생명은 어떻게 작동하는가

호흡과 광합성에서 후성유전학까지, 그림으로 이해하는 생명 현상의 모든 것 대중과 호흡하며 과학학습 운동에 매진하고 있는 박문호 박사가 신간 《생명은 어떻게 작동하는가》로 독자를 찾아왔다. ‘박문호의 자연과학 세상’에서 10년 넘게 이어지고 있는 ‘137억 년 우주의 진화’ 강의를 담아 펴내려고 하는 생물학·지질학·우주론 3부작 중 첫 번째 책이다. 저자가 직접 수십 차례 노트에 그려가며 종합·변형했거나 창안해낸 236컷의 그림과 ‘결정적 지식’을 제시하면서 호흡과 대사, 글루코스 분자의 분해와 합성, ATP 합성, 미토콘드리아의 TCA 회로, 세포질의 해당 작용, 생명의 출현에서 성장·노화·죽음과 유전까지, 생명 현상의 중요한 메커니즘을 분자 수준에서 서술한다. 10년간 수천 명의 수강생을 열광시킨 통합과학 특강, 3부작 ‘137억 년 우주의 진화’ 첫 번째 마당! 박문호 박사는 과학을 말랑하게 만들어 소개하는 ‘과학의 대중화’가 아닌 ‘대중의 과학화’를 모토로, 엄밀한 과학을 전파하여 대중들의 수준을 높이는 데 몰두해왔다. 단번에 이해하기 어려운 내용일지라도 익숙해질 때까지 반복하면서 학습하면 이해의 순간이 찾아온다는 과학학습 방법론을 주창하면서 어려운 대목을 우회하지 않고 뇌과학과 자연과학의 여러 분야를 파고들었고, 그렇게 얻은 지식과 공부 방법론을 나누는 그의 강의에 많은 이들이 호응했다. 그의 강의에는 과학/의학 관련 전문직 종사자에서부터 학생, 과학과는 담을 쌓고 살아온 일반인에 이르기까지 다양한 사람들이 몰려들어 자연의 이치를 탐구하고 있다. 그동안 뇌과학 분야 저술과 강의를 활발하게 하며 ‘뇌과학 전문가’로 통하던 저자가 《뇌, 생각의 출현》에서부터 《그림으로 읽는 뇌과학의 모든 것》 《박문호 박사의 뇌과학 공부》로 이어지는 뇌과학 3부작을 완결하고, 이제 우주의 장구한 역사를 과학의 눈으로 정리한 빅히스토리 서술에 나선다. 저자가 주도하는 ‘박문호의 자연과학 세상’에서는 10년간 크게 두 가지 배움이 이어졌는데, 하나가 뇌과학, 다른 하나가 ‘137억년 우주의 진화’ 수업이다. 크게 우주, 지구, 생명 편으로 나뉘는 ‘137억 년 우주의 진화’에서 ‘생명’ 편을 정리한 것이 바로 《생명은 어떻게 작동하는가》이다. 종합화한 그림과 결정적 지식으로 이해하는 생명현상 “생물학 작용은 대부분 분자들의 변환 과정이고, 그 과정을 한 페이지에 모아 보면 각각의 생화학 과정을 비교할 수 있다. 해당 작용의 10단계와 TCA 회로, 광합성 명반응, 암반응, 미토콘드리아의 지방산의 베타산화, 핵산의 퓨린과 피리미딘 생합성 과정을 한 장에 그려보자. 50개의 분자식을 한 페이지에 순서대로 적어보면 생화학 작용의 상호 관계가 명확해진다. 생체 분자들이 대부분 글루코스에서 생성되는 과정은 해당 작용과 TCA 회로에서 생성되는 생화학 대사 작용 모두를 연결하여 한 장의 그림으로 표현할 수 있다. 생화학 대사 작용인 탄수화물 대사, 아미노산 대사, 핵산 대사, 지질 대사, 에너지 대사, 비타민 대사 분자들이 모두 해당 작용과 TCA 회로에서 나온다. 그래서 이 책에서는 두 가지 형태의 ‘한 장에 모으기’를 시도하였다. 즉 생화학 회로와 관련된 모든 정보를 한 장에 모으고, 해당 작용과 TCA 회로 관련 대사 작용을 한 장에 모으는 것이 이 책의 핵심 내용이다.”(87쪽) 책은 만만치 않다. 분자식과 생화학 회로들이 곧장 제시되고, 이를 기억할 것을 강조한다. 다음과 같은 이유에서다. “생물학의 결정적 지식은 대부분 분자식으로 표현되고, 생화학은 생체 분자들의 변환 과정에 대한 학문이다. 그래서 생물학을 대충 1년 공부하기보다 생화학 관련 분자식 30개를 기억하여 익숙해지는 방식이 더 효과적이다.”(6쪽) 국내외의 거의 모든 생화학 교과서와 전문서적, 논문을 섭렵해, 해당 작용의 10단계, TCA 회로, 광합성 명반응과 암반응, 미토콘드리아의 지방산의 베타산화, 핵산의 퓨린과 피리미딘 생합성 과정 등, 주요한 생화학 메커니즘을 빠짐없이 담았다. 한 번 읽고 이해하기는 쉽지 않다. 하지만 심혈을 기울여 만든 236컷의 일러스트, 책에서 제시하는 ‘종합화한 그림’과 ‘결정적 지식’과 같은 장치로 이해를 돕는다. 정보를 한 페이지에 통합해서 보여줌으로써 서로 상관없는 듯한 생화학 기관과 메커니즘, 이를테면 호흡과 광합성, 미토콘드리아와 엽록체가 서로 대응되는 구조를 지닌, 동전의 양면과 같은 것임을 깨닫게 한다. ‘결정적 지식’은 말 그대로 그것 하나를 이해하면 다른 지식들이 고구마 줄기 딸려오듯 터득하게 되는 지식을 말한다. “이 책에서는 생물학 여러 분야에서 10개의 결정적 지식을 선정했으며, 생물학 최고의 결정적 지식이 글루코스 분자식임을 강조한다. 핵산, 지질, 아미노산이 모두 글루코스 분자에서 시작하기 때문이다. 그림에 ‘결정적 지식’으로 표시했다.”(5쪽) 생명 현상은 분자들의 춤, 그중에서도 글루코스(포도당)가 핵심이다! “생명은 분자 현상이다. 세포 작용은 분자의 변환 과정이며, 분자식을 기억해서 익숙해져야 생화학 회로가 보인다. 자연은 에너지, 원자, 세포로 그 패턴을 드러낸다. 분자는 공유결합으로 묶인 원자의 집합이다. 원자의 배열 상태에 따라 분자들의 에너지가 다르며, 더 낮은 에너지의 원자 배열로 바뀌려 한다. 해당 작용, TCA 회로, 요소 회로, 캘빈 회로를 이해하려면 20개가 넘는 분자식을 기억해야 한다. 결국 생물학 공부는 분자식 공부이다. 분자식을 기억하지 않는 생화학 공부는 실체를 보지 않고 드러난 형태만 보는 것이다. 물이란 단어는 일상용어로는 통용되지만 그 어떤 과학적 내용도 포함하지 않는다. 물에 대한 분자식 H2O를 H-O-H로 표현하면 물에 대한 많은 과학적 내용을 알 수 있다. 물의 실체는 수소 원자 2개와 산소 원자 1개가 공유결합으로 된 분자이며, 이 분자식에서 물에 대한 많은 물리와 화학적 속성을 밝혀낼 수 있다.“(278쪽) 책에서는 분자식을 반복해 강조한다. 분자 구조가 사물의 실체를 보여준다는 입장에서다. “생명 현상은 대사 작용이고, 대사는 산화 환원 반응이며, 산화 환원은 전자의 이동에 의한 분자 변환 과정이다. 그래서 이 책의 핵심 내용은 생화학 분자 변환 과정이다.”(5쪽) 특히 다른 수십 개 분자식의 원천으로서 글루코스에 많은 분량을 할애했다. 핵산, 아미노산, 지질 생성과 관련되는 중요한 분자인 글루코스야말로 이 책의 주인공이라고 할 수 있다. 생명이 출현하는 데는 탄소, 수소, 산소만 있으면 되고, 질소는 생명 출현 후 필요하다는 설명은 다른 책에서 찾아보기 어려운 독특한 이론이다. “생명은 분자들의 춤이다.” 환원주의적 관점으로 보일 수 있으나 생명현상을 규명하자면 이러한 분자 수준의 설명은 피해갈 수 없는 일이다. 생명의 작동 원리에 관심 있는 독자들에게 일독을 권한다. ‘박문호의 자연과학 세상’ 홈페이지(www.mhpark.co.kr)의 동영상 강의도 참고하면 도움이 된다.