박테리아에 모터가 달렸네!
‘박테리아에 최신형 모터가 달려있다!’ 당신은 이 말을 믿겠는가? 1996년 미국 르하이대학의 생화학자 마이클 비히(Michael Behe) 교수가 ‘다윈의 블랙박스’에서 발표한 내용이다. 그에 의하면 전자현미경으로 박테리아의 편모를 관찰하면 그 속에 최신형 회전 모터가 들어있다는 것이다. 박테리아는 쥐꼬리처럼 생긴 그 회전 모터를 돌려 먹이를 찾고 생존할 수 있다고 한다.
이 회전 모터는 인간이 설계한 모터와 동일한 구조를 가지고 있는데 회전자, 고정자, 구동축, O형-링, 축받이통 등 30여개나 되는 부속품으로 이루어져 있다. 박테리아 편모는 30여개의 모터 부품 단백질들이 정확한 위치에서 정교하게 결합되어 강력한 모터의 힘을 발휘하는 것이다.
만약 이들 단백질 부품 중에서 단 한 개라도 빠진다면 그 모터는 제 기능을 발휘하지 못한다. 박테리아의 편모 모터는 29개 단백질 부품으로는 작동하지 않을 만큼 정교하고 복잡한 구조를 지녔다는 말이다. 이것을 ‘환원할 수 없는 복잡성’이라고 부른다.
환원할 수 없는 복잡성이란 단일한 시스템에서 단 한 부분이라도 제거된다면 그 시스템의 기능이 완전히 상실되는 것을 말한다. 예를 들어 쥐를 잡을 때 사용하는 쥐덫은 주로 나무 받침대, 해머, 용수철, 걸쇠 그리고 고정 막대라는 다섯 부분으로 구성되어 있는데, 만일 이 중에서 한 부분이라도 빠진다면 쥐를 잡을 수 없게 된다. 이처럼 한 부분을 제거하면 그 시스템의 기능이 완전히 상실되는 것이 환원할 수 없는 복잡성이다.
환원할 수 없는 복잡성을 지닌 박테리아 편모는 다윈의 진화론으로 설명할 수 없다. 다윈의 진화론은 부품들이 오랜 기간에 걸쳐 하나씩 자연선택에 의해 만들어지고 조립되었다고 주장하지만, 박테리아의 모터는 그렇게 만들어질 수 없다. 왜냐하면 박테리아가 생존하기 위해서는 편모의 모터가 빠른 속도로 움직여야만 하고, 그 모터가 작동하기 위해서는 정확한 형태의 부품이 정확한 순서로 정확히 조립되어야만 하기 때문이다. 이 과정 중 한 부분이라도 어긋난다면 박테리아는 생존할 수 없다. 따라서 오랜 시간을 두고 점진적으로 변화되었다고 주장하는 다윈의 진화론은 박테리아의 환원 불가능한 복잡성을 만들어 낼 수 없다. 그 모터는 우연히 자연적으로 만들어 질 수 없다.
성경은 “하나님을 알 만한 것이 피조물 속에 분명히 보여 알려졌다”(롬 1:19∼20)고 말씀하고 있다. 생명체뿐만 아니라 하나님을 알 수 있는 것이 우리 인생 속에도 있다. 우연히 그렇게 되었다고 말하기에는 너무나도 놀라운 기적들이 우리 삶 속에 있지 않는가? 하나님이 행하셨음을 고백하자. 그 은혜의 사건들을 기억하면서, 또 다시 하나님께서 우리 속에 역사하실 것을 믿음으로 기대하며 살아가자. 당신 속에는 어떤 기적의 모터가 새겨져 있는가?
박명룡 목사
박테리아 모터
옥스포드 대학교(Oxford Universit) 물리학자는 자연계의 가장 작은 모터가 작동하는 모습에서 미래의 나노기술을 엿볼 수 있었다. 모터는 편모라 불리는 가느다란 섬유를 회전시켜 박테리아를 움직이게 한다.
박테리아 편모 모터는 완성된 바이오테크놀로지의 한 예이고, 어떻게 작동하고 조립하는지를 이해함으로써 소형 기계 제작에 일 진보할 수 있는 계기가 될 것이라고 옥스퍼드 물리학과의 교수 연구원(Tutorial Fellow)인 리차드 베리(Richard Berry) 박사는 말했다. 현재까지 인간이 제작한 가장 작은 회전 모터는 박테리아 모터보다 수천배 크다.
박테리아 모터는 내연기관과 동일한 동력 대 무게 비율을 갖고 있고, 10만 rpm으로 회전할 수 있으며, 완전한 효율성을 나타낸다. 자연계의 유일한 회전 전기 모터의 또 다른 예는 ATP 합성 효소에 존재한다.
베리 박사는 옥스퍼드 물리학과 회전 분자 모터 그룹(Rotary Molecular Motors Group)의 구성원이다. 그는 2월 19일 생물리학회의 연간 모임(Biophysical Society's Annual Meeting)에서 위의 내용을 강연하였다.
베리 및 일본의 동료 연구진은 E Coli에 존재하는 단백질을 변화시켜, 수소 이온 대신에 나트륨으로 작동하는 모터를 제조하였다. 연구진은 나트륨 이온의 농도를 낮춤으로써 회전 속도를 감소시킬 수 있었다. 또한 편모의 뿌리에 작은 구슬을 부착함으로써 모터 거동을 보다 용이하게 탐지할 수 있었다. 한번의 회전에 대해 최소 26 단계가 관찰되었다.
모터는 세포 막을 가로지르는 수소 혹은 나트륨 이온의 흐름인 전류로 작동되고, 각각의 단계는 모터를 통과한 하나 혹은 두 개의 나트륨 이온에 의해 유발된다고 베리 박사는 설명했다.
빛을 이용해 투명한 입자를 붙잡아 측정하는 광학 핀셋(optical tweezers)과 초당 2천5백 개의 이미지를 잡아낼 수 있는 고속 형광 현미경(high-speed fluorescence microscope)이 실험에 사용되었다.
현재 베리 박사 연구진은 모터의 토크-속도 관계를 파악하였고, 최대 12 개의 독립된 실린더로 구축될 수 있다는 것도 확인하였다. 결론적으로 구동 전압 및 실린더의 개수에 따른 모터의 성능 측정을 통해 토크 생성 과정에 대한 기초적인 물리를 이해할 수 있었다고 베리 박사는 말을 맺었다.
http://blog.daum.net/biozyme/9562302
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