모래성이 그 모습을 유지하는 데는 그만한 이유가 있...

모래성이 그 모습을 유지하는 데는 그만한 이유가 있다. 눈에는 보이지 않는 작은 바다의 정령들이 끊임없이 그리고 쉽없이 쓸려 나간 모래 위에 새로운 모래를 쌓아주고, 뻥 뚫린구멍을 메워주며, 무너진 곳을 고쳐주고 있기 때문이다. 뿐만아니다. 바다의 정령들은 오히려 파도나 바람을 앞질러 가서는 무너질 것 같은 곳을 먼저 무너뜨리면서 앞장서 수리와 보강을 하고 있다.
그런 이유로 몇 시간 후에도 모래성은 형태를 유지한 채 그곳에 서있을 수 있는 것이다. 아마 여러 날이 지나도 그 성은 그곳에 존재할 것이다.
그러나 중요한 사실이 있다. 지금 이 모래성 안에는 며칠전에 이 성의 형태를 만들었던 모래들은 단 한 톨도 남아있지않다는 점이다. 전에 그곳에 쌓여있던 모래는 모두 파도와 바람이 앗아가 바다와 육지로 되돌려놓았고, 지금 이 성을 이루고 있는 모래는 이곳에 새로 온 녀석들이다. 즉 모래는 완전히 바뀐 상태다.
그리고 모래의 흐름은 지금도 계속되고 있다. 그럼에도 불구하고 성은 분명히 존재한다. 즉 여기 있는 것은 실체로서의성이 아니라 흐름이 만들어낸 ‘효과‘ 에 의해 여기에 있는 것처럼 보일 뿐인 동적인 그 무엇인 것이다.
- P134

단백질은 아미노산이 염주처럼 연결되어 생긴 생체고분자이며 효소나 호르몬의 작용을 하거나 세포의 운동과 형태를 형성, 유지하는 가장 중요한 물질이다. 그리고 하나의 단백질을 합성하기 위해서는 일일이 하나부터 아미노산을 연결하지 않으면 안 된다. 즉 중질소를 함유한 아미노산이 외부에서쥐의 체내로 들어가고, 그것이 단백질로 흡수된다는 것은 원래 존재하고 있던 단백질의 일부에 중질소 아미노산이 삽입된다. 마치 목걸이의 한 부분을 열어 새로운 구슬 한 개를 끼워 넣는 것처럼 - 는 뜻이 아니다. 그게 아니라, 중질소 아미노산을 투여하자마자 눈 깜짝할 사이에 그것을 함유한 단백질이 쥐의 온갖 조직에서 발견된다는 것은 무서울 정도로빠른 속도로 다수의 아미노산이 결합하여 새로운 단백질이만들어졌다는 얘기다.
더 중요한 사실이 있다. 쥐의 몸무게가 증가하지 않았다는것은 새로 만들어진 단백질과 같은 양의 단백질이 분명 빠른속도로 낱개의 아미노산으로 분해되어 체외로 빠져나갔음을 의미한다.
즉 쥐를 구성하고 있던 몸의 단백질은 겨우 사흘 만에 식사를 통해 섭취한 아미노산의 약 50퍼센트에 의해 완전히 바뀌었다는 뜻이다.
- P139

우리는 자신의 표층, 즉 피부나 손톱이나 모발이 끊임없이 생성되면서 옛것을 밀어내는 것을 본다. 그러나 이런 현상이 표층에서만 일어나는 것은 아니다. 신체의 모든 부위, 장기나 조직에서뿐 아니라 언뜻 보기에는 고정적인 구조인 것처럼 보이는 뼈나 치아에서조차 그 내부에서는 끊임없는 분해와 합성이 반복되고 있다.
새것으로 대체되는 것은 단백질뿐이 아니다. 저장물로 인식되던 체지방조차 다이내믹한 ‘흐름‘ 의 한가운데에 있다.
체지방에는 질소가 함유되어 있지 않다. 그래서 쇤하이머는 수소의 동위체(중수소)를 사용하여 지방의 움직임을 조사해보았다. 쇤하이머는 논문에 이렇게 썼다.

(에너지가 필요한 경우) 섭취된 대부분의 지방은 연소되고 극히 일부만이 체내에 축적된다고 우리는 예상했다. 그런데 아주 놀랍게도 동물은 체중이 감소할 때조차도 소화, 흡수된지방의 대부분을 체내에 축적하고 있었다.
- P141

육체라는 것에 대해 우리는 외계와는 격리된 개별적인 존재로 느낀다. 그러나 분자 차원에서는 꼭 그렇다고만은 할 수없다. 우리들 생명체는 우연히 그곳에 밀도가 상승하고 있는분자 ‘덩어리‘ 일 뿐이다. 그리고 그것은 빠른 속도로 대체되고 있다. 그 흐름 자체가 살아있다‘는 증거이며 항상 외부로부터 분자를 흡수하지 않으면 빠져나가는 분자와 수지가 맞지 않게 된다.
가령 우리가 단식을 하게 되면 외부로부터 흡수는 되지않는데 내부에서는 ‘배출‘ 이 끊임없이 일어난다. 몸은 가능한 한 그 손실을 막으려고 하지만 ‘흐름‘ 의 이치에 역행할 수는 없다. 우리들 몸의 단백질은 서서히 날아간다. 따라서 기아로 인한 생명의 위험은 에너지 부족보다는 단백질 결핍에 더 큰 영향을 받는 것이다. 에너지는 체지방으로 축적되어 있기 때문에 어느 정도 기아에 대비할 수 있지만 단백질은 그럴 수가 없다. - P142

쇤하이머는 자신의 실험 결과를 근거로 이를 ‘신체 구성성분의 동적인 상태(The dynamic state of body constituents)‘라 불렀다. 그는 이렇게 말했다.

생물이 살아있는 한 영양학적 요구와는 무관하게 생체고분자는 저분자 대사물질이든 모두 변화하지 않을 수 없다. 생명이란 대사의 계속적인 변화이며, 그 변화야말로 생명의 진정한 모습이다.

새로운 생명관이 탄생하는 순간이었다.
- P143

즉 엔트로피 중대의 법칙에 항거할 수 있는 유일한 방법은 시스템의 내구성과 구조를 강화하는 것이 아니라, 오히려 그 시스템 자체를 흐름에 맡기는 것이다. 다시말해 흐름만이 생물 내부에서 필연적으로 발생하는 엔트로피를 배출하는 기능을 하는 것이다.
나는 여기서 쇤하이머가 발견한 생명의 동적인 상태(dynamic state)라는 개념을 한층 더 확장하여 동적 평형이라는 단어를 도입하고자 한다. 이 말에 대응하는 영어는 다이내믹 이퀼리브리엄 (dynamic equlibrium)‘ 이다. 해변에 서있는모래성은 그곳에 실제로서 존재하는 것이 아니라, 흐름이 만들어낸 효과로서 그곳에 있는 동적인 무언가이다. 나는 앞에서 이렇게 말했다. 그 무언가란 평형이다.
자기 복제를 하는 존재로 정의된 생명은, 쇤하이머의 발견에 다시 한 번 빛을 비춤으로써 다음과 같이 재정의 될 수 있다.

생명이란 동적 평형 상태에 있는 흐름이다.
- P146

[오늘의 한문장] 작은 불씨는 어디에나

 펄은 훨씬 더 큰 집도 보았다. 아니, 중요한 것은 잔디밭의 초록빛, 벽돌 사이에 흰색 회반죽을 발라 생긴 정교한 선, 부드러운 산들바람에 흔들리는 단풍나무 잎의 바스락거림, 바로 그 산들바람 자체였다. 입구에 뒤섞여 나는 세제와 요리와 풀잎의 부드러운 향기, 누군가 헝클어뜨린 뒤 펴는 것을잊은 듯 한구석이 소 혀처럼 말려 올라간 작은 융단이었다.
집에 들어가는 대신 집이라는 개념 속으로 들어가는 것 같았다. 어떤 원형이 여기 펄 앞에서 살아났다. 듣기만 했지 본 적은 없는 무언가가, 멀리 떨어진 방들에서 생명의 신호 텔레비전 광고의 낮은 웅얼거림, 시간이 다 됐다고 알리는 전자레인지 소리가 들려왔다. 하지만 꿈속인 듯 멀게 들렸다.
- P50

: 긴 여행의 시작. 앞으로 짧으면 이틀, 길면 일주...

:
긴 여행의 시작.
앞으로 짧으면 이틀, 길면 일주일.
바다로 향하는 펭귄의 뒷모습은 조금 지쳐 보였다.
- P15

:이제 막 알에서 부화하기 시작한 젠투펭귄.
새끼가 껍질을 깨고 세상 밖으로 나오는 순간은 언제나 숨죽이며 지켜보게 된다. 오로지 혼자만의 힘으로 딱딱한 탄산칼슘벽을 부수고 나와 처음 세상을 마주할 때의 기분은 어떨까.
남극의 차가운 공기를 들이마시며, 비로소 태어났음을 느낄것이다.
- P23

사람들은 동물에게서 보고 싶은 면만을 골라서 본다. 그리고 인간의 관점에서 그럴듯한 의미를 찾는다. 하지만 동물은 사람에게 교훈을 줄 생각 따위는 없다. 그저 자기들의 방식으로 살아갈 뿐이다.
- P69

과연 퍼루츠가 먼저 그 보고서를 크릭에게 건네줬을까...

과연 퍼루츠가 먼저 그 보고서를 크릭에게 건네줬을까? 퍼루츠는 1969년, <사이언스> 지를 통해 "당시의 나는 미숙했고, 사무적인 절차에 대해서는 둔감했다. 그리고 그 보고서가 극비 문서인 것도 아니었기에 제공해서는 안 될 이유는 없다.
고 생각했다."라고 변명했다.
DNA 나선 구조가 밝혀진 지 거의 10년이 지난 시점인 1962년말, 스톡홀름에서 개최된 노벨상 수상식 단상에는 그 세 명의 공로자가 광채를 발하며 서있었다. 제임스 왓슨, 프랜시스 크릭, 그리고 모리스 윌킨스, 그들에게는 DNA 나선 구조 규명에 대한 공로로 노벨의학생리학상이 수여되었다. 게다가 같은 단상에 단백질 구조를 밝혔다는 공로를 인정받은 맥스 퍼루츠의 모습도 보였다. 그에게는 화학상이 수여되었다. 어떤의미의 ‘공범자들‘ 이 그 자리에 모두 모인 것이다.
가장 중요한 공헌을 해낸 로잘린드 프랭클린의 모습은 찾아볼 수 없었다. 그녀는 그 세 명이 나란히 노벨상을 수상했다는 사실도 영영 모른 채 이미 4년 전인 1958년 1월, 암으로 서른일곱의 생을 마감했던 것이다.
그녀는 연구 테마를 DNA에서 담배모자이크로 바꾸어 죽음 직전까지 연구에 매진했다. 그리고 그 입체 구조를 거의다 해독한 상태였다. 이 연구 역시 연역법적인 논리의 점프를 허용하지 않는 완벽한 귀납적 접근법으로만 진행되었다. 그녀다운 방법이었다.
- P114

슈뢰딩거가 들었던 다른 예는 확산이다. 조금 지루한 설명이 되겠지만 잘 들어주기 바란다.
물을 채운 네모난 용기의 구석에 뭔가 색깔이 있는 물질(여기서는 자주색 과망간산칼륨)을 용해시킨다. 그것을 방치해 두면 확산이라는 상당히 느릿한 과정이 진행된다. 처음에는 한구석에 있던 진한 자주색이 서서히 맑은 물 쪽으로 퍼져 나가다 드디어 골고루 분포하게 된다.
그러나 과망간산칼륨의 입자는 ‘원해서 혼잡한 곳에서 좀더 한가한 곳으로 이동하는 게 아니다. 그런 힘이나 경향이존재하는 것도 아니다.
입자는 물 분자의 충돌에 의해 끊임없이 움직이고 예측할수 없는 방향으로 이동해 간다. 어떤 경우에는 농도가 진한곳으로, 또 어떤 경우에는 옅은 곳으로, 그래도(여기서는 위의 예에서 중력에 해당하는 것이 없음에도 불구하고) 전체를 평균해보면 과망간산칼륨의 입자는 규칙적으로 농도가 진한 쪽에서 약한 쪽으로 흘러간다. 왜 그럴까? 그것은 바로 각 입자가 완전히 제멋대로 움직이고 있기 때문이다. - P122

슈뢰딩거가 왜 이런 현상을 자세히 설명했느냐 하면, 물리법칙은 다수의 원자 운동에 관한 통계학적인 기술이라는 점,
즉 그것은 전체를 평균했을 때에만 얻을 수 있는 근사적인 것에 지나지 않는다는 원리를 확인하고자 했기 때문이다.
- P123

세포 덩어리는 럭비공 같은 방추형이다. 앞으로 어느 쪽이 머리가 되고 어느 쪽이 꼬리가 될지는 이 단계에서 이미 정해져 있다. 이때 머리가 될 부분의 세포에서 비코이드(bicoid)라 불리는 특별한 분자가 방출된다. 그리고 곧 수조 한구석에 떨군 과망간산칼륨처럼 신속하게 퍼지기 시작한다. 비코이드는 발생 단계에서 아주 짧은 순간에만 방출되지만 불규칙한 열운동을 능가하고도 남을 만큼 분자가 많기 때문에 ‘평균하면‘ 머리에서 꼬리에 걸쳐 아름다운 그러데이션을 형성한다.
비코이드는 자신과 접촉을 한 세포에 다음 단계의 분화 명령을 내리는 시그널의 역할을 한다. 그런데 이 부분이 이상하다. 세포에는 분명 비코이드에 대한 감수성에 단계적인 역치(値値, 감각세포에 흥분을 일으킬 수 있는 최소의 자극의 크기 -옮긴이)가 존재할 터인데, 비코이드의 그러데이션에 대해 계단 모양으로 응답하며 각각 분화를 시작한다. 그것이 결과적으로 구더기의 각 분절을 형성하는 것이다.
한편 비코이드의 그러데이션을 럭비공의 등 쪽이라 보면 확산은 세로 방향뿐 아니라 좌우로도 균등하게 이루어진다.
이것이 분화 시그널의 좌우 대칭성을 부여하게 된다.
이런 현상을 직접 확인하면 생물이 나타내는 형태 형식의 근거에는 분자의 확산에서 비롯되는 그러데이션이나 그 공간적인 확대 등 일정한 물리학적인 규칙이 있다는 것을 알 수 있다.
- P128

엔트로피란 난잡함(불규칙성)을 나타내는 척도다. 모든 물리학적 과정에는 물질의 확산이 균일한 불규칙 상태에 이르도록 최대 엔트로피의 방향으로 움직이고, 거기에 도달함으로써 끝난다. 이를 최대 엔트로피의 법칙이라 부른다.
그러나 생물은 자기 힘으로는 움직이지 못하는 평형 상태를 벗어난 것처럼 보인다. 물론 생물에도 죽음이 있고, 그것은 말 그대로 생명이라는 시스템의 죽음, 최대 엔트로피의 상태인 것이다. 그러나 생명은 보통의 무생물적인 반응 시스템이 최대 엔트로피 상태가 되는 것보다 훨씬 긴 시간, 적어도 사람의 경우라면 수십 년 동안 열역학적 평균 상태에 빠지는 경우는 없다. 그동안에도 생명은 성장하고 자기를 복제하고 상처나 질병을 회복시키고 더 오래 산다.
즉 생명은 ‘현존하는 질서가 그 질서 자체를 유지하는 능력과 질서 정연한 현상을 새로 창출하는 능력을 갖고 있다는 말이 된다.
- P130

슈뢰딩거는 더 이상의 것은 말하지 않았다.
그 대신 그는 생명이 엔트로피 증대의 법칙을 거스르고 질서를 구축할 수 있는 방법으로서 ‘부(負)의 엔트로피‘ 라는 개념을 제시했다. 엔트로피가 불규칙성의 척도라면 부의 엔트로피란 불규칙성의 반대, 즉 ‘질서‘ 그 자체인 것이다.
살아있는 생명은 끊임없이 엔트로피를 늘린다. 즉 죽음의 상태를 의미하는 최대 엔트로피라는 위험한 상태로 다가가는 경향이 있다. 생물이 그런 상태에 빠지지 않게 하는, 즉 생존하기 위한 유일한 방법은 주변 환경으로부터 ‘부의 엔트로피 - 질서‘를 섭취하는 것이다. 실제로 생물은 항상 부의 엔트로피를 먹음 으로써 살아있을 수 있다.
- P131

그런 멀리스에 관한 최고의 ‘전설‘은 드라이브 데이...

그런 멀리스에 관한 최고의 ‘전설‘은 드라이브 데이트를 하던 중 PCR을 생각해 냈다는 것이다. 과학계 최고의 홈런왕인 멀리스에게 노벨상을 쥐어준 아이디어가 떠오른 순간이었다. 그는 그 순간을 생생하게 기억하고 있었다.
그는 생명의 본질이 자기 복제 능력에 있다는 것을 알았다.
DNA가 상보적인 두 가닥의 사슬로 이루어져 있다는 것, 그것이 서로 상대방을 거푸집 삼아 복제된다는 것을 알았다. 프라이머라 불리는 짧은 DNA가 복제를 개시한다는 것, 그리고프라이머는 손쉽게 인공 합성할 수 있다는 사실을 알았다. 그러나 이 모든 것들은 당시의 과학자라면 누구나 알고 있던 것들이다. 그러나 바로 그 앞의 안타레스의 잔상을 본 이는 멀리스뿐이었다.
- P86

그런데 너무나 한순간에 그 방법이 떠올랐다. 30억 개의 뉴클레오티드 가운데 한 개의 올리고뉴클레오티드에 결합하는 장소, 천 곳을 알아냈다고 하자. 그렇다면 거기에 또 하나의 올리고뉴클레오티드를 사용하여 다시 한 번 걸러내는 것이다. 첫 번째 올리고뉴클레오티드가 결합한 장소의 하류에 두번째 올리고뉴클레오티드가 결합할 수 있도록 설계하면 된다. 첫 번째 올리고뉴클레오티드가 우선 천 곳의 후보지를 선택한다. 두 번째 올리고뉴클레오티드가 그 중에 단 하나의 정답을 골라낸다. 그리고 DNA가 자신을 복제하는 능력을 이용하면 되는 것이다.
(중략)
"야호"
나는 환호하며 가속 페달에서 발을 뗐다. 차는 하행 커브의 갓길에서 멈췄다. 길 옆 언덕에 늘어져 있는 커다란 칠엽수가지가 제니퍼가 앉아있던 옆자리 조수석 창을 간질이고 있었다. (중략) 그녀는 졸면서 조금씩 몸을 뒤척였다. (중략) 제니퍼가 빨리 가자고 했다. 내가 말했다. 굉장한 걸 발견했어.
그녀는 하품을 하더니 창에 머리를 기대고는 다시 잠들었다.
우리는 128번 도로 75킬로미터 지점에 서있었다. 동시에, 앞으로 다가올 PCR 시대의 바로 앞에 서있었다. (출처 앞의 책과같음) - P88

그래서 <네이처>나 <사이언스> 등 저명한 과학 잡지뿐 아니라 논문 발표의 장이 되고 있는 대부분의 전문지는 피어 리뷰(peer review, 동료 검토)라는 방식으로 게재 논문 채택을 결정한다. 피어는 동업자라는 뜻이며, 누군가가 특정 전문 분야의 논문을 투고하면 전문지 편집 위원회는 그 분야의 전문가인 피어에게 논문 심사를 의뢰한다는 것이다. 피어는 논문의 가치를, 그 신규성, 실험 방법, 추론의 타당성 등에 대해 판정하고 편집 위원회에 채점 결과를 알린다. 위원회는 그 판정에 근거하여 논문을 게재할 것인가 말 것인가를 결정한다. 사전청탁이나 정실이 불가능하도록 누가 피어가 될지는 편집 위원회의 기밀 사항에 부치고 논문 저자에게도 알리지 않는다.
- P90