사랑하는 딸과 아들에게 보내는 독서편지
0. 우리는 별로 이루어졌다.
오늘은 오랜만에 과학 교양 서적이란다.
댄 레빗이라는 처음 들어보는 사람이 쓴
<우리 몸을 만드는 원자의 역사>라는 책이란다.
크게 기대를 안 했는데, 재미있게 잘 읽었단다.
지은이가 스토리텔링을 잘 구성하여 이야기해 주고
과학 이론들을 어렵지 않게 잘 이야기해준 것 같구나.
지은이 댄 레빗이 어떤 사람인지 지은이 소개를 보니
25년 넘게 다큐멘터리를 제작해온 사람이라고 하더구나.
그래서 책의 구성을 잘 했나 보구나.
책 제목 <우리 몸을 만드는 원자의 역사>를 잘 살펴보면
이 책이 어떤 이야기를 하는지 눈치챌 수 있어.
우리 몸을 이루고 있는 원자들은 엄청 많을 텐데
그 원자들의 역사를 이야기해주는 책이란다.
그렇다면 우리 몸을 이루고 있는 원자들은 어디서 왔을까?
칼 세이건은 우리 모두는 별의 물질로 만들어졌다고 했단다.
이 말이 무슨 소린가? 하다가도 곰곰이 생각해 보면
우주 탄생 전에는 아무것도 없다가
빅뱅과 함께 우주가 탄생하고 멀리 퍼져 나가 오늘날 우주가 된 것이잖니.
우리 몸도 우주의 한 부분이다 보니,
우리 몸을 이루는 물질과 별을 이루는 물질이 다르지 않다고 칼 세이건은 이야기한 것이야.
자, 그렇다면 우리 몸을 만드는 원자의 역사의 시작은 어디부터 해야 할까.
그래, 바로 우주의 탄생인 빅뱅부터야.
1931년 9월 과학진흥협의 창립 100주년 행사에서
벨기에의 르메르트라는 사람이 우주가 원시 원자로부터 폭발해서 생겨났다고 발표했단다.
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(19-20)
물리학자이면서 수학자이자 가톨릭 성직자이기도 한 르메트르는 강연장에서 당시의 물리학자들이 고민하기 시작한 우주의 진화라는 주제로 강연을 할 예정이었다. 흰색 깃이 달린 검은 사제복을 입은 그는 고해성사를 받으려는 듯이 연단에 올라 신학에 위험할 정도로 다가서는 아이디어를 제시했다. 그는 우주 전체가 아주 작은 “원시 원자(primeval atom)”로부터 폭발하는 순간을 발견했다고 밝혔다.
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르메트르가 이렇게 발표할 수 있었던 것은
얼마 전부터 우주에 대한 관찰이 활발해졌기 때문이야.
르메트트는 1925년에는 먼 우주가 더 빨리 이동하고 있다는, 우주의 팽창을 발견했어.
자신이 발견한 것을 1927년 그 유명한 제5차 솔베이 물리학 회의에서 발표했단다.
제5차 솔베이 회의는 양자역학만 이슈가 되었는지 알았는데,
르메트르의 우주 팽창론도 솔베이 회의에서 발표를 했었구나.
르메트르의 우주 팽창에 대한 이야기를 들은 이들은 아무도 인정하지 않았어.
그 때까지 우주가 움직인다는 것은 상상도 할 수 없었거든.
르메트르는 솔베이 회의에서 아인슈타인을 만나
우주 팽창론을 이야기했는데 아인슈타인은 그런 이론을 혐오한다고 했다는구나.
우주는 정적이어야 한다면서 말이야.
르메트르의 우주 팽창론을 누군가 조롱하듯 백뱅이라고 이야기한 것이
나중에는 정식 용어가 된 것이라는 것은 유명한 일화란다.
아인슈타인은 1933년에 가서야 우주의 팽창을 인정했다고 하는구나.
….
1. 우주에서 지구로
이렇게 빅뱅과 시작한 우주는 원자와 소립자를 만들어내게 되는데,
이 책에는 그런 원자들과 소립자들에 대한 이야기를 해주고 있어.
그 이야기들을 너희들에게 다 해주면 좋겠지만,
아빠의 기억력과 이해력은 너희들에게 설명할 수준은 되지 않는단다.
우주와 별들의 정체를 밝혀가는 이야기 속에
많은 과학자들과 과학계의 에피소드들을 재미있게 이야기해준단다.
과소평가되고 멸시된 여성 과학자들의 성과에 대해서도 이야기 해주었어.
그 중에 세실리아 페인에 대해 책에 적힌 내용을 소개해 줄게.
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(67-68)
페인의 발견은 별이 어떻게 활동하는지에 대한 우리의 관점을 완전히 바꿔놓았다. 별이 대체로 수소와 헬륨으로 되어 있다는 사실을 알게 된 연구자들은 별이 어떤 연료를 태우느냐는 또 하나의 오래된 수수께끼도 풀 수 있게 되었다. 연구자들은 압력이 높은 별의 내부에서는 양성자가 1개인 수소 원자가 융합해서 양성자가 2개인 헬륨이 되는 과정에서 에너지를 방출한다는 사실을 알아냈다. 그것이 바로 우리의 태양이 열과 빛을 내는 방법이다. 페인 덕분에 과학자들은 새로운 이해를 근거를 결국 더 무거운 원소들이 어떻게 만들어지는지에 대한 신비를 해결할 수 있게 되었다. 그 답은 별의 내부에 있었다.
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….
이 광활한 우주에서 태양계와 지구로 범위를 좁혀 보자꾸나.
우리 몸은 태양계가 만들어지고 지구가 만들어진 다음 만들어졌을 테니까…
1950년대 말, 러시아의 사프로노프라는 사람은 행성의 발생원리를 밝혀냈다고 해.
그리고 1960~70년대에는 지구의 초창기의 물질에 대한 연구가 한창이었다는구나.
하지만 지구의 역사가 45억년이니까,
지구의 초창기의 물질이라도 하면 약 35억년 이전의 물질이라고 하는데
그 물질을 얻을 수 없어서 진전이 없다가
인류가 달에 다녀오고 나서야 달의 암석으로 연구를 했다는구나.
달은 소행성들이 지구와 부딪혀 지구의 일부가 떨어져나가 생긴 것이니,
풍화를 겪지 않은 달의 암석은 곧 초기 지구의 물질이니 말이야.
…
지구가 생겨났다.
아직도 우리 몸까지 오려면 많은 여정이 많아 있단다.
지구에서 어떻게 물이 생겨났을까?
초기 지구에는 엄청나게 많은 물이 있었는데,
그 많은 물들은 어떻게 생겨난 것일까.
얼음을 가득 품고 있는 혜성과 충돌 때문이라고 생각한 이들도 있었는데,
1986년 지구 근처로 온 헬리혜성의 성분을 조사해 보니,
혜성의 물의 성분과 지구의 물 성분이 많이 달랐다고 하더구나.
얼음 덩어리의 소행성들과 충돌에 의해 지구에 물이 생겼다는 것이
가장 유력한 가설이라고 하더구나.
그 오래 전 지구에서는 도대체 어떤 일들이 있었던 거니?
…
어찌 어찌하여 지구에 물까지 생겼다고 하자.
그러면 생명을 어떻게 생겨날 수 있을까.
오래 전부터 과학자들은 생명의 탄생에 대한 연구를 했어.
1918년 러시아의 생화학자 알렉산드로 오파린은
무기물에서 생명이 생겨났다는 논문과 이를 바탕으로 <생명의 기원>라는 책을 썼대.
그가 그렇게 주장할 수 있었던 것은
우리 몸을 이루고 있는 원소들과 무기물로 이루어진 우주의 원소들이 비슷하기 때문이었어.
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(136)
우리 몸에 있는 지방과 탄수화물은 오로지 탄소, 수소, 산소로 만들어진 분자 사슬이다. 단백질은 탄소, 수소, 산소, 질소, 황으로 만들어지고 DNA는 탄소, 수소, 산소, 질소, 인으로 만들어진다. 그 6종의 원소는 우리 몸에 있는 모든 것의 거의 99퍼센트를 차지한다. 몸무게가 150파운드(68킬로그램)인 사람의 몸에는 산소 94파운드, 탄소 35파운드, 수소 15파운드, 질소 4파운드, 인 거의 2파운드, 그리고 황 0.5파운드가 있다.
그 종의 원소는 또한 우연히도 우주에서 가장 흔한 원소들이다.
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…
1951년 시카고대학교의 스탠리 밀러는
오파린의 이론을 직접 실험해 보려고 했어
원시 지구의 원소들인 메테인, 암모니아, 수소, 수증기 등에
불꽃과 번개를 고압 전기로 시뮬레이션해서 유기물을 만들어내려고 했어.
그렇게 해서 스탠리는 아미노산의 일종인 글리신을 생성하는데 성공했단다.
그는 계속해서 시험해서 유기 분자들을 추가적으로 만들어냈단다.
하지만 유기 분자로만으로는 생명을 만들어낼 수 없었어.
그는 계속 실험해서 DNA와 RNA의 기본 단위인 유클레오타이드를 만들려고 했지만,
안타깝게도 10년을 해도 진척 사항이 없었다고 하는구나.
그리고 또 절망적이게도 스탠리 밀러가 실험에 사용했던 메테인, 암모니아, 수소 등의 기체들이
초기 지구의 대기에 없었다는 것이 밝혀졌다는구나.
그렇다면 이 유기물은 어떻게 생겨났는가?
우주의 분자들을 연구해 보니 수많은 유기 분자들이 있었다는구나.
그런 분자들 중에는 DNA와 RNA 기본 단위 분자인 유클레오타이드도 있었대.
이런 것으로 보아 지구의 유기분자는
소행성과 충돌하면서 지구로 온 것으로 보인다고 하더구나.
물도 그렇고 소행성이 없었으면 어쩔 뻔 했니…
…
2. 유기분자에서 우리 몸까지
자, 이제 유기분자가 지구에 온 것까지 알아 보았어.
그 다음에는 생명의 시작이 어떻게 되었는지 알려준단다.
RNA가 어떻게 생명을 촉발했는지 말이야.
그런데 연구를 하다 보니 도저히 초기 지구 환경에서 생명 탄생이 어렵다고 생각한 사람들 중에
화성에서 처음 생명이 탄생했다고 주장하는 하는 이들도 있다는데,
아직 주장에만 그치고 밝혀내지 못했다고 하는구나.
초기 지구나 초기 화성이나…
…
우리의 몸은 우리가 먹는 것으로 만들어지는 것이 당연하겠지.
우리가 먹은 것들은 식물성도 있고 동물성도 있는데,
동물성들도 결국 먹이연쇄를 따라가 보면 식물들에 다다르게 된다.
그러니 우리 몸의 구성을 알기 위해서는 식물들의 구성을 알아야 하고,
그렇기 위해서는 광합성에 대해 알아봐야겠구나.
잉엔하우스라는 사람이 광합성을 처음 발견했대.
식물이 햇빛을 받을 때 녹색 잎에서 산소를 방출하고,
어두울 때는 이산화탄소를 배출한다는 것을 처음 밝혀냈다고 하는구나.
그 이후 케이멘과 루빈이라는 사람들이 광학성의 원리에 대해 연구를 했대.
식물의 질량은 어디서 오는지 연구를 했대.
당시 식물의 질량은 흙에서 온다고 생각했는데,
케이벤과 루빈의 연구를 통해 식물의 질량은 공기에서 얻은 것이라는 것을 알게 되었대.
그들은 광합성 연구를 한참 하던 시기에 미국이 진주만 공습을 받고
그들은 화학무기 개발에 투입되었다고 하는구나.
루빈은 화학무기 실험 중 실수로 시약병이 깨져서 죽고 말았다고 하니 안타깝구나.
케이멘은 맨하튼 프로젝트에 참여하게 되었는데,
간첩으로 의심받고 쫓겨나고 말았대.
과학자들에게도 수난의 시대로구나.
케이멘과 루빈이 하던 광합성 연구는
멜빈 캘빈과 앤드루 벤슨이라는 사람이 이어서 했대.
광합성을 통해 이산화탄소를 당으로 변화하고
이것이 우리 몸을 만들고 우리 몸에서 열을 내는데 사용된다는 것을 밝혀냈다는구나.
그런데 멜빈 캘빈과 앤드루 벤슨은 결별하게 되고,
나중에 캘빈만 노벨상을 탔다고 하는구나.
….
그렇다면 처음 광합성을 하는 생물체는 어떤 것이었을까?
30억년 전 남세균이라는 원핵생물이 있었는데
남세균은 광합성으로 산소를 배출하고 증식도 엄청 했다고 하는구나.
그래서 남세균 때문에 바닷속에 산소 농도가 급증하고,
바닷속에 녹아 있는 철이 다 녹슬어서 퇴적되어
지층에 녹슨 철로 된 층이 있다고 하더구나.
철이 다 녹슬고 나서는 바닷속 산소가 더 이상 녹지 못하고 대기로 배출하게 되었대.
이 때부터 산소가 대기에 배출되기 시작했다고 하는구나.
그런데 산소가 너무 많아지면 독성을 띠기 때문에
단세포 미생물들이 산소의 독으로 많이 죽었대.
남세균이 지구 표면을 지배하고 이것이 빙하기의 원인이 되기도 했다는구나.
그리고 미토콘드리아로 이루어진 세포가 등장하면서
생명은 폭발적으로 증가했다는구나.
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(256)
광합성은 20억 년이 넘는 시간 동안 지구를 오로지 단세포 유기체만 서식하는 대륙과 바다를 가진 세계에서 온갖 종류의 활기찬 생명체로 가득한 녹색의 행성으로 변환시켰다. 광합성이 가져다준 변화의 규모에 감동하지 않을 수 없다. 남세균이 배출하는 독성 산소가 지구를 녹슬게 하고, 남세균의 경쟁자를 죽이거나 쫓아냈다. 남세균은 널리 퍼졌고, 엄청난 양의 로켓 연료인 산소를 대기 중에 배출했다. 갑자기 미토콘드리아로 가득 채워진 새로운 고성능의 세포가 등장했다. 그런 세포는 더 많은 에너지를 생산할 수 있었고, 더 많은 유전자와 단백질을 만들 수 있었고, 그 덕분에 생명은 폭발적으로 복잡해졌다. 그런 세포 중 일부는 광합성 공장인 엽록체의 도움으로 산소의 농도를 더욱 높은 수준으로 끌어올렸다. 이후에는 바다에서 사나운 포식자와 눈부신 생태계가 등장했고, 광합성 식물이 대륙을 녹색으로 바꿔놓기 시작했다.
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…
녹색 식물의 출현까지 이야기해준 지은이는,
이제 녹색식물이 어떻게 우리 인간까지 왔는지 이야기를 해준단다.
이 부분부터는 예전에 읽은 <경계>라는 책이 떠오르기도 했단다.
한 종에서 다른 종으로 진화를 거듭해 가는 이야기…
약 5억년 전 단세포 조류가 이끼로 진화를 했는데,
이것은 생명체의 육지에서의 첫 도전이었단다.
하지만 토양이 부족하고 성장에 필요한 미네랄도 부족했어.
이것을 해결한 것이 곰팡이였다는구나.
곰팡이는 암석 속 미네랄을 채취하여 이끼에게 전달했대.
하지만 여전히 질소가 부족했는데,
이것을 해결해준 것은 박테리아였대.
박테리아는 공기 중에 있는 질소 분자(N2)를 암모니아 형태로 바꾸고
이를 뿌리에서 흡수했다는구나.
이런 사실을 1886년 헬리겔 빌파르트가 발견하여 농업계 혁명을 이루었다는구나.
1908년 독일 프리츠 하버라는 사람은 암모니아 비료공장을 만들어
농산물 증식을 이루어 기아를 없애는데 큰 공을 세웠단다.
프리츠 하버는 벵하민 라바투트의 <우리가 세상을 이해하길 멈출 때>라는 책에서
이야기한 적이 있는데,
이런 위대한 업적을 낸 사람이 1차 세계 대전에서는 염소 가스를 개발하여
수많은 사람을 죽게 만들었다고 했잖니.
…
수억 년 전 곰팡이와 박테리아의 도움으로 이끼는 크게 번성하게 된단다.
그리고 진화를 통해 줄기, 잎, 뿌리가 생기면서 지구의 육지 여기저기 퍼져 나간단다.
동물들을 구성하는 원자와 식물들이 구성하는 원자가 비슷한 것으로
보아 동물들도 결국 식물에서 진화해 왔을 거야.
…
그리고 동물들의 진화가 결국 인간까지 이어졌겠지.
이 책에서는 그런 이야기를 해주는데
아빠의 메모도 부실하고 기억력도 좋지 않아 건너뛰어야겠구나.
우리 몸을 온전한 몸으로 이루기 위해서는
탄수화물, 지방, 단백질, 비타민, 미네랄 등을 섭취해야 하고,
그렇게 섭취한 것들을 어떻게 세포로 만들어 우리 몸을 구성하는지에 대한 내용도 나온단다.
그 핵심은 DNA인데
그 DNA에 대한 발견과 구조를 알아내기 위한 과학자들의 연구와 경쟁과 배신에 관한
이야기도 실려 있단다.
그리고 우리 몸을 이룬 세포들은 어떻게 계속 유지를 하느냐에 대한 이야기와
늙고 죽게 되는 원리를 끝으로 책은 마무리가 된단다.
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(392)
세포가 지나치게 손상되어 더 이상 복구할 수 없게 되면 어떨까? 그런 경우에 대한 대책도 마련되어 있다. 세포 전체를 파괴해서, 재활용할 수 있는 조작으로 잘게 쪼개 폐기하고 완전히 새로운 세포를 만든다. 평균적으로 우리는 10년마다 세포를 교체한다. 하루에 3,300억 개의 세포를 갈아치우는 셈이다. 열악한 환경에서 작동하는 세포가 더 자주 교체된다. 강한 산(酸)에 노출되는 내장의 세포는 손상이 발생할 가능성이 매우 커서 계획적인 자살을 통해 이틀에서 나흘마다 새로운 세포로 교체된다. 긁히거나 자외선에 노출되는 피부 세포는 한 달에 한 번 정도 교체된다. 혈류를 따라 돌아다니는 적혈구는 120일마다 교체된다. 매초마다 거의 350만 개의 적혈구를 새로 만들어야 한다는 뜻이다. 뼈와 같은 곳에 있는 다른 세포는 10년에 한 번 정도로 그 빈도가 낮다.
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앞서 이야기했듯이
우리 몸을 구성하는 원자들의 역사를 아는 것은
전 우주의 역사와 지구의 역사와 생명의 역사 등
모든 과학을 총괄하는 그런 여정인 것 같구나.
그것을 너희들에게 아빠가 이야기해주려고 했으니 아빠의 욕심이 너무 과했구나.
나중에 너희들이 커서 한번 꼭 읽어봤으면 하는 책이구나.
그리고 오늘 이야기해 준 것은
아빠가 책을 읽으면서 적은 메모를 바탕으로 한 것이라서,
잘못된 내용이 있을 수 있으니 감안하길 바란다.
그럼 오늘은 이만.
PS,
책의 첫 문장: 이 책은 할아버지의 말씀에서 영감을 받아 쓴 것이다.
책의 끝 문장: 원자의 여정을 되짚어보는 것은 세상을 새롭게 인식하는 일이다.
책제목 : 우리 몸을 만드는 원자의 역사
지은이 : 댄 레빗
옮긴이 : 이덕환
펴낸곳 : 까치
페이지 : 478 page
책무게 : 621 g
펴낸날 : 2024년 11월 27일
책정가 : 23,000원
읽은날 : 2026.05.11~2026.05.15
글쓴날 : 2026.06.07,09,10