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과학자들 생명의 기원은 물리법칙 결과 검증
등록날짜 [ 2017년09월05일 14시01분 ]

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생명 기원은 물리법칙에 속함

인류로 말하면 생명의 기원에 대한 이해가 가장 황홀한 탐색일수 있다. 이러한 탐색은 불가피하에 지구상의 생명 미스테리를 우주 기타 지방에도 생명이 존재하는지에 까지 확장된다. 지구의 생명은 우연하게 출현할 것일까? 혹시 생명은 마치도 일반적인 물리 법칙과 같이 자연적이었을까?

8월 28일 미국 라이브 사이언스 사이트(www.livescience.com) 보도에 따르면 제레미 잉글런드(Jeremie England)메사추세츠 공과대(Massachusetts Institute of Technology) 물리학자가 이 심각한 문제 대답을 시도했다.

2013년 그는 일련의 가설을 구상하면서 물리학이 자동적으로 화학물질이 자기절로 조직하게 하고 ‘유사생물’특성을 생기게 했다고 인정했다. 

현재 잉글런드와 다른한 동료가 전개한 연구는 물리학이 혹시 자연적으로 자아 복사적인 화학반응을 발생했는데 이것이 무생명 물질이 생명을 창조하는 첫 단계라고 지적했다. 

이는 생명이 직접 대자연의 근본적 법칙에 기인한 것으로 해석되어 운수의 성분을 제거했다. 그러나 이는 또 ‘시작전 출발’을 의미하기도 한다. 

생명은 반드시 무엇에서 기원했다. 이 문제는 언제나 생물학에 속하는 것이 아니다. 생물은 천연적 무생명 화학 원소에서 기인했으며 그들은 모종 방식으로 자아 구성을 하면서 생명 출현하기 전 화합물을 형성하면서 생명의 ‘블록쌓기’를 창조하고 그 다음 다시 기본적 미생물을 형성하고 최종적으로 오늘날의 우리 이 행성에서의 다채롭고 눈부신 생명으로 발전했다.

‘자연발생설’이란 비 생물물질이 전환된 생물을 의미한다. 잉글런드는 열역학이 수요되는 틀을 제공하여 원래 무생명의 화학물질에 유사 생물 행위가 출현하게 했다고 말했다. 그러나 잉글런드는 이 연구는 물리시스템의 생물류 특성과 생물과정 자신을 연계하지 않는다고 말했다. 

그는 “나는 자기가 ‘생명기원’자체 조사를 했다고 느끼지 않는다. 나는 내가 흥취를 느끼는 것은 원리의 증거이며 다시 말하면 생물류 행위출현이 무슨 물리 조건을 수요하는가 하는 문제이다.”고 말했다.  

에너지가 한 시스템에 가해질때 물리학규칙이 에너지의 분산을 결정했다.

만일 외부 열량이 시스템에 가하면 열량이 분산되며 주변과 열 평형을 실현하며 테이블에 놓은 커피를 점차 차겁게 한다. 엔트로피 즉 시스템중 무질서상태가 열량분산에 따라 증가된다.

그러나 잉글랜드는 일부 물리시스템이 가능하게 엄중하게 평형을 상실하여 ‘자아 조직’을 시작하여 외부 에너지를 가장 충분하게 이용하게 된다고 추측했다.

결과 재미있는 자아 유지 반응을 유발하며 시스템의 열 평형을 제지하며 불균형상태를 유지한다.

그는 이러한 상태를 ‘분산추진의 적응’이라고 하면서 바로 이러한 메커니즘이 원래 무생명의 물리시스템의 유사 생명 특성 발생을 추진한다고 말했다. 일종 관건적 유사생물행위는 자아 복제 혹은 ‘생물차원으로 말하면’자아 번식이다.

이는 일체 생명의 기초이다. 처음에는 간단한 물질인데 복사후 더욱 복잡하게 되며 그 다음은 재 복제이다.

자아 복제도 역시 열 분산 및 이 시스템의 엔트로피 증가의 효과적 방식이다.  

잉글런드와의 공동 저자 조단 호로위츠(Jordan Horowitz)는 7월 18일 미국‘국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)’월간지에 발표한 논문에서 이 가설을 검증했다.

그들은 폐쇄 시스템(혹은 주변환경과 열 환경 혹은 물질 시스템과 열 교환을 하지 않는)에 대해 컴퓨터 모의 실험을 진행했다. 

이 시스템은 25종 화학성분으로 구성된 ‘탕’을 포함했다. 비록 이 실험시설이 간단하지만 유사 탕은 가능하게 원시 무생명의 지구 표면에서 형성됐다.

만일 이러한 화학물질이 모종 외부 힘에 의해 집중 및 가열되면 그들은 열역학 제2법칙에 따라 산열된다.

잉글런드는 일부 시작 조건에서 이러한 화학물질이 자아 조직을 통해 에너지 최대화를 취득하며 자아 복제의 치열한 반응을 경력하는 것을 발견했다.

현재 잉글런드의 연구는 생명기원의 ‘확실한 증거’라고 말하기는 일찍하다. 전문가들은 생명이 무로부터 유로 전환하는데는 아직도 기타 여러종 가설이 존재한다.

그러나 이 연구는 물리시스템이 자연계에서 가능하게 어떻게 자아조직하는가 하는 문제에 대해 매우 재미있는 견해를 제공하고 있다.

연구자들은 이러한 열 시스템의 운행 방법에 대해 일반적 인식을 가지고 있다. 다음 절차는 지구상에 자연적으로 출현한 충분한 불균형의 물리시스템 출현을 찾는 것이다.

 

对人类而言,理解生命起源或许是最引人入胜的探索。这种探索不可避免地从地球上的生命之谜扩展到宇宙其他地方是否存在生命。地球上的生命只是侥幸出现的吗?抑或生命就像一般的物理规律一样自然?

据美国趣味科学网站8月28日报道,麻省理工学院的生物物理学家杰雷米·英格兰试图回答这些深刻的问题。2013年,他构想出一套假设,认为物理学或许自动地促使化学物质自己组织起来,产生“类似生物的”特性。

现在,英格兰和一位同事开展的研究提出,物理学或许自然产生自我复制的化学反应,这是无生命物质创造生命的第一步。

这或许可以解释为,生命直接源于大自然的根本法则,因此去除了运气的成分。可这也意味着“抢跑”。

生命必须来自什么,而这个问题并不总属于生物学。生物源自天然的无生命的化学元素,它们以某种方式自我组织,形成生命出现之前的化合物,创造出生命的“积木”,再形成基本的微生物,最终发展成今天我们这个星球上绚烂多彩的生命。

“自然发生说”指的是非生物物质转变成生物。英格兰认为,热力学或许提供了所需的框架,使本来无生命的化学物质出现类似生物的行为。然而,英格兰说,这项研究并未把物理系统的类生物特性与生物过程本身联系起来。

他说:“我觉得自己算不上做了‘生命起源’本身的调查。我觉得,让我感兴趣的是原理的证据,也就是类生物行为的出现需要什么物理条件?”

当能量施加于某套系统,物理学规律决定能量如何散逸。如果外部热量施加于体系,热量就会消散并与周边实现热平衡,就像桌上的一杯咖啡逐渐变凉。熵,即系统中的无序,将随着热量的消散而增加。但是,英格兰猜测,有些物理系统可能严重失衡,以至于开始“自我组织”,以便最好地利用外部能量源,这引发有趣的自我维持的反应,阻止系统达到热力平衡,从而保持一种失衡状态。他把这种状态称作“散逸推动的适应”,而正是这种机制驱动原本无生命的物理系统产生类似生命的特性。

一种关键的类生物行为是自我复制,或者(从生物角度来说)是自我繁殖。这是一切生命的基础。一开始是简单的物质,复制以后变得更为复杂,然后再复制。自我复制也是散热并使系统的熵增加的有效方式。

英格兰与共同作者乔丹·霍罗威茨在7月18日发表于《国家科学院学报》月刊的研究论文中检验了这一假设。他们对一个封闭系统(或者说一个不与周围环境交换热量或物质的系统)进行了计算机模拟试验。这套系统包括由25种化学成分构成的“汤”。虽然试验设置很简单,但类似的汤有可能在原始无生命的地球表面形成。如果这些化学物质被某种外力集中并加热,它们就需要按照热力学第二定律散热。

英格兰发现,在某些起始条件下,这些化学物质会通过自我组织把获得的能量最大化,并且经历自我复制的激烈反应。

现在说英格兰的研究可能是生命起源的“确凿证据”还为时过早。专家说,有关生命如何从无到有还存在其他多种假设。但是,这项研究对物理系统在自然界中可能如何自我组织提供了极为有趣的洞见。研究者已经对这种热力系统如何运转有了一般的认识,下一步或许就是查明在地球上自然出现的足够失衡的物理系统。

/光明网 



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데일리연합 온라인뉴스팀 (김유리) 길림신문 이기자의 다른뉴스보기
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