니다.화성에서 아미노산이 발견된다면 화성 생명체의 존재는 확실해 보인다.그러나 오늘날 아미노산의 존재는 단지 일부 화산, 햇빛, 천둥 같은 날씨와 함께 대기 중에 일부 단순한 가스의 존재를 의미할 수 있습니다.최근 몇 년 동안, 생명 이전 지구의 화학적 조건에 대한 실험실 시뮬레이션 결과 퓨린과 피리미딘으로 알려진 유기 물질이 생성되었습니다.그것들은 유전 분자인 디옥시리보핵산 또는 DNA를 구성하는 빌딩 블록입니다.

원시 수프의 형성은 아마도 비슷한 과정의 결과임에 틀림없다.생물학자들과 화학자들은 원시 수프가 약 30억년에서 40억년 전에는 바다였다고 생각합니다.유기물은 해안가에서 말라붙은 찌꺼기나 떠다니는 작은 물방울과 같은 장소에 축적됩니다.태양의 자외선과 같은 에너지의 영향을 더 받은 후 더 큰 분자로 결합합니다.오늘날 큰 유기 분자는 너무 오래 지속되지 않아 우리가 거기에 있는지도 모를 정도이며 박테리아나 다른 유기체에 의해 빠르게 먹히거나 파괴됩니다.그러나 박테리아와 우리 인간은 후발주자였습니다.그래서 그 당시에는 큰 유기 분자가 아무 문제 없이 걸쭉한 수프에서 자유롭게 떠다닐 수 있었습니다.

어느 시점에서 놀라운 분자가 우연히 형성되었습니다.우리는 그것을 복제자라고 부릅니다.반드시 그 분자들 중 가장 크거나 가장 복잡한 것은 아닙니다.그러나 그것은 자신을 복제할 수 있는 특별한 속성을 가지고 있습니다.이 기회는 매우 작은 것 같습니다.물론.우연히 이런 일이 일어날 가능성은 희박합니다.일생 동안 그러한 천년에 한 번 있는 상황은 사실상 불가능하다고 간주될 수 있습니다.그렇기 때문에 축구 복권이 절대 대박을 터뜨리지 못하는 것입니다.그러나 우리 인간은 일어날 가능성이 있거나 불가능한 일을 추정할 때 수억 년이라는 긴 기간 동안 그것을 고려하는 데 익숙하지 않습니다.1억년 동안 매주 복권을 샀다면 몇 번은 대박을 터뜨릴 수 있습니다.

사실, 자신을 복제할 수 있는 분자는 우리가 원래 생각했던 것만큼 드물지 않으며 한 번만 일어나면 됩니다.리플리케이터를 모델이나 템플릿으로 생각할 수 있습니다.우리는 그것을 다양한 유형의 빌딩 블록 분자로 구성된 복잡한 사슬로 구성된 거대 분자로 생각할 수 있습니다.이러한 작은 빌딩 블록은 복제자를 둘러싼 수프에 풍부합니다.이제 각 빌딩 블록이 그 종류를 끌어들이는 친화력을 가지고 있다고 가정해 봅시다.수프의 이 빌딩 블록이 친화력이 있는 복제자의 다른 부분과 접촉하자마자 거기에 달라붙는 경향이 있습니다.이러한 방식으로 함께 부착된 빌딩 블록은 자동으로 복제자 유전자 자체의 서열을 따릅니다.이때 이러한 구성 요소가 하나씩 연결되어 안정적인 체인을 형성하는 것을 상상하는 것은 어렵지 않으며 이는 원래 복제기의 형성 과정과 동일합니다.차곡차곡 쌓아가는 이 과정은 계속될 수 있다.이것이 결정체가 형성되는 방식입니다.다른 한편으로, 두 가닥이 둘로 갈라져서 두 개의 복제자를 생성하는 것도 가능하며, 각각은 계속해서 자신을 복제할 수 있습니다.

더 복잡한 가능성은 각 빌딩 블록이 자신의 종류에 대해서는 친화력이 없지만 다른 종류의 빌딩 블록에 대해서는 상호 친화력이 있다는 것입니다.이 경우 템플릿으로서 복제자의 역할은 완벽한 사본을 생성하는 것이 아니라 일종의 반전 이미지를 생성하여 원래의 정확한 이미지의 완벽한 사본을 생성하는 것입니다. 복제는 양성에서 음성으로 또는 양성에서 양성으로, 그러나 현대에 와서 최초의 복제 유전자, 즉 DNA 분자는 양성에서 음성으로의 복제 과정을 사용한다는 점을 지적할 필요가 있다.놀랍게도 갑자기 새로운 종류의 안정성이 나타났습니다.이전에는 수프에 특정 유형의 복잡한 분자가 매우 많지 않았을 것입니다. 왜냐하면 각각은 특히 안정적인 구조를 생성하는 빌딩 블록에 의존했기 때문입니다.최초의 복제자가 태어나면 더 작은 빌딩 블록 분자가 희소해지고 다른 더 큰 분자가 형성될 기회가 점점 줄어들 때까지 바다 전체에 복제물을 빠르게 퍼뜨렸을 것입니다.

따라서 우리는 모두 동일한 복제본을 가진 대규모 인구 단계에 도달합니다.이제 우리는 모든 복사 과정에는 중요한 속성이 있다는 점을 지적해야 합니다. 그것은 완벽할 수 없다는 것입니다.잘못 될 수밖에 없습니다.이 책에 인쇄상 오류가 없기를 바라지만 자세히 살펴보면 한두 가지 실수를 발견할 수 있습니다.이러한 실수는 1세대 실수에 불과하기 때문에 책에 나오는 문장의 의미를 심각하게 왜곡하지 않을 수 있습니다.그러나 우리는 인쇄술이 발명되기 전에 복음서와 같은 다양한 책들이 손으로 필사되었다고 상상할 수 있습니다.전문 필사자가 아무리 주의를 기울여도 실수를 범할 수밖에 없으며 일부 서기관은 때때로 변덕스럽게 원문을 개선하기도 합니다.모든 서기관이 동일한 원본을 기반으로 한다면 원래의 의미가 크게 왜곡되지 않을 것입니다.그러나 사본이 다른 사본에서 복사된 사본을 기반으로 하면 거짓 씨앗이 순환하기 시작하고 축적되며 본질적으로 더 심각해집니다.우리는 복사 실수를 나쁜 것이라고 생각하는 경향이 있으며, 사람들이 복사한 문서에서 원본보다 우수하다고 간주될 수 있는 실수가 무엇인지 상상하기 어렵습니다.유대 경전 편집자들이 히브리어의 젊은 여성을 그리스어의 처녀로 번역했을 때, 적어도 그들의 오역이 의도하지 않은 결과를 낳았다고 말할 수 있다고 생각합니다.성서의 예언은 보라!처녀가 잉태하여 아들을 낳으려 합니다.어쨌든 앞으로 보게 되겠지만 생물학적 복제자가 복제 과정에서 저지른 오류는 실제로 개선을 가져올 수 있습니다.생명의 진화 과정에는 약간의 실수가 필요하다.원본 복제자가 얼마나 정확하게 복사본을 만들었는지는 알 수 없습니다.오늘날 그들의 후손의 DNA 분자는 인간이 보유한 가장 정교한 복사 기술에 비해 놀랍도록 정확합니다.그러나 실수는 궁극적으로 진화를 가능하게 합니다.원래 복제자는 아마도 훨씬 더 많은 오류를 만들었을 것입니다.어쨌든 그들이 실수를 저질렀다는 데는 의심의 여지가 없으며 이러한 실수는 누적됩니다. 복제 오류가 발생하고 확산됨에 따라 원시 수프는 모두 동일한 복제본이 아니라 모두 동일한 조상의 후손인 여러 종류의 복제자의 개체군으로 채워집니다.그들 중 일부는 다른 사람들보다 더 많은 회원을 가질 수 있습니까?다음과 같이 말하는 것이 거의 확실합니다. 예.일부 품종은 본질적으로 다른 품종보다 더 안정적입니다.특정 분자는 일단 형성되면 현상 유지에 안주하고 다른 분자보다 분해되는 경향이 적습니다.이러한 유형의 분자는 수명의 직접적인 논리적 결과일 뿐만 아니라 자신을 복제할 충분한 시간이 있기 때문에 수프에 상대적으로 풍부할 것입니다.결과적으로 장수 복제자는 번성하는 경향이 있습니다.다른 조건이 같다면 분자 개체군에서 더 긴 수명을 향한 진화적 경향이 있을 것입니다. 그러나 다른 조건은 동일하지 않을 수 있습니다.복제자의 품종이 개체군에 퍼지기 위해 또 다른 훨씬 더 중요한 속성을 갖기 위해.이것은 번식의 속도 또는 번식력입니다.A형 복제자가 평균적으로 일주일에 한 번 복제하는 경우 B형 복제자는 매시간 복제합니다.분명히, A형 분자가 크게 가려지기까지는 그리 오래 걸리지 않을 것입니다.A형 분자의 수명이 아무리 길더라도 도움이 되지 않습니다.따라서 수프의 분자들 사이에 번식력을 높이는 진화적 경향이 있을 수 있습니다.복제 분자가 확실히 선택할 세 번째 특성은 복제의 정확성입니다.X형 분자는 Y형 분자만큼 오래 살고 복제 속도도 빠르지만, X형 분자는 평균적으로 10번의 복제 중 한 번 오류를 범하는 반면 Y형 분자는 100번의 오류 중 한 번만 오류를 범한다고 가정합니다. Y형 분자.인구의 X자형 요소 팀은 잘못 번식한 자손뿐만 아니라 현재 또는 미래의 모든 자손을 잃습니다. 진화에 대해 아는 것이 있다면 이 마지막 요점이 역설적으로 보일 수 있습니다.우리는 복제 오류가 진화가 일어나기 위한 필수 전제 조건이라고 말하지만, 자연 선택은 고정밀 복제 과정을 선호한다고도 말합니다.이 두 진술을 어떻게 조화시킬 수 있습니까?일반적으로 우리는 진화가 모호한 의미에서 좋은 것 같다고 생각합니다. 특히 인간은 진화의 산물이고 실제로 진화를 원하는 것은 없기 때문입니다.진화는 원하든 원하지 않든 우연히 발생하지만 복제 유전자(및 오늘날의 유전자)는 이러한 일이 발생하지 않도록 많은 노력을 기울입니다.Jacques Monod는 Herbert Spencer를 추모하는 연설에서 이 점을 훌륭하게 표현했습니다.진화의 또 다른 어려운 측면은 유머러스하게 모든 사람이 자신이 진화를 이해한다고 생각한다는 것입니다! 몇 가지 안정된 종류의 분자가 있는 원시 수프로 돌아가 봅시다.안정적이라는 것은 이러한 분자가 오랫동안 존재하거나 빠르게 복제할 수 있거나 오류 없이 정확하게 복제할 수 있음을 의미합니다.이 세 가지 안정성에 대한 진화 추세는 수프에서 수프를 두 번 다른 시간에 샘플링하는 경우 후자의 샘플에는 더 많은 비율의 수명이 길거나 비옥하거나 복사 정확도가 높은 품종이 포함되어야 한다는 의미에서 발생합니다.생물학자가 유기체의 진화에 대해 이야기할 때 그가 말하는 진화란 본질적으로 이것이고, 진화의 메커니즘은 자연 선택과 동일합니다. 그렇다면 원래의 복제자 분자를 살아 있다고 해야 할까요?그것은 관련이 없습니다.나는 다윈이 세계에서 가장 위대한 사람이라고 말할 수 있습니다. 그리고 당신은 아니오, 뉴턴이 가장 위대한 사람이라고 말할 수 있습니다.나는 우리가 논쟁을 멈추기를 바라며, 우리의 논쟁의 결과가 무엇이든 실질적인 결론에는 영향을 미치지 않는다는 점에 유의해야 합니다.우리가 뉴턴이나 다윈을 위인이라 부르든 그렇지 않든 두 사람의 삶의 이야기와 업적은 객관적으로 존재하며 어떤 방식으로도 변하지 않을 것입니다.마찬가지로, 복제자 분자의 경우도 우리가 그것을 살아 있다고 부르고 싶든 그렇지 않든 내가 말한 대로일 것입니다.우리 중 너무 많은 사람들이 단어가 단지 우리가 사용하기 위한 도구일 뿐이며 사전에 있는 애니메이션이라는 단어가 반드시 세상의 구체적인 것을 가리키는 것은 아니라는 점을 이해하지 못합니다.우리가 최초의 복제자를 생물로 부르든 무생물로 부르든 그들은 생명의 조상이자 우리 창조자였습니다. 논쟁의 두 번째 중요한 부분은 경쟁입니다.Darwin 자신은 분자가 아니라 동물과 식물에 대해 이야기했지만 그 중요성을 강조했습니다.원시 수프는 무한한 양의 복제 분자를 유지하기에 충분하지 않습니다.이에 대한 한 가지 이유는 지구의 제한된 크기이지만 다른 제한 요소도 매우 중요합니다.우리의 상상 속에서 템플릿이나 모델 역할을 하는 복제자는 사본을 복제하는 데 필요한 많은 수의 작은 빌딩 블록으로 둘러싸인 원시 수프에 떠 있습니다.그러나 복제자가 점점 더 많아지면 부품의 소비도 공급을 초과하여 귀중한 자원이 됩니다.다른 품종이나 계통의 복제자들은 그것들을 제어하기 위해 서로 싸웠을 것입니다.우리는 선호되는 복제자의 번식을 촉진하는 요인이 무엇인지 연구했습니다.우리는 이제 덜 호의적인 품종이 실제로 경쟁의 결과로 더 희귀해졌고 마침내 그들 중 일부가 멸종되었음을 알 수 있습니다.다양한 유형의 복제자 사이에 생사를 건 투쟁이 있어 왔습니다.그들은 자신이 생존을 위해 투쟁하고 있다는 사실을 모르고 그것에 짜증을 내지 않습니다.리플리컨트는 양쪽에 악의를 불러일으키는 것은 말할 것도 없고 아무런 감정도 없이 이 투쟁에 참여합니다.그러나 어떤 의미에서 그들은 실제로 사활을 건 투쟁에 처해 있습니다. 어떤 복제 오류가 더 높은 수준의 안정성을 가져오거나 새로운 방식으로 상대방의 안정성을 약화시키기 때문에 자동으로 이월되어 기하급수적으로 증가하기 때문입니다.개선 프로세스는 누적됩니다.자신의 안정성을 강화하거나 상대방을 불안정하게 만드는 방법은 더욱 미묘하고 생산적이 됩니다.일부 복제자는 반대 종의 분자를 화학적으로 분해하고 분할된 빌딩 블록을 사용하여 자신을 복제하는 방법을 발견했습니다.이 원시 육식 동물은 경쟁 경쟁자를 제거하면서 음식을 섭취합니다.다른 복제자는 화학적으로 또는 단백질 코트로 자신을 감싸는 방법을 알아냈을 수 있습니다.이것은 최초의 살아있는 세포의 성장 과정일 수 있습니다.리플리케이터는 단지 생존하기 위해서가 아니라 스스로를 위한 컨테이너, 즉 살 수 있는 차량을 만들기 위해 생겨났습니다.살아남은 복제자는 생존을 위한 생존 기계를 스스로 만든 복제자였습니다.가장 원시적인 생존 기계는 보호복에 불과할 수 있습니다.나중에 더 좋고 더 효율적인 생존 기계를 가진 새로운 경쟁자들이 속속 등장하여 생존을 위한 투쟁이 점차 격화되었습니다.생존 기계는 점점 더 커지고 있으며 그 구조는 점점 더 복잡해지고 있습니다.이것은 누적되고 점진적인 프로세스입니다. 시간이 지남에 따라 복제자가 세계에서 자신의 존재를 보장하기 위해 사용하는 기술과 전술은 점차 향상되었지만 이러한 개선의 끝은 없습니까?개선을 위한 시간은 끝이 없습니다.천년의 변화가 낳은 기괴한 자기 보존 기계는 무엇입니까?40억년 후, 고대 복제자들은 어떤 운명을 맞이하게 될까요?그들은 생존 기술의 베테랑이기 때문에 사라진 것이 아닙니다.그러나 오늘날에는 그들이 여전히 바다에서 헤엄칠 것이라고 생각하지 마십시오.오래 전에 그들은 이러한 자유로운 삶의 방식을 포기했습니다.오늘날 그들은 외부 세계와 격리된 거대한 벌목 로봇 내부에 격리된 채 무리지어 살고 있으며 구불구불한 간접 경로를 통해 외부 세계와 소통하고 조작합니다.그것들은 당신과 나의 몸 안에 존재하고, 우리, 우리의 몸과 마음을 창조했고, 그것들의 보존이 우리 존재의 궁극적인 이유입니다.이 복제기는 오랜 역사를 가지고 있습니다.오늘날 우리는 그들을 유전자라고 부르며 우리는 그들의 생존 기계입니다.