원더풀 사이언스. 나탈리 엔지어 지음. 김소정 옮김. 지호 간행 3

물리, 화학, 진화생물학, 분자생물학, 지질학, 그리고 천문학 2

 

 세포는 크게 세 가지 부분으로 나뉩니다. 첫째, 미끈미끈한 세포막이 있고, 이는 세포와 주변 환경을 분리시켜 줍니다. 둘째로 끈적끈적한 내부는 세포질로 세포의 거의 대부분의 기능을 담당하고 있습니다. 마지막으로 작동 명령이 담겨 있는 매뉴얼이자 내일로 가는 기차표, 세포의 유전물질인 DNA 저장소까지 세 부분으로 이루어져 있습니다. 세포의 3대 요소를 완벽하게 갖추고 있는 예 하나가 바로 달걀입니다. 달걀은 세포 바깥을 둘러싸고 있는 껍질막이 있고 우리가 노른자위라고 부르는 먹을 수 있는 끈적끈적한 세포질이 있습니다. 또 수정란이 아닐 경우에는 체세포 유전자의 절반밖에는 들어 있지 않지만 그래도 어쨌든 반 일지라도 분명히 유전물질을 지니고 있는 세포입니다. 나머지 절반의 유전물질을 지닌 정자가 핵 속으로 들어와 세포 분열을 통해 배아로 발생하기 전까지는 달걀은 분명 단 하나의 세포입니다. 그렇다면 세상에서 가장 커다란 세포는 바로 타조 알입니다(320~321쪽). 또 하나를 배웠습니다.

 

 세포의 설명은 핵, 단백질, DNA로 이어지면서 어제 팟빵에서 들었던 박문호 박사님의 ‘단백질 입문 편- DNA RNA’에 대한 설명이 책에도 있다는 것을 알았습니다(329~341쪽). 두 설명의 공통점은 “어렵다”는 것입니다. 그렇지만 대충 어떻게 작용을 하는지는 짐작을 할 수 있게 설명을 하는 것도 역시 같습니다. 이제 생명과 관련한 설명은 끝인가 봅니다. 지질학으로 이어졌기 때문입니다. (박사님은 단백질 구조가 워낙 많아 연구에 오랜 시간이 필요했는데, 단백질 구조를 AI를 이용해 연구가 가능해져 노벨상을 받았다고 했습니다. 이해 부득이었는데 시사in 896호에 실린 김상욱 교수님의 기사 ’혀 끝에서 그 맛이 느껴질 때 생기는 일’을 통해 알았습니다. “2024년 노벨화학상은 단백질의 3차원 구조 예측 인공지능 프로그램 알파폴드2를 만든 공로로 구글의 허사비스 등에게 수여되기도 했다.”)  

 

 그런데 아닌가 봅니다. 지구는 흔히 골디락스 행성이라고 불린다면서 너무 춥지도 덥지도 않고 원자가 자유롭게 분자를 이루며 물방울이 모여 바다를 이룬 덕분에 생명체가 쾌적하게 살 수 있다고 시작합니다. 하버드 대학교의 앤드류 놀은 말합니다. “우리 행성의 역사라는 방대한 주제는 지구가 긴 시간 동안 물리적으로 그리고 생물학적으로 어떤 식으로 공진화해왔는가를 다루고 있습니다.” 처음 접하고 놀랐던 공진화가 이제는 익숙합니다. 돌과 생명체가 같이 진화를 이루었다는 개념이라고 하면 너무 단순한가요?

 

 지질학자들은 돌멩이에 새겨진 지구의 역사를 연구하는 과학자들입니다. 지구는 자신의 역사를 기록하는 행성입니다. 우리는 이 역사책을 현재 지표면에서 최대 12킬로미터 정도만 읽었습니다. 불타는 핵까지 이르는 전체 거리의 500분의 1에 불과합니다. 언젠가는 역사책의 완독이 이루어지길 기대합니다. 칼텍의 스티븐슨은 지표면에서 핵에 이르는 얇은 틈을 파서 핵 표본을 채취해 올 탐사선을 직접 아래로 내려 보내자고 제안합니다. “그런 틈을 만드는 작업은 처음에는 힘들지 모르지만 일단 만들기 시작하면 중력의 영향을 받아 저절로 뚫릴 것”이라고 말합니다. 과연 그럴까? 신기하기만 합니다.

 

 지구는 불타는 핵(내핵과 외핵으로 나뉩니다)과 맨틀 그리고 지표로 이루어졌다고 설명은 이어집니다. 지각 변동을 설명하면서 지각판으로 이어진 설명은 바다가 넓어지고 산이 솟아나는 현상의 이해를 도웁니다. 처음 만들어진 산소들은 바다에 있던 철이 빨아들였고 붉은색을 띤 녹슨 고대 암석 속에 갇힙니다. 대양은 탐욕스러운 철 원자의 활동이 끝나자 남은 산소를 대기 속으로 뱉기 시작했고 대기로 나온 산소는 오존을 만들어 태양의 자외선을 막는 오존층이 됩니다. 이제 산소 혁명이라고 불릴 정도로 산소는 늘어납니다. 모든 세포에서 미토콘드리아를 발견할 수 있는데 이 미토콘드리아는 오래전 독립생활을 하던 세포의 후손이라는 설명은 다시 들어도 신기합니다. 미토콘드리아의 DNA는 훨씬 커다란 세포핵 속에 들어 있는 DNA와 뚜렷이 구별됩니다. 미토콘드리아를 제외하고 우리의 거대하고 혼잡한 세포 구성물 가운데 이런 자체적인 유전자를 갖는 물질은 없습니다. 고대 세포들이 합병을 추진한 것입니다. 지질학 역시 생명과 관련이 있는 과학이었습니다. 그렇다면 우리 우주는 어떨까요? 천문학이 책의 마지막입니다.

예스24에서 가져온 이미지입니다