파스퇴르 생물속생설 - paseutoeleu saengmulsogsaengseol

생물속생설(生物續生說, 영어: biogenesis)은 모든 생물은 이미 존재하던 다른 생물, 즉 부모로부터 비롯된다는 학설로, 자연발생설을 입증하면서 나타난 것이다.[1] 19세기 프랑스의 루이 파스퇴르가 수행한 목이 긴 U자형 플라스크에 담긴 양파즙 실험으로 확립되었다. 파스퇴르는 백조의 목처럼 긴 U자형의 플라스크에 양파즙을 넣고 멸균한 뒤 U자 형의 굽은 부분에 물을 채워넣어 공기는 침투하지만 공기중의 미생물이 침투하지 못하도록 하였다. 이후 양파즙을 장기간 방치해도 상하지 않은 것을 보고 미생물도 모체가 없으면 생기지 않는다는 것을 알아냈다. 세균의 자연발생설이라는 것은 공기 속의 포자(胞子)가 침입하여 번식한 것에 지나지 않는다는 것을 실험으로 증명하여 자연발생설을 없애버렸다. 다만 생물속생설 이후 '최초의 생물은 어떻게 탄생하였는가?'에 대한 질문이 제기되었다.

백조의 목과도 모양이 비슷한 병에 묽은 고기수프를 넣고 열을 가하면서 끓인다. 그대로 두면 시간이 지나도 미생물이 발생하지 않는다. 그러나 S자 병목을 자르면 미생물이 발생했다. 이 실험의 이름은 [백조목 플라스크 실험]으로 천연두 백신, 닭 콜레라 백신, 탄저병 백신 등과 함께 붙는 루이 파스퇴르의 업적이다.

1. ↑ “사이언스올 과학백과사전”. 2022년 6월 26일.

루이 파스퇴르의 생물속생설이 받아들여지기 까지 - 험난했던 실험적 증명 과정

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생물은 우연히 생겨난다는 ‘자연발생설 spontaneous generation ’은 기원전 4세기아리스토텔레스(Aristoteles, B.C. 384-B.C. 322)가 주장한 내용입니다. 그는 저서 「동물지」, 「동물 발생론」에서 곤충, 새우, 장어 등이 자연 발생한다고 주장하였습니다. 생물학의 아버지라고 하는 그는 고래를 포함하여 약 540종의 동물을 해부하고 관찰하여 12단계로 분류하였습니다. 생물은 영혼을 가지므로 무생물과는 근본적으로 다른 ‘생기론’을 주장합니다. 이런 주장은 르네상스 시대Renaissance(1,300년~1,500년대 말)까지 별 의심 없이 받아들여졌습니다. 실험적으로 그의 주장을 반박한 사람이 없었기 때문입니다. 아리스토텔레스는 생명의 기초가 되는 ‘생명의 배(씨)’가 물질을 조직하여 생명이 생겨났다고 믿었습니다.

17세기에 벨기에 화학자 헬몬트(Jan Baptist Van Helmon, 1579-1644)는 땀으로 젖은 셔츠를 기름과 우유에 적셔서 항아리에 넣어 방치하면 쥐가 자연발생한다는 것을 실험하여 자연발생설을 지지하였습니다. 이 외에도 개구리나 토끼가 자연적으로 발생한다는 자연발생설을 지지하는 실험들이 행하여졌죠.

하지만 17세기인 1665년 최초로 자연발생설을 실험을 통해 부정하고 생물 속생설을 주장한 사람이 등장합니다. 바로 프란체스코 레디(Francesco Redi, 1626-1697)입니다. 그는 고기에 생기는 애벌레가 스스로 발생한 것이 아니라 파리에 의해 생긴다는 것을 대조 실험을 통해 실험적으로 증명하였죠. 하지만, 같은 시기에 자연 발생설을 지지하는 실험도 행해졌습니다.

그런데...

당시 1673년​ 네덜란드 직물상이자 과학자 안톤 반 레이우엔 훅(Antoni van Leeuwenhoek, 1632-1723) 이 현미경을 통해 살아있는 미생물을 관찰하면서 자연발생설을 주장하는 사람들이 많아지게 되는데요.

1745년 영국 동식물 학자 존 니담(John Needham, 1713-1781)은 자연발생설을 지지하는 실험을 합니다. 눈에 보이지 않는 미생물은 무생물로부터 생겨난다는 믿음을 갖고 있었습니다. 당시에는 열을 가하면 모든 생명체가 죽는다고 알고 있었기 때문에, 니담은 음식물을 가열하고 다른 생명체가 들어가지 못하도록 막는다면 자연발생의 여부를 확인할 수 있을 것이라 생각했죠. 그래서 니담은 우선 양고기 육즙을 플라스크에 넣고 끓였습니다. 그 후 플라스크를 마개로 단단히 밀봉하고, 며칠이 지난 뒤 육즙을 꺼내어 현미경으로 살펴보았죠.

존 니담의 실험과정. 플라스크의 양고기 육즙을 끓인 후 밀봉하였는데, 며칠 후 플라스크 안에서 미생물이 자랐습니다. 그래서 니담은 미생물은 자연발생하게 된다고 주장합니다. https://url.kr/a5ELis

그 결과 육즙 속에서는 작은 미생물이 관찰되었고, 니담은 이 실험을 통해 미생물은 무생물로부터 자연발생하는 것이라고 주장하는 생기론을 옹호하게 됩니다. 니담은 아몬드, 해바라기씨도 양고기 육즙과 같이 실험을 반복하였는데요. 결과는 마찬가지였습니다. 미생물은 아무것도 없는 자연상태에서 생겨난다는 결론을 얻었죠.

하지만 니담의 실험의 문제점을 스팔란치니가 반박합니다.

니담은 양고기 육즙을 충분히 가열하지 않았어!

또 마개로 밀봉했다고 하지만 완전히 차단된 상태는 아니였지.

플라스크에 생긴 미생물은 외부에서 들어간 거라니까!!

니담의 자연발생설 주장 후 20년 만에 반박 실험을 한 스팔란차니

1765년, 이탈리아의 동식물학자인 라차로 스팔란차니(Lazzaro Spallanzani, 1729 - 1799)입니다. 그는 니담의 자연발생설을 주장한 후 20년 만에 반박할 실험 설계를 합니다.

우선 니담이 육즙을 충분히 끓이지 않았기 때문에 미생물이 완전히 제거되지 않았을 수 있다고 생각하였습니다. 그래서 고기즙을 충분히 끓인 다음, 뜨거운 상태에서 플라스크의 입구를 밀봉하고 두었더니 시간이 지나도 미생물이 생겨나지 않았죠. 니담의 실험을 반박함도 동시에 생물속생설을 지지하게 됩니다. 그러나 이러한 학설은 생물의 생육에 필요한 산소가 공급되지 않아 자연발생한 미생물의 생육이 억제된 것이라는 반론이 제기되었습니다. 즉, 생명이 자라기 위해서는 생명의 기氣 가 있어야 되는데, 입구를 완전히 막았기 때문에 생명의 기가 유입되지 않아 미생물이 자라지 않았다는 것이죠.

당시 사람들은 미생물과 살아있는 여러 세포들의 복잡한 특징을 제대로 알지 못했어요. 미생물과 파리를 ‘단순한’ 유기체라고 생각했습니다. 당시의 천재 학자인 라이프니츠와 데카르트, 괴테 등도 자연발생설을 믿었고, 용불용설을 주장한 프랑스의 박물학자 라마르크도 자연발생설이 사실이라 믿었답니다.

생물이 자라기 위해서는 생명의 기(생육에 필요한 산소)가 있어야 하는데, 그것을 차단(밀봉)했기 때문에 미생물이 자라지 않은 것이야!!

또 너무 충분히 끓이면 생명의 배(씨)가 파괴되기 때문에 스팔란차니의 실험은 잘못된 거야

스팔란차니의 실험 결과에도 불구하고 당시에는 그의 실험을 믿지 않았습니다.

이렇게 자연발생설은 또다시 100여 년이 흘러갑니다. 드디어.....

1868년 프랑스의 미생물학자이자 화학자인 루이 파스퇴르(Louis Pasteur, 1822-1895)는 자연발생설 논란에 종지부를 찍는 실험 결과를 발표합니다. 파스퇴르는 생명의 기와 생명의 씨를 모두 파괴하지 않으면서 자연발생설을 반박해야 했습니다.

용기 밖에 있는 생명의 기가 유입되도록 하고, 충분히 가열하지 않고 생명의 씨를 파괴하지 않아야 했죠. 파스퇴르는 이 문제를 해결하기 위해 많은 생각을 했고, 그 결과 우리가 익히 알고 있는 백조목 플라스크 swan neck flask를 제작하게 됩니다.

파스퇴르는 둥근 플라스크의 입구를 길게 늘여서 S자형의 특수 플라스크를 제작합니다. 일명 백조목 플라스크를 통해 자연발생설을 반박합니다. 그림출처 : https://url.kr/v9LMqm

이 플라스크로 배양액을 끓이면, 외부로부터 생명의 기는 유입될 수 있지만 미생물은 구부러진 부분에 갇혀 플라스크 안으로 들어오지 못하게 됩니다. 따라서 생명의 기는 유입되면 미생물이 자연이 자라야 하는데 자라지 못했기 때문에 '자연발생설을 부정'할 수 있었죠. 그리고 이 플라스크를 충분히 가열하여 생명의 씨를 파괴한 후 식힌 후 구부러진 부분을 자른 후 방치하더라도 생명의 씨가 파괴되었기 때문에 미생물은 자라지 않아야 하는데, 시간이 지난 후 플라스크 안에서 미생물이 발견되었기 때문에 '자연발생설을 부정'할 수 있었습니다.

파스퇴르의 백조목 플라스크 실험. 이를 통해 자연발생설은 완전히 반박하게 되고, 결국 생물은 생물을 통해 생겨난다는 '생명속생설'이 받아지게 됩니다. 그림출처 : https://url.kr/v9LMqm

생명의 기와 생명의 배(씨)에 대한 자연발생설을 반박함으로써 생명속생설은 받아들여지게 됩니다. B.C 4세기 아리스토텔레스로부터 2200년이 지난 후였습니다.

파스퇴르의 생명속생설 이후....

생명의 진화는 "화학진화설"에 따르면 무기물에서 유기물로, 다시 세포로 진화해왔기 때문에 무생물에서 자연 발생한다는 이론은 틀린 것은 아닙니다. 지구상에 최초의 생명체의 탄생은 38억 년 전입니다. 이후 원핵세포에서 진핵세포로, 다핵세포로의 진화를 거쳐 현재까지 왔다고 생각하고 있는 것입니다.

과거에 번성했던 생물들이 멸종한 까닭은 무엇일까?

파스퇴르의 생물 속생설은 어떤 과정으로 도출되었을까?