[위대한 수업 요약] 리처드 도킨스 - 우리 몸에 설계자가 있을까

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[위대한 수업 요약] 리처드 도킨스 - 생명은 왜 복잡한가

 

당신이 몰랐던 진화론 - 2강. 우리 몸에 설계자가 있을까

위대한 수업 다시 보기 링크 : https://www.ebs.co.kr/tv/show?prodId=411911&lectId=60102616

 

Q. DNA는 어떻게 생명체를 만드나요?

 

레시피 vs 청사진

DNA는 우리 몸의 청사진? 오해의 소지가 크다

• 청사진 : 완성품을 보고 청사진으로 되돌릴 수 있다.
• DNA : 신체를 보고 DNA로 되돌릴 수 없다.

DNA는 요리법과 컴퓨터 프로그램과 같다

케이크 레시피
완성된 케이크를 보고 레시피를 재구성할 수 없다
레시피 순서대로 따라 해야 케이크를 완성할 수 있다
컴퓨터 프로그램
작동을 보고 추측은 가능하지만 처음으로 다시 만들 수 없음

DNA는 신체를 만드는 프로그램이나 레시피일 뿐이다.

 

상향식 설계(Bottom-up) vs 하향식 설계(Top-down)

• 하향식 설계 방식 : 설계자의 설계도에 의해 구조물이 만들어지는 방식
• 상향식 설계 방식 : 간단하고 부분적인 규칙에 의해 구조물이 만들어지는 방식, 우리에게 친숙한 개념이 아님

상향식의 예 1) 흰개미의 집

가우디의 성당과 매우 유사한 흰개미집
가우디의 설계는 하향식
흰개미의 집은 상향식 상향식

• 작고 부분적인 규칙을 따름 (ex) 진흙 위에 진흙을 쌓아라)
• 전체 구조물의 설계는 존재하지 않는다. (흰개미들은 집이 어떻게 생겼는지도 모른다.)

흰개미들의 수많은 집단행동으로 만들어짐, 뭐하는지 모르고 어떤 모습으로 완성될지 알지 못함
그저 작고 단순한 규칙을 따름 이것이 바로 상향식 설계

 

세포 발생에서도 상향식 설계가 적용

발달하는 모든 세포는 작고 부분적인 규칙을 따라 설계

 

상향식의 예 2) 찌르레기 무리

출처 : raisingmaggie

• 찌르레기 무리는 하나의 유기체처럼 서로 상호작용하지만 수만 마리의 찌르레기가 모임
• 찌르레기는 단순한 규칙에 따라 행동하며 무리 전체가 어떻게 보일지는 모른 채 움직인다

ex) 규칙 : 특정 각도를 유지하며 옆의 새를 따라서 날아라
그리고 각각의 새는 이 작은 규칙을 따를 뿐

안무가, 지휘자 없다 그저 상향식으로 나타날 뿐

 

상향식 설계를 따라한 프로그램

출처: gupett / github 

크레이그 레이놀즈의 보이드 프로그램(Boid program), 찌르레기의 움직임을 따라함

출처 : dante

• 컴퓨터에 새 한 마리를 자세하게 프로그래밍하고 전체 무리에 대해서는 설정하지 않음
• 그 후 새(=보이드)를 복제
• 그러자 새들이 조직화된 움직임이 보임

→ 새의 움직임은 하향식 설계가 아니라 개별 새의 상향식 설계에 의해 무리의 행동이 나타냄

 

세포 발생에서의 상향식 설계

• 세포 발생은 찌르레기 떼와 비슷하게 상향식이지만 훨씬 더 복잡
• 각 세포의 행동은 DNA의 영향을 받음, 모든 세포에 똑같은 DNA가 있음
• 하지만 각 세포는 DNA의 각기 다른 부위의 유전자가 활성화됨

 

세포 발생 묘사 프로그램

• 조지 오스터, 보이드 프로그램과 비슷한 방식으로 세포 발생 프로그램 만듦
• 세포 하나의 행동을 시뮬레이션
• 수백 개의 세포 생성
• 상호작용과 행동방식 관찰
• 프로그램은 실제 배아 발달 과정과 똑같이 행동함

→ 배아 발달 과정에서 세포는 동일 규칙을 반복하며 복제

• 수정란은 처음에 세포분열
• 이후 안쪽에 공 모양의 빈 공간이 생김 = 포배
• 공의 구멍이 생기고 세포벽이 안으로 = 함입
• 함입 이후 배아의 내부에 주름 형성 = 낭배
• 낭배 이후 세포 분열을 통해 신경관 형성

실제 배아 발달 과정 상향식 설계 적용

 

• 각 세포의 행동은 DNA에 의한 것이고 배아를 발달시키는 방식으로 행동 
• 세포들은 각기 다른 조직으로 형성, 서로 다른 유전자가 신체 각 부분에서 작동

→ 방법은?

 

DNA는 단백질의 3차원 구조를 결정

DNA는 단백질이 합성되는 과정을 프로그래밍

• DNA 3개의 염기가 한 조가 돼 아미노산을 지정
• DNA 체인이 아미노산 체인을 형성 = 1차 구조
• 아미노산 체인이 화학적 성질 때문에 특정 모양으로 감김, 매듭은 아미노산 배열에 의해 결정 = 2차 구조
• 복잡한 3차원 매듭 형성 = 3차 구조, 4차 구조

정리 : DNA 염기 서열 → 아미노산 배열 결정 → 3차원 구조 결정

 

단백질 구조는 세포의 행동 결정 

• 단백질 3차원 구조는 효소(촉매) 특성 결정
• 효소(촉매) : 화학반응에 직접 참여하진 않지만 물질의 반응속도를 높여주는 물질
• 효소가 존재하지 않는다면 화학반응할 수 없다.
• 세포에서 어떤 반응이 생기는 가는 어떤 효소가 있느냐에 따라 결정

 

정리 : 단백질 3차원 구조 → 효소(촉매) 특성 결정 → 화학반응 결정 → 세포의 행동 결정

 

결론

DNA 유전자 활성화 → 아미노산 배열 결정 → 단백질 3차원 구조 결정 → 효소 특성 결정 → 화학반응 결정 → 세포의 행동 결정 → 다른 세포와 상호작용하는 방식 결정 → 생명체 결정

 

마무리

• 생명의 설계자는 없다. 신체와 행동은 DNA에 의한 세포 간 상호작용, 즉 상향식으로 만들어짐.
• 설계자 없이도 생명체의 아름다움과 복잡성이 생겨난다
• 유전자가 생명체를 잘 만들어 생존과 번식을 잘한다면 다음 세대에 그 유전자가 전달됨 = 그것이 자연선택

 

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