생명의 도약

생명은 어떻게 스스로를 발명하였는가

우리는 어떻게 해서 지금 여기에 있는 것인가

진화는 우연인가 필연인가



저명한 생화학자 닉 레인은 이 책에서 최첨단 과학의 새로운 발견들을 이용해 지구 생명의 역사를 정교하게 재구성한다. 생명은 어디서 기원했을까? DNA는 어디서 나타났을까? 눈은 어떻게 진화했을까? 의식은 무엇일까? 우리는 왜 죽는 것일까? 지난 수십 년 동안 등장한 혁신적인 연구 결과는 생명 형성 과정을 생생하게 꿰뚫어볼 수 있는 새로운 시각을 제공한다. 이제 우리는 유전체 서열 전체를 비교하고, 원자 수준에서 단백질의 구조를 밝히며, 생각을 하는 동안 뉴런에서 일어나는 일을 추적하고, 암석을 지구화학적으로 면밀히 조사하여 과거의 대기 변화까지도 알아낼 수 있는 기술과 자료를 갖고 있다. 이렇게 얻어진 새로운 발견은 생명의 진화를 더 자세하고 더 정확하게 설명할 수 있게 해준다. 이 책에서 레인은 진화의 열 가지 위대한 발명 하나하나가 어떻게 생명과 지구 자체를 변화시켰는지 자세히 설명한다. 생명의 기원, DNA, 광합성, 진핵세포(복잡한 세포), 성(유성생식), 운동, 시각(눈), 온혈성, 의식, 죽음이 그 열 가지다.



진화사의 흥미진진한 집대성



지은이 레인은 전작 『미토콘드리아』에서 극히 미세한 세포소기관인 미토콘드리아가 생명의 진화에서 뜻밖의 다채롭고도 중요한 역할을 한다는 사실을 잘 설명해주었다. 그에 이어 이번 책에서는 생명 진화에서 이제까지 일어난 열 가지 혁명을 '발명'이라 일컬으며 폭넓은 관점에서 해설하고 있다. 그 선택 기준은 우선 지구 전체를 획기적으로 변화시켜 지금도 대단히 중요하며, 문화적인 진화가 아니라 자연선택에 의한 진화의 직접적인 결과이고, 나아가 나름의 '상징성'을 지녀야 한다는 것이다. 『생명의 도약』이라는 이 책 타이틀은 그러한 진화의 비약적인 과정을 드러내준다. 이는 프랑스 철학자 앙리 베르그송이 『창조적 진화』라는 저서에서 생명 진화를 추진하는 근원적 원동력으로 상정한 '엘랑 비탈'(말 그대로 '생명의 도약')과 맥락을 같이한다고 볼 수 있다.



뛰어난 과학저술가 닉 레인



지은이 레인은 전작들을 통해 국제적으로 높은 평가를 받아왔는데, 이번 책 역시 『네이처』 『사이언스』 『뉴사이언티스트』 같은 일류 과학전문지나 『가디언』 『뉴욕타임스』 등의 유력지에서 호평을 받았고, 2010년에는 영국 왕립학회로부터 '과학도서상'을 수상하는 영예를 안았다. 이 책은 생물학 해설서로서 폭넓고도 상세할 뿐만 아니라, 지은이 특유의 전문적 식견에 따른 생명관을 설득력 있게 보여주는 명저다. 지은이 레인은 각 테마에 관해 다양한 가설을 소개하면서 거기에 자신의 개인적 견해를 대담하고도 유기적으로 관련지으면서 하나의 명쾌한 스토리로 엮어나간다. 예컨대 눈의 진화를 언급하는 대목에서는 '절반만 생긴 눈에는 어떤 의미가 있는 것일까?'라고 주의를 환기시키고는 그러한 눈의 이점을 심해 열수분출공의 새우를 소재로 설명한다. 미시적인 사건과 거시적인 진화를 관련짓는 방식은 대단히 참신하고 탁월하다는 게 대체적인 평가다.



생명의 탄생지 열수분출공



이 책에서는 『미토콘드리아』에서도 약간 소개되었던 열수분출공이 곧 생명이 처음 발생한 장소의 후보로서 자세하게 다뤄진다. 깊은 바다 속 열수분출공 주위에서 살아가는 신비로운 생명체들에 관한 이야기는 지구가 얼마나 넓고 경이로운 곳인지를 다시 한 번 생각하게 해준다. 열수분출공에서는 무기세포와 RNA가 저절로 만들어지는데, RNA는 유전물질이자 생체 반응의 촉매로도 이용되는 물질이다. 지은이는 또 DNA가 저절로 만들어져 생명의 특성인 자가복제가 시작되었을 것이라고 추측한다. DNA에서 3개의 염기가 어떻게 아미노산을 암호화하는지 밝히기 위해 여러 과학자들이 도전하는 과정도 흥미롭게 소개된다. 특히 물리학자 가모브가 아미노산의 암호화 과정을 수학적 시각에서 설명한 가설을 제시한 일도 소개된다. 결국 오랜 시행착오를 거쳐 첫 번째 염기는 아미노산의 전구물질을, 두 번째 염기는 그 아미노산이 소수성인지 친수성인지를 나타낸다는 사실이 밝혀졌다.



광합성과 경이로운 눈의 진화



전작에서 호흡 과정을 기발한 접근으로 풀이했던 지은이는 이 책에서도 광합성 과정을 알기 쉽고 재미나게 소개한다. 그러면서 환경오염도 없고 이산화탄소도 배출되지 않는 수소 연료를 개발하는 데 광합성 촉매가 그 희망이 될 수 있다고 제안하기도 한다. 눈의 진화를 다룬 제7장에서 지은이는 자신의 전공분야인 생화학 지식을 활용해 '환원 불가능한 복잡성'의 예로 가장 많이 등장하는 눈이 어떻게 진화했는지를 시원하게 밝혀준다. 눈을 홍채와 수정체로 나눠 두 부분의 진화 과정을 연구 역사와 함께 엮어 명쾌하게 설명하고, 마지막으로 눈의 기원을 추적하다 광합성 미생물의 안점에 이르는 과정은 일말의 스릴도 느끼게 만든다. 또한 동물의 화려한 진화를 이끌어낸 눈이 식물에서 나왔을지도 모른다는 것은 모든 생물의 깊은 통일성을 보여주는 멋진 본보기가 되기에 충분하다.



우연이 필연을 낳는 것인가



잘 만들어진 '기관'으로 여겨져온 미토콘드리아나 엽록체가 실은 원핵생물로부터 진화했다는 세포내 공생설이 받아들여진 뒤로 진화사에서 '우연'의 이야기는 상당한 설득력을 갖게 되었다. 진화의 역사에는 몇몇 우발적인 사건이 있어서, 그것이 진화의 과정에서 도약이라고 부를 만한 혁명을 가져왔던 것이다. 어느 경우든 우연은 우리에게 놀라움을 안기지만, 진화의 역사에서는 우연의 산물이 특히 기적처럼 여겨진다. 이 책에서는 진화사에 새겨진 '우연과 필연'에 대한 경탄과 경외가 일관되게 느껴진다. 변이와 적응과 선택에 의한 창조의 여정인 것이다.



진화의 위대한 발명들



지구에서 일어난 대격변은 대체로 열 가지에 이르는 진화의 발명에 의해 촉발되었다. 이 발명들은 세상을 변화시켰고 결국 지구상에 우리가 살 수 있게 해주었다. 이 책은 진화의 가장 위대한 발명들에 관한 책이다. 각각의 발명이 생명의 세계를 어떻게 변화시켰고 어떤 정교한 장치로 자연에 대항했는지를 이해하면서 우리 인간이 무엇을 배워왔는지에 대해 알아보는 책이다. 그리고 경이로운 생명의 독창성과 우리 자신에 대한 찬사를 담은 책이기도 하다. 결국 우리가 어떻게 해서 여기에 있는지에 관한 긴 이야기다. 이 책에서는 심해의 열수분출공에서 인간의 의식까지, 작은 세균에서 거대한 공룡까지 생명의 범위를 대단히 깊고 넓게 다룬다. 그런 만큼 지질학, 화학, 뇌영상학, 양자물리학, 지구과학에 이르는 다양한 과학 분야를 넘나든다.



10대 발명의 선택 기준



이 책에서 지은이는 네 가지 기준을 적용하여 생명의 역사에서 중요한 사건들을 골랐다. 첫 번째 기준은 이 발명들이 생물계에 일대 변혁을 일으키고 지구 전체에도 큰 변화를 가져와야 한다는 것이다. 예컨대 광합성을 먼저 들 수 있는데, 광합성 덕분에 지구는 산소가 풍부한 행성으로 변모했다. 이 사건이 없었다면 동물은 나타날 수 없었다. 그 외에 가장 널리 영향을 미친 두 발명으로 운동과 시각이 있다. 운동은 동물이 먹이를 찾아 어슬렁거리는 것을 가능하게 했으며, 시각은 모든 생명체의 특성과 행동을 변모시켰다. 약 5억 4000만 년 전의 화석에서 눈을 가진 동물이 자주 등장하는 것을 볼 때, 눈의 진화는 캄브리아기 대폭발로 알려진 시기에 갑자기 일어난 것으로 추정된다.



성(생식)과 죽음



두 번째 기준은 이 발명들이 오늘날에도 지극히 중요해야 한다는 것이다. 그 단적인 예가 성과 죽음이다. 여기서 다루는 성이란 세포 사이에 벌어지는 독특하고 물리적인 현상에 초점을 맞춘 것이다. 왜 그토록 많은 생물들이, 심지어 그냥 조용히 자가복제를 할 수 있는 식물까지도 성에 탐닉하는지는 하나의 수수께끼다. 성이 궁극적인 실존적 불합리라면, 죽음은 궁극적인 비실존적 불합리가 되어야 한다. 왜 우리 인간은 자라고 늙고 죽는 것일까? 그리고 그 과정에서 가장 비참하고 끔찍한 질병으로 고통을 받는 이유는 무엇일까? 노화가 모든 생명체에서 일어나는 것은 아니다. 심지어 어떤 생물은 스위치 하나를 까딱 움직여서 노화를 멈출 수도 있다. 이 책에서 우리는 진화를 통해 동물의 수명이 몇 번이고 10배 이상 연장되었음을 알 수 있다. 노화 방지 의약품은 한낱 꿈이 아닌 것이다.



의식이란 무엇인가



세 번째 기준은 이 발명들 하나하나가 모두 자연선택에 의한 진화의 직접적 산물이어야 한다는 것이다. 이를테면 문화적 진화는 안 된다. 우리 인간이 이룩한 모든 것의 토대는 바로 의식이다. 공통의 가치, 또는 지각이나 감정, 예컨대 사랑, 슬픔, 외로움, 희망 같은 무언의 감정을 기반으로 하지 않는 다른 형태의 사회나 언어를 상상하기는 어렵다. 만약 인간의 마음이 진화를 한다면, 어떻게 뇌 속에 있는 신경의 흥분이 무형의 기분, 곧 감정이라는 내적 긴장을 일으키는 것일까? 그리고 마지막 기준은 이 발명들이 어떤 식으로든 상징적이어야 한다는 것이다. DNA의 이중나선 구조는 정보화 시대를 살고 있는 우리에게 특별한 상징이다. 과학자들 사이에 더 잘 알려진 복잡한 세포(진핵세포)의 기원도 또 다른 상징적 주제다. 이는 지난 40년 동안 진화학자들 사이에 벌어진 뜨거운 논쟁의 주제 가운데 하나로, 어떻게 해서 이 세상에 복잡한 생명체들이 퍼졌는지에 관한 의문을 해소하는 데 결정적으로 중요한 열쇠다. 이 책에서는 각 장마다 이런 상징적인 주제들을 다루고 있다.



새로운 탐구를 향한 자극제



이렇게 정형화된 기준 외에도 각각의 발명은 우리의 상상을 부추긴다. 생물의 구조 깊숙이 숨겨져 있는 실마리를 얻고자 애써온 지난 반세기 동안의 이야기는 추리소설 못지않게 흥미진진하지만, 과학자들조차 잘 모르는 부분이 여전히 남아 있다. 온혈성에 관한 부분도 아직 격렬한 논쟁이 벌어지고 있는 분야 중 하나다. 공룡이 뜨거운 피가 흐르는 잽싼 포식자였는지, 아니면 느릿느릿 움직이는 거대한 도마뱀이었는지, 그리고 정온동물인 새가 가까운 사촌인 T. 렉스에서 직접 진화했는지, 아니면 공룡과는 아무 관계도 없는 것인지에 관해서는 여전히 논란이 분분하다. 이처럼 미시적인 세계의 구석구석까지 인간의 손길이 미치게 된 지금도 생명의 이야기는 역시 마르지 않는 경이로움의 원천이다. 물론 이 책에서 말하는 것이 생명 진화의 수수께끼에 대한 '최종 설명'은 아니다. 이 책에는 오히려 좀 더 심도 있는 탐구를 향한 자극으로 가득 차 있다.

서문



제1장 생명의 기원-변화하는 지구에서

원시수프라는 개념

열수분출공의 세계

생명의 부화장, 로스트 시티

크레브스 회로의 역전

광물의 '세포'

화학삼투와 양성자 기울기



제2장 DNA-생명의 암호

유전 암호 퍼즐

코돈 속의 암호

암호의 진화

RNA의 기원

DNA 복제는 두 번 진화했다?



제3장 광합성-태양의 부름을 받고

산소가 있는 대기를 얻으려면

'산소 발생' 광합성

Z체계

남조세균의 기원을 찾다

광계의 진화

전자를 이동시키는 방법

산소 함유 복합체



제4장 진핵세포-운명적인 만남

화석 기록과 유전자 서열

우즈의 계통수

'원시 식세포'설과 '운명적 만남'설

미토콘드리아 유전체의 비밀

자리바꿈 유전자



제5장 성-지상 최대의 제비뽑기

유성생식의 이득

돌연변이 개체의 이득과 집단의 이득

유전자 사이의 '선택적 간섭'

유성생식의 기원



제6장 운동-힘과 영광

근육 수축의 수수께끼

근활주설

흔들거리는 연결 다리

근육의 진화

모터 단백질

모터 단백질의 기원

역동적인 세포 골격



제7장 시각-눈 먼 동물들의 세상을 벗어나

절반의 눈

눈은 급격히 진화할 수 있었는가

수정체의 형성

놀라운 유사성

옵신의 조상



제8장 온혈성-에너지 장벽 허물기

'호기성 용량'설

온혈성의 이원

심장과 폐의 진화

대멸종의 영향

초식성과 질소



제9장 의식-마음의 뿌리

의식이라는 현상

신경 지도

신경 다윈주의

의식의 '어려운 문제'

'어려운 문제'의 해답을 찾아서



제10장 죽음-불로불사의 대가

죽음의 이득

왜 '늙는' 것일까

장수와 성

자유라디칼 신호

건강한 기간을 늘린다



에필로그



감사의 말

옮긴이의 말

도판 목록

문헌 안내

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닉 레인 저자 닉 레인(Nick Lane)은 영국의 생화학자이자 저명한 과학저술가. 임페리얼칼리지런던에서 생화학을 배운 뒤 왕립시료병원Royal Free Hospital에서 이식 장기의 대사 기능 등에 관해 연구했다(박사학위 취득). 그 후 런던의 의료 관련 멀티미디어 기업을 거쳐 현재는 과학전문지 『네이처』 등에 기고하는 과학저술가로 활약 중이다. 또한 유니버시티칼리지런던의 유전·진화·환경 부문에서 미토콘드리아 연구 컨소시엄을 구성해 연구를 진행하고 있다. 저서로 『미토콘드리아: 박테리아에서 인간으로, 진화의 숨은 지배자』 『산소: 세상을 만든 분자』가 있다. 레인 박사는 현재 런던에 살고 있다.