바닷물이 따뜻해지면 산호가 조류를 배출하는데, 조류를 내보낸 산호는 허약하고 흐물흐물해진다. 왜냐하면 조류는 산호의 세포 안에 살면서 숙주에게 영양분을 공급하기 때문이다. 또한 이산화탄소는 바다에직접 녹아 바닷물을 산성화시키는데, 바닷물이 산성화되면 산호초 건설에 필요한 광물질이 고갈되어 산호초가 차츰 마모되기 시작한다. 설상가상으로 허리케인 선박, 불가사리는 산호초를 더욱 침식시킨다. 그리하여굶주리고 창백하고, 집 잃고, 지지 기반을 상실한 가엾은 산호는 병치레가 잦아지고 병에 걸린 산호는 하양, 검정, 핑크, 빨강 등 다양한 빛깔을띤다. 산호가 앓는 질병에는 수십 가지가 있는데, 최근 수십 년 동안 발병빈도가 눈에 띄게 증가했다.
이는 이례적인 경향이다. 자고로 인구밀도가 높을 때 병원균의 전염이 촉진되면서 감염병 환자도 늘어나기 마련인데, 산호의 질병은 개체 수가감소하는 상황에서 기승을 부리고 있기 때문이다. 아마도 병원체가 초래하는 질병은 일부에 불과하고, 나머지 질병은 발병 원인이 복잡하기 때문인 듯하다. 예컨대 커다란 미생물 군집들이 단체 행동을 하거나 산호의정상세균총이 말썽을 일으키는 것인지도 모른다. 로워의 관심을 끈 것이 바로 이 부분이었다. - P172
그런데 미생물들이 산호의 몸에서 하는 일은 뭘까? 로워는 이렇게 말한다. "우선, 그들은 공간을 점령해요." 산호의 몸에는 미생물이 서식할틈새가 많고, 식량원도 풍부하다. 만약 ‘얌전한 종‘이 그 틈새들을 채운다면 ‘위험한 종들은 발붙일 틈이 없으므로, 다양한 마이크로바이옴이 존재한다는 사실 하나만으로도 질병을 차단할 수 있다. 이것을 생물학자들은 집락화 저항colonization resistance 이라고 부르는데, 이 효과가 약해질 경우 감염이 더욱 빈번히 발생하는 요인으로 작용할 것이다. 로워는 수많은 산호초들이 사라진 사건의 밑바탕에 이러한 원인이 도사리고 있으리라생각했다. 바닷물의 온도 상승이나 산성화, 부영양화처럼 산호를 약화시키는 스트레스 인자들은 산호와 미생물 간의 동반자 관계를 교란함으로써 빈곤하고 왜곡된 미생물 군집을 만드는데, 이렇게 생긴 미생물 군집은 질병에 취약하며 심지어 질병을 초래하기까지 한다 - P173
인간은 예상치 못한 방법으로 이러한 악순환에 시동을 걸었다. 2007년길이 26미터짜리 어선이 킹맨환초에 좌초되었는데, 원인은 아마도 엔진에 일어난 화재었던 것 같다. 그 어선의 국적과 이름, 선원들의 운명은 알려져 있지 않지만 그 영향은 놀라울 정도로 뚜렷하다. 어선이 완전히 망가지면서 파편이 바닷속의 산호초에 우박처럼 쏟아져 장장 1킬로미터에걸친 데드존dead zone" 을 형성했다. 이는 통상적인 백화현상과는 차원이다르다. 산호들은 매우 탁한 물속에서 시커먼 조류에 뒤덮이는데, 검은암초black reet 라 불리는 이 광경은 톨킨이 쓴 《반지의 제왕》에 나오는 죽음의 땅 모르도르Mordor를 연상시킨다. 검은 암초는 어선 하나 분량의 쇳덩어리가 척박한(영양분이 전반적으로 부족한 생태계에 가라앉으면서 생겨났다. 철분이 비료로 작용하여 다육성 조류가 맹렬히 증식하는 바람에 풀뜯는 물고기조차 벌초 작업을 신속히 진행할 수 없었다. 뒤이어 다육성조류는 로워의 악순환에 시동을 걸어 ‘DOC 증가→ 미생물 증가→ 병원균 증가→ 질병 증가→ 산호의 시체 증가‘라는 일련의 사태를 초래했다.
로워의 연구팀은 라인제도의 다른 부분에서도 검은 암초를 몇 개 발견했는데, 공통점이 하나 있었다. 모두 선박이 난파하여 부서진 파편이 바닷속으로 가라앉았다는 점이다. - P178
그러나 산호의 경우는 다르다. 로워의 연구에 따르면 "산호들의 세균성 질병은 인간의 질병과 성질이 달라, 하나의 주범이 하나의 질병을 일으키지 않는다"고 한다. 산호가 않는 질병은 미생물 군집에 의해 발병하는데, 평소에는 얌전하던 미생물들이 어느새 대형을 갖추어 숙주를 해치는 것이 특징이다. 다시 말해, 어느 미생물도 그 자체로서는 병원균이 아니지만 특정한 배열을 통해 병원성 상태 pathogenic state로 전환되는 것이다. 이런 상태를 지칭하는 용어가 하나 있으니, 미생물 불균형 dysbiosis이바로 그것이다. 이 용어는 ‘공생 symbiosis의 어두운 그림자‘로서 우리가지금껏 봐왔던 조화와 협동 대신 불균형과 불일치를 떠올리게 한다.
인간이든 산호, 모든 개체들은 단독자가 아니라 하나의 생태계라는 사실을 상기하라. 모든 동물들은 미생물들의 영향하에 성장하며그들과의 활발한 협상이 평생에 걸쳐 지속적으로 펼쳐진다. 또한 숙주와 미생물의 이해관계가 종종 상충하므로 숙주는 미생물들을 제대로 먹이고, 특정한 조직에 국한시키고, 면역계의 감시하에 둠으로써 통제하고 질서를 유지해야 한다는 점도 명심하라. 그런 통제 활동에 뭔가 문제가 생겼다고 생각해보자. 그것은 마이크로바이옴을 들쑤셔 그 속에 포함된 미생물들의 비율을 변화시킬 것이다. 그렇게 되면 활성화되는 미생물의 유전자도 달라지고 생성되는 화학물질도 달라진다. 변형된 미생물 군집은 여전히 숙주와 대화를 계속하지만, 대화의 취지와 내용이 달라지는것이다. 그리하여 미생물이 통제구역에 발을 들여놓거나 면역계를 과도하게 자극하게 되면 염증 반응이 일어나는데, 이를 유식한 말로 기회감염opportunistic infection이라고 한다. - P180
이 연구 결과는 한가지 명확한 의문을 제기했다. "과도한 체지방이 박테로이데테스/피르미쿠테스 시소를 한쪽으로기울이는 걸까, 아니면 시소가 기울어서 사람이 뚱뚱해지는 걸까?" 단순비교를 통해서는 이 질문에 답변할 수 없었으므로 연구진에게는 후속 실힘이 필요했다.
이 대목에서 등장한 인물이 피터 턴보Peter Turnbaugh 였다. 당시 연구실에 머물던 대학원생 턴보는 살찐 생쥐와 날씬한 생쥐로부터 미생물을 수확한 다음 두 그룹의 무균생쥐에게 각각 투입했다. 그 결과 뚱뚱한 생쥐의 미생물을 받은 무균생쥐는 체지방이 27퍼센트 증가했고, 날씬한 생쥐의 미생물을 주입받은 무균생쥐는 체지방이 47퍼센트 감소했다. 단지 미생물을 한 동물에서 다른 동물에게로 이동시킴으로써 비만을 이식하다니, 너무나 충격적인 결과였다. "우리는 ‘오 마이 갓!‘을 연발했어요. 머릿속에서는 스릴과 영감이 교차했죠"라고 고든은 회상한다. 턴보의 연구결과는 최소한 일부 상황에서 변형된 마이크로바이옴이 비만을 초래할수 있다는 점을 시사한다. 그렇다면 그 메커니즘은 뭘까? 변형된 마이크로바이옴은 섭취된 음식물에서 칼로리를 더 많이 추출하거나 지방이 저장되는 방식에 영향을 미치는 것으로 보인다. 과정이야 어찌 됐든, 미생물은 승용차에 편승하여 건성으로 드라이브만 하는 게 아니라 간혹 운전대를 잡기도 한다는 게 분명해진 셈이다.
- P186
계곡 한복판에 공이 하나 놓여 있고 양쪽에는 가파른 산비탈이 버티고있다고 상상해보자. 만약 당신이 공을 한쪽으로 힘차게 굴린다면, 산비탈을 올라가면서 속도가 점점 감소하다가 멈출 것이고, 결국에는 방향을 바꿔 출발점으로 되돌아올 것이다. 공이 정상을 통과하여 옆 계곡으로 넘어가게 하려면 한 번 세게 걷어차거나 굴리는 힘을 조금씩 증가시켜야 한다. 생태계의 작동 원리도 마찬가지다. 생태계는 일정한 회복력을 갖고있기에 한 상태에서 다른 상태로 넘기려면 그 회복력을 극복해야 한다. 건강한 산호초를 공이라고 생각해보자. 수온이 상승하면 공이 살짝 밀려간다. 조류가 급증하면 공은 더 높이 올라가고, 쇳덩어리로 때리면 훨씬더 높이 올라간다. 마지막으로, 상어가 사라지면 공은 정상을 넘어 옆 계곡으로 굴러떨어진다. 그곳은 조류가 지배하는 생태계로서, 미생물의 균형이 깨져 건강에 해로운 곳이다. 그곳에도 나름의 회복력이 있어서 물고기가 풍부한 건강한 산호초로 돌아가려면 엄청난 노력이 필요하다.
인체 내에서도 똑같은 변화가 일어난다. 이제 공이 어린이의 소화관속에 있다고 생각해보자. 부실한 식사는 장내 미생물을 변화시키고, 어린이의 면역계를 손상시킨다. 면역계가 손상되면 장내 미생물을 통제하는능력이 약해져 유해한 감염병으로 들어가는 문을 열어준다. 감염병은 미생물 군집을 더욱 교란시킨다. 그리고 미생물 군집이 소화관을 파괴하기시작하면 소화관은 영양분을 효과적으로 흡수할 수 없다. 그러면 영양실조가 악화되고, 면역 문제는 더욱 심각해지고, 마이크로바이옴이 더욱 왜곡되는 등의 일이 벌어진다. 그러는 과정에서 공은 계속 높이 올라가 정상을 넘어 생물 불균형 계곡으로 굴러 내려간다. 마이크로바이옴이 일단 그 계곡으로 들어가면 원상태로 되돌리기란 매우 어렵다. - P191
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