과학 | 가장 미세한 존재들에 대하여, 『100개의 미생물, 우주와 만나다』

100개의 미생물, 우주와 만나다 - 온 세상을 뒤흔들어온 가장 미세한 존재들에 대하여
플로리안 프라이슈테터.헬무트 융비르트 지음, 유영미 옮김, 김성건 감수 / 갈매나무 / 2022년 9월

『하나, 책과 마주하다』

플로리안 프라이슈테터 "…… 하늘의 별만 우주 이야기를 들려주는 것이 아니라, 미생물 역시 또 다른 우주 이야기를 들려주지요! 지구를 오늘날과 같은 행성으로 만든 것도 미생물이에요. 행성으로서의 지구는 우리 천문학자의 담당 영역이지요. 소행성, 혜성, 달, 다른 행성도 그렇고요. 우리는 멀리 어느 행성에 생명체가 존재할는지 아직 알지 못해요. 하지만 외계 생명체를 부지런히 찾고 있지요. 이런 수색에도 미생물이 중요한 역할을 해요."

헬무트 융비르트 "미생물이 온갖 것에 연관되어 많은 이야기를 들려주는 건 놀랄 일이 아니에요. 한 사람의 신체 안에 있는 세균 수만 해도 100조 개에 이르거든요. 자그마치 우리 은하에 있는 별 개수의 500배에 해당하는 수지요. 지구상에 존재하는 세균의 총 개수는 관측 가능한 온 우주의 별보다 더 많고요. 미생물은 작지만, 온 세상에 존재해요! 그러므로 세상을 이해하려 한다면, 이 작은 생물체를 간과할 수 없습니다."

본격적으로 책에 들어가기에 앞서, 천문학자인 플로리안 프라이슈테터와 생물학자 헬무트 융비르트의 대화를 듣고 나니 가슴 한 켠에서 궁금증과 동시에 설레임이 폭발했다.

내가 과학을 이렇게나 좋아했었나 싶을 정도로 말이다.

이렇게나 신비롭고도 무궁무진한 세계가 우리를 기다리는데 책을 안 펼쳐볼 수 있겠는가!

세상에서 가장 작은 생명들을 통해 바라본 우리와 우주의 세계, 지금 미생물 사전을 통해 바로 확인해보자.

저자, 플로리안 프라이슈테터는 오스트리아 빈 대학교에서 천문학을 공부하고 소행성을 주제로 박사학위를 받았다.

소행성 중 하나가 그의 이름을 따서 명명되기도 했다. 2008년에 그가 개설한 천문학 블로그 ‘Astrodicticum Simplex’는 현재 최다 방문객을 자랑하는 독일어권 인기 과학 블로그다.

저자, 헬무트 융비르트는 오스트리아의 칼 프란젠스 그라츠 대학에서 분자생물학을 공부하고, 아포토시스(세포자살) 연구로 박사학위를 받았다.

2008년부터 같은 대학 과학 커뮤니케이션 및 인재 육성 센터에 근무했고, 2016년 10월 오스트리아 최초로 과학 커뮤니케이션 분야 정교수로 임명되었다. 튀빙겐과 빈 대학에서 연구했고, ‘그라츠 참여실험실Mitmachlabore Graz’을 공동 설립했으며, ‘미각실험실Geschmacklabor’의 학술 분과장이자 사회·지식·커뮤니케이션 센터 소장으로 활동하고 있다.

자연의 모태에서 무궁무진하게 만들어지는 경이로운 형상, 미생물

Schizomycete 분열균류는 의미가 전이되어 세포 분열로 증식하는 미생물을 뜻하게 되었다.

사실 이 말은 구체적인 생물을 칭하는 말로 이는 fungus 진균과는 무관했다.

지구상의 생물을 분류하는 것이 얼마나 어려운 것인지, 우리는 분열균을 통해 짐작해볼 수 있다.

《Brock의 미생물학》에 따르면, 미생물은 이렇게 정의되어 있다.

"미생물은 아주 미세한 단세포생물이다. 미세하게 작지만 세포는 없는 바이러스도 미생물에 포함된다."

그렇다면 미생물은 육안으로 볼 수 없으며, 단세포이며 무엇보다 미생물은 생물이라는 것이다.

인류는 생물 분류를 명확하게 하고자 했다.

아리스토텔레스는 생물을 '완벽'의 정도로 분류하여 인간을 자연의 사닥다리 최상단에 위치시키는 주관적 오류를 범하였는데, 물론 지금은 생물을 과학적으로 분류하고자 노력하고 있다.

18세기, 자연과학자 칼 폰 린네는 식물과 동물이라는 두 '계'로 나누고 그 밑으로 강, 목, 과, 속, 종 같은 하위 그룹을 위치시켰다.

호모 사피엔스 종인 인간은 동물계 중에서 포유류 강에 속했고 포유류 강 안에서도 호미니드과에 속하였고 그 과에서 또 호모 속으로 세분화했다.

이렇게 생명체를 단순하게 동식물로 나누는 것은 한계가 있었다. 무엇보다 미생물에 속하는 생물들이 많았기 때문이다.

이 때, 찰스 다윈의 진화론은 새로운 분류체계의 필요성을 대두시키게 된다.

그리하여 동물, 식물을 추가적으로 더해 대부분 단세포생물로 이루어진 원생생물이 또 하나의 계로 추가된다.

이후 20세기에 들어서서, 균류를 식물계로부터 분리하고 원생생물을 진핵생물과 원핵생물로 나누었다.

그러다 1970년대 새로운 연구 결과를 통해 다시금 극적인 전환을 맞이하게 된다.

미생물학자 칼 워즈가 박테리아를 자세히 살펴본 결과 필연적으로 나누어야 한다는 것을 깨달았기 때문이다.

비슷하게 보여도 유전적 분석으로는 전혀 달랐기에, 원핵생물을 세균과 고세균으로 분류하고 생물 분류 단계에서 계보다 높은 최상위 단계인 역을 두었다.

즉, 지구상의 모든 생물을 진핵생물과 세균 그리고-새로운-고세륜, 이렇게 세 가지 역으로 분류하였다.

지금도 새로운 제안들이 끊임없이 나오기 때문에 생물 분류 문제는 아직도 최종적으로 결론나지는 않았다.

올해는 특히 인명피해가 심각할 정도로 장마가 심했는데, 지금도 전세계에서는 홍수, 가뭄으로 인해 골머리를 앓고 있다.

급격한 기후 변화의 가장 큰 원인인 지구 온난화 현상이 심해지지 않도록 전세계가 작은 노력부터 천천히 실천하고 있지만 여전히 심각해지고 있다는 것이 우리들의 현실이다.

미생물 이야기에 앞서, 무한도전 오호츠크해 특집편에 나왔던 퀴즈 하나를 내볼까 한다.

문제! 소가 트림을 하면서 내뿜는 가스, 이산화탄소보다 25배 강한 온실효과를 내는 가스는?

정답은 메탄이다.

파아란 하늘 아래 드넓은 초원에서 풀을 뜯는 소들, 이러한 목가적인 풍경이 사실은 기후위기를 부추기는 요인이 되고 있다는 사실에 대해 알고 있는가?

기후위기에 대한 책임이 소나 초원에게 있다고 말하기는 힘들지만, 그 책임은 소와 풀을 서식 공간으로 삼는 미생물에 있다.

고세균인 메타노브레비박터 루미난티움은 메탄을 생성하는 단세포 미생물로, 현재 메탄을 발생시킨다고 알려진 유일한 생물이다.

대기 중의 나머지 메탄은 지질활동으로부터 배출되는데, 고세균들은 산소가 없는 환경을 선호하므로 소의 위나 장이 더할 나위없이 적합한 서식 공간이다.

소의 내장에서 메탄이 만들어 내면 자연스레 메탄은 소의 위장 안에 남아있게 되니 소의 트림이나 방귀로 메탄이 대기 중으로 배출되는 것이다.

메탄가스는 무색무취로, 기후에 매우 부정적인 영향을 미친다.

대기로 배출되는 온실가스 중 메탄이 차지하는 비율이 20퍼센트 정도이며 그중 동물사육이 가장 큰 몫을 차지하니, 전세계에서 배출되는 메탄가스의 35퍼센트 이상이 축산업에서 비롯되었다 해도 과언이 아니다.

소의 내장에서 고세균을 억제하는 방법이 실질적으로 효과적이지 못하니, 동물성 식품의 대량생산을 줄여 소의 수를 줄이는 것밖에 방법이 없는 것일까?

2013년 연구자들은 고세균이 특히 사탕무에 주로 들어있는 물질을 화학적으로 변화시켜 메탄을 만들어낸다는 것을 발견해냈다.

(사탕무는 동물사료에 종종 사용되는 식품이다.)

사료 제조과정에서 유채씨유를 소량 섞으면 유채씨유가 소의 위장에서 수소가 방출되는 과정을 방해하여 고세균의 성장이 억제된다는 것이다.

다만, 이 방법은 소들이 식량으로부터 충분한 영양을 취하지 못하는 것으로 밝혀져 이런 방법들을 적극 활용하는 것이 과연 소에게 이로운 것인지는 확신할 순 없다.

지구온난화가 유발하는 것은 결코 소의 잘못이 아니다.

소의 배설물이 기후문제를 유발하긴 하지만 자연 속에서 메탄은 배출될 뿐 아니라 자연스레 흡수되어 없어지기도 하니깐 말이다.

그렇다고 목장을 숲으로 바꿔야 하는 것은 아니다. 숲으로 무성해지면 나무는 더 많은 수분을 필요로 할 테고 건조화는 더 가속될 것이다.

즉, 지구에는 숲도 필요하고 초지도 필요하며 적절한 곳에 적절한 미생물도 있어야 한다.

지구는 선조로부터 물려받은 것이 아닌 지구는 후손에게서 빌려온 것이니, 소나 고세균에게 책임을 떠넘길 것 없이 우리가 기후 문제를 적극 해결해 나가야 할 것이다.

미생물의 세계는 수수께끼와도 같다.

그중 고세균이 단연 으뜸이라 할 수 있는데, 오랜 세월 동안 고세균은 박테리아, 즉, 세균으로 여겨졌다.

그러다 불과 몇 십 년 전에 고세균이 독립적인 생명 형태라는 사실이 밝혀졌다.

예로서, 고래와 상어는 생김새와 행태가 비슷하더라도 고래는 포유류이고 상어는 어류다.

이처럼 박테리아와 고세균도 마찬가지지만, 이 차이가 매우 크다.

처음 고세균은 극한의 환경에서 발견되었다.

펄펄 끓는 뜨거운 온천, 칠흑같이 깜깜한 심해, 말라버린 염호 뿐만 아니라 우리 몸 속에도 존재한다.

미생물의 종류를 막론하고 코로나나 독감같은 바이러스, 박테리아 그리고 균류와 조류는 끊임없이 우리를 병들게 하는데 참 희한한 것은 고세균만이 우리에게 해를 끼치는 데 전혀 관심이 없어 보인다.

메타노브레비박터 오랄리스는 구강 속에서 살며 치주염을 앓는 사람들에게 자주 발견된다.

고세균의 신진 대사가 입안의 무해한 세균의 균형을 깨뜨려서 질병을 유발하는 세균을 더 증식하게 하는지 모르겠지만, 이는 추정일 뿐이다.

고세균도 병을 유발하는데, 그 메커니즘을 우리가 알지 못하는지도 모른다. 아니면 병을 일으키는 고세균은 정말로 없는지도 모른다.

자연과 생물들 간의 관계에 대해 우리가 알고 있는 지식을 감안하면 이것은 참으로 놀라운 일이다. 하지만 적어도 생물계에서 우리에게 늘 친절한 영역 하나가 있다는 건 반가운 일이 아닐까.

언젠가 우리가 다른 행성에 거주하게 된다면 그 때에도 함께 할, 미생물

흥미롭게 봤었던 영화 「인터스텔라」를 생각하면, 우주는 참 불친절한 공간이다.

시공간의 제약이 얼마나 작고 클지 가늠이 되지 않을 뿐더러 실질적으로 방사선을 얕잡아 볼 수 없기 때문이다.

별은 빛과 열 뿐만 아니라 태양 대기의 외부층으로부터 고에너지 입자 흐름을 계속 방출하지만 지구에는 자기장과 대기가 막아주고 있기 때문에 크게 문제되지는 않는다.

다만, 우주에는 이러한 보호막이 없기에 우주에 머문다는 것은 생명체로서 굉장히 위험한 일일 수밖에 없다.

화성을 생각해보자. 화성을 비행하려면 몇 달은 족히 걸릴테고 화성에 도착해서도 자기장과 대기가 없기 때문에 우주선에 탑승한 사람들은 끊임없이 우주방사선에 노출되어야 한다.

(열 번은 족히 봤을 정도로 좋아하는 영화 중 하나인데, 자기장이 얼마나 큰 역할을 하는지는 영화 「코어」를 통해 확인할 수 있다.)

시간이 흘러 여러 방법론들이 제안되기 시작했는데 그 중 하나는 지하에 거주지를 마련하자는 것이었다.

두꺼운 암성측이 충분히 방사선을 막아준다는 것이었다. 가능할 순 있으나 그렇다해도 썩 유쾌한 방법은 아니다.

또 다른 제안은 이렇다. 곰팡이를 방사선 차폐 재료로 활용하자는 것이다.

지구에서는 곰팡이가 달갑지 않은 존재일 수 있으나 우주와 화성에는 곰팡이가 생명을 구할 수도 있다.

체르노빌 원전 사고 이후 누출된 방사선으로 인해 수백 종의 균류가 발생되었는데 그 중 하나가 클라도스포리움이었다.

클라도스포리움은 방사선 친화성을 보이는 균류로, 멜라닌 색소를 사용해 방사선에 들어 있는 에너지를 활용한다.

하지만 원자로에서 누출된 방사선과 우주방사선은 차원이 다르기에 이 제안 또한 썩 유쾌하지는 않다.

가까운 우주정거장을 잠시나마 안전하게 방문하는 정도로 만족할 순 있겠지만 우주로 여행을 떠나고 정착하는 것은 많은 연구가 이루어져야 한다.

어찌되었든, 언젠가 우리가 다른 행성에 거주하게 된다면 분명 미생물과 함께 할 것임은 틀림없다.

2000년, 박테리아로 장전한 총이 등장하였다.

생물학전 무기일까?

아니다. 애리조나대학 연구자들이 지구상의 생명이 다른 행성에서 온 것이 아닐까 하는 의문을 품고서 만든 것이었다.

노벨상 수상자이자 스웨덴 과학자 스반테 아레니우스는 포자들이 바람에 실려 지구 대기의 최상층까지 이르렀고 그곳으로부터 우주 공간까지 날아갈 수 있다고 생각했다.

우리는 알고 있다. 우주는 생명에 적대적인 조건이 지배적인 곳이어도 이러한 환경에서 무리없이 적응해 살아가는 생물들은 분명히 존재한다는 것을.

현미경으로 봐야 보이지만, 생물 가운데 특히 강인한 생물은 바로 데이노코쿠스 라디오두란스이다.

1950년대 통조림에 방사능을 조사해 최대한 무균 상태로 만들어 오랫동안 보존할 수 있게 만드는 방법을 연구하던 중에 발견되었는데, 모든 것을 다 죽일 수 있을 정도의 방사선량을 식품에 노출시켰는데도 얼마 안 있어 깡통 속의 고기가 상하는 것을 확인할 수 있었다.

실제 데이노코쿠스 라디오두란스는 인간을 사망에 이르게 하는 수준보다 1000배 이상 높은 방사능을 쏘여도 살아남는다고 한다.

이 정도의 강인함이라면 우주여행을 하는 데 있어 최적의 무장을 하고 있는 셈 아니겠는가.

데이노코쿠스 라디오두란스는 방사선 뿐만 아니라 우주의 다른 조건에도 끄덕없는 존재이다.

국제우주정거장에서 이루어진 실험에 따르면, 1년 내내 우주에 노출시켰는데도 끄덕없이 살아남았다고 한다.

과학계에서는 데이노코쿠스 라디오두란스를 코난 박테리아라고 별명 지어주기까지 하였다.

그렇다면 데이노코쿠스 라디오두란스의 저항력이 강한 이유는 무엇일까?

여러 이유가 있지만 그 중 하나가 바로 최대 500군데의 손상된 부위를 동시에 복구할 수 있을 정도로 DNA를 복구하는데 매우 효율적인 메커니즘을 가지고 있기 때문이다.

하지만 제작 가능한 로켓들과 달리 코난 박테리아에게는 적절한 추진 수단이 없으니 학자들은 이를 계속해서 연구하고 있다.

다른 천체에서 확연한 미생물을 찾지 못하면 지구상의 생명이 우주에서 우리에게로 온 것인지 규명할 순 없을 것이다.

하지만 지구상에 서식하는 생물을 먼 우주에서 발견하게 될 지도 모르겠다.

긴 세월 동안 지구도 많은 암석 파편을 우주로 날려보냈으니깐.

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미생물 사전을 이렇게나 쉽게 접할 수 있다니!

세상에서 가장 작은 생명들을 통해 바라본 우리와 우주의 세계는 실로 신비로웠다.

균이라고 하면 fungus가 전부였는데, 100개의 미생물에 대해 알아본 것은 생애 처음이다.

35억여 년 전, 지구상의 생명이 탄생했다.

10억 년 정도가 지나면 태양의 지표면 온도가 섭씨 100도를 웃돌 것이고 50억 년이 더 지나면 태양은 부풀어 오를 것이다.

결국 지구는 생명이 살기 힘든 땅이 될 지도 모른다.

우주의 무한한 시간에 비하면 우리 행성의 생명은 매우 짧다고 할 수 있다.

그럼에도 어쩌면 미생물은 끝까지 살아남을지도 모르겠다는 생각이 든다.

플로리안 프라이슈테터 "…… 하늘의 별만 우주 이야기를 들려주는 것이 아니라, 미생물 역시 또 다른 우주 이야기를 들려주지요! 지구를 오늘날과 같은 행성으로 만든 것도 미생물이에요. 행성으로서의 지구는 우리 천문학자의 담당 영역이지요. 소행성, 혜성, 달, 다른 행성도 그렇고요. 우리는 멀리 어느 행성에 생명체가 존재할는지 아직 알지 못해요. 하지만 외계 생명체를 부지런히 찾고 있지요. 이런 수색에도 미생물이 중요한 역할을 해요."

헬무트 융비르트 "미생물이 온갖 것에 연관되어 많은 이야기를 들려주는 건 놀랄 일이 아니에요. 한 사람의 신체 안에 있는 세균 수만 해도 100조 개에 이르거든요. 자그마치 우리 은하에 있는 별 개수의 500배에 해당하는 수지요. 지구상에 존재하는 세균의 총 개수는 관측 가능한 온 우주의 별보다 더 많고요. 미생물은 작지만, 온 세상에 존재해요! 그러므로 세상을 이해하려 한다면, 이 작은 생물체를 간과할 수 없습니다."

책에 들어가기에 앞서, 천문학자인 플로리안 프라이슈테터와 생물학자 헬무트 융비르트의 대화를 듣고 나니 가슴 한 켠에서 궁금증과 동시에 설레임이 폭발했었다.

내가 과학을 이렇게나 좋아했었나 싶을 정도로 말이다.

책을 다 읽고선 마지막 장을 딱 덮고나니 이런 생각이 들었다.

"나, 과학 좋아했네…♥"