[ 문제 ] ※ 다음 제시문을 읽고 논제에 답하시오.

[가] 오늘날에는 자손이 그 어미로부터 생겨난다는 것을 의심하는 사람이 별로 없지만 약 2천 년 전에 아리스토텔레스를 비롯한 그리스인들은 '생물은 양친으로부터 태어나기도 하지만 활력(생기)에 의해 무생물로부터 우연히 발생한다.'는 자연 발생설을 주장하였다. 이러한 자연 발생설은 근세에 이르기까지 대부분의 사람들에게 정설로 받아들여졌으나, 17세기에 이르러 과학적 연구 방법이 발달하면서 이에 대한 여려 가자 논쟁들이 학자들 사이에서 일어나기 시작했다.

1. 142년 네덜란드의 의사인 헬몬트(Helmont. J.)는 땀에 젖은 더러운 셔츠와 밀 이삭을 21일간 방치해 두었더니 셔츠에 배인 땀 속의 활력에 의해 쥐가 생겨났다고 주장하였다. 즉, 생물은 무생물로부터 자연적으로 발생한다고 믿었다.

2. 1688년 이탈리아의 레디(Redi. F.)는 생선 도막을 각각 두 개의 병에 넣고, 한쪽의 병만 천으로 입구를 막아서 파리가 들어가지 못하게 하고 다른 쪽은 천으로 막지 않았다. 얼마 후 천으로 입구를 막지 않은 병에서는 구더기가 생겼으나 천으로 입구를 막은 병에서는 구더기가 생기지 않은 것을 관찰하였다. 이를 토대로 레디는 자연 발생설에 대해서 처음으로 반대 의견을 내고, 생물속생설을 주장하기 시작했다.

3. 1745년에 영국의 니담(Needham. J. T.)은 닭고기즙과 야채즙을 가열하여 시험관에 넣고 코르크 마개로 막은 후, 다시 가열해서 방치해 두었는데 미생물이 발생한 것을 관찰했다. 그 결과 파리와 같이 큰 생물들은 우연히 발생하는 것이 아니지만 적어도 미생물은 자연적으로 발생된다고 주장하였다.

4. 생물의 자연 발생에 관한 논쟁은 1862년 프랑스의 파스퇴르(Pasteur. L.)에 의해서 완전히 부정되었다. 파스퇴르는 고니의 목을 닮은 S자형 플라스크를 만들어서 실험에 이용했는데, 이 플라스크 속으로 공기는 통할 수 있지만 미생물은 들어가지 못한다. 영양액을 넣은 플라스크의 목 부분을 S자형으로 만들어서 열을 가한 후에 식혀서 방치하였는데도 S자형 플라스크 속에는 어떤 미생물도 발생하지 않았다.(파스퇴르가 S자형 플라스크 속에 넣어 둔 영양액은 1백여 년이 넘도록 썩지 않았다고 함.)

-생물의 기원에 관한 논쟁-

[나] 원시 지구는 약 46억 년 전쯤에 우주의 먼지들이 서로 충돌하면서 응축되어 만들어진 것으로 추정된다. 그리고 그 충돌에 의한 에너지로 인하여 지구는 매우 온도가 높은 마그마의 바다 상태였을 것이다. 그러나 점차 온도가 내려가면서 지구에는 지각과 핵, 그리고 대기들이 생기기 시작했고, 지구의 온도가 더욱 내려가면서부터는 표면층이 굳어졌을 것이다. 또 원시 대기에 많이 존재하던 수증기도 물이 되어 표면이 고이면서 바다가 생성되었을 것이다. 이때의 대기는 원자 상태로 대기 중에 존재하던 원소들이 결합하여 생성된 것으로 메탄, 암모니아, 수증기, 수소 등과 같은 환원성 기체로 구성되어 있었을 것이다. 또한 당시에는 오존층이 없어서 강한 자외선이나 우주선이 그대로 지구에 도달하였을 것이며, 화산 활동이나 전기 방전(번개)이 빈번하게 일어났을 것이다.

-교학사 지구과학Ⅰ-

[다] 화학 반응은 반응 물질을 이루는 입자들 사이의 충돌에 의하여 결합이 끊어지고, 이들이 재배열하여 새로운 결합을 이룸으로써 생성 물질로 변화되는 과정이다. 물질이 화학 반응을 일으키려면 우선 반응 물질을 이루고 있는 입자들이 충돌하여야 한다. 그러나 충돌한 입자들이 모두 화학 반응을 일으켜 생성물로 변화되는 것은 아니다. 다른 조건이 같다면 단위 부피 속에 들어 있는 반응 물질의 입자들이 많을수록 입자들의 충돌수가 증가하여 반응 속도가 빨라진다. 또한 반응 물질이 충돌에 의하여 입자들 사이의 결합이 깨질 만큼 충분한 에너지를 가지고 있거나, 정촉매의 도움을 받을 경우에도 반응 속도는 빨라지게 된다.

- 화학Ⅰ-

[라] 1953년 시카고 대학의 밀러는 플라스크 속에 물을 넣고 끓인 다음, 여기서 발생한 수증기가 수소, 메탄, 암모니아와 같은 환원성 기체와 섞이도록 하였다.

그리고 1주일 동안 마치 벼락이 떨어지는 것처럼 전기 방전을 시켰더니 몇 가지 아미노산과 시안화수소(HCN), 요소, 유기산 등이 만들어졌다. 이로써 밀러는 생체 물질이 생물체에 의하지 않고 합성되는 과정을 실험적으로 보여주는 증거를 제시하게 되었다.

-(주)중앙교육진흥연구소 생물Ⅱ-

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<논제 1> 제시문 [가]는 몇몇 학자들이 수행한 생명의 기원과 관련된 실험적 사실들을 시간적 순서에 따라 나열한 것이다. 1~4에 기술된 실험적 사실과 실험에 대한 해석들을 각각 논리적으로 비판하시오.

<논제 2> 제시문 [라]는 원시 지구에서 무기물로부터 간단한 유기물이 합성될 수 있음을 보임으로써, 원시 생명체의 화학적 진화를 설명하는 중요한 증거를 제공한 실험 내용이다. 제시문 [나]~[라]의 내용을 토대로 원시 대기로부터 간단한 유기물을 거쳐, 생명체의 출현에 필요한 단백질이나 핵산과 같은 복잡한 유기물이 합성되는 화학적 진화 과정을 추론하시오.

[ 문제 해설 ]

<논제1> 생명의 기원에 관한 가설 중 하나는 초월적 존재가 지구에 생명체를 창조했다는 것이다. 이러한 생각은 거의 모든 인류 문명의 창조 신화에서 볼 수 있을 정도로 그 역사가 오래되었으며 보편적이라 할 수 있겠으나, 이 가설은 최초 창조자의 근원을 과학적으로 증명할 수 없다는 문제를 안고 있어 과학적으로 받아들이기 힘든 면이 있다.

자연 발생설이란 흙이나 물 같은 무생물적 요소에 생명력이란 초자연적인 힘이 결합하여 새로운 생명체가 탄생하였다는 생각이다. 생물속생설은 생물이 그 어버이에서 태어나고 어버이는 그 어버이로부터 태어났다는 식으로, 그 근원을 거슬러 올라가면 처음의 어버이는 무엇인가라는 의문에 봉착하게 되어 그 또한 해결하기 어렵다. 과학이란 이제까지 아무도 반증하지 못한 확고한 경험적 사실을 근거로 한 보편성과 객관성이 있는 지식의 체계가 과학의 조건이라고 볼 때, 비과학적 요소란 실험적 방법으로 동일한 결과를 도출할 수 없는 특수한 사례에 대한 설명이나 논리적 체계성이 결여되어 감성에 호소하는 것으로 간주될 수 있다.

<논제 2> 1953년 폭스는 실험을 통해 폴리펩티드를 합성하는 데 성공하였는데, 합성된 폴리펩티드를 프로테노이드라고 불렀다. 이 실험은 간단한 아미노산이 뜨거워진 원시 해양에서 오랜 시간 농축되면 더 복잡한 고분자 물질로 합성될 수 있음을 보여준 것이다.

[ 최우수 ] 대기고 3학년 현형진

<논제 1> 헬몬트(Helmont. J.)의 실험에서는 땀에 젖은 더러운 셔츠와 밀 이삭을 21일간 방치해두었다. 이는 밀 이삭을 먹으러 주위에서 쥐가 실험군 안으로 들어온 것이다. 이는 실험조건에서 방치한다는 명목 아래 쥐가 주위에서 들어온다는 조건을 통제하지 않았으므로 잘못된 실험이고, 이를 통해 생물은 무생물로부터 자연적으로 발생한다는 해석은 잘못된 실험에 의한 해석이므로 타당하지 않다.

이탈리아의 레디(Redi. F.)의 실험은 생선 도막을 두 개의 병에 넣고, 한쪽의 병만 천으로 막았다. 하지만 실험군이 내용에 대해 생물 속생설은 주장하기엔 대조군이 턱없이 부족하다. 자연 발생설을 주장하는 사람들이 말하는 자연발생시 필요한 조건에 대한 대조군을 더 설정해야 한다. 예를 들면 공기를 차단하지 않고 파리만 차단하는 대조군 등의 더 필요하다.

따라서 레디의 생물 속생설은 성급한 일반화한 오류를 범했다고 할 수 있다.

영국의 니담(Needham J. T.)의 실험 또한, 1개의 헬몬트의 실험처럼 조건을 통제하지 않은 오류를 범하고 있다. 즉, 닭고기즙과 야채즙을 가열하여 시험관에 넣고 코르크 마개를 막고, 다시 가열해서 방치해 두었다는데 오류가 있다. 가열하여 닭고기즙과 야채즙의 매생물들이 다 죽었다 하더라도 방치해두면 외부에서 미생물이 실험군으로 투입 될 수 있다. 또한, '파리와 같은 큰 생물들에 대해서는 우연히 발생하지 않는다.'라는 사실 또한 실험으로서 검증될 필요가 있다. 따라서 니담의 실험은 외부 조건을 통제하지 않는 틀린 실험이며, 그에 대한 해석도 틀린 내용일 수밖에 없다. 또한 검증되지 않는 내용에 대해서도 언급하고 있는 해석이므로, 과학적으로 오류가 있는 해석이다.

파스퇴르(Pasteur. L.)의 실험에서는 S자형의 플라스크를 만들어 실험하여, 공기를 차단하지 않으면서도 영양액에서 아무런 미생물도 발생하지 않았다. 이 실험에서 당시 주장하던 '미생물은 자연적으로 발생한다.'는 주장을 반박 하는 데는 충분하다. 왜냐하면 미생물이 더 들어가지 못할 뿐 아니라, 공기를 들어갈 수 있도록 하여 실험들의 통제 변인을 잘 통제했기 때문이다.

한 가지 필요한 점은 자연 발생에 필요한 모든 부분에 대한 검증이 더 필요하다고 할 수 있다 또한 자연 발생의 부정 시 최초의 생물의 발생에 관하여는 설명이 불가하다는 점도 있다.

<논제 2> 일단 원시지구에서 [나]에서처럼 원시지구는 환원성 기체(메탄, 암모니아, 수증기, 수소 등)가 있었고, 원시바다 또한 존재하였다.

이러한 환경 속에서 생물체가 만들어지기 위해서는 일단, 생명체의 가장 기본적인 구조인 단백질이 필요하다 단백질은 효소의 주성분으로서, 효소는 생물이 물질대사 하는데 가장 기본적이지만 중추적인 역할을 한다. 어쨌든 원시대기에서는 기본적인 환원성 기체 즉, 무기물로서 단백질이나 핵산과 같은 복잡한 유기물을 합성해야 하는데, 이 과정은 밀러의 실험을 통해 알 수 있다. 즉, 벼락이 떨어지는 것처럼 전기방전을 해주었더니, 환원성 기체로부터 유기물이 생성되었다는 것이다. 즉 이 메커니즘은 제시문 [다]에서처럼 물질이 생성물질로 변화하려면 충돌이 있어야 한다는데 기본바탕이 있다. [다]에서 반응속도가 빨라지는 경우 중에 충분한 에너지를 가진다는 것이 이 충돌과 관련된 사항이다. 즉 원시 지구의 높은 온도의 마그마, 그리고 많은 에너지를 갖는 화산활동, 빈번한 번개 발생이 이 충돌을 증가시켜 유기물로부터 유기물이 합성되는 반응의 속도가 촉진되었다. 이러한 기작을 통해 간단한 유기물이 합성되었고, 이 유기물로부터 마이크로스피어, 코아세르베이트같이 물질 이동이 되는 단백질이나 핵산이 생성될 수 있었다.

[ 심사평 ]

이번 톡톡 튀는 논술학교 콘테스트의 과학논술에서는 '생명의 기원설'과 관련하여 학생들의 논리적인 비판 능력과 추론능력을 요구했다. 기존 이론과 가설이 지니는 한계와 오류를 찾아 보완하는 사고를 통해 수리 과학 분야에 대해 지속적이며 발전적인 연구의 욕구와 자질을 지니고 있는지를 보려는 것이다.

또 기본적인 교과지식의 이해 및 적용 능력도 겸하여 요구하고 있는데, 이는 최근의 통합 논술이나 대학별 논술 전형을 눈여겨보면 개인차가 존재하는 배경지식의 습득여부와 이에 대한 표현력을 묻기 보다는 다양한 이론의 근거와 출발점을 학교에서 수업시간에 배우는 교과지식으로 설정하여 좀더 내실 있는 관련교과 학습 수준을 요구하고 있는 양상이다.

현형진 학생은 교과학습의 이론적 근거를 바탕으로 논제의 요구조건에 맞게 정확히 오류를 찾아내었으며 화학적 진화과정에 대한 추론에서도 결점없는 답을 써냈다.

<변유근·대기고등학교 교사/도교육청 '톡톡 튀는 논술학교' 운영위원>