살아남으려는 ‘먹힌 놈’과 소화불량 ‘포식자’의 사투…공생, 시작은 경쟁이었다[전문가의 세계 - 김응빈의 미생물 ‘수다’]

(37) 미생물과 공공예술

일러스트 | 김상민 기자

생명체의 시원적 공생 모습을 제안한 ‘마굴리스 이론’…덩치 큰 원핵세포 미생물이 작은 걸 먹고, 둘이 사투 벌이다 ‘공생’ 선택해 진화의 발판 마련
공생은 협동과 경쟁, 이 두 가지 관계 속에서 이루어져…생물학적으로 경쟁은 공생의 하부개념이라는 사실 유념해야
겉으로는 생물이 다양해 보이지만, 세포 수준에서 보면 기본 틀 모두 같아…생물 다양성은 공생의 시너지 효과
퍼블릭퀘스천 ‘미시공생’ 프로젝트는 ‘자연과 인간의 이분법적 분리를 거부하려는 움직임’이자 미시 세계가 가진 공공적 의미를 찾아 나서는 여정

가을이 익어가며 쪽빛 하늘 바다에 울긋불긋 단풍 물결이 일렁이고 있다. 바쁜 일상이지만 잠시 고개를 돌려 주변을 바라보자. 말 그대로 자연미를 만끽하며 풍경화 속 주인공이 되는 호사를 거저 누릴 수 있다. 가끔 나는 눈에 비치는 아름다움에 그 순간의 느낌을 더해 화폭에 담고 싶다는 예술가적 충동을 느끼곤 한다. 열심히는 하는데 소질이 없다는 학창 시절 미술 시간 평가를 겸허히 받아들이기에 이룰 수 없는 꿈인 줄을 익히 알면서도 말이다. 그런 나에게 가을 하늘이 유난히 드높아 보이던 그날, 한 유명 현대 미술가에게서 뜻밖의 전화가 왔다. 절친한 철학자가 앞서 기별하지 않았다면 필시 보이스피싱으로 여겼을 터였다.

너무 작아서 보이지도 않기에 보통 무시하거나 오해하는 ‘미(微)생물’을 탐구하는 과학자에게 고상한 ‘미(美)’를 추구하는 예술가가 공동 작업 의사를 물어오다니 당최 믿기지 않았다. 그런데 이내 의아함이 신기함으로, 다시 놀라움으로 탈바꿈했다. 예술 안에서 현대 사회에 미치는 미시 세계의 공공적이고 창의적인 역할들을 탐구해보겠다는 당찬 각오가 일단 신기하게 들렸다. 이어서 이른바 ‘세포 내 공생설(endosymbiosis theory)’까지 언급하며 눈에 보이는 ‘대우주(cosmos)’ 배후에 있는 보이지 않는 ‘소우주(microcosmos)’, 말하자면 미생물 세계를 공공예술로 표현해보고 싶단다. 신선한 충격이다!

세포 내 공생설

셰익스피어의 희곡 <뜻대로 하세요(As You Like It)>에 이런 대사가 있다. “온 세상은 무대이고, 모든 여자와 남자는 배우일 뿐이다. 그들은 등장했다가 퇴장한다.” 이를 생물학적으로 패러디하면 이렇다. “지구는 무대이고 모든 생명체는 배우일 뿐이다. 그들은 출현했다가 멸종한다.” 지금, 이 순간에도 여러 무대, 곧 서식지에서는 수많은 배우가 열심히 개성적인 연기를 펼치고 있다. 한마디로 생태 극장에서 진화 연극을 공연하고 있다. 이들이 열연하는 이유는 하나같이 똑같다. 자자손손 잘 먹고 잘살기, 생물학 용어로 ‘생존(survival)’과 ‘번식(reproduction)’을 위한 경쟁의 연속이다. 흔히 말하는 약육강식의 법칙이 지배하는 생존경쟁의 한가운데 있다는 얘기다. 그리고 이런 경쟁의 승자들이 생명체의 진화를 이어간다는 게 생물학계 주류 의견이었다.

1967년 린 마굴리스라는 미국의 생물학자가 생명체의 시원적 공생 모습을 제안하면서 정통 견해에 도전장을 던졌다. 그 혁신적인 주장을 제대로 이해하기 위해 먼저 세포 공부를 조금만 하고 가자. 세포는 생명 현상이 일어나는 가장 작은 생물학적 단위이다. 모든 세포는 유전물질인 DNA가 들어 있는 핵의 유무에 따라 크게 두 가지, ‘진핵세포’와 ‘원핵세포’로 나뉜다. 우선 진핵세포는 원핵세포보다 훨씬 크다. 진핵세포가 야구장(10~100㎛) 크기라면, 원핵세포는 투수 마운드(0.1~10㎛) 정도이다. 또한, 진핵세포는 구조도 복잡해 세포 안에 여러 ‘세포소기관’이 있다. 세포소기관이란, 세포 내에서 특정한 기능을 수행하도록 분화된 구조물이며, 막으로 싸여 있다. 대표적으로 핵과 미토콘드리아, 엽록체 따위를 들 수 있다.

이에 반해, 원핵세포에는 세포소기관은 말할 것도 없고 핵막조차 없어서, 유전물질인 DNA마저도 세포 한구석에 덩그러니 놓여 있다. 비유하자면, 진핵세포는 여러 개의 방이 있는 저택이고, 원핵세포는 단출한 단칸방이라 할 수 있다. 그 구조에 약간의 차이가 있을 뿐, 동물과 식물, 일부 미생물은 기본적으로 같은 진핵세포로 되어 있다. 반면 원핵세포는 세균을 비롯한 미생물에게서만 발견된다.

마굴리스의 공생 이론 내용은 대략 이렇다. 지구에 원핵세포 미생물만 살던 까마득한 옛날에, 덩치 큰 미생물이 작은 걸 먹어치웠다. 그런데 큰 녀석이 소화를 시키지 못했다. 먹잇감이 포식자 내부에서 우연히 살아남는 일이 발생한 것이다. 처음에는 생존을 건 사투를 벌였을 것이다. 먹은 놈은 소화하려 애를 썼을 테고, 먹힌 놈은 소화되지 않고 살아남으려 했으리라. 반대로 포식이 아니라 감염이었을 가능성도 있다. 어찌 되었든 둘은 더는 서로에게 해를 끼치지 않는 것은 물론이거니와, 도리어 도움을 주고받는 관계를 형성해갔다. 다시 말해 공생 관계를 이룸으로써 원핵세포가 진핵세포로 진화할 수 있는 발판을 마련했다는 이야기다. 자칫 소설과도 같은 이 가설은 처음에는 과학계에서 인정받지 못하다가 이를 지지하는 증거가 충분히 축적되어 이제는 생물학 교과서에 실릴 정도로 인정받고 있다.

공생(共生)에 공생(空生)을 더하다

요즈음 많은 이들 특히 ‘MZ세대’로 불리는 젊은이 가운데 마음이 부서지는 아픔을 겪는 이가 많다고 한다. 무한경쟁에서 오는 과도한 스트레스가 문제의 근원이라는데, 도대체 경쟁이 뭐길래 이토록 사람을 짓누른단 말인가? 답답한 마음에 국어사전을 뒤적이니 ‘같은 목적에 대하여 이기거나 앞서려고 서로 겨룸’이라는 뜻풀이가 맨 먼저 나온다. 그다음에 ‘생물이 환경을 이용하기 위하여 다른 개체나 종과 벌이는 상호작용’이라는 설명이 이어진다.

이 설명에 따르면, ‘경쟁 대신 공생’이라는 외침은 다투지 말고 돕고 살라는 말로 들린다. 일등만 기억하는 세상을 살고 있어서인지 상당히 무책임하고 모순되는 충고 같다는 생각을 지울 수 없다. 만약 한자리 싸움을 하고 있다면 애당초 불가능해 보이는 허울 좋은 미사여구로 다가올 뿐이다. 그러다 생물학에서 말하는 공생(共生)은 경쟁과 대립하는 개념이 아니라는 사실을 상기하며 희망을 본다.

공생이란 말 그대로 함께 사는 것이다. 공간(서식지)과 자원(먹이)을 공유하며 서로 부대끼며 살아가는 과정이다. 다른 생명체와 만남은 우연이지만, 사귐(상호작용)은 필연이다. 사귀다 보면 돕기도 하고 싸울 때도 있을 수밖에 없다. 결국, 공생은 협동과 경쟁, 이 두 가지 관계 속에 이루어진다는 얘기이다. 생물학적으로 경쟁은 공생의 하부개념이라는 사실을 유념하기 바란다.

그 예술가는 기존 생물학적 공생 개념에 ‘허공’에서 발견하는 ‘공생(空生)’이라는 새로운 의미를 추가했다고 말했다. 냄새라는 주제로 보이지 않는 허공 속 미시 생명 사이, 곧 ‘관계’를 탐지하는 시도를 중의적으로 표현했다는 설명이다. 아울러 그는 우리를 둘러싼 미생물 세계가 동시대에 이르러 어떠한 공공적 의미를 지닐 수 있는가에 대한 질문에서 이번 프로젝트를 시작했다고 알려주었다. 그러면서 이 작은 생명이 사는 세계가 들여다볼수록 신비했고, 배울 점이 많은 것 같다고 덧붙였다.

퍼블릭퀘스천 <미시공생> 포스터

미시공생

모든 생물은 어버이가 있다. 그러므로 어버이의 어버이를 계속 추적해 올라가면 그 끝에서 시조를 만날 수 있다. 생물이 발생하기 위해서는 반드시 그 어버이가 있어야 한다는 ‘생물속생설’에 따르면, 각 생물의 원조 역시 조상이 있어야 한다. 이러한 가상의 생명체를 생물학에서는 ‘루카(LUCA·Last Universal Common Ancestor)’라고 부른다. ‘어젯밤’의 의미를 떠올리면 루카의 개념을 이해하는 데 도움이 된다. 가장 가까운 과거 시점, 다시 말해 이전까지 있었던 것 중에서 가장 나중이라는 뜻이다. 루카는 생명체의 분화가 시작된 기점이자 모든 생물의 공통 조상이다.

최초의 생명체가 단세포 원핵생물이었던 것이 분명해 보이지만, 루카의 정확한 모습은 여전히 베일에 가려져 있다. 다만 루카가 산소를 접하면 사멸하는 절대혐기성 단세포 미생물이었고, 깊은 바닷속 열수구 근처에 살며 수소와 같이 에너지가 풍부한 기체에서 에너지를 뽑아 이를 이용해 이산화탄소를 당분으로 고정했을 것으로 추정한다. 지금으로부터 40억년 전쯤, 처음 그 모습을 드러낸 루카에서 유래한 후손들은 이후 바다 안에서 저마다의 삶을 영위하며 살아갔다. 그러던 어느 날 일부가 물 밖으로 나와 뭍으로 오르기 시작했다. 그러고는 땅 위로 서식지를 확장해가면서 바다에서 점점 멀어져갔다.

지구에 살았거나 사는 모든 생물이 루카에서 비롯되었다는 것이 현대 생물학계의 지배적인 견해이다. 이렇게 생각하는 근본적인 이유는 겉으로는 생물이 무척 다양해 보이지만, 세포 수준에서 보면 기본 틀이 모두 같기 때문이다. 요컨대, 지구상에 존재하는 모든 생명체는 같은 유전물질과 유전부호, 유전규칙을 사용한다. 말하자면, 인간을 포함해 현생 생물 모두 근원적으로 같은 출생지를 지닌 미생물의 형제 격인 셈이다. 익숙했던 고향을 떠나 낯선 곳을 향해 뻗어 나갔던 그들의 경이로운 이주는 수십억년이 넘도록 지속했다. 그 덕분에 지구는 현재 우리가 아는 한 다양한 생물이 어우러져 사는 유일한 행성이 되었다.

생물다양성은 공생의 시너지 효과이다. 그러므로 공생은 생명체들의 오래된 미래이다. 지금의 생명체를 만들어준 머나먼 과거이자, 끊임없이 새로운 ‘결합’ 관계를 이루어 나가야 하는 생명체들의 미래인 것이다. 프로젝트를 기획하여 공동 연구를 제안한 공공예술가 단체 ‘퍼블릭퀘스천’은 다음과 같이 설명했다.

“미시 세계에 관한 탐구는, 그동안 당연하게 여겨져 왔던 자연과 인간의 이분법적 분리를 근원적으로 거부하려는 움직임으로 볼 수 있다. 미시 생명의 삶 속에서 ‘공생하기’, ‘관계 맺기’, ‘연대하기’라는 공공적 키워드를 발견할 수 있다. 이 세 가지 이야기들이 프로젝트의 발단이 된 첫 질문의 해답을 찾아가는 데 실마리를 제공할 것이기에 ‘미시공생(Micro Symbiotic Net)’은 미시 세계가 가진 공공적 의미를 찾아 나서는 긴 여정의 일부라고 생각한다.” 예술가들의 야심 찬 도전에 기꺼이 함께하는 것으로 화답한다.

▶김응빈 교수



1998년부터 연세대학교에서 미생물을 연구하며 학생을 가르치고 있다. 연세대 입학처장과 생명시스템대학장 등을 역임했고, 지은 책으로 <술, 질병, 전쟁: 미생물이 만든 역사> <온통 미생물 세상입니다> <생명과학, 바이오테크로 날개 달다> <미생물에게 어울려 사는 법을 배운다> <나는 미생물과 산다> <미생물이 플라톤을 만났을 때>(공저) 등이 있다. 또한 네이버 프리미엄 콘텐츠 파트너 채널 ‘김응빈의 생물 수다’를 연재 중이다. ‘수다’는 말이 많음과 수가 많음, 비잔틴 백과사전(Suda) 세 가지 의미를 담고 있다. 네이버 채널 링크: https://contents.premium.naver.com/biotalkkim/knowledge

김응빈 교수