생명의 기원, 물리학이 밝힐까
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생명의 기원, 물리학이 밝힐까
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  • 승인 2019.04.23 22:00
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현대 물리학은 수많은 자연 현상을 해석하도록 돕습니다. 우주의 팽창에서부터 원자보다 작은 입자인 아원자의 움직임까지 우리를 현기증 나게 만드는 모든 현상들이 해당합니다. 그런데 현대 물리학이 가장 큰 미스터리라고 할 수 있는 '생명의 시작'에 대해서도 설명해줄까요?

 

MIT의 물리학과 조교수인 제레미 잉글랜드 박사는 현대물리학으로 생명체의 기원을 설명할 수 있다고 생각합니다. 그는 현재 대담한 이론을 연구하고 있다. 어떻게 생명체가 비활성 화학물질의 집합체에서 나타날 수 있었는지를 밝히는 이론입니다. 잉글랜드 박사는 "나는 항상 크고 지저분한 입자의 집합체가 어떻게 생명체가 될 수 있었는지에 관하여 관심이 있었으며, 학부 시절부터 '단백질 접힘(protein folding)'에 관해 연구해왔다"고 말했습니다. 그러면서 "덕분에 내겐 모두 매력적인 생물학과 이론물리학을 양자택일해야 하는 상황으로부터 벗어날 수 있었다"고 밝혔습니다.

 

잉글랜드 박사의 연구는 물리학 이론인 열역학에 기초하고 있는데, 열역학은 열이 어떻게 이곳에서 저곳으로 이동하는지 설명할 뿐만 아니라 자연적인 과정에 있어 중요한 학문입니다. 그는 자신의 이론을 ‘분산적 적응(dissipative adaptation)’이라고 부릅니다. 이 이론으로 그는 어떻게 생명체 구조가 발생했고 에너지, 주로 열을 주변 환경으로 어떻게 분산시키며 변화했는지 설명하고자 합니다. 이 과정은 주변 환경의 엔트로피(무질서도)를 증가시킵니다. 이는 오스트리아의 양자 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 살아있는 유기체가 기능하는 데 필요다고 밝혀낸 사실입니다. 결정적으로, 엔트로피의 증가는 진화하는 생명체 구조가 '비평형 상태(non-equilibrium state)'에 놓여있도록 만듭니다. 박스 안의 기체부터 복잡한 구조에 이르기까지 어떤 것도 해당할 수 있는 모종의 시스템은 일반적으로 주변 환경과 평형상태를 이룹니다.

 

즉, 시스템과 그 주변 사이의 열적 흐름이 없습니다. 예를 들어 뜨거운 차 한 잔을 탁자 위에 놓아두면, 그것은 결국 그 방과 같은 온도에 도달합니다. 하지만 생명체는 평형 상태에 있지 않으며 햇빛이나 먹이로부터 에너지를 공급받고 그 에너지를 주변으로 발산합니다. 이는 살아있는 생명체가 스스로 엔트로피를 줄이도록 하기 때문입니다. 생명체는 성장하고 구조도 만들 수 있습니다. 이것이 비평형 상태의 물리학입니다. 잉글랜드 박사와 그의 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 생명체와 비슷한 행동이 자발적으로 발생할 수 있는지 연구하고 있습니다. 

 

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