초파리

초파리 - 생물학과 유전학의 역사를 바꾼 숨은 주인공, 개정판
마틴 브룩스 지음, 이충호 옮김 / 갈매나무 / 2022년 8월

파리하면 가장 먼저 떠오르는 것은 무엇일까?

더럽고, 작고, 약하다는 이미지일 것이다. 특히나 요즘과 같은 무더운 계절에는 모기와 함께 양대 해충이라고 해도 과언이 아니다.

덩치가 작은 초파리라고 해서 예외는 아니다.

아파트로 거주 공간이 많이 바뀌면서 예전에 비해 집에서 모기와 파리를 경험(?) 하는 경우는 많이 줄었지만 초파리는 음식물이 있는 곳이면 장소를 막론하고 어디선가 나타나서 눈앞에 왱왱거린다.

하지만 우리는 학창 시절에 배웠다.

이 작고 약하디 약하며 해를 끼칠 것만 같은 곤충이 생물학과 유전학에 지대한 공헌을 했다는 사실을 말이다. 그 어렴풋한 기억을 한번 되살려 보자.

"초파리가 실험실에 정식으로 데뷔한 때는 1900년이고, 장소는 하버드대학교 교수 윌리엄 캐슬의 실험실이었다. 사실, 초파리가 실험실 문지방을 넘은 이 사건 자체는 별로 대수로운 일이 아니었다. 캐슬은 그저 발생학을 전공하는 학생에게 연구하게 할 동물이 필요했을 뿐이었다. 그런 그에게 초파리는 값싸고 재미있게 연구할 수 있는 대상처럼 보였다. 창틀에 잘 익은 포도알을 몇 개 놓아두기만 하면 쉽게 유인할 수 있었으니 말이다."

초파리가 실험실에 등장하여 본격적으로 연구된 시기는 20세기가 시작된 1900년이라고 한다. 과학이나 기술의 큰 변화나 진전은 수많은 노력의 누적으로 발생하는 경우도 있지만 이렇게 의도치 않게 우연적으로 발생하는 경우도 있다. 실험 비용을 한 푼이라도 아껴야 하는 입장에서는 값비싼 동물들을 활용한 실험보다는 포도알만 갖다 놓아도 어디선가 모르게 슬그머니 나타나 짧은 기간에 개체 수를 늘리는 초파리가 아주 반가운 대상이었을 것이다.

의도했든 아니든 간에 초파리의 유용성을 확인한 윌리엄 캐슬 교수는 아마 자기 스스로도 놀랐을 가능성이 다분해 보인다.

"세포 깊숙이 한가운데 자리 잡은 중앙 무대에는 화려한 색깔로 염색된 벌레처럼 생긴 구조가 있었다. 생물학자들은 그것을 '염색체'라고 불렀다. 20세기로 넘어올 무렵, 많은 생물학자들은 염색체야말로 유전 물질이 들어 있는 장소로 매우 유망하다고 떠들어 댔다. 염색체는 멘델의 가상 입자에 물리적 실체를 부여하는 것처럼 보였다. 염색체는 쌍으로 존재했고, 아버지와 어머니에게서 각각 하나씩 왔다. 그리고 정자나 난자가 만들어질 때, 쌍을 이룬 염색체는 둘로 분리되었다."

요즘은 웬만한 아이들도 아는 유전과 염색체, DNA에 관한 것들이 불과 수 십 년 전에 발견된 사실인 걸 보면 신기하다는 생각이 든다. 이러한 유전 법칙의 선구자로 불리는 사람이 바로 '멘델'이다. 과학자가 아님에도 수도승으로서 수도원 텃밭에서 기른 완두 콩을 유심히 관찰하여 무엇인가 후대에 전달되는 형질의 유사성을 발견한 그의 업적은 놀랍고 신기롭기 그지없다.

이런 유전체의 연구 관점에서 초파리처럼 한 세대의 기간이 지극히 짧고 자식 세대의 개체 수를 극대화할 수 있으며 돌연변이도 쉽게 발현되는 상황은 최적의 조건이라고 해도 과언이 아닐 것이다.

"초파리가 짝짓기에 탐닉하는 동물인 것은 사실이지만, 벤저는 초파리를 그저 뇌가 없는 멍청이, 즉 짝짓기에만 미친 자동 기계로 보던 기존의 견해를 완전히 바꾸어 놓았다. 오히려 그의 연구팀은 초파리의 지적 능력이 뛰어나다는 것을 보여 주었다. 훈련만 적절히 시키면 초파리도 정보를 학습하고 기억할 수 있다....개를 훈련시키려면 며칠이나 몇 주일, 심지어 우둔한 종은 몇 달이 걸린다. 이와는 대조적으로 초파리는 단 몇 분 만에 훈련시킬 수 있다."

이 챕터의 내용을 보고 놀라지 않을 수 없었다. 다른 부분은 학창 시절에 그래도 들은 부분이 있었지만 이렇게 작은 곤충인 '초파리'가 지능을 갖고 있다니 말이다.

냄새와 전기를 사용하여 훈련을 시키면 초파리는 현 상황에 대해 기억하게 되고 그 기억을 되살릴 수 있다고 한다. 거기다 더 놀라운 것은 사람의 기억과 놀랍도록 비슷한 방식으로 작용하여, 처음의 기억은 아주 짧은 시간만 지속되지만 지속적으로 동일한 내용을 반복적으로 학습하게 되면-중간에 적당한 휴식기를 가지며-기억을 장기간 지속시킬 수 있다고 한다.

"이 초파리가 이렇게 오래 살 수 있었던 근본 원인은 몸속에서 발견되었다. 다른 초파리들과의 차이점은 한 유전자 속에서 발견된 돌연변이였다. 이 유전자는 성경에서 노아의 홍수 이전에 969년이나 살았다는 유대인 족장의 이름을 따 '므두셀라'라는 이름이 붙었다. 물론 이 초파리가 므두셀라만큼 오래 살지는 못했지만, 단지 한 유전자에 생긴 변화 때문에 평균 수명이 35%나 늘어났다는 사실은 결코 가볍게 볼 수 없었다.....'므두셀라' 돌연변이는 초파리를 노화 연구의 전면으로 내세운 일련의 발견들 중 하나에 지나지 않는다. 노화의 수수께끼를 풀려면 아직도 많은 연구가 필요하지만, 초파리는 적어도 거친 파도가 일렁이며 불확실성이 심한 가설의 바다에 꼭 필요한 경험적 명료성을 제공했다."

유전학, 생물학의 궁극적인 목표이지 지향점 중의 하나가 바로 인간의 '수명 연장'일 것이다. 좋은 식단과 관리, 의학의 발달로 인해 예전과는 비교도 할 수 없을 만큼 기대 수명이 늘어났지만 사람의 욕심은 끝이 없다.

불과 얼마 전만 하더라도 환갑이 되면 동네잔치를 열고 했었는데 요즘은 칠순이 되어도 간단하게 가족 행사로 하는 걸 보면 격세지감이 느껴진다. '오래 산다는 것이 무조건 좋은 것이냐'라는 또 다른 논쟁도 있지만 사랑하는 사람과 더 오래 함께 하고 싶다는 것은 인지상정일 것이니, 아마도 장수에 대한 연구는 인간이라는 생명체가 존재하는 한 영원한 과학계의 화두로 남아 있을 것이다.

이 중요하고 지대한 관심이 있는 분야에서도 '초파리'는 독보적인 특성을 나타낸다.

간단한 유전자의 특성에 기인하여 분석도 쉬울 뿐만 아니라 단 하나의 유전자의 변화로 평균적으로 35%의 수명이 늘어났기 때문이다. 그것도 그냥 수명이 늘어난 것이 아니라 긴 수명 내내 건강하고 활달한 모습을 보이며 약품에 대한 내성에서도 일반 초파리에 비해 훨씬 더 강한 특성을 보인다. 인간으로 비유하자면 '초인(超人)'이라고 해도 과언이 아닌 것이다.

책을 읽고 나니 서두의 추천사에 왜 '이 책은 현대 생명과학의 숨은 영웅에게 바치는 찬가다'라고 표현했는지 절로 고개가 끄덕여졌다. 여름의 대표적인 불청객이자 작고 약하디 약한 개체인 초파리가 이렇게까지 인류에게 유익한 공헌을 했는지는 차마 알지를 못했다. 그들이 원해서 그런 것은 아닐 것이므로 냉정하게 보면 '초파리'의 희생이 있었음에 우리가 좀 더 나은 삶을 살고 있는 셈이다.