심해 수수께끼가 바꾸는 생명에 대한 이해

우리는 지구 속 얼마나 깊숙이 도달할 수 있고 거기서도 생명을 발견할 수 있을까요? 해양 미생물학자인 캐런 로이드가 우리에게 깊은 해저 표면에 사는 미생물을 소개합니다. 깊은 바다속 진흙 수미터 아래에 묻혀 살아가는, 동물보다 훨씬 이전부터 지구에 존재했던 아주 작은 생명체. 실험실에서 성장하기를 거부하고, 인간과는 근본적으로 다른 방식으로 시간과 에너지와 관계를 맺고 있는 듯한 이 신비로운 미생물에 대하여 좀 더 알아봅시다.

저는 테네시 대학교에서 근무하는
해양 미생물학자입니다.

오늘 어떤 미생물에 대해
말씀 드릴 건데요.

아주 신기하고 놀라운 미생물이에요.

이 미생물들이 지구 생명체에 관한
우리의 생각을 바꿔놓고 있답니다.

질문을 하나 드릴게요.

잠수함을 타고 바다 속 깊숙이
내려갈 수 있다면

정말 멋질 거라고 생각해 보신 분,
손 들어 주세요.

그렇죠.

대부분 손을 드셨네요.
바다는 끝내주니까요.

좋아요, 이번에도 손을 들어 주세요.

조금 전에 바다 속에 가보고 싶다고
손을 들었던 이유가

바다 밑에 가라앉은 환상적인 진흙을

가까이에서 볼 수 있기 때문이라고
생각하신 분 계세요?

(웃음)

아무도 없네요.

저만 그렇게 생각했나봐요.

저는 항상 고민해요.

잠 자는 시간 외에 대부분은

우리가 지구 깊숙이
얼마나 들어갈 수 있을지

거기서도 살아있는 생명체를
찾을 수 있을지 생각해요.

우리는 여전히 지구 생명체에 관한
아주 근본적인 질문의 답을 모르거든요.

1980년대에 영국의 과학자 존 팍스도

저와 비슷한 호기심이 있었는데,

심지어 이런 망상까지 했죠.

아주 거대하고 깊숙한 미생물의 세계가

바다 속에 존재한다고 생각했어요.

해저에 수 백 미터 이상 펼쳐진
미생물 생태계라니

끝내주는 발상이에요.

하지만 유일한 문제는,
아무도 믿어주지 않았다는 거예요.

사람들이 그의 말을 믿지 못했던 이유는

바닷속이 세상에서 가장 지루한 장소로
보였기 때문이었어요.

(웃음)

바다 속에는 햇빛도, 산소도 없고

그리고 무엇보다도

말 그대로 수백만년 간
신선한 음식 공급이 없었으니까요.

생물학 박사학위가 꼭 있지 않더라도

그곳이 생명을 찾기엔
적합하지 않다는 걸 알 수 있죠.

(웃음)

하지만 2002년에 [스티븐 돈트]가
사람들을 설득시켰어요.

시추선을 타고 나가서
무언가를 발견해 낼 거라고 말이죠.

조이디스 계획이라고 불리는
탐험계획이었죠.

덴마크의 보 바커 요르겐슨과
함께 계획했습니다.

그리하여 이들은 마침내

자연 그대로의 깊은 해저 샘플을
채취하는 데 성공했어요.

미생물로 오염되지 않은
부분도 있었어요.

이 시추선은 해저 수천 미터
아래까지 뚫을 수 있고

진흙은 관을 통해 순서대로 올라옵니다.

아주 긴 관인데요, 이렇게 생겼습니다.

저를 비롯한 과학자들이 시추선으로
이 관을 옮깁니다.

그리고 배에서 작업을 한 뒤

연구소로 보내
자세한 연구를 진행합니다.

존과 동료들이

심해에서 이 소중한
첫 번째 천연 샘플을 얻었을 때

현미경으로 샘플을 관찰하며

이것과 상당히 비슷한 것을 봤죠.

이건 좀 더 최근 탐사 조사에서
제 박사과정 학생인

조이 본조르노가 채집한 샘플입니다.

배경에 흐릿한 것들이 보이실 거예요.

이게 진흙인데요,
깊은 바닷속 진흙입니다.

형광 녹색으로 염색돼서 얼룩덜룩한
밝은 녹색 점들이 바로

진짜 살아있는 미생물들입니다.

제가 미생물에 대한
정말 슬픈 얘기를 해드릴게요.

현미경으로 보면
미생물은 다 같아 보이죠.

처음에 대충 보면 그렇죠.

그런데 세상에서 가장 흥미로운
생명체를 찾을 수도 있어요.

예를 들어 말 그대로
우라늄으로 호흡하는 미생물이나

로켓 연료를 만들어내는 미생물이

해양 진흙 속에 섞여서

현미경 아래에서 관찰되는 거죠.

아주 작은 점으로 보일 뿐이에요.

정말 짜증나는 일이죠.

그래서 겉모습으로는
미생물을 구분할 수 없어요.

DNA를 이용해야 하죠.

지문으로 신원을 확인하는 것처럼요.

DNA를 어떻게 이용하는지
알려드릴게요.

제가 자료를 좀 만들었어요.
지금부터 보여드릴 자료는 가상이에요.

가상의 상황을
좀 보여드리려고 하는데요.

여러 종의 생명체가 서로 전혀
연관이 없다면 어떻게 될까요.

여기 보시면 각각의 종은

A,G,C,T의 조합으로 되어 있는데,
A,G,C,T는,

DNA의 4개의 기본 분류예요.

무작위로 섞여서 비슷한 게 전혀 없죠.

이 가상의 종들은
서로 전혀 연관점이 없어요.

하지만 이게 실제 DNA의 모습입니다.

이 생물종들이 우연히
공유하게 된 유전자죠.

모든 것들이
거의 완벽하게 늘어서 있어요.

이렇게 우연히 딱 맞는
세로줄이 생길 확률은,

이를테면 모든 종이 우연히
C 하나 혹은 T 하나를 갖을

그럴 확률은 매우 낮죠.

여기서 우리는 이 종들이 공통 조상을
가졌다는 점을 알 수 있어요.

이 종들은 전부 친척인 셈이죠.

이제 이들의 정체를 알려드릴게요.

위쪽의 두 개는 인간과 침팬지입니다.

이미 우리가 친척인 건 알고 계시죠.
그 이유는 뭐, 분명하잖아요.

(웃음)

하지만 우리는 겉모습이 다른
다른 종과도 연관이 있어요.

소나무나 편모충같은 건데요.
편모충은 위장병을 유발하는 기생충으로

하이킹을 하다가 오염된 물을 마시면
감염될 수 있죠.

우리는 또 클로스트리듐 디피실리균이나
대장균같은 세균과도 연관이 있는데요.

이런 세균은 많은 사람을 죽이는
무서운 기회감염성 병원균이죠.

하지만 물론 착한 미생물도 있는데
디할로코코이즈 에테노진이라는 미생물은

인간을 위해 산업 폐기물을
청소해준답니다.

따라서 만약
이런 DNA배열을 가져다가

생물 간의 유사점과 차이점을 이용해

우리 모두에 관한 가계도를 만들어서

연관성을 잘 볼 수 있게 하면

바로 이렇게 나타낼 수 있습니다.

한눈에 명확하게 알아볼 수 있죠.

인간과 편모충과 토끼와 소나무가 모두

형제자매와 같다는 사실과

세균들은 인간의 먼 친척과
같다는 사실을 말이죠.

하지만 사실 지구상 모든 생명체는
서로 친척이나 마찬가집니다.

제가 하는 일은, 매일 매일

실존적 고독에 맞서는
과학적 증거를 생산해내는 일입니다.

우리가 첫 항해에서
이 첫 번째 DNA 배열을

심해저의 오염되지 않은 샘플에서
얻어냈을 때

이들이 어디에서 왔는지 알고 싶었어요.

첫 번째로 발견한 것은
이들이 외계인이 아니었다는 것이었죠.

왜냐하면 지구상 다른 생명체와
비슷한 DNA를 가지고 있었거든요.

하지만 우리 생명의 지도에서
이들이 어디쯤 위치하는지 보죠.

첫 번째로 알아챌 수 있는 것은
이런 미생물이 많다는 거예요.

이 끔찍한 장소에서 생존할 수 있었던

개체수 적은 단일종이 아니었던 거죠.

매우 많은 종류가 있어요.

두 번째로 알아챌 점은

이 생물들이 이전에 보지 못했던
완전히 새로운 종이라는 거예요.

이들이 어느 정도 다르냐면

우리가 이전에 알고 있었던
그 어떤 것과도 달라요.

인간과 소나무가 다른 것처럼 말이죠.

즉, 존 팍스가 완전 옳았던 거예요.

그와 우리는 완전히 새롭고
매우 다양한 지구의 미생물 세상을

발견했던 거예요.

1980년대 이전까지는
그 누구도 알지 못했던 세상을요.

이제 모든 게 순조로웠어요.

다음 단계는 페트리접시에
이 신기한 미생물을 배양해서

실제 실험을 하는 것이었어요.

미생물학자들이 주로 하는 실험말이죠.

하지만 그 어떤 먹이를 줘도

미생물들이 배양되지 않았죠.

심지어 지금까지도, 수많은 탐험을 했고
15년이나 지났는데

그 어떤 인간도 깊은 바다에서 온
이 신비한 미생물을 전혀

페트리접시에서 배양할 수 없었죠.

시도가 부족했던 건 아니에요.

실망스럽게 들릴 수도 있지만

사실 저는 매우 흥분돼요.

왜냐면 알아내야 할 즐거운 일이
아직 아주 많다는 뜻이니까요.

저와 제 동료는 우리 생각에
정말 훌륭한 생각을 해냈어요.

우리는 요리책을 읽듯이
미생물들의 유전자를 읽어서

그들이 먹고 싶어하는 걸 알아내고
페트리접시에 넣어주는 거죠.

그러면 미생물이 성장하고 만족하겠죠.

하지만 미생물의 유전자를 살펴보니

그들이 먹고 싶어하는 건
우리가 이미 줬던 음식들이더라고요.

그래서 완전 망했죠.

페트리접시 안에서 미생물들이
원했던 게 또 있었어요.

우리가 주지 못하고 있었던 거죠.

그래서 전세계 여러 곳에서

측정값을 모아서

남부 캘리포니아 대학의 제 동료들인

더그 라로위와 얀 아멘드가

찾아낸 계산에 따르면
깊은 바다에서 온 미생물 각각은

전기 1젭토와트씩을 필요로 했어요.

휴대폰 꺼내지 않으셔도 돼요.
1젭토는 10의 -21승이에요.

저도 찾아보고 싶은 거라
말씀드리는 거예요.

반면 인간은,

약 100와트의 전력이 필요하죠.

100와트라고 하면 기본적으로
파인애플 하나를 잡아서

허리 높이에서 바닥으로 떨어뜨리는 걸
하루에 881,632번 하는 거예요.

터빈에 연결한 채로
그 행동을 계속 하면

저를 하루동안 움직이게 할 수 있는
전력을 생산할 수 있어요.

1젭토와트를
비슷한 방식으로 말하면

소금 알갱이 하나가 있다고 합시다.

그리고 아주 아주 아주
조그만 공을 상상해보세요.

질량이 소금 알갱이 하나의
1000분의 1밖에 되지 않는 공을요.

그리고 그 공을 1나노미터만큼
떨어뜨려요.

1나노미터는 가시광선 파장보다
100배 작은 길이에요.

그걸 하루에 한 번 하는 거예요.

그게 이 미생물이 사는데
충분한 에너지예요.

이건 우리가 생명유지에 필요할 거라
생각했던 것보다 훨씬 작은 양이예요.

하지만 어찌됐든, 놀랍게도,
아름답게도,

충분한 양인 거죠.

만약 이 깊은 바다 속 미생물이

우리가 이전에 생각했던 것과는
다르게 에너지와 관계를 맺고 있다면

이 미생물들은 마찬가지로

시간과도 다른 관계를 맺고 있겠죠.

왜냐하면 그렇게 적은 에너지로
살아가게 되면

급속한 성장은 불가능하니까요.

만약 이 미생물들이
우리 목에 침입해서 병을 일으키고 싶어도

급속하게 성장하는 연쇄상구균에게
쫓겨나고 말 거예요.

세포분열을 시작도 하기 전에 말이죠.

그래서 이 미생물들이
목구멍에서 발견되지 않는 거예요.

아마도 깊은 바다 속이
너무 지루하다는 사실 자체가

이 미생물에게는 자산일 거예요.

절대 폭풍에 씻겨나가는 일도 없고,

해초에 뒤덮이는 일도 없어요.

이들이 해야 할 일은
존재하는 것 뿐이죠.

아마 우리가 페트리접시에서
놓쳤던 것은

음식이 아니었을 거예요.

화학물질이 아니었을 거예요.

그들이 정말 원하는 것은

그들이 원하는 영양분은 시간일 거예요.

하지만 시간은 제가 그들에게
줄 수 없는 유일한 것이죠.

제가 박사과정 학생에게
세포배양을 물려주고,

또 그 학생이 계속 다음 학생에게
물려준다고 해도

우리는 수천년 동안
기다려야 하는 거예요.

깊은 바다 속과 정확히 동일한 상태를
구현하기 위해서는요.

그리고 그 어떤 오염원도 없어야 하죠.

가능하지 않은 일이에요.

하지만 페트리접시 속에서
미생물들이 이미 자라고 있을지도 몰라요.

아마 우리가 준 음식을 보면서
이렇게 말했는지도 모르죠.

"고마워요. 저 속도를 높여서"

"다음 세기 정도에 새로운
세포를 만들 거예요."

어휴

(웃음)

그렇다면 왜 나머지 생물들은
그렇게 빨리 움직일까요?

왜 세포는 하루면 죽고

인간은 백 년이면 죽게 될까요?

이건 정말 기준없이
짧은 기한 같아 보이잖아요.

우주의 모든 시간을 생각해보면요.

하지만 이건 제멋대로인
기한이 아니에요.

우리는 단순한 한 가지에 지배당하죠.

그건 바로 태양이에요.

일단 생명이 광합성을 통해
태양에너지를 이용하는 법을 알아냈을 때

우리는 속도를 높여
낮과 밤의 주기 속에 살아야 했죠.

그렇게 태양은 우리에게
서둘러야 하는 이유와

서두를 수 있는 연료를 줬어요.

지구상 대부분의 생명체는
순환계같이 볼 수 있어요.

태양이 우리의 뛰는 심장이죠.

하지만 깊은 바다 속 해저의 순환계는

태양과 전혀 연결되어 있지 않아요.

대신에 아주 길고 느린
지질학 리듬에 의해 돌아가죠.

현재 이론적으로 세포 하나의 수명에는
제한이 없어요.

사용할 수 있는 최소한의
아주 작은 에너지 변화만 있다면

이론적으로 세포 하나는

수십만 년 이상을 살 수 있죠.

고장난 부분을 계속 교체하면서
살 수 있거든요.

그런 식으로 살아가는 미생물에게
페트리 접시에서 성장하라고 하는 것은

정신없고 태양 중심인 빠른 삶의 방식에
적응하라고 하는 것과 같아요.

미생물들은 그보다
더 좋은 할 일이 있을 거예요.

(웃음)

그 미생물들이 살아가는 방식을
우리가 알아냈다고 상상해보세요.

그게 어떤 매우 멋지고
안정적인 복합체를 동반해서

우리가 그 복합체를
생체의학이나 산업적 응용의

유통기한을 연장시키는데
사용할 수 있다면 어떨까요?

혹은 만약 우리가 그 미생물들이

놀라울 정도로 천천히 자라는
메커니즘을 알아낸다면

암세포에 그 방식을 적용해서
세포분열이 느려지게 할 수도 있죠.

잘 모르겠어요.

제 말은, 솔직히 전부 추측이니까요.

하지만 제가 확신하는 것 한 가지는

수천억에 또 십억에 또 십억만큼의

살아있는 미생물 세포들이

전세계 대양 아래 있다는 거죠.

지구상에 사는 총 인간의 수보다
200배나 많은 개체수예요.

이런 미생물들이
시간과 에너지와 맺는 관계는

인간의 방식과 근본적으로 달라요.

그들에게 하루가

우리에게 천 년일 수도 있어요.

그들은 태양을 신경쓰지 않죠.

빠른 성장에도 관심이 없어요.

아마 제 페트리 접시에도
전혀 관심없을 거예요.

(웃음)

하지만 그들을 연구할 창의적인 방법을
계속 찾는다면,

지구의 생명이라는 게 무엇인지
결국 알아낼 수 있을지도 몰라요.

감사합니다.

(박수)