The Extraction of the Extended Phenotype RSS FEED

실험실 동료와 점심을 같이 하면서 “우리는 어떻게 색을 인식할 수 있는가”에 관한 주제로 이런저런 이야기를 주고받았다. 그때 누군가가 “북극곰의 털은 흰색이어서 모든 빛을 완전히 반사할 텐데, 어떻게 추운 겨울을 날 수 있지?”란 의견을 내놓았는데, 생각해보니 정말로 그래 보인다.

일반적으로 우리가 사물을 볼 수 있는 이유는 어떤 물체가 반사한 가시광선(可視光線)이 우리 눈으로 들어와 뇌에서 최종적으로 인지하기 때문이며, 이런 점에서는 색깔도 마찬가지다. 따라서 나의 어쭙잖은 과학 상식으로 봤을 때, 전반사(total reflection, 全反射)하는 물체는 모든 파장의 가시광선을 반사하므로 우리 눈엔 그것이 흰색으로 보인다. 그러므로 귀요미 포텐 터지는 북극곰의 털이 흰색인 이유는 북극곰의 몸체가 모든 파장의 가시광선(可視光線)을 반사하기 때문이라는 말도 꽤 그럴싸하다 [그림 1, 왼쪽]. 그런데 정말로 그럴까? 아니다. 북극곰의 털은 흰색이 아니며, 단지 우리의 시각적 착각이 북극곰을 흰색으로 보이게 할 뿐이다.

그림 1. (왼쪽) 사랑스럽고 귀엽게 보이지만 정말로 무섭고 사나운 맹수인 북극곰. (가운데) 북극곰의 보호 털을 전자현미경으로 확대한 사진. [출처: Daily Mail] (오른쪽) 북극곰의 보호 털을 측면에서 확대한 전자현미경 사진. [출처: Alaska Fur ID Project]

북극곰 털을 한 올 한 올 자세히 들여다보면, 북극곰의 털이 투명할 정도로 무색에 가깝단 사실을 쉽게 알 수 있다 [그림 2, 왼쪽]. 그렇다고 곰 털이 투명한 창문 유리처럼 속이 다 들여다보일 정도로 투명하단 뜻은 아니다. 왜냐하면, 북극곰의 털은 다른 동물의 그것과 마찬가지로 케라틴(keratin)이라는 단백질로 이루어졌기 때문이다. 게다가 북극곰의 털에는 우리 몸의 손톱이나 발톱과 마찬가지로 색소체(色素體)도 없다. 더욱 재미있는 건 북극곰의 피부색이다. 북극곰은 하얗게 보이기 때문에 피부색도 하얗다고 생각하겠지만, 실제로 북극곰의 피부색은 검다 [그림 2, 오른쪽]. 그렇다면 투명할 정도로 색이 없는 털과 검은 피부를 가진 북극곰은 당연히 검게 보여야 하는데, 왜 우리 눈에는 하얗게 보이는 걸까?

그림 2. (왼쪽) 북극곰의 보호 털. 흰색처럼 보이지만 사실 흰색이 아니라 투명할 정도로 색이 없다. (오른쪽) 북극곰의 피부색. 의외로 북극곰의 피부는 검다. [출처: Marine Science]

북극곰의 피부는 10 cm 정도 두께의 지방층, 그 위를 덮는 가죽 그리고 무성한 털로 구성되어 있어 혹독하리만치 추운 기후에서도 너끈히 살아남을 수 있도록 진화했다. 북극곰의 털은 두 종류로 구성되어 있는데, 하나는 안쪽에 있는 잔털(underfur)이며, 나머지는 바깥쪽에서 몸 전체를 뒤덮고 있는 5~15 cm 길이의 보호 털(guard hair)이다. 잔털과 보호 털 모두 앞에서 언급한 대로 색이 없다는 점에서는 같지만, 유독 보호 털 만은 속이 텅 빈 상태다 [그림 1, 가운데와 오른쪽]. 그런데 이런 무색의 보호 털도 단독으로 존재할 때는 투명하게 보이지만, 높은 밀도로 빽빽이 밀집해 있으면 빛을 전체적으로 산란시키는 효과가 있다. 그렇다고 북극곰이 태양빛을 전혀 흡수하지 않는단 뜻은 아니다. 단지 우리 눈으로 유입되는 빛을 산란시킬 뿐이다. 특히, 보호 털의 텅 빈 내부는 태양빛이 피부로 잘 도달할 수 있도록 하는 역할도 있지만, 빛 자체를 산란시키는데 어느 정도 기여를 한다고 알려져 있다.

그림 3. 녹색 곰 [출처: FeedAgg.com]

여기에 북극곰의 털이 투명하다는 또 한 가지 증거가 있다. 동물원에서 사육되는 북극곰은 색이 녹조류(綠藻類) 때문에 가끔 초록색으로 보이기도 한다 [그림 3]. 초록색 북극곰이 출현했을 때, 사람들은 사육장 연못에서 자생하는 녹조류 더미가 북극곰의 털이나 피부에 달라붙었기 때문에 그랬으리라 생각했다. 그런데 진실은 전혀 달랐다. 놀랍게도 북극곰의 텅 빈 보호 털 안에서 녹조류가 자라고 있었다. 이것 때문에 동물원에서 사육되는 북극곰의 털 색이 흰색이 아니라 초록색을 띠게 되었다. 아마도 부러진 보호 털의 빈 공간 안으로 우연히 녹조류가 끼어든 게 주 원인이겠지만, 어쨌든 이 사실은 북극곰의 털이 녹조류의 초록색을 그대로 투과해 보여줄 정도로 투명함을 확인시켜주는 결과라고 할 수 있다. 정말로 놀랍고도 신기한 북극곰이다.

수학 불안증(Mathematics anxiety 또는 Mathematical anxiety)이라고 들어는 봤는가? 솔직히 필자도 처음 들어본다. 하지만 이것과 관련된 연구가 꽤 있는 것을 보니, 이 증상으로 고생하는 사람이 꽤 있는 모양이다. 심지어 위키피디아에도 관련 항목이 있다 [1]. (위키피디아는 정말 최고다!) 각설하고, 우리는 불안증(不安症)이나 혐오증(嫌惡症)을 정신적 부수 현상(psychological epiphenomena) 정도로 단순하게 생각하는 경향이 있다. 마찬가지로, 필자도 이러한 거부 반응은 순전히 정신적 문제라고만 생각해왔다. 그런데 이들이 무시무시한 악몽 같은 수학 앞에 마주했을 때, 이들의 뇌가 이 상황을 누군가에게 맞거나 불에 데거나 하는 물리적 고통의 순간으로 인식한다면 여러분은 과연 이 말을 믿을 수 있겠는가? “설마 그럴 리가 있겠어?”라는 반응은 일단 접어두자. 왜냐하면, 실제로 그렇기 때문이다.

[출처: MATH ANXIETY CARTOONS]

미국 시카고 대학 심리학 연구팀은 fMRI를 이용한 뇌주사(腦走査, brain scan) 기법으로 중증 수학 불안증을 겪는 사람이 자신이 조만간 수학 시험을 볼 예정임을 알게 되었을 때 실제로 시험을 치르기 전까지 뇌의 어떤 영역이 활성화되는지를 확인했다 [2]. 그 결과, 꽤 재미있는 현상이 나타났다. 그것은 바로 이들의 뇌 영역 가운데 통증 등의 육체적 위해(危害)나 위협을 감지한다고 알려진 뇌섬엽(posterior insula)이 이런 끔찍한(?) 상황에서 주로 활성화되었다는 사실이다. 적어도 불안증 환자의 뇌는 예정된 수학 시험을 기다리는 과정이 물리적 고통과 다름없다고 인지하는 듯하다.

여기서 더욱 흥미로운 점은 뇌섬엽 활성화는 오직 수학 문제를 풀기 전까지만 유지되며 막상 수학 문제를 푸는 순간이 되면 이 부분은 비활성화된다는 사실이다. 더불어, 동일 피험자에게 낱말 맞히기 문제 등을 풀게 했을 때에는 뇌섬엽의 활성화 징후가 나타나지 않았다. 다시 말하면, 수학 불안증을 겪는 사람에게 (특히 이들의 뇌에) 고통으로 인식되는 것은 “수학 문제를 푸는 행위”가 아니라 “수학 시험을 볼지도 모른다는 생각”이다. 즉, 그 순간을 생각하는 것만으로도 이들의 뇌는 고통을 겪으며, 그러한 생각이 종지부를 찍는 순간 이들의 정신은 수학 문제 풀이 과정을 고통으로 여길지 몰라도 뇌의 통증 인지 영역은 그렇지 않다고 스스로 주장하는 모양새다. 이 정도면 인지부조화(인지부조화)와 맞먹지 않는가? 아니라고 생각하면, 그냥 넘어가도록 하자.

연구팀은 이전 연구에서 수학 불안증을 겪는 사람 대부분이 수학과 관련된 상황을 회피하려는 경향이 있으며 직업을 선택할 때에도 수학이나 산수를 사용해야만 하는 분야를 꺼리는 성향이 강함을 확인했다. 그런데 이런 행동은 어디서 많이 본 모습 아닌가? 이것은 바로 우리에게 위험하다고 인식되는 어떤 것을 피하려는 일종의 방어 메커니즘과 매우 유사하다고 할 수 있다. 그렇다면 다른 종류의 불안증이나 공포증―예를 들면, 물 공포증, 거미 공포증, 대인 공포증 등등―은 어떤 뇌 활동 양상을 나타낼까? 비록 불안감이나 공포감을 유발하는 원인은 다르지만, 그것을 회피하려는 행동의 전반적 양상이 비슷함을 고려할 때 이들도 수학 불안증과 마찬가지로 비슷한 뇌 활동 양상을 보이지 않겠느냐는 생각이 든다. 원인은 다르지만 과정과 결과는 같다고 할 수 있지 않을까? 그냥 필자의 개인적 견해일 뿐이다.

얼마 전 필자는 수학을 기피하는 생물학자에 관한 글을 쓴 적이 있다 [3]. 자, 그렇다면 여기서 한 가지 짚고 넘어가자. 전부 다 그런 것은 아니겠지만, 수학만 보면 움츠러드는 우리 생물학자 대부분도 수학적 분석 기법으로 연구해야 하는 상황에 맞닥뜨리게 된다면 수학 불안증 환자와 비슷한 뇌 활동 양상을 보일까? 혹시 우리가 수학적 기법으로 문제를 해결하는 게 최선임에도 그것을 기피하거나 수식이 가득한 논문만 보면 눈앞이 캄캄해지고 식은땀이 흐르는 이유도 사실은 우리 생물학자의 뇌가 수학을 다뤄야 한다고 생각하는 것을 “고통”으로 인식하기 때문 아닐까? 그럴 수도 아닐 수도 있겠지만, 그럴지도 모른다는 데에 필자는 500원을 걸겠다. 물론, 농담이다.

[사족 #1] 난 왜 자꾸 이런 게 재미있을까? 아마도 이번 생은 망한 모양이다.
[사족 #2] PLOS ONE은 세상 모든 연구자의 성지이자 자애로운 포용자(包容者)인 모양이다. 별의별 논문이 다 게재되니 말이다.
[사족 #3] PLOS ONE이여, 영원하여라!

유성생식(sex reproduction)으로 번식하는 생명체의 핵 DNA(nuclear DNA) 가운데 절반은 부계 쪽에서 나머지 절반은 모계 쪽에서 기원한다는 사실을 생물학을 배운 사람이라면 잘 알고 있을 것이다. 이와는 달리, 미토콘드리아 DNA(mitochondrial DNA)은 모직 모계 계통을 통해서만 자손에게 전달되는데, 이것을 좀 유식하게 표현하면 모계 유전(maternal inheritance)이라고 부른다. 따라서 우리 인간의 가장 오래된 최근 공통 조상으로 유전자 흔적을 따라 거슬러 올라간다고 가정했을 때, 핵 DNA를 길라잡이로 사용한다면 아주 복잡하고 어려운 경로를 거쳐야만 우리의 공통 조상에 도달할 수 있지만, 미토콘드리아 유전자를 사용한다면 우리는 그리 어렵지 않게 "이브"의 기원을 파악할 수 있다. 단, 오해는 마시라. 비교를 위해 단순히 "쉽다" 또는 "어렵다"란 표현을 썼지만, 원래 이런 역주행은 매우 어려우니 말이다.

그런데 핵 DNA는 부모 양쪽에서 정확히 절반씩 물려받으면서 미토콘드리아 DNA는 왜 모계 계통으로만 자손으로 전해질까? 진화적으로 왜 그리되었는지 본인도 아는 바가 없으므로 뭐라고 답을 하기 어렵다. 하지만 생물학적으로 봤을 때 그 이유는 꽤 명확하다. 왜냐하면, 정자와 난자가 만나 수정(fertilization)이 일어나면서 난자 안으로 들어가는 정자의 구성 물질은 DNA가 유일하기 때문이다. 즉, (정자의 핵 DNA에 결합한 히스톤 단백질 등을 제외한) 정자 단백질 대부분과 정자의 미토콘드리아 등은 난자 안으로 절대로 들어갈 수 없다. 하지만 만약에, "정말로 정말로 만약에" 정자의 미토콘드리아가 난자 안으로 들어간다면 과연 어떤 일이 발생할까? 그 수정란은 여느 개체와 다름없이 정상적으로 자랄까? 아니면 제 삶을 제대로 영위하지 못한 채 죽어버리고 말까?

최근 『Cell』에 「Heteroplasmy of Mouse mtDNA Is Genetically Unstable and Results in Altered Behavior and Cognition」란 제목으로 하나의 실험용 쥐 개체 안에 서로 다른 두 종류의 미토콘드리아 DNA가 존재할 때, 다시 말하면 쥐의 미토콘드리아 DNA가 이형질성(heteroplasmy) 상태에 있을 때, 이 생명체 안에서 생물학적으로 어떤 일이 벌어지는지 조사한 연구 결과가 발표되었다. 어떻게 이런 쥐를 만들었는지에 관한 세부적 실험 기법이야 나도 잘 모르므로, 그 부분을 확인하고 싶다면 논문을 직접 확인하시길 바라면서 결과만 단도직입적으로 말하겠다. 다들 예상했겠지만, 결과는 명확하다. "정상적인 쥐와 비교했을 때, 이형질성 실험 쥐는 생체의 신진대사 과정뿐만 아니라 쥐의 행동이나 기억 등 모든 면에서 비정상적인 양상이 나타났다 [아래 그림 참조]." 즉, 서로 다른 두 종류의 미토콘드리아 DNA의 조합은 유전적으로 매우 불안정하다고 볼 수 있다.

[출처: Cell]

쥐를 이용한 이 연구는 다세포성 생명체의 이형질성을 염두에 두고 진행되었다. 그런데 만일 효모나 아메바 같은 단세포성 진핵세포나 히드라, 말미잘 같은 다세포성 무척추동물을 대상으로 같은 실험을 진행했을 때도 비슷한 결과를 얻을 것이라고 기대할 수 있을까? 말미잘 같은 다세포성 무척추동물은 필시 어떤 문제가 발생할지 모르지만, 아메바와 같은 단세포 진핵세포에서는 서로 다른 두 종류 이상의 미토콘드리아 DNA가 세포 안에 존재하더라도 별 탈 없는 건 아닐까? 과거에 이런 연구가 실제로 있었는지에 관해서는 심각하게 뒤져보지 않아서 잘 모르겠지만, 이런 실험이 가능하다면 이런 생명체가 이형질성 미토콘드리아 DNA를 갖고 있을 때 생물학적으로 어떤 변화가 나타날지 확인해보는 것도 꽤 흥미로울지 모른다는 생각이 든다.

"사랑은 끝나도 허피스는 영원하리라!"

허피스 바이러스(Herpesvirus)는 한 번 감염되면 죽을 때까지 몸 안에서 계속 생존하는 감염체로, 숙주의 면역 체계가 약해지면 잠복기(latent phage)에서 벗어난다. 이때 허피스는 여타 바이러스와 마찬가지로 자기증식을 시작하면서 그 여파로 숙주의 염증 반응을 유발하는데, 보통은 입술 등 감염 부위에 발진이 일어나고 심한 경우에는 극심한 두통도 선사하는 아주 골치 아픈 녀석이다.

그런데 허피스 바이러스가 잠복기에서 벗어나 어떻게 활성화 상태로 진입하는지 그 메커니즘에 관한 단서를 제공하는 연구 결과가 발표되었는데, 이 논문에서 제시하는 허피스의 "잠복기-활성기" 전환 과정은 다음과 같다 [1, 2].

(1) 어떤 미생물이 숙주 몸 안에 침투할 때, 이 미생물을 막기 위해 면역 체계가 가동한다.
(2) 이 과정에서 허피스 바이러스에 대한 memory T cell의 수가 줄어든다. 즉, 허피스 바이러스를 막는 면역 체계가 약화된다.
(3) 이때를 틈타 허피스 바이러스는 잠복기에서 벗어나 자기증식을 시작한다.
(4) 그리고 감염자는 발진이나 극심한 두통에 시달린다.
(5) 외부 감염원 제거가 어느 정도 마무리되면 숙주는 허피스 바이러스에 대한 면역 체계를 다시 작동한다.
(6) 그리고 허피스 바이러스는 잠복기에 접어들며 다음 기회를 노린다.

"잠복기-활성기" 전환 과정이 오로지 미생물 등의 새로운 외부 감염으로 일어난다고 단정할 수는 없지만, 그러한 생물학적 과정이 적어도 허피스 바이러스의 생활 주기에 영향을 준다는 것만큼은 분명해 보인다. 어쨌거나, 사랑은 저 멀리 떠나가도 아픈 추억은 죽을 때까지 몸에 각인되니, 이런 의미에서 허피스 바이러스는 진정한 생물학적 기회주의자임이 분명하다. 아니, 진정한 사랑의 아픔(?)이라고 해야 적당한 표현일까?

[티스토리 에디션에 표시된 사진 출처: Natalie Dee archives]

손예진과 정우성이 출연한 『내 머리 속의 지우개』, 수애와 김래원이 열연한 『천일의 약속』, 나는 한 번도 본 적이 없지만 어쨌든 히구치 카나코(樋口可南子)와 와나나베 켄(渡邊謙)이 나왔다는 『내일의 기억(明日の記憶)』, 그리고 라이언 고슬링(Ryan Gosling)과 레이첼 맥아담스(Rachel McAdams)이 분한 주인공의 애잔한 사랑 이야기를 담은 『노트북(The Notebook)』. 이들 작품의 공통점은 바로 알츠하이머병(Alzheimer's disease)이다. 관람자의 눈물샘을 자극할 목적으로 이 병을 모티브로 사용했겠지만, 실제로도 이 병은 환자 본인은 물론 주변인도 꽤 힘들게 한다고 알려졌다.

왼쪽부터 순서대로 『내 머리 속의 지우개』 [출처: DAUM 영화], 『천일의 약속』 [출처: DAUM 영화], 『내일의 기억(明日の記憶)』 [출처: DAUM 영화], 『노트북(The Notebook)』 [출처: DAUM 영화]

알츠하이머병은 대표적인 퇴행성 뇌질환(腦疾患)이자 노년에 주로 나타나는 치매(dementia, 癡簞)의 주요 원인 가운데 하나로 노화(老化) 과정에서 뇌 조직에 문제가 발생해 발병하는 질환이다 [1]. 주요 병리학적 특징으로는 뇌 조직의 전반적 위축(萎縮), 뇌실(腦室)의 확장, 신경 섬유의 다발성 병변(多發性病變), 초로성 반점(初老性半點) 등을 들 수 있으며, 임상적으로는 기억, 판단, 그리고 언어 능력과 같은 지적 기능이 점진적으로 감퇴하여 일상생활 능력이 저하되고 인격과 행동 양상의 퇴행을 보이는 등 기억과 정서 측면에서 심각한 장애가 나타난다. 이 병의 발병 원인에 관해서는 여러 가지 밝혀졌지만, 명확한 치료법은 애석하게도 지금까지 보고된 바가 없다.

그런데 최근에 불안정 수면 양상(disturbed sleeping pattern)이 알츠하이머 병(Alzheimer’s disease)의 시작을 알리는 징후(徵候)일 수 있다는 보고가 미국 루이지애나(Louisiana) 뉴올리언스(New Orleans)에서 개최된 신경과학 연례 학회(the Annual Meeting of the Society for Neuroscience)에서 발표되었다 [2]. 알츠하이머병에 걸린 환자는 일반적으로 발병 초기에 수면 각성 주기(sleep-wake cycle, 睡眠覺醒週期)에 변화가 나타난다고 알려졌다. 하지만 이러한 양상 변화가 알츠하이머병과 어떤 연관―원인이냐 결과냐? 원인이라면 메커니즘은 무엇인가? 등등―이 있는지는 아직 알려진 바가 없는 듯하다. 캐나다(Canada) 핼리팩스(Halifax)에 있는 댈하우지 대학(Dalhousie University)의 신경심리학 연구팀은 이러한 수면 교란(sleep disruption, 睡眠攪亂)이 알츠하이머병의 진행과 진짜 관련 있는지 확인하기 위해, 50세 이상의 1만 4천6백 명을 대상으로 이들의 수면 상태를 조사했다. 그 결과 매우 흥미로운 양상이 드러났다. 그것은 바로 수면 장애를 호소한 사람 가운데 상당수가 이러한 증상이 있은 지 2년 이내에 알츠하이머 환자로 진단될 가능성이 높다는 사실이다. 특히, 수면 장애가 심할수록 알츠하이머병의 증상도 심한 것으로 나타났다.

[출처: Futurity]

이것이 무엇을 뜻하는가? 연구팀의 의견을 따른다면 이러한 교란된 수면 양상은 알츠하이머병의 두드러진 병리학적 증상인 신경 세포 주변의 아밀로이드-베타(amyloid-ß) 단백질의 축적으로 나타나는 비수용성 플라크(insoluble plaque)가 원인이 되어 나타났다고 볼 수 있다. 다시 말하면, 알츠하이머병이 발병했기 때문에 단순히 불규칙한 수면 주기가 나타날 수 있다. 하지만 반대의 가능성도 분명 배제할 수 없는데, 이 연구에 참여하지 않은 다른 과학자, 특히 미주리(Missouri) 주 세인트루이스(St Louis)에 있는 워싱턴 대학교 의과 대학 소속 신경학자인 데이비드 홀츠만(David Holtzman)의 의견에 따르면 이러한 비정상적 수면 양상이 알츠하이머 병의 진행 속도를 가속할 가능성도 있다. 즉, 알츠하이머병으로 이러한 수면 주기가 나타남은 분명하지만, 이것 때문에 오히려 병의 진행 속도가 더욱 빨라질 수도 있다는 뜻이다.

어쨌든, 노년에 비정상적인 수면 주기가 발생하는 경우, 알츠하이머병과의 관련성이 높다는 사실은 밝혀졌다. 하지만 지나친 걱정할 필요는 없어 보인다. 왜냐하면, 수면 주기에 문제가 있다고 해서 꼭 알츠하이머병이라고 단정할 수는 없으니까 말이다. 그럼에도 노년에 자신의 수면 주기에 문제가 있다고 생각이 들면 반드시 병원에 들러 전문의와 상담하기 바란다.

사람들은 흔히 과학자가 수학을 잘하거나 수학에 매우 친숙하리라 생각한다. 애석하게도, 절반은 진실이지만 절반은 사실이 아니다. 왜냐하면, 어떤 종류의 연구는 수학을 전혀 사용하지 않거나, 사용하더라도 간단한 사칙연산이나 간단한 통계 분석 정도의 수학적 기법만을 사용하기 때문이다. 어떤 학문인지 궁금하지 않은가? 바로 생물학이다.

생물학을 전공하는 본인으로서도 수학적 문제에 다다르면 꽤 곤혹스럽다. 심지어 본인은 부업으로 고등학생에게 수학을 가르쳤음에도 수학적으로 문제를 해결할 때 자주 망설이는 편이다. 설령, 그것이 간단한 통계처리일지라도 말이다. 실제로, 나 같은 곤혹스러움을 겪는 생물학자가 많은 모양이다. 왜냐하면, 생물학자와 수학적 수식 사이의 관계를 조명한 연구가 「지나친 수식(數式) 사용은 생물학자 사이의 의사소통을 가로막는다(Heavy use of equations impedes communication among biologists)」란 제목으로 『미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)』에 실렸기 때문이다 [1].

[출처: MicrobeWorld]

연구팀은 생물학자가 수학과 얼마나 안 친한지 알아보려고 생태학(ecology, 生態學)과 진화생물학(evolutionary biology, 進化生物學) 관련 논문의 인용 빈도를 조사했다. 그런데 왜 생태학과 진화생물학을 골랐는지 궁금해할지도 모르겠다. 솔직히, 생태학과 진화생물학만큼 수식 사용 빈도에 있어서 극과 극을 달리는 분야도 없다. 어떤 논문은 수식에서 시작해 수식으로 끝나지만, 어떤 논문은 수식을 전혀 사용하지 않는다. 따지고 보면 대부분의 생명과학 관련 논문이 이런 식이다.

그렇다면, 어떤 결과가 나왔을까? 당연한 얘기지만, 논문 제목처럼 생물학자 다수는 수학과 안 친한 걸로 나타났다. 특히, 생물학자의 수학에 대한 거부감(?)은 생물학자의 논문에서 인용한 다른 논문의 성격에서 잘 드러나는데, 수식을 많이 사용한 논문일수록 수식을 별로 사용하지 않은 전형적인 생명과학 논문에서는 인용 빈도가 낮은 게 특징이다. 즉, 나처럼 수학과 친하지 않은 생명과학 연구자가 작성한 논문은 수식으로 넘쳐나는 논문을 잘 인용하지 않는다는 말이다.

게다가, 흥미로운 사실이 하나 더 있다. 수식이 가득 담긴 논문은 이론적 성격이 강한 논문, 예를 들어 어떤 신진대사 과정을 수학적으로 모델링 하거나, 시간이 지남에 따라 포유동물의 신체 크기 변화를 수학적 모델로 구현한 이론적 성격이 강한 논문은 마찬가지로 이론 생물학의 성격이 강한 다른 논문에서 인용 빈도가 높게 나타났다. 끼리끼리 노는 것인가? 정말 그런 느낌을 지울 수 없다.

그렇다면 생물학자는 자신의 가설을 뒷받침할만한 내용임에도 수식으로 가득한 논문을 인용하지 않는 걸까? 왜냐하면, 그런 논문은 기본적으로 읽기가 싫기 때문이다. 정확히 말하자면, 논문 초록에 나와 있는 핵심적인 요약문을 제외하면, 본문에 나와 있는 설명 자체를 이해할 수 없기 때문이다. 상상해봐라. 이해하기도 어려운 수식이 가득한 연구 논문의 부담스러움을 말이다. 물론, 생물학자가 이런 논문을 전혀 읽지 않는 것은 아니다. 필요한 경우라면, 즉 자신의 주장을 뒷받침하기 위해서 반드시 인용하고 숙지해야 할 논문이라면 어떤 식으로든 읽어낸다. 하지만 그 과정은 여러분의 예상대로 매우 힘들고 험난하다. 마치 사막 한복판에 홀로 서 있는 느낌이랄까?

진실로, 동서고금(東西古今)을 막론하고 생물학자가 수학을 싫어하는 것―간혹 생물학자에게 히스테리를 일으키거나 기억 속에 트라우마(trauma)로 각인되는―은 진리인 모양이다. 오죽하면 찰스 다윈도 수학을 싫어했다는 소기가 나왔을까? (참고로, 그의 아들인 레너드 다윈은 유명한 수학자였다.) 수학과 담을 쌓은 생물학자. 정말 이러면 안 될 일이지만, 더불어 수학적 문제 해결이 과학 문제 해결에 많은 도움이 되는 것도 사실이지만, 수학이 어려워 수식만 보면 머리가 아프고 정신이 혼미해지는 나 같은 생물학자의 고충은 정말 슬픈 현실이다.

오! 신이시여! 왜 우리 생물학자에게 수학적 능력을 주지 않으셨습니까! 그게 아니라면, 이 문제를 진화적으로 해결하란 말입니까? 오! 정녕 슬픈 현실이로다! 우리 생물학자 다수에게 수학적 능력을 주지 않은 당신의 그 오만함과 실수를 끝까지 규탄하리라!

적도(赤道)를 기준으로 지구 온도는 극지방으로 올라갈수록 낮아진다. 마찬가지로, 생물 다양성(biodiversity, 生物多樣性)도 이와 비슷하게 위도(latitude, 緯度)가 높아질수록 줄어드는 경향이 있다. 이것은 온도와 생물 다양성 사이에 강한 연관성이 있음을 뜻한다. 즉, 온도가 상대적으로 높은 지역일수록 종의 다양성은 증가하고 낮을수록 감소함을 말한다 [1]. 그렇다면 지구 역사를 통틀어 온도와 생물 다양성의 변화는 어떤 식으로 전개되었을까?

그림 1. 시간에 따른 지구 온도의 상대적 변화. 그래프 위쪽의 약어(略語)는 각각의 지질학적 시간대를 나타낸다. [고생대] Cm(캄브리아기), O(오르도비스기), S(실루리안기), D(데본기), C(석탄기), P(페름기); [중생대] Tr(트라이아스기), J(쥐라기), K(백악기); [신생대] Pal(팔레오세), Eo(시신세), Ol(점신세), Pliocene(선신세), Pleistocene(홍적세), Holocene(완선세). 고생대 캄브리아기부터 신생대 홍적세 초기까지의 시간은 백만 년 단위로 표시했으며, 신생대 홍적세 중기부터 오늘날까지의 시간은 천 년 단위로 나타냈다. 고생대와 중생대 사이에 있었던 빙하기(glacial period, 氷河期)는 파란색 박스로 표시되어 있다 [출처: 위키피디아].

지구 온도는 약 5억 4천2백만 년 전 고생대(Paleozoic, 古生代) 캄브리아기(Cambrian)부터 (사실은 그 지구가 형성되고 난 뒤부터 계속) 전체적으로 낮아지다가 약 1만 년 전 신생대(Cenozoic, 新生代) 완신세(Holocene, 完新世)에 접어들면서 일정하게 유지되는 경향을 보인다 [그림 1]. 더불어, 고생대 오르도비스기(Ordovician)와 실루라인기(Silurian) 사이, 고생대 석탄기(Carboniferous)와 페름기(Permian) 사이 그리고 신생대(Cenozoic, 新生代) 점신세(Oligocene, 漸新世) 사이에 매우 광범위한 빙하기(glacial period, 氷河期)가 적어도 크게 세 차례 있었고, 중생대(Mesozoic, 中生代) 쥐라기(Jurassic)와 백악기(Cretaceous) 사이에 빙하기는 아니어도 빙하기에 버금갈 정도로 전반적인 온도의 저하가 있었으며, 신생대 선신세(Pliocene, 鮮新世)와 홍적세(Pleistocene, 洪積世) 사이에도 빙하기와 간빙기 (interglacial period, 間氷期)가 주기적으로 번갈아 나타나는 기후의 격변(激變)이 있었다. 그리고 이러한 오랜 시간에 걸친 지구 온도의 급격한 저하는 생물 종의 전체적인 감소를 뜻하는 대멸종(mass extinction, 大滅種)의 원인이 되기도 했다.

그림 2. 지질학적 시간과 위도에 따른 해양 무척추동물의 다양성 추이(推移). 검은색 선은 열대 지역 해양 무척추동물의 생물 다양성(tropics로 표기) 변화를 뜻하며, 회색 선(summed로 표기)은 전(全) 지구적인 생물 다양성의 변화를 나타낸다 [4] [출처: Paleobiology].

하지만 이러한 대멸종의 시기가 있었음에도 생물 다양성, 특히 해양 무척추동물(marine invertebrate, 海洋無脊椎動物)의 생물 다양성은 과거 고생대 캄브리아기부터 신생대 완신세 (Holocene, 完新世)인 현재까지 전체적으로 증가하는 추세로 나타나고 있다 [2, 3, 4] [그림 2]. 이것은 생명체 멸종이 거의 배제된 상태에서 새로운 종의 지속적 출현으로 나타난 양상(樣相)이라기보다는, 급격한 환경적 변화로 기존에 존재하던 생물 종의 멸종 비율(extinction rate, 滅種比率)이 높아짐과 동시에 새로운 종의 출현 비율(origination rate, 出現比率)도 동반 상승했기 때문에 나타난 결과다 [3]. 특히, 화석 자료 등에서도 대멸종 이후에 (실제로는 오랜 시간이 걸리지만 어쨌든) 새로운 종의 출현 빈도가 급격히 늘어났음을 뜻하는 증거가 잘 드러난다 [3]. 그런데 여기에서 한 가지 이상한 점은 해양 무척추동물의 전체적인 생물 다양성은 전반에 걸쳐 증가하는 양상을 보이지만, 열대에서 서식하는 해양 무척추동물의 다양성은 큰 변화가 없다고 나타난다 [그림 2, 검은색 선과 회색 선 비교]. 특히 2008년도에 보고된 지구 온도 변화와 해양 무척추동물의 종 다양성 사이의 연관성을 조사한 논문에서는 더욱 이해하기 어려운 부분이 있다 [5].

그림 3. 지질학적 시간대와 온도 변화에 따른 해양 무척추동물의 생물 다양성의 변화. 검은색 원과 점선은 온도의 변화를 뜻하며, 흰색 원과 실선은 종 다양성을 의미하고, 이중 원은 대멸종이 있었던 시기를 나타낸다. 시간 단위는 백만 년이다 [5] [출처: Proceedings of the Royal Society].

2008년에 「화석 기록에 나타난 전 세계적인 온도와 생물 다양성 그리고 종 출현과 멸종 사이의 장기적 연관성(A long-term association between global temperature and biodiversity, origination and extinction in the fossil record)」이란 제목으로 피터 메이휴(Peter J. Mayhew) 박사 연구팀이 『왕립 학회 회보(Proceedings of the Royal Society)』에 발표한 연구에 따르면, 온도 변화와 생물 다양성의 크기에 역(逆)의 상관관계가 있는 것으로 나타났다 [5]. 즉, 온도(특히 바닷물 온도)가 높았던 시기에는 종의 수가 상대적으로 낮게 유지되는 반면에 온도가 낮아지면 종의 수가 상대적으로 증가하는 양상이 나타났다 [5] [그림 3]. 더불어, 온도가 높은 시기에는 종의 출현 비율과 멸종 비율이 동시에 높게 나타나는데 [5], 이러한 현상은 빙하기처럼 온도가 급감(急減)하는 지질학적 시기에 많은 멸종이 있었다는 지구 진화 역사의 전반적 경향성과 생물 다양성은 온도가 높은 지역에서 상대적으로 크게 나타난다는 일반적인 현상과 모순되는 측면이 있다. 그런데 온도 변화가 생물 다양성에 영향을 주는 유일한 요소라고 할 수 있을까? 꼭 그렇지는 않다. 정확하게 말하면, 온도 변화가 생물 다양성에 중요하지만, 그러한 결론을 과학적으로 이끌어내는 과정에 몇 가지 고려해야 할 점이 있다.

생물 다양성에 영향을 줄 수 있는 요소로 생물학적 그리고 비생물학적 변수를 생각해볼 수 있다. 특히, 해양 무척추동물의 생물 다양성에 영향을 줄 수 있는 생물학적 변수로는 종 사이의 생존 경쟁(competition, 競爭)과 포식자-피포식자 사이의 상대적인 개체 수 변화를 들 수 있으며, 비생물학적 변수로는 기후 변화와 더불어 해수면 높이(sea level, 海水面)의 변화, 해수로 유입되는 영양분의 양과 이로 인한 외부 화학 조성의 변화, 지각 변동, 화산 활동, 그리고 운석의 충돌 등을 들 수 있다 [1]. 따라서 이런 다양한 요소를 고려하지 않은 채로 단순히 지질학적 시간에 따른 온도 변화만으로 생물 다양성의 변화 추이를 파악하려는 것은 실제 온도 변화가 줄 수 있는 어떤 어떤 영향에 대해 잘못된 평가를 할 수 있다. 그런데 이보다 더 고려해야 할 부분이 있다.

온도와 생물 다양성 사이에 음의 상관관계(negative correlation, 陰-相關關係)가 있음을 주장한 2008년도 메이휴 박사 연구팀의 결과는 “전 지역에 걸쳐 발견된 해양 무척추동물이 시간에 따른 생물 다양성 변동을 충분히 반영하고 있다”는 가정을 전제로 도출되었다 [1, 5]. 하지만 화석은 기본적으로 퇴적층(堆積層)에서 형성되므로, 퇴적암(堆積岩)이 많이 분포하는 지역일수록 화석 발견 가능성은 타 지역보다 매우 높으며, 결과적으로 지역에 따른 화석 분포에 과도한 편향이 나타날 수 있다 [1]. 다시 말해, 어떤 지역의 생물 다양성이 아무리 높다 하더라도 화석 형성이 잘 일어나지 않는다면, 화석을 중심으로 한 생물 다양성 평가는 왜곡될 수밖에 없다. 더불어, 적도를 중심으로 위도가 커질수록 온도가 높아짐을 상기(想起)한다면 각 지역에서 발굴된 화석에서 드러나는 동물상(fauna, 動物相)은 곧 온도에 다른 생물 다양성을 반영한다고 할 수 있으므로, 특정 지역에 과도하게 많은 화석이 발굴된다면 실제와는 다른 결론을 도출할 수가 있다.

2012년에 「생물 다양성은 오랜 시간 동안 온도를 뒤쫓는다(Biodiversity tracks temperature over time)」이란 제목으로 『미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)』에 발표한 메이휴 박사 연구팀의 분석 결과는 자신들이 2008년도에 내놓았던 결론을 뒤집고 있다 [1]. 특히, 이번 연구는 과거의 불완전한 분석법과 편향적인 자료 대신에 좀 더 개선된 분석법과 자료를 이용해 온도 변화의 해양 무척추동물 생물 다양성 사이의 상관관계를 파악했는데, 결론은 매우 흥미로웠다.

그림 4. 온도 변화와 해양 무척추동물 다양성 사이의 상관관계. 검은색 원과 실선은 온도 변화를 뜻하고, 흰색 원과 점선은 생물 다양성을 나타내며, 회색 원은 다섯 번의 대멸종 사건이 있었던 시기를 가리킨다 [1] [출처: Proceedings of the National Academy of Sciences].

2008년도 분석 결과인 그림 3과 2012년도 분석 결과인 그림 3의 “온도 변화에 따른 생물 다양성의 변화 추이”를 비교해보자. 2008년도 분석 결과가 이들 사이에 음의 상관관계가 있었다고 주장했다면 [5] [그림 3], 2012년도 분석 결과에서는 온도와 해양 무척추동물 생물 다양성 사이에 확실한 양의 상관관계(positive correlation, 陽-相關關係)가 나타난다 [1] [그림 4]. 이것은 온도가 높은 지역에서 생물 다양성이 상대적으로 높게 나타난다는 통설(通說)과 분명히 일치한다. 더불어 이들 연구팀은 온도가 낮아지면 곧바로 종의 멸종 비율이 높아지고 뒤이어 새로운 종의 출현 비율이 높아지는 양상을 확인했다 [1]. 이것이 뜻하는 바가 무엇일까?

기온(氣溫)과 수온(水溫) 상승으로 대표되는 전 세계적인 지구 온난화(global warming, 地球溫暖化) 현상과 같은 지구 온도의 점차적인 상승은 단기적으로 생물 다양성을 현저히 낮출 수 있다. 적어도, 해양 무척추동물의 생물 다양성은 그런 식의 경향성을 보이며, 이를 확대 해석하면 대부분의 생명체에서도 마찬가지 경향성이 드러난다고 유추할 수 있다. 실제로도 (인간의 무분별한 개발과 더불어) 인간에 의해 가속화되는 지구 온난화 현상은 해마다 많은 수의 생물 종을 멸종의 길로 이끌고 있으며, 그 결과 지구에 존재하는 다세포 생물 종은 과거와 비교했을 때 그 수가 급격히 줄어들고 있다. 요약하면, 지구 온도의 상승은 현존하는 종의 멸종 비율을 가속한다.

그러나 장기적인 측면에서 지구 온도의 상승은 종의 멸종 비율뿐만 아니라 새로운 종의 출현 빈도 또한 높일 수 있다. 적어도 메이휴 박사 연구팀의 2012년도 연구 결과에서 해양 무척추동물의 생물 다양성 변화는 그런 식으로 나타나고 있으며, 이것은 다른 종류의 생물 종에 대해서도 마찬가지라고 할 수 있다. 결과적으로, 지구 역사에서도 잘 드러나 있듯이 지구 온도의 상승은 궁극적으로 생물 종의 다양성을 증가시키는 방향으로 진화의 방향을 결정하게 되고, 결국 이러한 과정이 대진화(macroevolution, 大進化)라고 일컫는 장시간에 걸친 생물학적 도약을 딛게 하는 원동력임을 우리는 어렵지 않게 유추할 수 있다.

지금까지 온도 변화와 생물 종 다양성의 연관성에 관한 연구 논문에 대해 간략히 살펴봤다. 오늘날 우리가 맞닥뜨린 전 지구적 온난화 현상은 분명히 우리에게 심각한 문제임이 틀림없다. 그러나 우리가 이 연구를 통해 주목해야 할 점은 지구 온난화가 지구 역사의 한 축인 생명 진화의 과정에서 생명의 역사에 종지부(終止符)를 찍을 정도로 파괴적이지는 않으며 오늘날 우리가 심각하게 받아들이고 있는 생물 종 다양성의 감소도 지구 역사에서 늘 있었던 과정 가운데 하나라는 사실이다. 그럼에도, 이 연구에서 제시하고 있는 주장과는 별개로 우리 인간의 무분별한 개발과 환경 파괴는 당연히 경계해야 한다. 왜냐하면, 그것은 그것대로 지구 상에 살고 있는 다른 생명체뿐만 아니라 우리 자신에게도 매우 위협적이기 때문이다. 따라서 우리는 자신의 행위가 과거 수많은 생명체가 겪어야만 했던 절멸(絶滅)의 길로 우리 자신을 인도할 수 있음을 분명히 명심해야 한다.

우리는 흔히 공룡을 냉혈 동물(cold-blooded animal, 冷血動物) 또는 변온 동물(ectotherm, 變溫動物)로 알고 있다 [그림 1]. 그런데 꼭 그렇게 단정할 수는 없다고 주장하는 연구 결과가 「계절에 따른 뼈 성장과 항온 동물의 생리 기능이 공룡의 생리 기능을 밝히다(Seasonal bone growth and physiology in endotherms shed light on dinosaur physiology)」라는 제목으로 『네이쳐(Nature)』에 발표되었다(앞으로 이 논문을 「Köhler, et al.」이라 부르겠다) [1].

그림 1. 다양한 조각류(ornithopod, 鳥脚類) 공룡과 헤테로돈토사우루스류(heterodontosaurid). 맨 왼쪽이 캄프토사우르스(Camptosaurus), 왼쪽이 이구아노돈(Iguanodon), 가운데 뒤쪽이 샨퉁고사우르스(Shantungosaurus), 가운데 앞쪽이 드라이오사우루스(Dryosaurus), 오른쪽이 코리토사우루스(Corythosaurus), 맨 오른쪽 작은 개체가 헤테로돈토사우루스(Heterodontosaurus), 맨 오른쪽 큰 개체가 테논토사우루스(Tenontosaurus) [출처: 위키피디아].

공룡 뼈에는 근모 조직(fibromellar tissue, 根毛組織)이 있다고 알려졌다. 그런데 근모 조직은 빨리 성장하는 포유동물의 뼈에서 흔히 발견된다. 따라서 고생물학자를 포함한 많은 과학자는 공룡이 오늘날 포유동물과 마찬가지로 체내 신진대사 활동이 계절과 관계없이 활발히 일어나는 항온 동물(endotherm, 恒溫動物) 또는 온혈 동물(warm-blooded animal, 溫血動物)이었으리라 생각했다 [2]. 하지만 1980년대에 공룡 뼈에서 성장지연선(line of arrested growth 또는 LAG, 成長遲延線)이라는 해부학적 특징이 발견되었다 [1] [그림 2].

그림 2. (왼쪽, 가운데) 공룡 화석 뼈에서 나타나는 지연성장선 [출처: Nano Patents and Innovations, Monash University]. (오른쪽) 도마뱀의 한 종류인 Chalcides chalcides의 대퇴부 뼈 단면 [4] [출처: Zoologischer Anzeiger]. 화살표는 전부 성장지연선을 가리킨다.

그렇다면 성장지연선 또는 LAG이란 무엇인가? 재미있게도 이것은 변온 동물로 잘 알려진 현존하는 파충류(raptile, 爬蟲類)와 양서류(amphibia, 兩棲類)의 뼈 단면에서 자주 나타나는 해부학적 특징으로, 주변에서 에너지를 흡수해 체온을 유지하는 변온 동물이 온도의 변화에 따라 일시적으로 성장을 멈췄다가 다시 성장할 때 생성되는 것으로 비유하자면 일종의 나이테와 같다고 할 수 있다. 더불어 성장 속도가 계절의 영향을 받지 않는 포유류와 같은 항온 동물 대부분은 (전부는 아니더라도) 이러한 성장지연선이 뼈에 생성되지 않는다고 알려졌다. 그런데 그런 해부학적 특징이 멸종한 공룡 뼈에도 있음이 밝혀졌다. 그 결과, 공룡이 항온 동물이냐 냉온 동물이냐는 진실 게임은 지난 30년 동안 논쟁의 한 가운데 서게 되었다 [2].

그런데 「Köhler, et al.」에서는 성장지연선이 변온 동물뿐만이 아니라 다양한 기후와 환경에서 서식하는 포유동물인 40종 115마리에 해당하는 반추 동물(ruminant animal, 反芻動物)의 대퇴골(femur, 大腿骨)에도 존재함을 발견했다 [그림 3] [1]. 즉, 성장지연선이 변온 동물만의 독특한 해부학적 특징이라고 주장할 수 있는 과학적 근거가 빈약해졌다. 덧붙여, 성장을 빨리 하느냐 늦게 하느냐는 성장지연선의 형성에 거의 영향을 미치지 않는 것처럼 보인다 [그림 3, 왼쪽 그림과 오른쪽 그림의 화살표 비교]. 결과적으로, 공룡 뼈에 존재하는 성장지연선을 근거로 “공룡은 변온 동물이다”라는 주장은 더 이상 설 자리를 잃게 되었다.

그림 3. (왼쪽) 지연된 성장을 보이는 반추 동물의 뼈 단면. (오른쪽) 빠르게 성장하는 반추 동물의 뼈 단면. 화살표는 성장지연선을 가리킨다 [1] [출처: Nature].

그렇다고 「Köhler, et al.」의 연구가 “공룡은 온혈 동물이다”라는 주장을 뒷받침하지는 않는다. 다만, 이 연구에서 강조하는 바는 성장지연선이 “더이상 변온 동물의 특징이 아니다”라는 사실이다. 더불어 연구팀은 멸종한 공룡이 정말 변온 동물인지는 앞으로 다양한 접근법을 통해 밝혀져야 할 일이며, “성장지연선”과 같은 단편적인 근거만으로 쉽게 단정 짓는 오류는 가급적 피해야 함을 주장한다. 어쨌든, 「Köhler, et al.」의 연구 결과는 기존에 거의 상식처럼 받아들여졌던 성장지연선에 대한 과도한 믿음과 이 때문에 야기된 “공룡은 진실로 변온 동물이다”라는 오해를 일소(一掃)하는 데 중요한 계기가 되리라 본다.

생명체는 예외 없이 DNA(deoxyribonucleic acid)와 RNA(ribonucleic acid)를 유전 물질(genetic material, 遺傳物質)로 사용한다. 특히, 바이러스를 제외한 대부분 생명체는 DNA를 유전 정보 저장에 사용되며, 그 안에 담긴 유전 정보를 RNA 형태—특히 전령 RNA(messenger RNA 또는 mRNA, 傳令-)—로 복사해 단백질 형태로 전환하는 과정에 사용한다. 그런데 이것이 RNA 안에 내재된 기능 전부는 아니다. 유전 정보 물질인 RNA는 상황에 따라 라이보자임(ribozyme)이라는 일종의 효소(enzyme, 酵素) 역할을 한다. 대표적으로 세포 내 거대 단백질 합성 공장인 리보좀(ribosome) 복합체(complex, 複合體)의 핵심 구성 분자인 rRNA(ribosomal RNA 또는 rRNA)를 들 수 있다. 다시 말하자면, RNA는 그 자체로 유전 물질이며 효소 역할도 수행할 수 있는 (좀 과장해서 말하면) 다재다능(多才多能)한 존재라고 할 수 있다.

그림 1. RNA 세상 상상도. 구글링(googling)을 하다가 발견했다. 원시 지구 지표면에서는 끊임없이 화산 폭발이 일어나고, 원시 바다에서는 초기 생명체가 RNA 형태로 물리화학 법칙에 따라 끊임없이 효소 반응과 자기 복제를 반복하고 있다. 이런 과정을 지속적으로 거치면서, 초기 생명체에는 미세한 변화가 끊임없이 누적되었고, 결국 오늘날과 같은 생명체가 탄생하게 되었다 [출처: NASA].

앞에서 언급한 RNA의 특징을 바탕으로 “초기 생명체는 RNA로 구성되어 있었으며 진화가 거듭되면서 생물학적 기능에 일종의 분업화가 발생해 오늘날과 같은 형태를 이루게 되었다”는 “RNA 세상 가설(RNA world hypothesis)”이 제안되었고 오늘날에도 이 가설은 많은 지지를 받고 있다 [그림 1] [1]. 그렇다면 생물학자는 왜 RNA를 초기 생명체의 형태로 주목했을까?

생명 현상은 유전자의 연속적 흐름으로 부모의 형질이 시간이 지남에 따라 자손에게 어떤 식으로든 전해짐을 뜻한다. 물론 부모 형질(또는 유전 정보)이 자손에게 그대로 또는 변형되어 전달되거나 완전히 단절될 수도 있다. 그럼에도, 전체적인 수준에서 유전 정보의 흐름에는 방향이 있으며, 오늘날 생명체는 그 수단으로 DNA와 RNA를 사용한다. 더불어 모든 생명체는 생존을 위해 외부에서 영양분을 흡수 또는 섭취하며 체내에서 다양한 유기 물질을 합성한다. 특히, 이러한 유기 물질 합성에 관여하는 물질을 우리는 효소라고 부르며, 효소 대부분은 사실상 단백질이다. 효소를 통해서만, 생명체는 자신의 생존을 위해 물질을 분해하거나 합성할 수 있다. 게다가 오늘날 생명체는 “RNA 세상”의 존재 가능성을 방증(傍證)할만한 증거 또는 흔적—생명체가 사용하는 주요 에너지 형태인 ATP(adenosine triphosphate), 단백질 효소의 다양한 조효소(coenzyme, 助酵素), 그리고 앞에서 언급한 효소로 기능할 수 있는 다양한 라이보자임—을 갖고 있다.

그림 2. TNA 구조 [출처: Nature Chemistry].

최근에 RNA 세상 가설과 관련해서 재미있는 연구가 「Darwinian evolution of an alternative genetic system provides support for TNA as an RNA progenitor」이란 제목으로 『네이쳐 케미스트리(Nature Chemistry)』란 학술지에 발표되었다 [2]. 이 연구에서는 RNA와 DNA보다 구조적으로 단순하면서도 생물•화학적으로 RNA와 유사한 (3’,2’)-α-L-throse nucleic acid 또는 TNA라 부르는 물질에 초점을 맞췄다 [그림 2]. 특히, 연구팀이 (실제로 그랬는지는 몰라도) 관심을 둔 것은 "TNA라는 물질이 진화적으로 RNA를 대체할 수 있는가?" 또는 "TNA가 RNA가 출현하기 이전의 유전 물질일 가능성이 있는가?"이다.

TNA는 구조적으로 RNA와 유사하면서도 상당히 다른데, 일반적으로 RNA는 리보스 당(ribose sugar, -糖)을 뼈대(backbone)로 갖지만, TNA는 트레오스(threose)란 물질을 뼈대로 삼는다 [그림 2]. 이 때문에 TNA가 RNA보다 전체적으로 크기가 작은 편이며 상대적으로 더 안정하다. 게다가 TNA는 RNA를 대신해 유전 물질로 사용될 수도 있으며 (실제로 생명체가 TNA를 유전 물질로 사용한다는 뜻은 아니다), 어떤 경우에는 라이보자임처럼 작용할 수도 있다. 이것이 바로 이 논문의 핵심인데, 연구팀은 이 같은 사실을 근거로 TNA와 같은 물질이 RNA 이전에 초기 생명체가 주로 사용했던 유전 물질이 아닐까 추측하고 있다. 만일, RNA보다 구조적으로 단순하며 RNA 같은 양면성(兩面性) 물질이 자연 상태에 존재한다면 생명의 기원을 좀 더 명확하게 설명할 수 있는 증거로 이것보다 더 매력적인 것은 없으리라.

그런데 이 가설에는 몇 가지 문제가 있다. 첫째로, TNA가 유전 물질로 사용되면서 동시에 라이보자임 형태를 취할 수 있다고 해서 TNA가 초기 생명체의 유전 물질이라고 단정할 수는 없다 [2, 3]. 왜냐하면, 원시 지구는 오늘날보다도 더 (어떻게 보면 꽤 난잡한 상태로) 다양한 물질이 혼재(婚材)할 가능성이 있기 때문에 (많은 과학자가 그렇게 생각한다), TNA가 유전 물질로서 독보적인 위상(位相)을 구축했다고 단정하기 어렵기 때문이다. 오히려, TNA와 구조적 또는 기능적으로 유사한 다른 물질이 TNA와 비슷하거나 높은 빈도로 사용되었을 가능성도 있다. 둘째로, 오늘날 알려진 어떤 생명체도 TNA 또는 이와 유사한 물질을 생명 현상에 사용하지 않는다 [3]. 만약 초기 생명체가 TNA를 유전 물질 등으로 사용했었다면, 어떤 형태로든 오늘날 생명체에 그 흔적이 남아 있어야 한다. 따라서 과거 초기 생명체가 TNA를 유전 물질로 사용했다고 주장하기에는 현실적으로 무리가 있다. 셋째로, 원시 지구에 TNA가 실제로 존재했냐는 것이다 [2, 3]. 현재까지 TNA가 자연 상태에서 발견되었다는 보고는 없다. 오히려 TNA는 실험실에서만 합성 가능하다고 알려져 있다. 그러므로 자연 상태에서는 존재하지 않는 물질이 원시 지구에서는 유전 물질로 사용되었다고 주장하기 어렵다. 사족이지만, 국내 일급 과학 전문 언론(솔직히 비꼬는 거다)인 『사이언스 타임즈(The Science Times)』는 TNA가 과거에 실제로 존재한 물질인 것처럼 기술해놨다 [4]. 관련 기사를 쓴 객원 기자라는 사람이 이 논문을 제대로 읽었는지 상당히 의심스러운 대목이다.

지금까지 초기 생명체 진화에 관한 최신 연구를 아주 간략하게 살펴봤다. 앞에서 언급한 것처럼, TNA는 구조적으로 단순한 유사(類似) RNA 물질이며 유전 물질과 효소 기능이라는 양면성을 지니고 있기 때문에, 이것이 RNA가 생명 현상의 주류가 되기 전에 사용되었을지 모른다는 주장은 진화적으로 의미가 있다. 하지만 증명하기도 어려울뿐더러 현실적으로 이를 뒷받침할 수 있는 (자연에서 찾을 수 있는) 상황적 증거도 없으므로, 이 주장이 (비록 좋은 논문에 게재되었다 하더라도) 받아들여지기엔 무리가 있는 것도 사실이다. 그럼에도, 이 연구가 생명의 기원을 “RNA 세상” 이전의 관점에서 바라본다는 측면에서는 진정 의미 있다고 할 수 있다.

몇몇 생명체는 광합성(photosynthesis, 光合成)을 할 수 있는 미생물 또는 식물과 공생 관계(symbiosis, 共生關係)로 묶여 있다. 어떻게 보면 지구에 살고 있는 모든 생명체는 에너지의 원천으로 사용할 수 있는 영양분을 스스로 합성할 수 있는 식물과 같은 독립 영양 생물(autotroph, 獨立營養生物)과 다른 생명체를 통해 영양분을 획득해 생체 에너지를 합성할 수 있는 종속 영양 생물(heterotroph, 合成從屬營養體)로 크게 나눌 수 있다. 그러므로 넓은 의미에서 모든 생명체는 어떤 식으로든 다른 생명체와 일종의 공생 관계를 형성한다고 생각할 수도 있다. 그런데 그런 그러한 철학적 사유를 배제한 채 과학적 엄밀성을 바탕으로 우리의 시야를 매우 좁게 한정한다면 공생 관계에 놓여 있는 생명체는 일부로 국한할 수 있다.

여느 다른 생명체와 마찬가지겠지만, 이들 공생 생명체가 광합성 작용을 할 수 있는 독립 영양 생명체와 한 지붕 아래에서 같이 사는 이유는 정말 단순하다. 바로 생 화합물 또는 에너지의 원천을 확보하기 위해선데, 종속 영양 생명체인 이들 더부살이도 스스로 영양분을 합성해 낼 그 어떤 수단도 갖고 있지 않다.

그런데 식물도 조류(algae, 藻類)도 미생물도 아닌 임의의 다세포 생명체가 빛 에너지를 (직접 또는 간접적으로) 바로 사용 가능한 생체 에너지로 전환할 수 있다면 믿을 텐가? 상식적으로 판단했을 때 그런 일은 불가능에 가까워 보이지만, 자연은 우리가 생각하는 것보다는 그리 상식적(?)이지 않으며 때로는 인간의 상상을 뛰어넘는 매직쇼를 연출하기도 한다. 그렇다면 그 놀라운 깜짝쇼의 주인공은 과연 누구인가? 바로 우리에게 너무나도 친숙한 진딧물(aphid, 학명: Acyrthosiphon pisum)이다 [그림 참조].

일반적으로 카로티노이드(carotenoid)라는 색소는 물속에서 사는 조류(algae, 藻類)와 몇몇 미생물 그리고 곰팡이류에 흔히 존재하는 물질로 보통 노란색에서 주황색을 띠는데, 특정 단백질이 이 물질에 결합하면 녹색 또는 갈색으로 색깔이 변한다. 특히 카로티노이드는 광합성 과정에서 엽록소와 마찬가지로 외부에서 유입되는 빛 에너지를 포획하는 역할을 하는데, 바로 그 카로티노이드가 진딧물 몸 안에 꽤 많이 존재한다. 그것도 외부에서 무엇인가를 섭취했기 때문에 카로티노이드가 몸 안에 존재하는 게 아니라, 진딧물 몸 안에 카로티노이드를 생합성할 수 있는 유전자가 있기 때문이다. 진실로, 진딧물은 현재까지 알려진 곤충 가운데 거의 유일하게 카로티노이드를 합성할 수 있는 것으로 알려졌다.

프랑스 니스 대학(the University of the Nice)의 마리아 카포빌라(Maria Capovilla) 박사 연구팀은 카로티노이드를 합성할 수 있는 진딧물에 빛을 쪼였을 때 주요 생체 에너지인 ATP (adenosine triphosphate) 합성이 증가하지만, 카로티노이드가 없는 돌연변이 진딧물은 빛을 아무리 쪼여도 ATP 합성이 증가하지 않음을 확인했다. 어떻게 이런 일이 가능할까? 카포빌라 박사 연구팀은 진딧물에 광합성 작용과 비슷한 어떤 메커니즘이 있으리라 추론한다. 하지만 일부에서는 진딧물에 유사 광합성 과정이 있는 게 아니라, 대신 빛의 유입으로 생체 내 ATP 합성이 활성화되는 아직 알려지지 않은 어떤 메커니즘이 있는 게 아니냐는 반론을 제기하기도 한다.

유사 광합성 과정이든 아니든 흥미로운 것은 빛 에너지가 동물(여기서는 진딧물이라는 곤충이지만)의 생체 에너지 합성에 직접 관여한다는 사실인데, 이들 진딧물은 어떻게 해서 카로티노이드를 합성하는 유전자를 획득하게 되었을까? 그리고 어떤 자연 선택과 진화의 흐름을 거쳐서 마치 광합성 과정과 유사한 생체 메커니즘을 구축하게 되었을까? 자연은 정말 우리의 상상을 뛰어넘는 온갖 파노라마를 생생하게 보여주는데, 아직 이 논문을 다 읽어보진 않았지만 이런 분야도 연구해보면 꽤 흥미로울 것 같다는 생각이 든다. 어쨌거나, 자연은 언제나 연구할 가치가 크다.

2012년 08월 27일 『한겨레』 온라인판에 「고양이판 ‘연가시’…감염 여성 자살기도 1.8배 높아」란 제목으로 정말 황당한 과학 기사가 하나 올라왔다 [1]. 솔직히 이 기사를 보고 실소를 금할 길이 없었다. 왜냐하면, 기사에서 인용한 논문의 연구 목적과 결론이 저 멍청한 한겨레 과학 기사에서 주장하는 것과는 상당한 차이가 있기 때문이다. 그걸 어떻게 알았냐고? 당연히 기사에서 인용한 논문 가운데 하나를 읽었기 때문이다. 백문(百聞)이 불여일견(不如一見)이라고, 한겨레 과학 기사의 내용부터 살펴보자. 다른 것은 군더더기에 불과하니 핵심만 살펴보도록 하겠다.

미국 메릴랜드약대의 테어도어 포스톨라치 교수는 최근 의학전문 학술지 <일반정신의학회보>에 고양이를 키우는 여성의 자살 위험이 일반인에 비해 1.5배 높다고 밝혔다. ...... 톡소포자충에 감염된 여성이 그렇지 않은 여성보다 자살을 기도한 경우가 1.8배 높았고, 자살을 생각한 경우도 2배가 높은 것으로 나타났다. 평균적인 자살 위험도는 1.54배 높았다. 미국 미시간대 약대의 레나 브룬딘 교수도 <임상정신의학> 8월호에서 “톡소포자충에 감염된 사람들이 자살을 시도할 가능성이 7배 이상 높은 것으로 조사됐다”고 보고했다. [1] [굵은 글씨체는 필자가 임의로 표시했다]

위에서 인용한 단락 다음에 톡소포자충(toxoplasma, toxo胞子蟲; 학명은 Toxoplasma gondii 또는 T. gondii)의 다양한 감염 경로와 전 세계적으로 증가 추세인 톡소포자충 감염자 수를 설명하면서, 갑자기 숙주를 조종하는 바이러스 이야기를 늘어놓는 의도를 (또는 그런 전개 방식을 취한 이유를) 도무지 알 길이 없지만 [1], 그건 그것대로 넘어간다고 치자. 어차피 내가 문제 삼는 것은 글의 전개 방식도 아니다. 그것은 바로 “고양이판 ‘연가시’”라는 제목 일부와 “고양이를 키우는 여성의 자살 위험이 일반인에 비해 1.5배 높다”란 문장이다. 왜 이게 문제냐 하면, “고양이를 자살의 원인 제공원”으로 몰고 가면서 객관적 근거라고 인용한 두 논문, 즉 미국 메릴랜드 약대(University of Maryland, School of Medicine)의 테어도어 포스톨라치(Teodor T. Postolache) 교수 연구팀과 미국 미시간 주립대 약대(Michigan State University, College of Human Medicine)의 레나 브룬딘(Lena Brundin) 교수 연구팀이 독립적으로 진행한 두 연구 결과가 사실 “고양이와 자살”의 연관성을 살핀 게 아니기 때문이다. 그들이 연구한 것은 단지 “톡소포자충 감염과 자살의 연관성”일 뿐이다 [2, 3, 4, 5].

우선 포스톨라치 교수 연구팀이 밝힌 연구 목적부터 살펴보자. 연구 목적은 논문 초록에 명시되어 있다 [2].

To examine whether T gondii–infected mothers have an increased risk of self-directed violence, violent suicide attempts, and suicide and whether the risk depends on the level of T gondii IgG antibodies.
톡소포자충에 감염된 엄마에게서 자기를 향한 폭력(self-directed violence), 폭력적인 자살 시도(violent suicide attempts) 그리고 자살 위험이 증가하는지, 그리고 그러한 위험이 톡소포자충에 대한 IgG 항체 양(量)에 의존적인지를 조사하는 것임.

브룬딘 교수 연구팀의 연구 목적도 살펴보자. 마찬가지로 논문 초록에 명시되어 있다 [3].

The primary aim was to relate Toxoplasma gondii seropositivity and serointensity to scores on the self-rated Suicide Assessment Scale (SUAS-S). Another aim was to reevaluate the previously reported positive association between T gondii serointensity and a history of nonfatal suicidal self-directed violence.
일차적인 목표는 톡소포자충의 혈청 반응 양성(seropositivity)과 혈청 내부 존재량(serointensity)을 자가 자살 평가 척도(self-rated Suicide Assessment Scale, SUAS-S) 작성과 연계하는 것이다. 또 다른 목적은 톡소포자충의 혈청 내부 존재량과 비치명적 자살 충동성 자기 폭력(nonfatal suicidal self-directed violence)에 대한 전력(history, 前歷) 사이의 이전에 보고된 결정적인 연관성을 재평가하는 것이다.

두 논문의 연구 목적 어디에도 “고양이”에 관한 언급은 없다. 단지 본문에서 톡소포자충을 설명할 때 “잘 알려진 숙주”로 잠깐 나올 뿐이다. 다시 포스톨라치 교수 연구팀의 논문을 살펴보자 [2].

Felids have been identified as definitive hosts of T gondii, with the parasite multiplying sexually in the cats’ gut and spreading oocysts. Humans are infected by ingestion of oocysts spread from feces of infected cats (eg, contaminated sandbox and ingestion of unwashed vegetables), eating undercooked meat infested with T gondii cysts, using knives used to cut infested meat to further cut vegetables, and, occasionally, drinking water from a contaminated water source.
고양이과 동물(Felids)은 톡소포자충의 확실한 숙주(definitive host)로 확인되었으며, 고양이의 장(gut, 臟)에서 유성 생식으로 증식하고 접합자낭(oocyst, 接合子囊)으로 퍼진다. 인간은 감염된 고양이의 접합자낭을 삼키거나 (예를 들어, 오염된 모래 상자에서 놀거나 씻지 않은 채소를 삼키는 것) 섭취하거나, 톡소포자충 접합자낭에 감염된 덜 익힌 고기를 먹거나, 감염된 고기를 자를 때 사용한 칼로 채소를 잘랐거나, 때때로는 오염된 물을 마심으로써 감염된다.

포스톨라치 교수 연구팀 논문의 후반부에는 더욱 흥미로운 이야기가 나온다 [2].

A study among pregnant women in Norway found an increased risk of recent maternal T gondii infection associated with consumption of raw or undercooked meat, incompletely washed fruits and vegetables, cleaning the cat litter box, and washing the kitchen knives infrequently after preparation of raw meat, prior to handling another food item.
노르웨이 임산부를 대상으로 한 연구에서 날고기나 덜 익힌 고기 섭취, 완전히 씻지 않은 과일과 채소의 섭취, 고양이 용변통 청소, 날고기를 손질한 뒤에 잘 씻지 않은 부엌 칼로 다른 음식을 손질하기 등과 관련된 어머니를 통한 태아의 톡소포자충 감염 위험이 증가했음을 확인했다.

브룬딘 교수 연구팀의 연구 결과를 소개하는 기사 두 편에서도 마찬가지로 톡소포자충 감염 경로에 대한 간단한 언급만 있을 뿐, 그 어디에도 고양이 때문에 톡소포자충 감염이 증가해 자살할 가능성이 높아진다고 말하진 않는다 [4, 5]. 다시 말하면, 위 두 논문이 다루는 내용은 고양이와는 전혀 상관없다.

그렇다면 두 연구팀이 표본을 선정하고 분석할 때, 고양이와의 접촉 여부를 고려했는가 하면 그것은 절대 아니다. 이들 연구팀은 톡소포자충에 감염된 적이 있는 여성을 대상으로만 조사했을 뿐, 이들이 실제로 고양이를 키우는지(또는 키운 적이 있는지), 고양이와 어느 정도 접촉했는지 등과 같은 사항은 고려하지도 않았다 [2, 3]. 그러니까 앞에서 언급한 것처럼 이 연구는 고양이와 전혀 상관없단 소리가 되겠다. 사실이 이런데도 이근영 선임 기자는 두 연구팀의 결론을 왜곡할 뿐만 아니라 “톡소포자충 감염으로 인한 자살 증가 가능성”을 애꿎은 고양이한테 뒤집어씌우고 있다.

더 웃긴 게 뭔 줄 아는가? 지난 5월 21일 한겨레 신문 온라인에 올라온 「고양이가 태아 유산 유발? 애호가들 ‘부글부글‘」이란 기사에서는 “톡소포자충 감염과 고양이 사이의 과도한 연관 짓기”에 대해 비판을 가한 적이 있으면서도 [6], 8월 27일 기사에서는 마치 일이 없었던 것처럼 “고양이를 자살 증가 원인” 가운데 하나로 규정짓고 있다는 사실이다. 아무리 서로 다른 두 사람이 독립적으로 기사를 작성했다 하더라도, 이처럼 “고양이”를 바라보는 과학적 시선에 일관성이 없다는 건 한겨레 신문 데스크에 어떤 문제가 있거나, 기자들 사이 의사소통에 문제가 있든지, 아니면 소속 기자가 자기 신문에 올라오는 기사를 확인 안 한다는 뜻이 되겠다. 이것도 아니라면 기자가 고양이에 대해 “개인적 원한”을 갖고 있는 게 아니냐는 추측도 해볼 수 있겠지만, 이건 또 지나친 비약일께다.

매번 느끼지만, 과학 기자들은 기사 쓸 때 제대로 된 전문가를 찾아가 제대로 된 조언을 받길 바란다. 조언만 제대로 받아도 기사가 뻘소리 탑재할 빈도수는 많이 줄어든다. 그리고 어떤 논문을 근거로 기사 쓸 때도 논문을 제대로 읽고 글쓰길 바란다. 솔직히 기사를 읽다 보면 글의 내용과 수준에 의구심이 들 때가 많은데, 대부분이 기자가 자신도 이해하지 못한 상태에서 글을 썼기 때문이라고 생각한다. 논문을 읽다가 모르면 포기하지 말고 전문가한테 문의하는 성의라도 보였으면 한다. 그게 기사를 읽는 독자에 대한 예의 아닐까? 앞으로 불쌍한 “고양이”와 같은 선의의 피해자(?)가 나타나지 않길 바랄 뿐이지만, 과연 그게 가능할지 요원(遙遠)하기만 하다.

창조론 옹호단체로 알려진 “교과서진화론개정추진회”(일명 교진추)는 “시조새는 파충류와 조류의 중간종이 아니다”, “말의 진화계열은 상상의 산물이다” 등의 주장을 내세우며 과학 교과서에 기재된 시조새와 말의 진화 관련 부분을 삭제해달라는 청원서를 2011년 12월과 2012년 3월 두 차례에 걸쳐 교육과학기술부에 제출했다. 이 단체는 이 전에 사전 물밑 작업의 일환으로 “교과서진화론개정연구소”라는 교진추 산하 단체를 통해 『교과서 속 진화론 바로잡기』라는 책을 출간하기도 했는데, 교육과학기술부에게 "검토해 보겠다"는 긍정적인 답변을 받아냄으로써 한국형 개신교 근본주의 집단, 즉 교진추에게 오랜 숙원이었던 “진화론을 격파하고 창조론을 가르침으로써 과학을 통해 주 여호와의 영광을 증거하기”는 마침내 그 첫 단추 끼우기에 성공하는 듯했다.

이 과정에서 한국은 주 여호와의 은혜로우심으로 말미암아 전 세계적인 웃음거리로 전락하고 말았다. 다름 아니라 우리에게 너무나도 잘 알려진 네이쳐(Nature)란 저 위대하신 과학 잡지께서 「한국이 창조론자의 요구에 굴복하다(Korea surrenders to creationist demands)」란 매우 자극적인 제목으로 한국을 공개적으로 디스했기 때문이다 [1, 2]. 하지만 교진추의 이러한 시도는 한국 과학기술인의 거센 반대에 부딪히고 말았다 [3]. 그 결과, 지난 2012년 6월 24일 교육과학기술부는 전문성을 갖춘 과학자 단체를 통해 과학계의 지배적인 의견을 수렴해 시조새 및 말의 진화 등과 관련한 내용의 과학 교과서 삭제 여부를 결정하기로 했다면서, “과학기술단체총연합회”와 “과학기술한림원”을 전문협의기구로 지정해 관련 논의를 진행할 방침이라고 밝혔다 [4].

이런 웃기지도 않은 일이 벌어지게 된 데에는 여러 가지 복합적인 원인이 있겠지만, 지나치게 보수적이다 못해 현실감 제로인 게으른 정부 관련 부처(특히 교육과학기술부)와 한국 사회에서 과학교육이 어떻게 이루어지는지 별 관심을 드러내지 않는 한국 주요 과학단체(의 회원이라기보다는 이 단체에서 힘 좀 쓰신다는 지체 높은 어르신들)의 멍청함, 그리고 창조신화라는 허황된 판타지를 멀쩡한 과학 안에 억지로 집어넣으려는, 흔히 창조론 또는 지적설계론이라 불리는 의사과학(pseudoscience, 擬似科學) 또는 사이비과학(似而非科學)의 한 종류와 이들의 몸통인 한국형 개신교 근본주의가 절묘하게 어우러져 나타난 오묘한 결과라 할 수 있다 [5].

상황이 이쯤 되면 한국 개신교의 전반적인 파워 또는 세력이 꽤 강한 듯한 인상을 받기 마련이다. 그리고 이런 현실 때문에 한국에서 시조새 논란이 유달리 더 불거진 게 아니냐는 추측이 나올 법도 하다. 하지만 한국 종교 가운데 개신교가 차지하는 비율은 매우 낮다. 2005년 기준으로 한국 종교 인구 통계를 조사한 결과, 개신교 18.3%, 천주교 10.9%, 불교 22.8% 그리고 무교는 46.5%로 나타났는데, 개신교와 천주교를 합쳐도 한국 기독교 인구는 29.2%로 낮은 편이다 [6]. 따라서 합계 30%도 안 되는 기독교인이―그것도 그들 전부가 진화론에 대해 같은 견해를 보이지 않으며 이들 가운데 진화론을 지지하는 사람도 많다고 알고 있는데―하나님을 중심으로 대동단결하여 지금과 같은 논란을 일으켰다고 단정할 수는 없다. 더불어, 개신교 근본주의자의 정부에 대한 입김이 이례적으로 강해 지금과 같은 상황이 발생했다고도 보기 어렵다. 왜냐하면, 그전부터도 개신교 근본주의는 끈질기게 교과서 문제를 물고 늘어졌으며 언제나 정부의 고집불통 때문에 좌절되었기 때문이다. 다만 이번 일이 이례적으로 일어난 이유는 MB정부 일부 고위 관료의 종교 편향성 때문이라기보다는 상황파악을 잘 못 하는 담당 관료의 안일함이라 할 수 있겠다. 더불어 한국은 헌법상으로 종교의 자유를 인정하는 국가이기 때문에 어느 한 종교의 편만 드는 것은 헌법에 어긋난다. 그뿐만 아니라, 정부가 개신교 편향성을 아주 일부라도 드러낸다고 생각해보자. 전체 종교인 가운데 22.8%를 차지하는 불교계가 과연 가만히 있을까?

그렇다면 이번 촌극이 있게 한 근본적인 원인은 바로 한국인의 진화론에 대한 이해 정도에 있다고 추측할 수 있겠다. 그렇다면 한국인의 진화론에 대한 시각은 어느 정도일까? 여기에 대한 거의 유일무이(唯一無二)한 설문조사 결과가 하나 있다. 2008년 EBS에서 찰스 다윈(Charles Darwin) 탄생 200주년 그리고 『종의 기원(On the Origin of Species by Means of Natural Selection)』 출판 150주년을 기념해 「<다큐프라임> 신과 다윈의 시대」라는 프로그램을 방영한 적이 있는데, 이때 제작진은 코리아리서치라는 설문조사기관을 통해 한국의 19세 이상 성인남녀 500명을 대상으로 <진화론의 신뢰 정도>를 조사했으며 다음과 같은 결과를 얻었다 [7]. 우선 전체 응답자 중 62.2%가 “진화론을 믿는다” 그리고 30.6%가 “믿지 않는다”고 대답했으며, 이 가운데 8.9%는 “진화론을 확실히 믿는다” 그리고 11%는 “전혀 믿지 않는다”고 답해 진화론을 믿고 있어도 확실하게 믿는 사람은 그렇지 않은 사람에 비해 매우 적은 비율인 것으로 나타났다. 더불어 “진화론을 믿지 않는다”는 응답자를 대상으로 그 이유에 대해 알아봤을 때 “과학적으로 불충분하다”가 41.3%, “종교적 신념과 맞지 않다”가 39.2%로 비슷한 수준으로 조사되었다. 그리고 진화론과 관련된 용어 다섯 가지 용어(종의 기원, 돌연변이, 이기적 유전자, 성선택, 자연선택)에 대한 인지도를 확인했을 때, ‘돌연변이’에 대한 인지도는 90.6%로 가장 높았으며, 다윈의 유명한 저작 이름인 ‘종의 기원’은 58.3%로 두 번째를 차지했다. 그러나 ‘이기적 유전자’, ‘성선택’, ‘자연선택’ 등에 대한 인지도는 50% 미만인 것으로 나타났다.

비록 이 설문 조사가 매우 지엽적이고 표본크기가 작으며 지금으로부터 4년 전 결과라서 오늘날과 비교했을 때 어느 정도 유의미한지 정확히 판단할 수는 없다. 하지만 이 결과가 지금도 유효하다고 가정한다면 여기서 재미있는 부분을 하나 발견할 수 있다. 즉, 진화론을 믿는 사람이든 그렇지 않은 사람이든 진화론에 대한 이해도는 상당히 낮다는 사실이다. 솔직히 조사 대상 중 약 90%가 안다고 대답한 ‘돌연변이’는 진화론만의 용어도 아니다. 더불어 ‘종의 기원’이란 책의 이름은 이미 고등학교나 대학교에서 꼭 읽어야 할 필독서로 지정되어 있기 때문에 내용은 잘 모르더라도 이름 정도는 들어봤을 것으로 생각한다. 그런데 ‘성선택’과 특히 다윈 진화론의 핵심 개념인 ‘자연선택’에 대한 인지도가 진화론 찬성자와 반대자를 포함해 50%도 채 안 된다는 사실은 한국 과학 교육 시스템에서 진화론 교육이 얼마나 부실하게 이루어졌는지를 가늠케 한다. (방송을 보지 않아서 잘 모르겠지만 <생명의 기원과 관련한 학교의 교육 방향>이라는 설문 조사도 있었던 모양인데, “현행대로 진화론만 가르쳐야 한다”가 겨우 24.7%, “진화론과 창조론을 모두 가르쳐야 한다”가 62.7%라는 매우 놀라운 결과가 나왔다는 얘기가 모 블로그에 적혀 있기도 하다 [8, 9]).

어쨌든 앞에서 언급한 대로 진화론 반대든 찬성이든 진화론을 잘 모른다는 측면에서는 서로 비등해 보인다. 왜 이런 결과가 나타났을까? 한 가지 생각할 수 있는 것은 바로 과학교육 시스템의 문제다. 실제로 "과학"을 과학 그 자체가 아닌 대학 입학시험에서 고득점을 취득을 위한 하나의 수단으로'만' 바라보는 한국의 전역적인 교육 시스템에서 위 현상, 즉 엄연히 고등 교육과정에서 진화론을 가르침에도 진화론을 잘 이해하지 못한다는 사실은 그리 놀랍지도 않다. 이와 같은 상황에서 진화론 및 진화 관련 개념이나 지식은 점수를 따기 위한 하나의 방편에 불과하다. 다시 말해 학생과 이들을 가르치는 교수 다수가 진화론 전반 또는 진화론 개념이나 가설 등이 입시에 중요치 않다고 인식하면, 그것이 정규 교과 과정에 실려 있는 것이라 할지라도 제대로 다루지 않은 채 넘어갈 것은 분명하다. 더불어 현장에서 학생을 가르치는 교사(특히 생물 교사)가 진화 이론 전반을 제대로 이해하고 있지 않다면 상황은 더욱 안 좋다. 그런데 이런 상황이 비단 진화론, 더 나아가 생물 교과 과정의 문제만은 아니다. 과학교육 전반도 정도의 차이만 있을 뿐 처한 상황은 비슷할 것이다. 따라서 지금과 같은 기괴한 과학교육 시스템 전반을 수정하지 않으면 이런 일이 앞으로도 반복됨은 명약관화(明若觀火)하다.

그렇다면 어떻게 이 문제를 해결할 수 있을까? 공교육 시스템 전반의 측면에서 바라본다면 "이따위 괴물 같은 입시체계는 다 사라져 버려야 해!"가 아마도 정답일 것이다. 더불어 이렇게 주장하고 싶은 게 솔직한 심정이다. 하지만 현 상황에서 이게 될 리는 절대(!) 없다. 왜냐하면, 이것은 사회 시스템과 맞물려 있는 매우 복잡한 문제이기 때문이다. 그리고 필자 본인도 교육 시스템 전반에 대한 문제점을 제대로 인식하고 이를 해결하기 위한 근본적인 대안을 내놓을 수 있을 만큼 똑똑하지도 않다. 만약 나 정도 수준에서 그게 가능했다면, 문제는 벌써 해결되었을 것이다. 따라서 내 수준에 걸맞게 내놓을 수 있는 해결책은 지극히 상식적이며 남들도 한 번쯤은 생각했을 법한 평범함 그 자체다. 그리고 매우 지엽적이다.  따라서 순전히 교과서 제작 문제로 한정해 몇 가지 사항을 고찰해보도록 하겠다.

우선, 전부는 아니더라도 과학자 다수가 교과서 집필 과정에 능동적으로 참여할 수 있는 어떤 장치가 마련되어야 한다. 이번 시조새 논란이라는 촌극에서도 잘 드러났듯이, 문제의 발단은 과학 교과서가 과학이론의 흐름을 제대로 반영하지 못함에 있다. 따라서 시시각각 변하는 과학 동향을 교과서에 제대로 반영하기 위해서는 해당 분야 연구자 (전부는 아니더라도) 다수의 공통된 의견을 묻고 반영할 수 있는 어떤 제도적 장치가 마련되어야 한다. 그리고 이를 위해서는 정부의 적극적인 지원도 필요하다. 지금처럼 가이드라인 하나 제시했다고 모든 문제가 해결되는 것은 아니다. 교과서 제작의 핵심적인 주체인 정부도 과학계의 의견과 최신 연구 동향을 공교육 교과 과정에 제대로 반영할 수 있도록 적극 나서야 하며 게으름 피우지 않고 끊임없이 관련 학계와 의사소통을 해야 한다. 더불어 이러한 논의는 한 개인이 아니라 공인된 과학 관련 단체를 통해 이루어져야 한다. 시조새 논란에서 보듯이 교진추는 엄밀한 의미에서 과학 단체라 할 수 없다. 왜냐하면, 그들이 주장하는 바는 과학 연구자 다수가 인정하는 과학이 아닌, 말 그대로 사이비과학이기 때문이다. 따라서 교과서 개정이나 오류를 수정하는 등의 과학교육과 관련한 중차대한 문제는 오로지 공신력 있는 과학 단체의 논의를 통해 이루어져야 한다. 마지막으로 현장 과학교사에 대한 정기적인 교육이 필요한데, 학생과 직접 대면해 과학을 가르치는 이들 교사가 교과서에 실려 있는 과학이론을 제대로 이해하고 있지 않다면, 과학 교과서 내용이 아무리 좋아봤자 그 내용이 학생에게 제대로 전해질 수 없기 때문이다.

지금까지 시조새 논란과 이런 일이 일어나게 된 원인 그리고 이를 극복할 수 있는 대안에 대해 매우 지엽적이며 지극히 개인적인 시선으로 그리 신선하지도 않은 해석과 방안을 뻔뻔스럽게 내놓았다. 비록 바로 위에서 언급한 방안이라고 해봤자 고작 교과서 문제에 한정되어 있지만, 실질적으로 공교육에서 과학교육이 제대로 이루어지려면 교과서 문제를 넘어서는 근본적인 문제, 즉 시스템의 문제로 귀결해야 할 것이며, 오로지 과학교육을 대학 입시시험에서 고득점을 취득하기 위한 방편으로 인식하는 근시안적인 인식을 버리고 말 그대로 과학을 과학 그 자체로 바라보게 하는 본질적인 인식 자체가 필요하다.