산소 - 세상을 만든 분자 -

▣ 출판사서평

생명의 기원에서 동물의 발생, 노화와 죽음에 이르기까지,
산소가 진화를, 세상을 만들었다!

지구상의 거의 모든 생명은 산소 없이 살아갈 수 없다. 그러나 바로 그 산소 때문에 우리는 늙고 병든다. 산소는 우리 몸속에서 미토콘드리아로 빨려들어가 ‘자유라디칼’로 바뀌는데, 이 자유라디칼이 독성을 지니고 있다. 대부분의 자유라디칼은 제거되지만, 일부가 미토콘드리아를 빠져나가 DNA나 단백질을 망가뜨린다. 방사선에 피폭되어도 물 분자가 쪼개지면서 자유라디칼이 만들어지는데, 역시 DNA나 단백질을 마구 공격한다. 따라서 산소 호흡과 방사선 피폭은 본질적으로 같은 위험을 안고 있다.
그러나 진화적 관점에서 산소는 진화의 흐름을 결정하는 결정적 역할을 하였다. 산소 때문에 생물이 늙고 병든다는 걸 보여주는 화석기록은 어디에도 없다. 오히려 지구 역사에서 대기 중의 산소가 늘어날 때마다 생물은 크게 다양해졌고, 점점 퍼져나가 생태계의 빈틈을 메웠다. 최초의 다세포 생물은 광합성에 의해 생산된 산소가 대기 중에서 점점 증가하자 살아남기 위해 떼 지어 모인 세포들이 진화해서 생겨났다. 석탄기에 산소가 늘어났을 때에는 거대 곤충들이 등장했다. 그때에는 날개폭이 무려 75센티미터에 이르는 거대 잠자리가 하늘을 날아다녔다. 이는 산소 농도가 높아지면 몸집과 날개를 움직이는 근육이 커져도 산소가 충분히 공급될 수 있기에 가능한 일이다. 반대로 몇몇 대멸종은 산소가 줄어든 시기와 연관되어 있다. 페름기 말에 일어났던 대멸종도 마찬가지였다.

산소, 자유라디칼―삶과 죽음에 대한 새로운 통찰을 담은 21세기 과학 고전

산소가 질병과 노화를 촉진하는 데에는 다 이유가 있다. 사실 산소가 변형된 자유라디칼은 우리가 감염에 대응할 수 있도록 해주는 필수 신호인 동시에 공격 수단이다. 다시 말해 감염에 맞서 싸우는 유전자를 활성화하면서 침입자를 공격하는 무기가 되어준다. 비극은 나이가 들어 미토콘드리아에서 자유라디칼이 많이 새어나올 때 일어난다. 우리 몸이 이를 감염으로 착각하고 자유라디칼을 계속 퍼붓기 때문이다. 망가진 미토콘드리아를 고칠 방법은 없기에 자유라디칼은 점점 쌓여만 가고, 결국 우리는 늙고 병들어 죽음에 이른다. 즉 자유라디칼은 어릴 적에는 감염에 대응하는 중요한 수단이지만 세월이 흐르면 노화를 일으키는 것이다. 이것이 닉 레인이 제시하는 ‘노화의 이중인자 이론’이다.
이 이론에 따르면 우리가 해야 할 일은 최대한 미토콘드리아가 망가지지 않도록 하는 것이다. 가능한 일이긴 할까- 닉 레인에 따르면 그렇다. 미토콘드리아를 만드는 유전자에 그 해답이 있다. 1998년 의학 전문 학술지『란셋]에 실린 연구에 따르면, 일본의 장수 노인들 수백 명 중에서 무려 62퍼센트가 변형된 미토콘드리아를 만드는 유전자를 가지고 있었다. 이 유전자는 원래의 미토콘드리아를 만드는 유전자에서 염기 한 개가 바뀌어 생긴 것이다. 미토콘드리아 의학이 앞으로 더 발전하면 유전자를 조절해 미토콘드리아가 잘 망가지지 않도록 할 수 있을 것이다. 뿐만 아니라 미토콘드리아는 식생활, 운동, 호르몬에 의해서도 조절된다. 골고루 먹고 과식은 피하고 스트레스를 줄이는 것만으로도 미토콘드리아가 손상되는 걸 제법 늦출 수 있다. 그러니까 우리는 비록 쉽게 노화를 미루지는 못하더라도 얼마든지 희망을 품을 수 있다.
『산소]는 진화라는 거대한 캔버스에 그린 그림이다. 삶과 죽음을 바라보는 새로운 시각을 제시하는 동시에 현대의 치명적인 질병과 우리 몸이 노화하는 이유, 그리고 대처방안에 대해 설명하고 있다. 이 책은 환경과학부터 분자의학에 이르기까지 많은 분야를 포괄하며 일련의 증거들을 통해 지금까지 우리가 생각지 못했던 새로운 개념들을 제시한다. 자연에서 우리 인간이 만들어가는 우리 자신의 위치와 현대 과학에 대한 저자의 매력적인 통찰을 보여주는 이 비범한 책으로 인해 우리는 세상을 바라보는 시야를 재정립할 수 있을 것이다.

* 이 책에 쏟아진 찬사들

“『산소』는 지구상에 생명체가 존재하게 된 사연에 관한 이야기다. 각 장마다 지구와 생명의 역사에 관한 연구의 최전선에서 날아오는 특보가 실려 있다. 끝까지 손에서 놓지 못하게 하는 힘과 더불어 독자의 끈기에 보답할 큰 재미를 지닌 책이다.”― [가디언]

“산소가 어떻게 폭발적인 진화의 초석이 되었는지, 그리고 어떤 식으로 산소가 노화에 관련되어 있는지에 대한 이론을 기본 수준의 과학 지식만 있다면 누구든 이해할 수 있도록 명확하게 제시하고 있다. 학술적이면서도 동시에 읽기 쉬운 입문서 역할까지 하는 훌륭한 책이다.”― [굿 북 가이드]

“우리가 사는 지구에 산소가 존재하게 된 역사에 관한 책이다. 저자가 상세하게 짚어가며 풀어내는 이야기를 따라가다 보면, 생명에 꼭 필요한 산소가 동시에 죽음의 요인이 되기도 한다는 대단히 흥미로운 자가당착에 빠지게 된다.”- [내추럴 히스토리 매거진]

“고대 지구의 대기에 실제로 산소가 풍부했을 것이라는 주장에 대해, 닉 레인은 곤충의 비행역학부터 암석 내의 탄소 동위원소 수준에 이르기까지 여러 가지 인상 깊은 증거를 효과적으로 펼쳐 보이고 있다. 석탄기에 거대한 숲과 동물들이 어떻게 존재할 수 있었는지를 설명할 뿐 아니라, 약 35억 년 전부터 5억 4300만 년 전 사이에 생명이 어떻게 진화했는지, 그리고 그 진화의 양상이 오늘날 우리가 시달리는 질병과 어떤 관련이 있는지에 대해 독자로 하여금 완전히 다시 생각하게 한다. 이 책 자체가 대단히 의욕적이고도 급진적인 과학적 논쟁이라 할 수 있다. 최고의 과학저술서다.”- [파이낸셜 타임스]

“노화에 대한 세간의 인식이 빠르게 퍼지고 있는 가운데, 산화성 스트레스가 노화에 끼치는 영향을 재미있고 설득력 있게 설명하고 있다. 우리 생활에서 중요한 자리를 차지하는 산소라는 요소에 대한 이야기를 멋지게 빚어냈다. 널리 읽힐 가치가 있으며 재미있고 유익한 책이다.”- [네이처]

“생명의 기원부터 동물의 발생을 지나 그 죽음에 이르기까지, 산소라는 하나의 기체가 차지하는 역할에 대해 놀랍도록 폭넓은 통찰력으로 풀어나간 훌륭한 책이다. 삶과 죽음에 대한 흥미로운 이야기로 가득하다.”- 피터 앳킨스(『원소의 왕국』 지은이)

“삶과 죽음에서 산소가 행하는 이중 역할에 관한 놀라운 저서. 닉 레인은 그 어떤 창조신화와 비교해도 좋을 만큼 흥미진진한 과학판 영웅전설을 특유의 열정으로 독자에게 들려준다.”- [타임스 하이어 서플리먼트]

“산소의 역사에 대해 이 정도로 잘 다룬 책은 지금까지 없었다.”- [포커스 매거진]

“지금까지 읽은 것 중에서 생각할 거리를 많이 던져주는 책으로 손꼽을 수 있다.”- 존 엠즐리(『화학의 변명』 지은이)

“지은이 닉 레인은 풍부한 학식과 역사에 관한 넓은 시야로, 진화의 흐름을 결정하는 산소의 역할에 대해 생생하게 묘사하고 있다. 광범위하면서도 밀도 있는 주장이 돋보이는 섬세하고 야심적인 저술이다.”- [타임스 리터러리 서플리먼트]

“서로 전혀 다른 과학 분야들을 훌륭하게 통합한 책. 지구상 생명의 기원을 인간의 질병과 노화, 그리고 죽음과 연결해 풀어냈으며, 책 말미에는 항산화제와 식이요법에 대해 우리가 알아야만 하는 많은 것들을 알려주고 있다.”- [선데이 타임스]

“노화에서 자유라디칼이 차지하는 역할에 대해 면밀하게 분석한 책. 최신 논문을 포함해 다방면에 걸친 참고문헌으로 뒷받침되는 흥미로운 정보가 가득하다. 뚜렷한 메시지와 더불어 상세한 정보와 재미를 함께 선사하는 역작이다.”- [아메리칸 사이언티스트]

“유익하면서도 재미있는 책이다.”- [사이언스]

“독자들에게 새로운 사실을 보여주는 의욕적인 연구 저서.”- [인디펜던트]

“진화생물학과 노인병, 그리고 인간의 삶과 죽음에 이르기까지 산소가 차지하는 역할에 대해 고정된 틀을 벗어나 도발적인 논의를 펼치고 있다. 철저한 연구를 바탕으로 거대하고도 현실적인 문제들을 단호하고 날카롭게 다룬 책이다.”- [오타와 시티즌]

“진화와 산소 생화학을 대중적으로 다루고 있지만 시사하는 바가 매우 많은 책이다. 다양한 정보와 지식을 제공하면서도 동시에 가볍고 이해하기 쉽다. 강력 추천한다.”- [뉴잉글랜드 의학 저널]

“대중 과학서로서 감히 최고라고 말할 수 있다. 알기 쉬우면서도 도전적이고, 추측에 근거하면서도 엄밀하다. 서로 다른 여러 과학 분야에서 오래된 개념과 극히 최근에 발견된 사실 양쪽 모두를 아우르며 막힘없이 이야기를 풀어나간 역작이다.”- 버나드 딕슨(『미생물의 힘』 지은이)

“마음을 사로잡는 탁월한 책. 7시간의 비행 내내 넋을 놓고 빠져들었다. 전적으로 추천한다.”- [프리라디칼 리서치]

▣ 작가 소개

저 : 닉 레인
Nick Lane
런던 유니버시티 대학UCL 유전·진화·환경학과의 진화생화학자로, UCL 생명의 기원 프로그램을 이끌고 있다. 런던 임피리얼 대학에서 생화학을 공부했고, 왕립시료施療병원에서 「장기이식에서의 산소 자유라디칼과 대사 기능에 관한 연구」로 박사학위를 받았다.
2015년에는 분자생명과학 분야에서뛰어난 공로를 인정받아 생화학학회상을 수상했다. 지은 책으로는 2010년 영국 왕립학회에서 과학도서상을 수상한 『생명의 도약』과 『바이털 퀘스천』, 『미토콘드리아』가 있다. 웹사이트 www.nick-lane.net에서 지은이와 그의 글에 대해 더 많은 정보를 얻을 수 있다.

역자 : 양은주
연세대학교 생물학과를 졸업했다. KBS 방송아카데미에서 번역작가 과정을 수료하고 번역가의 길에 들어섰다. 옮긴 책으로는 『집단 정신의 진화』, 『야노마모』, 『아쿠아마린』 등이 있다.

▣ 주요 목차

한국어판 서문

1. 들어가며― 삶과 죽음의 영약
2. 태초에― 산소의 기원과 중요성
3. 침묵의 시기― 미생물 진화의 30억 년
4. 캄브리아기 대폭발의 도화선― 눈덩이 지구와 최초의 동물들
5. 볼소버 잠자리― 거대 생물들의 등장과 산소
6. 공기의 배신― 산소 독성과 엑스레이 피폭의 공통 메커니즘
7. 초록색 별― 광합성의 진화와 방사선
8. LUCA를 찾아서― 산소 이전 시대의 마지막 조상
9. 패러독스의 초상― 항산화제의 여러 측면과 비타민 C
10. 항산화 장치― 산소와 더불어 살아가는 101가지 방법
11. 성과 신체 유지― 노화의 진화에 존재하는 균형
12. 음식과 성, 그리고 장수의 삼각관계― 먹지 않으면 영원히 살 것이다
13. 암수의 존재 이유― 살아가는 속도와 성별의 필요성
14. 유전자와 운명― 노화의 이중인자 이론과 질병
15. 삶과 죽음, 그리고 산소― 노화의 미래에 대해 진화에서 얻는 교훈

감사의 말
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