(서평) 생물은 왜 죽는가 -고바야시 다케히코作-

생물은 왜 죽는가
고바야시 다케히코 지음, 김진아 옮김 / 허클베리북스 / 2022년 10월

삶은 무엇인가? 삶은 수명이라는 한계, 죽음이 있기에 의미 있는 것이라고들 이야기한다. 고뇌에 찬 철학자들의 이야기가 아니라 과학을 통한 생물의 존재와 진화, 그리고 그 속에 담긴 삶의 이야기를 다룬 책을 소개하고자 한다. 생물학자로 도쿄대에서 재직중인 고바야시 다케히코는 생명의 탄생과 진화 과정을 이해하며 그 속에서 죽음을 정면으로 바라볼 때 삶의 의미를 찾을 수 있고, 죽음을 공포의 대상이 아닌 더 나은 삶으로 가는 계기가 될 수 있다고 믿는다. 노화와 생명 연속성, 게놈 재생의 메커니즘을 연구하는 과학자의 눈으로 보는 삶과 죽음의 세계로 들어가보자.

Prologue

생물학은 생물이 살아가는 모습, 생물들끼리의 관계, 생물의 신체 구조를 연구하는 학문입니다. 다시 말해서 생물이 '어떻게 살아가고 있는가' 를 연구 대상으로 삼는다는 뜻입니다. 그러나 관점을 바꿔보면 살아 있는 것은 언젠가 죽게 됩니다. 그러므로 생물학은 죽음에 관해 연구하는 학문이라고도 볼 수 있습니다.

생물학자인 제가 보기에 생물의 구조, 나아가 자연계의 구조는 우연이 필연이 됨으로써 존재합니다. 무슨말이냐면 '어쩌다가 우연히 일어난 일인 줄 알앗는데 나중에 돌이켜 생각해 보면 '아! 그래서 이렇게 되었구나' 하고 받아들일 수밖에 없는 것들뿐입니다. 이 지구에서 생명이 탄생한 것도 현재 수많은 생물이 존재하는 것도 그리고 죽는 것도 모두 다 마땅히 그럴 수밖에 없겠구나 하고 느껴지는 '원래' 의 이유가 있습니다. 당연히 우리 인간의 죽음에도 이유가 있습니다.

이 책에서는 근원적인 의문인 '생물은 왜 죽는가?'에 대해 여러분과 함께 생물학적인 관점에서 생각해보고자 합니다. '죽음' 이라는 궁극적인 질문을 생각해 봄으로써 지금 우리가 살아가는 의미, 기쁨과 슬픔의 근원, 그리고 자연을 마주하는 소중함까지도 깨닫게 되리라 생각합니다. 그러면 공포의 대상으로만 보였던 '죽음'이 또 다른 의미로 다가올지도 모릅니다.

Chapter 01. 생물은 도대체 왜 탄생했는가?

- '이 세상의 시작' 을 보는 방법

우주는 138억 년 전에 '빅뱅' 이라고 불리는 대폭발로부터 시작되었다고 합니다. 그 근거 가운데 하나가 1929년 미국 천문학자 에드윈 허블이 발견한 우주의 팽창입니다. 우주에는 무수한 은하가 존재하는데, 허블이 꼼꼼한 관찰을 통해 우주의 모든 방향에서 은하가 지구로부터 멀어져가고 있음을 알아냈습니다. 우주가 팽창하는 과정을 거슬러 올라 138억 년 전으로 가 보면 우주는 아직 새끼손가락만 한 작은 크기였습니다. 그 작은 덩어리가 대폭발을 일으켜서 우주를 형성하고 지금도 계속해서 팽창하고 있는 것이지요.

빅뱅 이후에도 폭발의 여파가 이어집니다. 지금으로부터 50억 년 전에는 큰 별의 폭발로 인해 잔해나 먼지가 소용돌이 쳐서 중력이 가장 센 곳의 중심에는 태양이 생겨나고 그 주변에 몇 개의 혹성이 생겨났습니다. 그리고 46억 년 전에는 지구가 속한 태양계가 생성되었지요. ... 팽창하는 우주가 무엇인지 예를 들어 설명해 볼게요. 후지산 정상에서 큰 바위를 굴리면 (빅뱅), 굴러가는 과정에서 바위는 산산이 부서져 작은 돌이 되고 더 작은 모래가 됩니다 (팽창하는 우주). 그리고 그것은 아직도 천천히 굴러가는 상태라고 할 수 있지요. 그렇게 서서히 퍼져 나가는 과정에서 작은 모래 입자에 낀 이끼가 바로 우리 지구의 생물에 해당합니다.

- 생물 '씨앗'의 탄생

지구에서 생명이 탄생한 이유로서 몇 가지 요인을 고려해 볼 수 있습니다. 저는 태양 (항성, 스스로 빛을 발하는 별)과의 적당한 거리를 가장 주된 이유로 꼽고 있습니다. 물이나 생물의 재료인 유기물이 얼지 않고, 그렇다고 그걸 다 태워버릴 정도로 너무 뜨겁지 않을 만큼의 알맞은 온도가 생명 탄생에 중요한 요인으로 작용했다고 봅니다.

이러한 항성과의 적당한 거리를 전문 용어로 '해비터블존 habitable zone (생존 가능 영역)' 이라고 합니다. 태양계 밖에 있으면서 해비터블 존에 자리한 혹성 하나가 2020년 4월에 NASA 가 발견한 '케플러 1649C' 입니다. 케플러 1649c는 지구에서 약 300광년 떨어진 항성 주변을 도는 혹성입니다.

원시 지구는 지금과 상당히 다른 모습이었습니다. 갓 생성되었을 때만 해도 용암과 황산 가스 같은 것들이 분출 되고, 우주에서 강한 방사선과 자외선 등이 쏟아져서 도저히 생물이 살 만한 상태가 아니었습니다. 다만 그 상태는 화학반응이 일어나는 데는 가장 적합한 조건입니다. 그 결과, 다양한 유기물이 생성되어 축적되었다고 추정됩니다. 유기물은 생물을 형성하는 데 가장 기본이 되는 물질입니다. 대표적으로 단백질의 재료인 아미노산이 있고, 핵산 (DNA, RNA)의 '씨앗' 즉 원재료 역할을 하는 당과 염기가 여기에 포함됩니다. 이들 물질은 화학반응이 일어나기 좋은 장소, 즉 해저나 화산처럼 고온이면서 땅속으로부터 물질이 끊임없이 공급되는 장소에서 생겨난 것으로 보입니다.

- 스스로 복제하여 변혁하는 길쭉한 분자

생명 탄생의 첫 장벽이자 가장 큰 장벽이 '자기복제' 구조입니다. 원래 생물의 정의 가운데 하나는 자신의 복사본을 만드는 존재, 즉 자손을 만드는 존재입니다. 현재 많은 생물은 알이나 정자에 포함된 유전물질 DNA가 부모에서 자손으로 이어지는 방식으로 자기복제를 하지만, 최초의 생물은 아예 유전물질 그 자체였다고 해도 좋을 정도로 단순한 존재였으리라 짐작됩니다.

처음으로 생성된 유전물질 후보는 RNA(리보핵산)라는 단순한 구조로 된 물질입니다. 이것은 나중에 언급할 DNA(디옥시리보핵산)와 거의 같은 구조입니다. 이 둘은 모두 인산, 당, 염기 이 세 가지 분자로 구성된 뉴클레오티드라는 덩어리가 기본이 됩니다. 이것들이 이어져서 끈 모양의 구조를 만듭니다. ... RNA를 이루는 염기는 성질이 서로 다른 네 종류 (A : 아데닌, G : 구아닌, C : 시토신, U : 우라실)가 존재하기 때문에 RNA는 염기서열의 차이에 따라 무한에 가까운 종류 (배열)를 만들어 낼 수 있습니다. DNA의 염기로는 우라실(U)대신에 티민(T)이 들어갑니다.

Chapter 02. 생물은 도대체 왜 멸종하는가?

- 변화와 선택

생물학 교과서에는 변화(변이)와 선택에 의해 일어나는 생물 다양화의 본질적인 원인에 대해서는 그다지 자세히 나와있지 않습니다. 그렇다면 그 원인은 무엇일까요. 바로 생물이 대량으로 죽어서 사라지는 '멸종' 입니다. 선택받아 살아남은 생물도 아무런 위협 없이 편히 살아가는 것은 아닙니다. 다른 생물에게 자리를 내어 주고 멸종하게 됩니다.

죽은 생물은 분해되고 돌고 돌아 새로운 생물의 재료가 됩니다. 이것이 바로 이 책의 첫 번째 핵심 내용인 '턴 오버' 입니다. 새로운 생물의 탄생과 동시에 오래된 생물의 죽음이 일어나고 이와 더불어 새로운 종이 생겨나는 '진화'가 가속됩니다.

- DNA와 RNA, 닮은 것들끼리 존재하는 이유

왜 DNA와 RNA라는 두 종류의 비슷한 물질이 존재하는 걸까요? 처음에는 잘 무너지고 반응성이 풍부한 RNA가 유전물질로서 사용되었을 것입니다. 잘 무너진다는 것은 '다시 바꿔 만들 수 있다' 혹은 '변화하기 쉽다'라는 긍정적인 의미로 받아들일 수 있습니다. 무너지기 쉬운 RNA는 단백질과 결합함으로써 안정화되었을 것으로 추정됩니다. ... RNA보다 DNA 쪽이 더 안정적이면서 두 가닥이 붙은 이중 나선 구조라서 더욱 긴 분자를 유지할 수 있지요. 즉, 더 많은 유전정보를 가질 수가 있습니다. 그래서 RNA 대신에 DNA가 선택되었다고 추측됩니다.

- 최후의 메이저 체인지

1) 진핵세포의 출현

2) 다세포 생물의 출현

- 다양성은 대체 왜 중요한가?

다양한 종이 존재하여 생태계가 복잡해질수록 더 많은 종류의 생물이 더 잘 살아갈 수 있는 선순환이 작용합니다. 그리고 이와 같은 복잡한 생태계는 환경 변화에도 더 잘 적응하는 힘을 가지고 있습니다. 예를 들어 A라는 종이 멸종되더라도 그와 비슷한 생태적 지위 niche 를 가진 생물이 그 자리를 대신하므로 생태계 전체에는 큰 문제가 되지 않습니다. 멸종으로 발생하는 로스(상실)가 생태계에 흡수되기 때문입니다. 이 현상을 건전한 생태계의 버퍼 효과 (완충 작용) 라고 부를 수 있겠습니다.

- 멸종이 가져온 선물

결과부터 시작해서 거꾸로 과거의 일로 거슬러 올라가서 바라보면 마치 별것 아닌 것처럼 보이지만 사실은 끔찍한 이야기입니다. 다양성을 획득했다고 말은 쉽게 했지만 실제로는 대부분의 개체가 죽었고 그 많은 죽음 덕택에 서서히 변화할 수 있었습니다. 간단히 말하자면 다양한 개체들이 다양한 집단을 만들고 그중에 대부분 집단이 멸종했는데 어쩌다 살아남은 집단이 있었다는 이야기입니다.

그리고 그 환경을 기반으로 또다시 새로운 생물의 다양성이 생겨나게 됩니다. 이 '다양성과 멸종'의 관계, 다시 말해 '변화와 선택' 이라는 사이클 덕분에 우리 인류를 포함한 현존 생물들이 결과적으로 태어나고 존재할 수 있었던 것입니다. 이것이 바로 '턴 오버'에 버금가는 이 책의 두 번째 포인트인 '진화가 생물을 만들었다'라는 주제입니다. 생물을 만들어낸 진화는 사실 '멸종과 죽음'이 가져온 것이라고 할 수 있습니다.

Chapter 03. 생물은 도대체 어떻게 죽는가?

- 잡아먹히지 않아야 살고, 잡아먹어야 산다

생물은 탄생 이후 오랜 시간을 거쳐 다양화되었지만, 형태나 생태만 다양해진 것이 아닙니다. 그 삶에 맞춰서 죽는 방식도 다양해지고 진화하였습니다. 어떤 생물이냐에 따라 차이는 있지만, 이러한 죽음의 방식이야말로 그들이 생존하기 위해 진화해 나가는 과정에서 '선택' 되었다는 공통점이 있습니다. 즉, 지금 살아남은 생물들에게는 그 '죽음의 방식' 마저도 어떤 의미가 있었기 때문에 그들이 존재할 수 있었다는 것입니다.

Chapter 04. 인간은 도대체 어떻게 죽는가?

- 진화에 의해 획득한 노화

세포가 분열을 반복하면 게놈에 변이가 축적되어 암화의 위험도가 올라갑니다. 인간의 몸은 이 암화를 피하기 위해 면역 기구나 노화의 메커니즘을 획득함으로써 세포의 대체가 가능하게 되었습니다. 이로써 젊을 때 암화의 위험은 상당히 낮출 수 있지만, 그래도 55세 까지가 한계여서 그 나이 즈음부터 게놈 상처의 축적량이 한계치를 넘기 시작합니다. 이때부터 세포에 이상이 생기는 확률이 급증하고 이상 세포 발생을 억제하는 기능도 저하하기 시작하지요. 여기서부터 질병과의 사투가 시작됩니다. 달리 말하자면, 인간은 진화로 얻은 정해진 기한 (55세)를 훨씬 뛰어넘어 장수하게 되어버렸지요.

죽음의 원인 중 하나인 '노화'는 많은 생물 중에서 인간에게 특히 두드러진 특성입니다. '진화가 생물을 만들었다' 라고 한다면 '노화'도 인간이 긴 역사 속에서 '살아남기 위해 획득한 것' 이라고 말할 수 있습니다.

이 책의 1장과 2장가지는 지구의 탄생과 생명탄생의 재료가 되는 유기물의 생성, 그리고 생명의 탄생을 이야기한다. 그 중에서 핵심은 생명의 가장 기본적인 단위인 세포의 구조 중에서 특히 DNA, RNA 와 염기 서열에 대한 과학적인 기본 지식들을 이야기한다. 사실 이는 이후에 이어질 생명의 소멸과 멸종, 새로운 진화를 거쳐 선택된 노화와 죽음을 이야기하기 위한 기본적인 과학 지식의 배경이라고 볼 수 있다.

왜 우리는 노화하며 죽는 것일까? 과연 죽음이라는 것은 필연적인 결과물인 것인가? 저자는 이 모든것이 인간이라는 종이 번식하고 지금까지 살아남아가기 위해 진화했던 과정이며, 이는 수많은 생명체의 다양성 중에서 선택받은 능력(?)이라고 이야기한다. 또한 이러한 죽음과 함께 다양성을 가진 생명들이 계속해서 탄생하게 된다. 그리고 죽음 덕택에 진화하고 존재 했었기에 지금까지 살아온 '결과' 이며 '끝' 이지만, 존재한다는 것의 '원인' 이며 새로운 변화의 '시작' 이라고 이야기한다.

이제 남은 것은 선택이다. 우리 인간을 둘러산 환경의 다양성을 소중히 하고, 변화를 즐기며, 실수를 반성하고, 타인과 공감하며 어떻게 우리의 인생을 보낼지 결정하는 것은 우리 자신 스스로에게 달린 것이다.