21세기 생물학을 향한 혁명적 도전

에너지와 진화를 통해서 복잡한 생명체의 기원을 파헤치는 놀라운 책

영국 왕립학회 과학도서상을 수상한 저명한 생화학자 닉 레인은 진화의 역사에는 우리가 미처 인식도 하지 못하는 블랙홀이 존재한다고 말한다. 그것은 바로 생명이 왜 이런 모습인지를 모른다는 것이다. 그는 생명의 기원의 비밀을 풀어줄 열쇠를 에너지에서 찾는다. 생명은 에너지가 필요하다. 심해의 염기성 열수 분출구라는 특이한 조건에서 탄생한, 에너지를 생산할 수 있는 세포는 드넓은 세상으로 나아가 생명의 다양성을 폭발시켰다. 그리고 세포내 공생이라는 단 한번의 우연한 사건을 통해서 미토콘드리아를 획득한 진핵생물은 크기의 제약에서 벗어나 크고, 복잡하고 경이로운 생명체들을 진화시켰다. 이 책은 자연선택과 유전자를 중심으로 전개된 20세기의 생물학에서 벗어나 21세기의 첨단 생물학의 현재와 성과를 살펴볼 수 있는 기회를 제공한다. 이 책을 통해서 우리는 생명이 어떻게 탄생했고, 또 어떻게 진화해왔는지에 대한 완전히 새로운 시각을 얻게 될 것이다.

주요 내용

진화와 관련된 수많은 정보와 서적들을 통해서 우리는 생명 진화에 대해서 많은 것을 알게 되었다. 우리와 침팬지가 갈라진 시기와 진화의 경로를 상세히 알고 있으며, 그런 연구를 통해서 생명에 대한 우리의 인식은 엄청난 발전을 해왔다. 그러나 우리는 왜 배우자를 찾아 짝짓기를 하며, 왜 노화로 괴로워하고, 왜 죽음을 맞는지를 모른다. 즉 우리는 생명이 왜 이런 모습인지를 모른다. 혁신적인 생화학자인 닉 레인은 21세기 생물학을 통해서 20세기 생물학이 규명하지 못했던 문제에 정면으로 도전한다. 그는 생명이 어떻게 최초로 탄생하게 되었는지에 대한 해답을 찾고자 한다.

“제1장 생명이란 무엇인가?”에서는 20억 년의 생명 진화의 역사를 간략하게 살펴보고, 생물학 중심에 자리한 블랙홀이 무엇인지를 설명한다. 생물의 세 영역 세균, 고세균, 진핵생물?의 차이와 그들의 진화 역사에 대한 이야기를 전한다. “제2장 살아 있다는 것은 무엇인가?”는 생명에 필수적인 에너지에 대한 모든 세세한 내용들을 점검한다. 여기에서 생명의 에너지 생성을 총괄하며, 생명에 없어서는 안 될 귀중한 장치, 즉 “미토콘드리아”가 등장한다. 미토콘드리아의 ATP 합성 과정을 통해서 세포의 지질막을 사이에 둔 전위차를 이용한 “양성자 기울기”로 생명이 에너지를 얻는 과정을 살펴본다.

“제3장 생명의 기원과 에너지”에서는 세포의 물질대사 경로와 세포가 어떻게 탄생했는지를 설명한다. 세포의 탄생에 배경을 제공한 것은 심해의 염기성 열수 분출구이며, 그곳의 특이한 조건들이 세포의 형성에 결정적인 기여를 했다. 암석과 물, 그리고 이산화탄소의 조합은 세포를 탄생시켰다. “제4장 세포의 등장”은 열수 분출구의 특별한 조건(다량의 탄소와 유용한 에너지가 지속적으로 유입되고, 자연적으로 미세한 구획으로 나뉘어 있으며, 산물은 농축되고 폐기물은 배출되어야 한다)속에서 탄생한 세포가 에너지를 생산할 수 있게 변해가는 과정을 세세히 살펴본다. 그리고 이제 세포는 열수 분출구에서 독립해서 드넓은 세상으로 나아가게 된다.

“제5장 복잡한 세포의 기원”에서는 세균이나 고세균과 달리 복잡성을 획득한 진핵생물의 진화 과정을 본격적으로 다룬다. 진핵생물이 크기의 제약에서 벗어난 엄청난 다양성을 획득할 수 있었던 비결은 바로 미토콘드리아의 획득에 있다. 원핵세포는 다른 세포를 받아들이는 세포내 공생을 통해서 미토콘드리아를 받아들임으로써 “단 한번” 진핵세포로의 변신에 성공했다. “제6장 성과 죽음의 기원”은 미토콘드리아가 진핵생물에 미친 영향을 탐구한다. 진핵생물이 두 가지 성을 가지고 유성생식을 하게 된 이유와 생명에 필수적인 미토콘드리아가 모계를 통해서만 유전이 되는 까닭을 살펴본다.

“제7장 권력과 영광”에서는 진핵생물의 공통된 특징들을 세포핵 유전자와 미토콘드리아 유전자의 조화를 통해서 살펴본다. 왜 종이 분화되는지, 어떻게 두 가지 성이 발현되는지 그리고 우리는 왜 노화를 겪으며, 각 종들의 수명이 왜 판이하게 다른지를 다룬다.

이 책은 복잡한 생명체의 진화를 다른 시각에서 바라본다. 즉 저자는 진화의 근본에 대해서 다룬다. 생명이 왜 이런 모습일 수밖에 없는지, 그리고 복잡한 생명체가 어떻게 탄생했는지에 대한 놀라운 통찰을 제공하는 이 책은 우리가 어디에서 왔는지에 대한 궁금증을 해소시켜줄 것이다. 아울러 생명에 대한 저자의 설명을 따라가다 보면, 앞으로 펼쳐질 21세기 생물학의 방향도 엿볼 수 있을 것이다.