풀지 못한 수수께끼들

인간과 우주에 대해 아주 조금밖에 모르는 것들
강봉균 외 지음 / 낮은산 / 2012년 7월

[사이언스(Science)] 잡지는 미국과학진흥협회(AAAS)에서 발행하는 과학 전문 주간지입니다. 1880년 에디슨(Thomas Alva Edison)이 투자한 1만 달러로 창간한 뒤, 1900년 미국과학진흥협회가 인수하면서 미국을 대표하는 과학잡지로 자리잡았습니다. 영국의 과학잡지 《네이처 Nature》와 함께 세계 과학저널의 쌍두마차로 불릴 정도로 과학계에 미치는 영향력이 크며 그 내용은 물리학·화학·생물학·우주과학 등 종합과학을 다루고 있습니다. (두산백과 참조)

1980년대 초 현재 서울시청 을지로별관에 있던 옛 미문화원 2층 도서관에 가서 [사이언스]잡지를 열심히 읽었었지요. 그 문화원을 생각하면 제가 그 곳을 드나들던 그 시절 1985년 5월 삼민투위 소속 대학생들이 '미문화원 점거농성'을 했던 기억이 오버랩니다. 그 자리엔 제가 없었습니다만..

2005년에 [사이언스]가 창간 125주년을 맞아 우주와 자연, 생명과 의식에 관한 가장 중요한 125개의 질문을 선정했습니다. 과학자들 사이에서 크게 화제가 됐던 이 질문들은 질문 자체가 또 다시 수많은 질문을 양산할 정도로 범위가 큰 것이 있기도 하지만, 누구나 흥미를 느낄만큼 보편적인 물음도 많습니다.  예를 들면, 우주의 생물체는 우리만일까?  어떠한 유전적 변화가 우리를 인간일 수 있게 만들었을까? 온실 효과로 지구는 얼마나 더워지게 될까? 무엇이 사춘기를 유발시킬까? 왜 임산부는 자신의 태아에 거부 반응을 보이지 않을까?  생체시계는 어찌 이렇게 정확할까?  어떤 공룡들은 왜 그렇게 컸을까?  등등입니다.

그 외에도 질문 자체도 선뜻 이해하기 힘든 중요한 질문들에 대해 평생을 과학을 연구하는 내노라하는 과학자들 조차도 아직 명확한 답을 찾지 못하고 있는 상황입니다. 이 책이 태동하게 된 동기부여는 이미 과학 비전공자들에게 과학에 관한 흥미와 지적 유희를 유도하는 여러 권의 저서를 쓴 KAIST 정재승 교수의 역할이 컸던 것 같습니다. 

[사이언스]에서 제시한 이 질문들을 보면서 묘한 호기심이 발동되었다고 합니다. 과연 대한민국 최고의 석학들은 이 질문에 대해 어떤 답을 가지고 있을까? 그들에게 이런 질문들은 과연 어떤 의미일까? 이런 엉뚱한 호기심에서 시작되어 이 책이 세상에 나오게 됐다고 합니다.

생체시계는 어찌 이렇게 정확할까?

만약 시간생물학(Chronobiology)을 연구하는 생물학자들에게 '인류 최악의 발명품'이 무엇이라 생각하느냐고 묻는다면, 그들은 1초의 머뭇거림도 없이 '자명종'이라고 답할 것이라고 합니다. 그 이유는 지금까지 이뤄진 연구결과에 따르면, 우리가 자고 깨는 리듬, 일주기 리듬을 관장하는 생체시계는 뇌에 있다고 하며 빛에 의해 영향을 받는다는 것이지요. 그런데 자명종은, 빛에 영향을 받고 수면과 각성을 조절하는 생체시계는 제대로 깨우지 않은 채, 소리로 대뇌 피질(cerebral cortex)만 깨우기 때문에 사람의 일주기 리듬을 망가뜨리고 하루 종일 피곤하게 만들 수 밖에 없다는 것입니다. 그런 의미에서 모든 자명종은 자명등으로 바뀌어야 한다는 것이지요. 하긴 언젠가 저도 세미나 참석차 내려간 숙소에서 알아서 이른 아침에  일어나야 할 경우에 TV로 모닝콜을 한 적이 있었습니다만(빛에만 의존할 수 없어서 볼륨도 올려놓고), 소리에 익숙한 분들에겐 그냥 그 방법대로 가야겠지요. 세상에 일어나는 수많은 안전사고의 원인이 생체리듬이 깨어져서 왔다는 이야기는 어제 오늘의 일이 아닙니다.

그렇다면, 그 생체시계는 어디에 있을까요? 그 위치를 찾기 위해 과학자들은 지난 100여 년간 많은 노력을 해왔다고 합니다. 많은 시행착오 끝에 드디어 찾아냈습니다. 아니 엄밀하게 따지면 후보를 하나 세운 셈이지요. 일단 그 위치는 뇌에 있다고 단정하고, 우리 몸의 생체시계가 빛의 영향을 받는다는 사실에 주목한 과학자들은, 빛이 눈으로 들어온 뒤 가게 되는 뇌의 좌우 신경이 교차하는 곳, 즉 시교차 위에 있는 시교차상 핵을 그럴 듯한 생체시계 후보로 지목하게 됩니다. 

시교차상 핵은 2만 여개의 신경세포로 구성 돼 있습니다. 살아 있는 쥐의 시교차상 핵에 전극을 꽂아 신경세포들의 전기 신호를 측정해 보면, 24시간을 주기로 사인(sine)파에 아주 가까운 파형을 그립니다. 그리고 이곳을 망가뜨리면 체내 대부분의 기관이 보이던 24시간 주기적 양상이 사라지게 됩니다. 그러나 간과할 수 없는 사실은 시교차상 핵의 신경세포들이 서로 다른 주기가 측정된다는 사실입니다. 그 범위는 20시간에서 28시간 사이라고 합니다. 그런데 체내에서 함께 활동할 때는 정확히 24시간에 맞춰 리듬을 만들어 낸다는 것입니다. 시교차상 핵이라는 생체시계 내의 신경세포들은 서로 다른 주기의 리듬을 갖고 있으면서 어떻게 24시간이라는 동기화된 리듬을 만들어 낼 수 있을까? 이것이 바로 [사이언스]가 꼽은 '인류가 아직 풀지 못했으나 꼭 풀어야 할 가장 중요한 난제'가운데 하나인 것입니다. 

물론 이 숙제를 풀기 위한 역사상 많은 연구가 있었고 현재도 진행형입니다. 벽에 걸린 진자형 추시계들이 처음에는 따로 놀다가 어느 시점에 가서 같이 움직인다던가, 서로 엄청나게 멀리 떨어져 있던 조개들을 한 자리에 모아 놓았을 때, 각기 입벌리던 시간들이 다르다가 같아진다던가, 같은 기숙사 방을 사용하는 여학생들의 생리 주기가 일치하는 현상 등이 그 예입니다. 그런데 이랗게 영향을 주는 메카니즘이 무엇이냐 하는 점이 바로 풀어야 할 숙제라는 것이지요.

호지 사이클이니 나비어-스토크스 방정식들이니 타원형 곡선의 무한 유리수 해법이니 하는 머리가 조여드는 느낌의 질문은 넘어가고 좀 달달한 것으로 하나 더 옮겨 볼까요? 

쌍둥이는 비슷한 성격을 가질까? 그렇다면 성격은 유전에 의하여 결정된다고 할 수 있을까? 

미네소타 대학교의 부차르드 교수 역시 이러한 의문을 갖고, 같은 난세포에서 태어나는 일란성 쌍둥이를 오랜 기간 관찰해 보았다고 합니다. 그 결과 일란성 쌍둥이로 태어나서 어른이 될 때가지 자기에게 쌍둥이 형제가 있는지도 모르고 자라면서 한 번도 만난 적이 없는 쌍둥이가 같은 음료를 좋아하고, 같은 담배를 피우거나, 같은 종류의 차를 몰고, 취미도 같고, 직업도 같고, 같은 상표의 술을 마시며, 농담 할 때 같은 말과 몸짓을 사용함을 알 수 있었다고 합니다. 그러나 일란선 쌍둥이가 같은 성격을 갖지 않는다는 것을 보여 주는 다른 연구 사례들도 있습니다. 이렇듯 아직까지는 일란성 쌍둥이의 셩걱이 유전에 의해 결정된다고 쉽게 단정 짓기는 어려운 상황입니다.

2012년 12월 31일, 같은 날에 불과 두 시간 간격으로 아기를 출산한 미국의 쌍둥이 자매 소식이

화제가 되었지요. 현지 언론은 “자매가 출산을 축하하기 위해 찾아오는 사람들을 위해 같은 병원에서 약간의 시차를 두고 차례로 아기를 낳았다.”고 보도했습니다. 쌍둥이 자매는 평소에도 시차를 두고 동일한 일을 해 사람을 놀라게 하는 일이 많았다고 합니다. 단번에 두 명의 손자를 본 쌍둥이 자매의 엄마는 “한 명이 새벽에 전화를 걸면 5분도 안 돼 또 다른 딸이 전화를 걸곤 했다.”며 “임신기간 중에도 우연의 일치가 많았다.”고 합니다.   ”쌍둥이 딸이 종종 (계획하지 않고도) 같은 일을 해 역시 쌍둥이라는 말을 들었다.”고 덧붙였습니다. 

 이래저래 쌍둥이도 연구대상입니다.

책 말미엔 '위험한 좌담'이라는 제하의 통섭의 식탁이 마련되어 있습니다. 노장 사상을 전공한 강신주 그리고 역시 철학 전공의 김용석 두 사람이 이 책의 기획자인 정재승과 함께 과학과 인문학을 이야기합니다. 자리가 자리인지라 타이틀은 이렇습니다.

"과학, 너 누구냐?" 

P. S : 그런데 말입니다. 우리 말이 참 어렵네요. 책 제목에 '~아주 조금밖에 모르는 것들'.

         흔히 그리고 무심코 쓰는 말이기도 하지요. '나, 조금밖에 몰라' 라는 말을 연상해서 

         이와 같은 제목이 붙었겠지만, 책 제목을 이렇게 바꿨으면 좋았겠다 생각이 듭니다.

         "인간과 우주에 대해 풀지못한 수수께끼들".