지구 생명은 왜 모두 탄소를 바탕으로 할까
지구의 모든 생명은 탄소를 바탕으로 이루어져 있어. 우주의 다른 곳에서도 거의 그럴 거야. 이유는 탄소가 주기율표에서 차지한 자리에 있어. 탄소는 14족이며 가장 바깥 자리에 전자 4개를 가지고 있어. 그래서 어느 방향으로든 결합할 수 있는 네 개의 손을 가진 셈이지. 흔한 원소 가운데 결합 네 개를 만들 수 있는 가전자, 별에서 많이 만들어지는 풍부함, 붙잡을 만큼 강하면서도 필요할 때 끊어질 만큼 약한 결합을 이처럼 정확히 함께 갖춘 원소는 없어.
네 개의 손은 긴 사슬을 가능하게 해. 탄소 원자가 다른 탄소에 붙고, 그 탄소가 또 다른 탄소와 이어지며 길이에 제한이 없는 사슬과 고리를 만들 수 있지. 여기에 수소, 산소, 질소를 더하면 아미노산이 되고, 아미노산을 사슬로 이으면 단백질이 돼. 단백질에 당을 더해 세포를 만들고, 수십억 년 동안 화학적 시도가 이어지면 진화와 우리가 나타나.
사슬이 핵심이야
DNA도 사슬이고 RNA도 사슬이야. 단백질은 아미노산의 사슬이며 당과 지질에도 사슬이 있어. 거의 모든 생명 분자에는 탄소로 된 뼈대가 가로질러. 생명을 가능하게 한 하나의 건축적 특징은 탄소의 네 손이야. 네 손이 없다면 긴 사슬도, 생물학도 없어.
탄소 바로 아래 같은 14족에 있는 규소도 네 손을 가지고 있어. 그렇다면 규소도 생명을 떠받칠 수 있을까? 이론적으로는 가능해. 하지만 실제로는 규소-규소 결합이 더 약하고 규소-산소 결합은 지나치게 강해서 생명보다 바위를 만들기 쉬워. 규소는 긴 사슬도 탄소만큼 쉽게 만들지 못하지. 탄소가 꼭 맞는 지점에 놓여 있는 거야. 주기율표 속 자리가 생명의 가능성을 만든 셈이지.
한곳으로 모이는 이야기
이 트랙에서 본 것을 모아 보자.
- 원자는 전자의 자리표이고 주기율표는 덧셈표야.
+1이 우주의 알파벳을 만들어. - 같은 열은 같은 바깥 전자 배열과 같은 화학적 행동을 뜻해. 물질 안에도 다형성이 있어.
- H와 O에서 물이 생기듯 원자에서 분자가 나타나며 새로운 성질이 창발해.
- 별에서 무거운 원소가 나타났고 우리는 별의 먼지로 이루어져 있어.
- 6번 자리에 놓인 탄소가 네 손을 가졌기 때문에 생명이 창발할 수 있었어.
하나의 알파벳이 별에서 빚어지고, 6번 자리는 훗날 우리가 된 사슬들을 떠받쳤어. 새 단계에는 아래 단계가 약속하지 않았던 성질이 나타나. 1+1=2+창발이라는 생각이 화학을 지나 생물학으로 이어진 거야.
다음 객체 지향 트랙에서는 같은 창발의 도약을 한 단계 더 따라갈 거야. 분자에서 객체 지향 구조를 지닌 생명으로 건너가지. DNA는 코드, 진화는 상속, 종은 인스턴스로 보일 거야. 탄소의 네 손이 그 둘을 잇는 다리야.