생명 탄생의 비밀을 물리학자가 해명한다.(3/4)

생명 탄생의 비밀을 물리학자가 해명한다.(3/4)

-카오스에서의 질서-

 

 

 

생명의 신비

 

생명 탄생의 열쇠는 <산일구조>

 

이 연구 프로그램에 따라 많은 공헌 중에서도 유난히 가슴 뛰는 것이 제레미 잉글랜드 (Jeremy England)의 최근의 일이다.(잉글랜드의 일은 그리스토파 자진스키와 가빈 크루크스 (Gavin Crookes)등이 발전시킨 초기의 일의 확장이다.)

 

===*산일(散逸)이란 물리학에서는 운동 등에 의한 에너지가, 저항력에 의하여 열에너지로 불가역적으로 변화하는 과정을 말하고, 열역학에서는 자유 에너지의 감소에 상당한다. 예를 들면 운동 에너지가 마찰, 점성이나 난류에 의하여, 또 전류 에너지가 전기저항에 의하여 열로 변화하는 일이 있다.===

 

잉글랜드는 공교한 수학적 조작을 베풀어 외부의 에너지원에서 동력을 얻고 있는 계(영역)에 열역학 제2법칙을 대면 어떻게 될 것인지를 열심히 조사했다. 그래서 그런 계(영역)의 열역학 제2법칙의 의미를 분명히 했다.

그가 얻은 결과를 이미지하기위하여 당신이 공원에서 그네를 타고 있다고 상상하자. 아이라면 누구나 직관적으로 알고 있듯이 그네가 부드러운 진동운동을 계속하기 위해서는 바른 속도로 발을 위아래로 세게 흔들 필요가 있다.(몸을 부드럽게 기울일 필요도 있다.)

초보적 물리학에 따르면 발을 흔드는 속도는 그네의 의자에서 그 그네를 매달고 있는 지점까지의 거리에 따른다. 혹시 당신이 이상한 속도로 발을 흔들면 리듬이 맞지 않으므로 그네는 당신의 발이 공급하는 에너지를 효율적으로 흡수하지 못하여 당신은 높은 위치까지 오르지 못할 것이다.

그러나 이 그네에는 조금 이상한 특징이 있다고 하자. 당신이 발을 흔들면 그네와 당신의 리듬이 맞도록 로프의 길이가 자동적으로 바뀌어 그네의 진동과 당신이 발을 흔드는 운동의 주기가 딱 맞도록 조절해 준다. 이 <적응> 덕분에 그네는 당신이 발을 흔드는 리듬에 빨리 동조하여 당신이 주는 에너지를 효율적으로 흡수하여 흔들 때마다 높은 지점에 달하여 곧 만족할 만한 높이가 될 것이다.

 

일단 그렇게 된 후에는 그네는 당신이 발을 흔드는 운동의 에너지를 흡수하여도 벌써 그 이상 높은 지점에는 도달하지 않는다. 그 대신에 당신이 투입하는 에너지는 마찰력에 역행하는 데에 쓰여서 그네의 진동운동은 일정하게 지탱되어 환경에 산일해가는 폐기물( 열, 소리 등등)을 생기게 한다.( 당신은 나의 딸처럼 제 맘대로 하는 타입은 아니라고 하자. 그녀는 그네가 제1 높은 점에 도달하면 앉아있는 판에서 뛰어내려 공중을 날아 지면에 구르는 것으로 에너지를 산일시킨 것이다.)

 

잉글랜드의 수학적 분석에서 분자의 영역에서는 외부의 에너지원에 <눌리고 있는> 입자집단은 당신의 공원에서의 경험과 비슷한 경험이 되는 것이 분명해졌다. 처음에는 무질서였던 입자집단이 <리듬을 타기> 위하여 자신들의 입자배치를 적응시킨다. 곧 그런 분자는 환경에서의 에너지를 보다 효율적으로 흡수하여 질서 있는 운동이나 구조를 집단으로서 유지하거나 강하게 하거나 하는 데에 그 에너지를 쓰는 한편으로 열화(劣化)한 에너지를 환경에 되돌려서 산일시킬 수가 있다.

잉글랜드는 이 프로세스를 <산일적응>이라 부른다. 산일적응은 어떤 종류의 분자의 계(영역)에 올라서서 엔트로픽 투스텝을 추려고 유혹하기 때문에 보편적인 메커니즘이 되는 가능성이 있다. 그리고 그래서 생물이 살기 위하여 하고 있는 일이므로 (생물은, 고품질의 에너지를 취하여 이용하고 열이나 기타의 노폐물이라는 형태로 저품질의 에너지를 환경에 되돌린다.) 아마도 산일적응은 생명이 발생하기 위하여서는 뺄 수 없는 메커니즘이었던 것일 것이다.*

일본어원문=生命誕生の秘密を物理学者が解き明かす──カオスからの秩序

출처=https://gendai.ismedia.jp ›