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나이테, 지문, 땀, 낙엽, 춘곤증, 미세플라스틱…
작고 사소한 것에서 하나뿐인 지구까지
과학은 세상을 아우르는 ‘경계 없는 시선’에서 시작된다

태양 아래 존재하는 모든 것은 연결되어 있다. 길섶의 바위도, 아름드리나무도, 미생물도, 인류도, 그리고 서식지를 잃어가는 동식물도…. 그런 의미에서 지구와 생명 이야기에 사소한 질문은 없다. 무의미한 존재도 없다.
눈에 보이지 않는 작디작은 세포와 소기관을 오래도록 바라본다는 것은 어떤 의미일까? 헤아릴 수 없이 장구한 지질학적 시간으로 인간을 바라보면 무엇이 보일까? 바위와 나무, 매미, 곰팡이, 인간을 아우르는 과학자의 너른 시선은 어디에서 비롯되는가? 과학 저술가이자 연구자인 저자가 우리 곁에서 흔히 볼 수 있지만 쉽게 간과하는 것들, 너무 크거나 혹은 아주 작아 인간의 감각계가 놓치고 있는 것들을 과학의 시선으로 바라보며 묻고 답한다. 평범함 속에 가려진 경이로운 생명, 그 얽힘의 이야기가 펼쳐진다.

우리는 자연과 세상을 어떻게 이해하는가?
인간과 과학 사이, 우리를 둘러싼 세상을 다시 보게 하는 과학 에세이!
일상 곳곳에 숨어 있는 생명의 경이로움에 대하여
귀지, 춘곤증, 코딱지, 피부의 점, 땀, 방광, 손가락 지문, 바이러스 등, 작고 사소한 것에서 시작해 생명의 원리와 지구상에 존재하는 것들의 연결을 이야기하는 과학 에세이, 『작고 거대한 것들의 과학』이 출간되었다. 지극히 평범하고 사소해 사람들이 쉬이 주목하지 않는 소재부터 현미경으로나 볼 수 있는 아주 작은 크기의 세포나 미생물까지, 그리고 너무나 거대해서 그 존재감을 잘 헤아리지 못하는 원소, 물, 공기 같은 물질에서 장구한 지구ㆍ생명의 역사까지, 과학을 읽는 넓고 깊은 시선을 만나본다.
아주대학교 약학대학 교수로 재직 중인 김홍표 저자는 천연물 화학, 헴 생물학, 바이오 활성가스, 자기소화 등 생물학 분야에서 활발한 연구를 진행해온 과학자다. 또한 좀 더 대중적인 언어로 과학 이야기를 전하기 위해 과학책 집필과 번역, 그리고 과학 칼럼 글쓰기까지 활동의 폭을 넓혀왔다. 과학 지식을 삶의 차원으로 성찰하는 저자의 글은 그 특유의 따스한 시선과 통찰로 주목을 받아왔다. 이 책은 ‘김홍표의 과학 한 귀퉁이’라는 제목으로 3년여 간 신문 칼럼에서 선보인 글들을 모아 가지런히 배열하고 보강해 한 권의 책으로 엮은 것이다.

과학을 한다는 것은 무엇인가? 저자는 우리 주변의 움직임, 현상을 따져보면 곳곳이 의문투성이라고 말한다. 손톱, 지문, 털, 땀 등 우리 몸 구석구석이나, 자동차가 달리는 도로 옆 가장자리 나무 둥치 곳곳에 답을 기다리는 질문들이 가득하다. 책에는 사소한 의문이나 질문에서 시작해 자연 혹은 생명의 법칙에 이르는 과정이 네다섯 페이지 정도의 길지 않은 분량에 섬세하게 그려진다.
때로는 확대경으로 미세한 작은 부분까지 파고들어 보거나, 아주 멀리 물러나 거대한 지구의 시간과 공간감으로 생명을 바라보는 저자의 시선은 미처 연결성을 깨닫지 못했던 나 아닌 다른 존재들과 조우하도록 우리를 이끈다. 1부는 세상을 이루는 원소의 삶, 2부는 동물살이의 곤고함, 3부는 푸르른 지구의 강력한 거주자 식물, 4부는 바이러스, 세균 같은 작지만 큰 존재들을 주제로 46편의 글을 모았다. 참고문헌 및 덧붙이는 글에서는 동시대에 활동하는 전 세계 과학자들의 흥미로운 연구를 정리해 실었다.

식물, 동물, 미생물의 삶은 가까이 연결되어 있다!
지구의 다른 생명체들을 생각한다는 것
과학의 눈으로 세상을 본다는 것은 경계 없이 세상을 만나겠다는 의지다. 밤과 낮의 차이는 무엇일까? 식물과 동물, 미생물은 무엇이 다르고 또 무엇이 비슷한가? 세포 밖과 안에서는 무슨 일이 일어나는가? 책 속에는 물질과 생명, 자연 현상을 오가는 과학자의 질문이 끝없이 이어진다.
45억 년이라는 장구한 지질학적 시간으로 생명을 바라보면 우리는 무엇을 이해할 수 있을까? 하루 24시간 중에서 낮의 길이에 영향을 받는 것은 식물들뿐일까? 인간을 포함한 동물은 계절에 따라 변하는 밤낮의 길이에 영향을 받지 않는가? 지구상의 다종다양한 생명체는 대부분 태양 에너지에 기대어 살아가는 존재가 아니던가? 세상을 물질과 에너지의 순환으로 파악하고, 그 원리를 탐구해 나가다 보면 식물, 동물, 미생물의 경계는 사라진다.
식물의 잎 뒷면에 있는 공기구멍인 기공을 보고 대기 중 이산화탄소의 양을 걱정하는 과학자의 시선에서, 가을날 땅에 떨어지는 낙엽을 보고 ‘반쯤 소화된 음식물’이라고 이야기하는 시선에서, 밤을 낮처럼 환히 밝히는 인간의 활동에서 3억 년 전 식물의 흔적을 읽는 시선에서, 심장에서 전신으로 영양분과 산소를 공급하는 우리 몸의 혈관계가 비타민 C를 함유한 채소와 과일 없이는 제대로 작동하지 못한다고 말하는 대목에서, 지구에 태반 포유류가 등장한 것은 바이러스의 역할이 지대했다는 대목에서, 우리는 시간과 공간을 넘어 태양 아래 존재하는 것들의 경이로운 의존과 그 엮임에 대해 생각하게 된다.

“식물과 동물은 서로 구분된다. 그러나 세포 안 미시 공간에서 벌어지는 생물학적 과정은 일란성 쌍둥이처럼 비슷하다. 지질과 단백질로 구성된 막을 따라 전자가 흐르는 동안 양성자 기울기가 형성된다는 사실에서 그 경계는 형체를 잃고 흐트러진다. 따라서 식물이 식재료로 사용하는 물과 이산화탄소, 동물의 먹잇감인 포도당은 화학적 경계를 넘어 하나로 수렴된다. 인식론 수준에서 필요한 인간 지성의 경계를 세포와 생명체들은 쉽게 넘나든다. 세상에는 원래 그런 경계란 것 자체가 존재하지 않기 때문이다. 처음부터 그랬듯이, 세상은 거대한 네트워크로 하나가 된다.” -본문 7쪽

작고 작은 것들로 이루어진 이 거대한 세상에서
행복한 숨을 쉬는 인간의 길을 묻다
‘숨’을 쉬는 것, ‘밥’을 먹는 것, ‘잠’을 자는 것과 같은 평범한 행위에서 길섶의 바위와 식물, 세균, 그리고 유전하는 것들의 연쇄 고리를 생각하는 과학자의 시선을 통해 독자들은 세상을 이해하고, 접하는 폭이 확장되는 경험을 하게 될 것이다. “평범한 것들이 더 이상 평범하지 않아 보일 때까지 연구하고 싶다”는 저자의 바람대로, 우리는 책을 읽어 나가며 우리를 둘러싼 세상이 쉬이 이루어지지 않았음을, 오랜 시간에 걸친 아름다운 네트워크로 유지되어 왔음을 깨닫게 된다. 자연스레 지구의 신참자로서 주인 행세를 해온 인간의 위치도 돌아보게 된다. 작고 평범한 것에서부터 출발해 인간 존재에 대한 성찰을 불러일으키는 글들이 세상을 인식하는 우리의 시각을 넓혀주기를 기대해본다.
코로나19 유행과 폭염ㆍ장마ㆍ홍수 등 이전에는 경험해보지 못한 기후 위기를 목도하며, 우리는 ‘작은 존재’들이 전 세계적 거대한 흐름으로 우리의 일상을 바꾸어놓는 순간을 살아가고 있다. “지구에 사는 한 종의 생명체로서 인간이 지켜야 할 겸손함”을 이야기하고 싶었다는 저자의 글이 그래서 더욱 귀하고 반갑다.

“생물학에서 변치 않고 오래된 것은 예외 없이 귀중한 것이다. 그러므로 인간이 스스로 고귀하기를 원하거든 인간보다 앞서 지구에서 숨쉬며 살아온 다른 생명체들도 귀히 대해야 할 것이다. 소박하나마 이 책이 ‘행복한 숨을 쉬는’ 인간의 길을 묻는 질문으로 거듭났으면 좋겠다.” -저자의 말

| 들어가며 | 경계 없는 질문을 위한 과학 하기 5

1부. 아름답고 귀한 : 원소의 삶
생물학 제1법칙은 ‘고귀함’ 17
모든 세포는 세포로부터 23
산소와 숨쉬기 28
포유동물의 사치스러움 33
낮의 길이 38
봄은 꿈이다 42
하루 한 끼 47
길가메시 프로젝트 53
45억 년 58
3억 년 묵은 원소를 마구 쓰다 62
바다소에서 곡물까지, 인간이 만든 위기 67

2부. 세상을 아우르며 보기 : 동물살이의 곤고함
어제와 오늘, 인간의 식단 77
선지를 먹는다는 것은 81
1.5킬로그램, 간의 무거운 존재감 86
방광은 왜 거기에 있게 됐을까 91
귀지의 생물학 95
손가락 지문의 생물학적 기능 101
인간의 치아와 상어의 치아 106
코딱지의 세계 110
피부의 ‘점’은 생명체의 역사 115
털 잃은 인류, 언제부터 옷을 입었을까 119
산소와 함께 살기 123
호모 바커스 128

3부. 닫힌 지구, 열린 지구 : 식물, 하늘을 향해 대기 속으로
잎 없이 꽃을 피운다는 것은 139
꽃도 광합성을 한다 143
나무는 죽음을 품고 산다 148
정온식물 153
도토리 157
단풍이 붉은 이유 164
사과의 씨앗이 이야기하는 것 169
탄소를 먹다 174
식물, 여전히 미지의 세계 180
고무의 발견과 하나뿐인 지구 184

4부. 인간과 함께할 미시의 세상 : 작은 것들을 위한 생물학
‘바이러스 스나이퍼’ 크리스퍼 193
바이러스와 인간 197
바이러스를 위한 변명 205
기침 210
엄마가 물려준 미토콘드리아 214
굶주린 인간세포의 생존 본능 218
매미와 미생물 공생체 224
자리를 지키다, 빼앗다 228
폭염에서 우리를 구할 자, 드라큘라 233
생체모방학과 인류의 생물학적 겸손함 238
오징어와 반딧불, 두 얼굴의 기체 241
미세플라스틱의 거대한 세계 246
사막도 푸르게 할 인공광합성과 세균 251

| 참고문헌 및 덧붙이는 글 | 257

“우리말에 ‘밥심으로 일한다’는 말이 있다. 인간은 음식물에 들어 있는 화학 에너지를 추출해서 일을 한다. 뛰고 생각하고 책을 읽는 모든 행위들에 바로 이들 에너지가 사용된다. 우리는 음식물에 포함된 화학 에너지를 끊임없이 공급받지 못하면 작동을 멈춰버리는 ‘비평형계’ 생명체일 뿐이다. 깊이 생각해볼 것도 없이 지구와 지구 위 대부분의 생명체는 태양 에너지의 신세를 지고 있다. 우리가 먹는 밥이나 고기도 결국 태양에서 출발한 에너지가 전기화학적 변환을 거친 결과물에 불과하다.” -본문 34쪽

“인간을 필두로 하는 포유동물은 양서류나 파충류 등의 변온성 동물에 비해 꽤나 사치스러운 삶의 방식을 택했다. 그리고 그 사치스러움은 정온성에서 극치를 선보인다. 체온만큼 기온이 상승하는 더운 여름날 에어컨을 틀어대며 자신의 환경을 10도 이상 낮추면서도 제 몸의 체온을 37도로 유지하기 위해 인간들은 계란이 열 개나 들어간 계란말이를 거침없이 먹는다.” -본문 37쪽

“낮의 길이에 대응하여 행동이나 물질대사를 변화시키는 적응 방식은 동물, 식물은 말할 것도 없고 곰팡이, 세균 등 지구상 거의 모든 생명체가 보편적으로 취하는 전략이다. (…) 퍼록시리독신(peroxiredoxin)이라는 단백질은 광합성을 하는 남세균과 과일의 단맛을 좋아하는 초파리뿐만 아니라 쥐, 애기장대 등 거의 대부분의 생명체에 존재하며 빛의 길이에 따라 24시간을 주기로 그 양이 변화한다. 빛과 어둠은 무척 다양한 방식으로 생명 활동을 제어한다.” -본문 40~41쪽

“산소와 함께 살기 때문에 우리는 어쩔 수 없이 산화적 스트레스에 시달리게 된다고 말한다. (…) 천형처럼 산소와 함께 사는 동안 동물은 잠을 자야만 한다. 내려오다 만 모래시계를 뒤집듯 잠을 설친 뒤 활성산소를 이고 진 채로 출근길에 나서는 사람들의 어깨는 축 처질 수밖에 없다. 비단 인간만 그런 것도 아니다. 세포분열 시간이 불과 30분이 안 되는 대장균도 어떤 식으로든 ‘휴식’ 시간을 가질 것이다. 잠을 자지 않는다고 알려진 귀뚜라미나 얼룩물고기 또는 개구리도 반드시 잠을 자야 할 것이다. 다만 그들이 어떻게 잠을 자는지 우리가 아직 자세히 모를 뿐이다.” -본문 45쪽

“2011년 중국의 한 연구진이 유전자를 영양소의 현장으로 끌어 내렸다. 쌀밥에서 유래한 자그마한 크기의 RNA가 체내로 흡수되어 유전자 발현을 조절한다는 논문을 발표한 것이다. 바다 건너온 이런 풍문은 내 뒤통수를 강타했다. 열을 가한 전분 덩어리인 쌀밥 안에 RNA 유전물질이 숨어 있다고 그 누가 상상이나 했겠는가? 사실 과학은 이미 알고 있는 것을 바탕으로 상상하는 데서 시작된다. 우리가 선지를 먹으면 곧 적혈구를 먹는 것이고 거기 있는 헴과 글로빈을 쪼개는 소화가 시작될 것이라고 상상할 수 있다.” -본문 85쪽

“어떤 사람들의 코에는 루그더닌(lugdunin)이라는 무척 생소한 이름의 항생제를 만드는 미생물이 산다고 한다. 여러 개의 아미노산으로 구성된 이 물질은 항생제 내성을 가진 고약한 세균의 생육을 저지할 수 있다. 그렇다면 루그더닌을 만드는 미생물을 보유한 사람은 그렇지 않은 사람들에 비하여 병원성 세균에 대한 무기 하나를 더 가진 것이 아닐까? 혹시 우리 몸에 상주하는 세균은 우리 면역계의 일부일까? 질문은 계속되어야 하고 그 답을 얻기 위한 연구도 지속되어야 한다. 사소해 보이는 코딱지라고 예외는 아니다. 그렇게 물음을 거듭하다 보면 우리 안 작디작은 세계가 시나브로 그 참모습을 드러낼 것이다.” -본문 114쪽

“인류가 현재의 삶의 방식을 지속한다면 우리에게 답은 많지 않다. 인류의 가장 위대한 발명품이라는 바퀴를 무려 네 개나 가진 승용차로 서울에서 부산을 왕복할 때 우리는 약 80킬로그램의 이산화탄소를 대기권에 보탠다. 하지만 그동안 자동차는 단 1그램의 산소도 만들지 못한다. 다만 과거에 쓰지 않았던 산소를 매우 빠른 속도로 소모할 뿐이다. 『탄소의 시대』 저자 에릭 로스턴은 연비 좋은 차로 수원과 서울을 왕복할 정도인 약 4리터 정도의 석유가 과거 식물 90여 톤에 해당한다고 일갈했다.” -본문 152쪽

“단식은 다세포 생명체를 구성하는 모든 단세포들이 함께 겪는 고통이다. 따라서 모든 단세포들도 할 수 있는 모든 수단을 동원하여 먹고 살아야 한다. 먹을 것이 부족할 때 세포는 표면에 안테나 같은 섬모를 삐죽이 내밀고 먹을 것을 감지하고, 세포 내부에서는 당장 필요 없는 단백질이나 미토콘드리아와 같은 영양소를 먹어치우며 위기를 헤쳐간다.” -본문 220쪽

“일산화탄소와 일산화질소에 천형처럼 부여된 독성물질이라는 오명은 최근에 생겨난 것이지만 사실 이들 두 기체는 생명의 역사 초기부터 오랫동안 세포의 안녕에 공헌해왔다. 이 두 화합물 모두 호흡이나 광합성 과정을 조절하는 아주 오래된 물질이다. 생물학에서는 오래 버텨온 것일수록 더 중(重)하고 각별히 아름답다.” -본문 245쪽