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우리 몸을 만드는 원자의 역사 - 나를 이루는 원자들의 세계
댄 레빗 지음, 이덕환 옮김 / 까치 / 2024년 11월
평점 :
-20251203 댄 래빗.
‘저 별은 어떻게 내가 되었을까’라는 책을 읽고, 번역 제목에 낚였다는 생각을 했다. 오히려 이번에 읽은 이 책 ‘우리 몸을 만드는 원자의 역사’가 먼저 읽은 책 제목이 이끌어낸 궁금증을 푸는 데 더 도움이 될 것 같았다. 온 과학 분야와 이사람 저사람 쫓아다니지만, 다행히도 이 책 읽기는 재미있었다. 같이 읽던 ‘날마다 천체물리’, ‘오늘의 화학’, ‘쓸모없는 것들이 우리를 구할 거야’와 겹치는 부분이 제법되는데, 그렇게 같은 내용을 다른 방식으로 풀어준 걸 반복해 읽는게 잘 까먹는 나에게는 도움이 되었다.
원제 ‘what's gotten into you’는 ‘너한테 무슨 일이 생긴 거야?’, ‘너 왜 그래?’ 라는 뜻이라고 번역기가 알려주었다. 야, 우린 왜 인간인 거냐…어쩌다 이렇게 됐냐…하는 질문과 그 답을 구하는 과정은 빅뱅부터 물질(원자, 아원자, 더 작은 놈들까지)의 탄생, 별의 탄생, 태양과 지구의 등장, 혜성과 소행성의 기여, 남세균, 식물의 등장과 광합성, 우리가 먹는 것(탄단지 말고도 미네랄에 비타민 까지), 세포를 부수고 갈아 원심분리, 또 원심분리, 분리…한 끝에 알아낸 수많은 세포 안의 부품과 기계들(그 유명한 미토콘드리아 말고도 여러가지)까지, 그 모든 사실을 알아내기 위해 실수도 하고 고군분투하고 그래도 끝내 남이 하다만 것 이어 받아 우리가 지금 알게 될 것들을 알아낸 수많은 과학자들의 이야기와 함께 이 책 안에서 펼쳐졌다. 문장 너무 긴데, 이 책도 그렇게 길고도 스릴넘치게 숨도 못 쉬고 이어진다.
표지는 까치가 까치해서 처음 책 펼 땐 크게 기대 안 했는데, 천체물리, 생물학, 화학, 의학, 온갖 과학 분야를 넘나들며 비유와 재치를 곁들여 내가 어떻게 나인지 (모든 답을 구한 건 아니지만) 설명하려고 애써준 재미있는 책이었다. 제목에 원자 들어가고 표지에 분자 알갱이 같은 이미지 그려져 있으니까 괜히 화학에 국한될 것 같지만, 통섭적이고, 나같은 무지렁이도 어렵지 않게 (가끔 어렵긴 함) 과학의 역사를 훑으며 생명의 기원과 그걸 유지하는 힘까지 맛보게 해 주었다. 사실 다른 과학책들 이거저거 많이 본 가락이랑 수능 생명과학, 지구과학에서 주워본 것도 있겠지만, 그 내용들을 이렇게 한 책으로 엮어 두니까 읽기에 신이 났다. 읽어 봐…과학 좋아하면 읽어 봐…안 좋아해도 읽어보세요… 오늘부터 까치의 알려지지 않은 좋은 과학책 홍보대사 (맘대로) 할랍니다. (일단 바이탈 퀘스천 부터 읽고 올래?)
어차피 한 권 읽는다고 제대로 이해 못하니까, 미친놈처럼 쌓아둔 과학책들 마저 하나하나 읽어가며 반복, 또 반복, 변주, 합주, 그렇게 즐거울 예정이다.
+밑줄 긋기
-이야기는 우리 몸과 주변의 모든 물질에게 우주가 탄생한 날이라는 궁극적인 생일이 있다는 정말 이상한 사실의 발견으로부터 시작된다. (12-13)
-훗날 그(르메트르)는 “우주의 진화를 불꽃과 재와 연기를 남기고 끝나버린 불꽃놀이에 비유할 수도 있었을 것이다. 우리는 완전히 식은 재 위에 서서 태양이 희미해지는 모습을 보면서 세상의 기원에서 빛나던 광채의 기억을 떠올리려고 노력하고 있다”고 했다. (26, 팽창 우주가 허블이 아니라 르메트트르가 최초 발견한 이론이었다니...천체물리학자 프레드 호일이 그에게 빈정대며 붙여준 별명이 ‘빅뱅 맨’)
-겔만이 우리와 세상 만물을 구성하는 가장 기본적인 입자를 발견했다고 말할 수도 있겠지만, 사실 우리 몸에는 비어 있는 공간도 대단히 많다. 우리 몸이 단단한 고체라는 생각은 착각일 뿐이다. 사실 우리 몸의 99.
9999999999999퍼센트에는 아무것도 없다. 원자에 들어 있는 빈 공간의 바다도 엄청나게 크다. 수소 원자의 핵을 테니스공 크기라고 생각하면, 수소를 구성하는 전자는 1.6킬로미터 정도 떨어진 거리에서 돌고 있는 셈이다. 전자, 양성자, 중성자 사이에 존재하는 공간을 모두 없애면 당신의 몸은 큰 먼지 한 톨보다도 작아진다. 전 인류를 각설탕 1개에 넣을 수 있을 정도이다. (57-58, 그렇다면 우리 존재는 여백의 미)
-그녀(세실리아 페인)는 훗날 자서전에 “나는 내 발밑에 깊은 구덩이가 생기는 것을 보았다. 나는 여교사로서의 삶이 ‘죽음보다 끔찍한 운명’이라고 생각했다”고 썼다. 다행히 그런 끔직한 운명은 실현되지 않았다. (61, 워워...죽을 뻔 해보니 죽는 것보단 나아요… 끔찍한 운명을 벗어나려면 조금 더 똑똑했어야 했다…)
-우리의 행성은 평화적으로 만들어지지 않았다. 내부 태양계에서는 어쩌면 달과 화성 크기의 천체 수백 개가 롤러 게임처럼 서로 부딪히고, 서로의 궤도를 교란하면서 뒤엉켜 있었다. 일부는 태양에 충돌하기도 했다. 다른 행성들은 가장 큰 행성인 목성 쪽으로 튕겨 나갔다. 충돌하지 않은 천체들은 목성의 강력한 중력에 의해 궤도가 흐트러져서 태양계 바깥으로 튕겨 나갔다. 그런 사이에 지구가 형성되는 과정에서 거대한 암석과 미니 행성 안에 갇힌 우리의 불행한 분자들은 수많은 격렬한 충돌을 겪게 되었다. (86, 지금 시기의 안정이 어쩜 찰나의 평화일지도 모르겠다. 우주는 근본적으로 혼돈의 캐아스. 급팽창하고 충돌하고 뒤섞였다 잠시 모였다 빵 터지고)
-혜성은 탈락했고, 소행성이 남았다. 그것으로 충분해 보였다. 우리 몸에 있는 물은 우주에서 날아온 거대한 암석에 의해 지구로 전달된 것이었다. 끝.(121)
-아래쪽의 마그마에서 계속 분출되어 대기 중으로 공급된 수증기에 의해서 수천 년이나 수만 년 동안 비가 쏟아졌다. 판 구조가 만들어지기 이전의 시기에는 지구에 높은 산이나 깊은 분지가 없었다. 비가 멈추면서 수심이 1600미터가 넘는 바다가 지구 전체를 둘러싸게 되었다. (125, 지구의 물은 여러 곳에서 왔다. 물의 출처는 먼지 입자에 응축되어 지구 내부에 갇혀 있던 것, 혜성, 오르트 구름, 소행성-대부분의 물)
-그(타운스)는 웰치에게 “자신들이 모든 것을 알고 있다고 생각하는 사람들의 말을 들을 필요가 없다”고 말했다. 타운스의 남다른 철학은 최고 수준의 물리학자와 엔지니어들과 함께 수행한 연구의 경험에서 얻은 것이었다. 그는 전문가가 어떻게 자신의 지식 때문에 눈이 멀 수 있는지를 직접 보았다. 그들은 양자물리학이나 증폭기의 작동 원리처럼 자신들이 알고 있는 것은 잘 알지만, 때로는 자신들이 얼마나 모르고 있는지는 간과하기도 했다. (150)
-폼알데히드는 사체 보존에도 사용하지만, 우리 몸에서도 매일 42그램이 생산된다는 사실은 잘 알려져 있지 않다. (152, 그래서 우리가 안 썩고 버티는 것인가)
-잉엔하우스는 프랭클린의 피뢰침을 지지했다. 당시에는 악인에 대한 신의 형벌을 인간이 감히 간섭해서는 안 된다는 이유로 피뢰침을 반대하는 성직자가 있었다. (193, 저런, 사드의 미덕의 불운을 안 읽으신 분이군-착한 쥐스킨트가 벼락 맞아 죽고 끝남)
-남세균이 죽으면 여전히 그곳에 갇혀 있던 퇴적물이 스펀지와 같은 질감의 탑을 만들고, 그 위에 새로운 남세균 깔개가 자라게 된다. 원시바다에서도 그런 박테리아가 똑같은 방법으로 월컷의 크립토존을 만들었다. 이제 우리는 그것을 그리스어의 스트로마(층)와 리토스(바위)를 합친 스트로마톨라이트라고 부른다. (228)
-그러나 남세균은 단순히 성가신 존재가 아니라 지구 역사상 가장 체제전복적인 유기체이다. 지질학자 조 커슈빙크는 언젠가 기존의 생태계를 완전히 전복시켰다는 이유로 남세균을 미생물 볼셰비키라고 불렀다. 박테리아의 조상은 미네랄을 먹을 수 있는 곳에서만 살았지만, 광합성을 하는 남세균은 물, 공기, 햇빛만 있으면 어디에서나 살 수 있었다. 멀고 넓은 지역으로 자유롭게 퍼져나갈 수 있었던 남세균은 그 이전의 다른 유기체와 달리 지구를 식민지화할 수 있었다. 이 순진한 혁명가는 일단 퍼지기 시작하자, 식물과 인간의 출현을 가능하게 해준 수많은 변화를 일으키기 시작했다. (229, 반역자 남세균이라니 매력터지는 미생물)
-지능에 대한 트레와바스의 정의는 단순했다. 그는 어느 이메일에서 “유기체가 위협적이거나 경쟁이 치열한 환경에 처했을 때 생존 가능성을 높이기 위해 행동을 수정한다면, 그것이 바로 지능적 행동을 보여주는 것이다”라고 했다. 그는 “식물은 구조 변경을 통해서 특정 신호에 반응한다”고 설명했다. “그것이 자신들의 생존 확률을 높이는 방법이다. 식물이 어떻게 그렇게 할까? 식물은 무엇을 평가할까? 동물의 경우에 그것을 지능이라고 부른다면, 생물학적 측면에서 행동의 특성은 동일하기 때문에 식물에서도 그것을 지능이라고 불러야만 한다.” (277, 2003년 발표된 ‘식물 지능의 양상’이라는 용감한 논문에서)
-식물이 죽더라도 그 속에 들어 있는 원자는 죽지 않는다. 원자는 토양, 바다, 퇴적암, 대기와 다른 생물에 의해서 재활용된다. 따라서 우리의 영혼이 환생하는지는 모르겠지만, 우리 몸에 있는 원자는 크고 작은 여러 유기체에서 전생을 보냈던 것이 분명하다. (286, 그러니까 다음 생엔 뭐가 될지 두근두근)
-그러나 일단 충분한 양의 단백질을 축적했다면, 더 많은 단백질을 먹더라도 근육을 늘리는 데에는 도움이 되지 않는다. 단순히 지방이 더 많아질 뿐이다. 안타깝게도 더 많은 근육을 얻는 유일한 방법은 더 많은 에너지를 소비하는 것이다. (302, 정말? 싶어서 ai에게 물었다. 부분적으로만 맞다고 한다.
• 단백질은 1.6~2.2g/kg 수준까지는 근성장에 매우 중요.
• 그 이상 먹는다고 근육이 더 잘 붙지는 않음 → 이건 옳음.
• ‘운동이 없는 근성장’은 거의 없음 → 이것도 옳음.
• 하지만 “남은 단백질은 전부 지방으로 간다”는 식의 단순화는 틀림. 남는 건 칼로리이지, 단백질 자체 때문이 아님.
• “충분한 단백질을 축적했다”는 건 단순히 필요량을 충족했다의 의미일 뿐.)
-우리 몸의 각 세포는 지구에 도달하기 전 우주를 떠돌던 약100조 개에 달하는 방대한 수의 원자로 이루어져 있다. 우리가 섭취하는 이 거대한 원자 덩어리가 어떻게 생명으로 도약할 수 있을까? 모든 것이 DNA, 단백질, 리보솜으로 귀결될까? 아니면 우리 세포에 들어 있던 죽은 원자에 생명을 불어넣기 위해 눈에 보이지 않는 다른 메커니즘도 필요할까? (367, 알베르 클로드라는 벨기에 학자가 알려줄 것이라 한다…그런데 아직도 만날 과학자가 더더 많이 남아 있었다…)
-이탈리아의 의사 카밀로 골지가 처음 발견한 골지체Golgi apparatus라는 얼룩이 하나 더 있었다. 그것이 실제 구조인지 아니면 염색 과정에서 생긴 인공물인지는 알 수 없었다. (369-370, 여태까지 몰랐다… 골지가 이탈리아 사람 이름이라는 게 충격이다…뭔가 골판지 같은 느낌이었는데)
-미토콘드리아는 양전하를 가진 양성자인 수소 이온을 이용해서 내부 막에 전위차를 만든다. 그 전위차는 1피트당 1억 볼트로 번개만큼 강하다. (382, ‘미토콘드리아’ 읽었는데 양성자 뭐 나온 것 같은 느낌적 느낌만 남은 나야…왜 읽니…)
-미토콘드리아는 당의 에너지를 사용해서 전력망을 구축한다. 양성자 전기가 정교한 분자 기계에 동력을 공급하고, 그런 기계가 돌아가면서 우리가 하는 모든 일에 연료를 공급하는 작은 배터리가 계속 충전된다. (384, 내 몸에 가득한 발전기, 빳데리)
-우리 몸에서는 매 초마다 과거의 박테리아 수천조 개가 세포막을 가로질러 양성자를 퍼내서 ATP를 만드는 회전형 모터에 필요한 전기를 생산한다. 우리는 1분에 약 3분의2파인트의 산소를 흡입해서 그런 모터를 계속 돌아가게 하고, 그 덕분에 미토콘드리아는 100와트 전구만큼의 에너지를 생성한다. (385, 베껴도 베껴도 질리지 않는 몸 속 발전소와 배터리의 메커니즘)
-그들은 신경의 전류가 양전하를 가진 소듐과 포타슘 이온에 의해서 생성된다는 사실을 알게 되었다. 그런데 놀랍게도 전하를 가지고 있어서 이온이라고 알려진 이 분자는 신경의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 빠르게 이동하지 않는다. 그 대신 축구 경기를 응원하는 사람들처럼 파동을 일으킨다. (…) 축구 팬이 팔로 옆 사람의 팔 움직임을 유도하듯이 그런(이온이 밀려 들어오거나 빠져나가는) 변화 때문에 인접한 통로가 열리게 된다. 소듐과 포타슘 이온이 막의 안과 밖을 오가면서 신경을 따라 이동하는 전하의 파동을 전파한다. (386, 생명과학 할 때 지겹게 맞춰야 했던 막전위 초 재기, 이동 거리, 속도…축구 응원 비유 참신한데 이걸 알았대도 저건 퍼즐에 산수라 여전히 못했긴 했겠다.)
-우리가 인식하지는 못하지만, 우리의 생명은 1000조 개에 가까운 소듐-포타슘 펌프에 달려 있다. 그러나 소듐-포타슘 펌프가 없으면 우리는 생각은 커녕 포식자로부터 도망치지도 못하고, 생명을 유지할 수도 없다. 그것이 바로 소금으로 알려진 염화소듐을 맛있다고 느끼는 이유이다. 우리가 먹는 식물에는 포타슘은 많지만, 소듐은 많지 않다. 몸속의 전하를 유지하려면 하루에 한 티스푼보다 조금 적은 양의 소금이 필요하다. 수렵채집인은 육류에서 소금을 얻었지만, 농경인은 별도로 소금을 섭취해야 했다. 소금 통에 들어 있는 소금 덕분에 우리는 손가락을 꼬고, 귀를 만지고, 생각하고, 대화를 나눌 수 있다. (387, 덜 짜게 먹는다고 너무 부심 부리지 말아야 겠다…)
-오히려 세포는 끊임없는 움직임을 이용해서 생명을 창조한다. 끊임없는 충돌이 세포 안과 바깥으로 분자를 밀어내고, 단백질의 모양을 바꾸고, 효소의 이동을 도와준다. (390, 생명의 본질은, 에너지는 내부의 무수한 충돌…내면의 잔잔함을 바라는게 애초에 무리였을지도)
-그(폴 애버솔드)는 우리가 한두 달마다 탄소 원자의 절반을 교체하고, 매년 전체 원자의 98퍼센트를 교체한다는 사실을 발견했다. (391, 지금의 나는 작년의 나랑은 확실히 다르긴 하다.)
-평균적으로 우리는 10년마다 세포를 교체한다. 하루에 3300억 개의 세포를 갈아치우는 셈이다. 열악한 환경에서 작동하는 세포가 더 자주 교체된다. 강한 산에 노출되는 내장의 세포는 손상이 발생할 가능성이 매우 커서 계획적인 자살을 통해 이틀에서 나흘마다 새로운 세포로 교체된다. 긁히거나 자외선에 노출되는 피부 세포는 한 달에 한 번 정도 교체된다. 혈류를 따라 돌아다니는 적혈구는 120일마다 교체된다. 매초마다 거의 350만 개의 적혈구를 새로 만들어야 한다는 뜻이다. 뼈와 같은 곳에 있는 다른 세포는 10년에 한 번 정도로 그 빈도가 낮다.
따라서 우리 몸의 세포는 신뢰할 수 있는 기계를 사용하는 것 이외에도 끊임없이 오류를 점검하고, 수리하고, 계속 교체한다는 세 가지 원칙을 가지고 있다. (392-393, 신상을 좋아하는 부지런한 우리 몸)
-생물학자 닉 레인은 “우리를 인간으로 만들어주는 뇌와 심장이 우리를 늙어서 죽게 만드는 요소이기도 하다. 우리 몸의 일부 세포는 대체할 수 없다”고 지적했다. (394, 아이참 닉레인 아저씨 이 책에 꽤나 자주 등장해서 ‘바이털 퀘스천’도 조만간 읽긴 해야 할 듯…)
-(…)어떤 의미에서 우리는 원자가 끊임없이 교체되는 불꽃에 더 가깝다. 우리는 죽을 수 있지만, 원자는 죽지 않는다. 원자는 생명체, 토양, 바다, 하늘을 화학적 회전목마처럼 돌고 있다. (…) 또다른 기본적인 수준에서 보면, 우리는 빅뱅과 별이 만들어낸 원소들의 일시적인 집합체일 뿐이다. 우리는 주기율표에 포함된 132종 남짓한 원소 중 약 60종의 원소로 구성되어 있다. (400, 118개라고 안 하는거 보니 앞으로도 더 찾을 것으로 예상되는 원소가 넉넉한 모양이다…원소에서 안 그치고 아원자 입자, 양자장, 파동, 우리는 우주와 하나, 계속 뻗어나간다.)
-어떤 의미에서 우리는 미생물 조상, 즉 우리의 위대한 고모나 삼촌과 많은 것을 공유하고 있다. 우리는 같은 주제를 가진 변형일 분이다. 린 마굴리스가 지적했듯이, 우리는 미생물이 무성하게 자란 거대한 군집에 불과하다.
그러나 우리는 그 이상의 존재이기도 하다. 우리 몸 안에는 별에서 온 원자로 만들어진 수백 가지의 특수한 세포들이 박테리아가 감히 할 수 없는 특별한 방식으로 서로 협력하고 대화한다. 영성과 우주의 본질에 대해서 토론하는 것도 그런 경우이다. (405, 박테리아도 우리의 친구지예-하고 겸손 떨다가 그래도 우리는 위대해! 우주와 세계와 우리 존재의 근원을 이해해! 한다.)