벌레의 마음 (예쁜꼬마선충에게 배우는 생명의 인문학)

벌레의 마음 (예쁜꼬마선충에게 배우는 생명의 인문학)

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Description
예쁜꼬마선충 통해 보는 현대 생물학!
『벌레의 마음』은 예쁜꼬마선충을 통해 생명의 보편성과 인간에 대한 진실을 탐구하고 있는 현대 생물학의 생생한 여정을 담았다. 예쁜꼬마선충은 토양에서 서식하며 투명한 몸을 가진 1mm 크기의 아주 작은 벌레로 놀랍게도 유전자의 절반 이상이 인간의 유전자와 유사하고 그 기능역시 유사하다. 현대 생물학은 이 벌레를 통해 인간과 생명의 보편성을 이해하기 위한 여정에 있다. 이 책은 이러한 최신 현대 생물학의 여정을 대중과 나누고자 예쁜꼬마선충 과학자 5인의 고민을 담고 있다.

1960년대 시드니 브래너는 예쁜꼬마선충을 생물학 연구의 대상으로 삼으면서 ‘벌레의 마음’이라는 원대한 프로젝트를 발주했다. 이 연구를 바탕으로 생물학 302개의 신경세포와 이 세포들이 이루는 8000여 개의 신경망으로 이루어진 예쁜꼬마선충의 마음 지도를 얻게 되었다. 이후 학자들은 이 마음의 지도를 바탕으로 마음에 대한 놀라운 연구 성과들을 발표하였다. 위대한 생물학자이자 생물 철학자인 자크 모노는 생명 현상에서 나타나는 보편성을 이렇게 표현한다. ‘대장균에게서도 진실인 것은 코끼리에게도 진실이다’ 이를 현대 생물학 연구를 특징짓는다면 다음과 같다. ‘벌레에게 진실인 것은 인간에게도 진실이다’. 이 책의 예쁜꼬마선충을 통해 생명의 보편성과 인간에 대한 진실을 탐구하는 현대 생물학의 생생한 여정을 통해 확인 할 수 있을 것이다.
저자

김천아

저자김천아는서울대학교유전과발생실험실박사후연구원.예쁜꼬마선충에서발견한염색체말단보호기전을다양한종으로확장하여연구하고있다.평생취미생활을하는삶을살수있다는기대로과학을시작하였지만,현재는과학을잘하는연구자가되기위해고심중이다.과학자가되면서교과서와논문한줄에수많은사람의노력과시간이담겨있다는것을배웠고,단순한과학적사실을넘어그사실이밝혀진과정과논리를알리고싶어글을쓰기시작했다.

목차

서문
들어가면서:히치하이커예쁜꼬마선충,코스모폴리탄이되다

제1부마음은어떻게작동하는가:신경에서행동까지
1마음의작동을눈으로본다-신경망시각화기법의현주소
2시간을느끼는신경-노화와신경재생의관계
3마음의설계도는어떻게유지되는가?-신경교세포와상피세포,시냅스의파수꾼들
4빛으로인간의마음을조작할수있을까?-빛으로신경세포를움직이는광유전학
5잠자는꼬마선충,‘꿈’이라도꾸는걸까?-잠의생물학
6큐피드의화살은어디서날아올까?-옥시토신이부리는신비한‘사랑의마법’
7.영국서온고독한솔로와하와이에서온파티광-사회적행동을만드는유전자

제2부생명의보편성:DNA에서세포까지
1쌍둥이가똑같지않은이유-유전자발현과발현과정의잡음
2단백질을고쳐쓸까,새로만들까?-세포항상성의두가지방법
3‘뛰는유전자’,쫓는꼬마RNA-위험한뛰는유전자를막는꼬마RNA의분투
4바이러스와인간의이상한동거-인간유전체속에숨어있는바이러스의비밀
5아버지의미토콘드리아는어디로사라졌을까?-미토콘드리아모계유전의비밀
6간이잘맞은음식이맛있는이유-짠맛에대한분자생물학적고찰
7함께살아가는방법-‘나아닌나’장내미생물과의공생관계

제3부늙는다는것은생명의일:선충에서인간까지
1단명하는체세포와불멸하는생식세포-생식세포와체세포의차이
2‘세포타이머’텔로미어가개체의타이머라고할수있을까?-텔로미어연구의현주소
3불협화음의미스터리-미토콘드리아와핵의불균형이수명을증가시킨다
4거세당한남성의장수비결-번식과수명의상관관계
5홀아비가여자보다오래살수있을까?-남성과여성의행동과수명차이
6소식을할까,간헐적단식을할까?-소식과간헐적단식의수명연장효과
7많이빛나는당신,위험합니다-미토콘드리아섬광과수명의상관관계

부록엘레강스팬클럽의실제연구사례
배고프면춤추는꼬마선충의비밀:‘닉테이션’,다우어유충의춤사위

참고문헌
찾아보기

출판사 서평

벌레에게진실인것은인간에게도진실이다
예쁜꼬마선충을통해보는성장,노화,마음그리고생명의보편성

‘현대생물학의최전선을탐험하는예쁜꼬마선충의이야기’


예쁜꼬마선충은토양에서서식하며투명한몸을가진1mm크기의아주작은벌레다.대중에게생소한이벌레는생물학계의스타이자지구상에서인간이가장‘잘’이해하고있는다세포생명체다.어느한곳인간과닮은데가없는이벌레는놀랍게도유전자의절반이상이인간의유전자와유사하고그기능역시많은부분유사하다.이런선충의특징을자크모노의표현을빌려표현하면,‘벌레에게진실인것은인간에게도진실이다’라할수있다.현대생물학은이와같은기치아래에서예쁜꼬마선충을통해인간과생명의보편성을이해하기위한여정중에있다.《벌레의마음》은이러한최신현대생물학의여정을대중들과함께나누고소통하고자하는예쁜꼬마선충과학자5인의진지한고민을담고있다.

2002년노벨생리의학상을수상한시드니브래너는1960년대무명이었던예쁜꼬마선충을생물학계로납치해왔다.당시아무도이벌레를연구하고있지않았다는점에서이는과감한도전이었다.하지만그는예쁜꼬마선충이앞으로현대유전학,발생학,그리고특히신경생물학에서중요한역할을할것이라는직감을가지고있었다.그리고그직감은정확하게적중했다.단한명의연구자로시작된연구는현재전세계수천명의연구자가연구할만큼규모가커졌고,인류에게생명현상에대한엄청난지적성과를선물했다.
현대생물학은소수의종을연구대상으로삼는다.연구자들마다각기다른동물이나종을연구하게되면연구결과나그실험노하우들을공유할수없다.반면표준적인종을정해연구자들이함께연구한다면효율적인방식으로연구결과를축적할수있다.이런이유로현대생물학은선택과집중의전략으로‘모델생명체’를연구한다.이모델생명체는그자체가연구의목적이라기보다는보편적인생물학적현상,더나아가서는인간을이해하기위한‘수단’으로이용되는것이다.이런모델생명체중에발군의성과를보인것이바로예쁜꼬마선충이다.
예쁜꼬마선충의가장큰특징은단순성이다.꼬마선충은900여개의체세포와300여개의신경세포그리고2만여개의유전자로구성되어있다.이는다른다세포동물과비교했을때매우단순한구성이다.이러한단순성때문에이생명체의세포계보지도와신경네트워크그리고유전자네트워크지도등이이미상세하게밝혀져있어발생학과신경생물학연구에큰이점을가지고있다.또한몸이투명하고생애주기가3주로짧아변이를연구하는유전학연구에도매우적합한특성을가진다.그런데놀라운점은이단순한벌레에대한연구가너무도달라보이는우리인간에대해엄청나게많은사실을제공하고있다는점이다.
겉보기에이작은벌레는눈이나뇌와같은신체기관은물론팔다리라고할만한것이없지만인간에게나타나는여러생물학적인현상을연구하기에는전혀부족하지않다.예쁜꼬마선충과사람의유전체는40%정도의유사성을지닌다고알려져있다.그리고지금까지알려진인간의유전자에대해서만고려한다면,그유전자의70%정도는예쁜꼬마선충도가지고있다.즉,인간유전자의3분의2이상은예쁜꼬마선충을이용해서도연구할수있다는뜻이다.위대한생물학자이자생물철학자였던자크모노는생명현상에서나타나는보편성에대해서다음과같이표현했다.‘대장균에게서도진실인것은코끼리에서도진실이다.’이와같은자크모노의표현을빌려현대생물학연구를특징짓는다면다음과같이표현할수있다.“벌레에게진실인것은인간에게도진실이다!”《벌레의마음》은예쁜꼬마선충을통해생명의보편성과인간에대한진실을탐구하고있는현대생물학의생생한여정을담고있다.

‘벌레의마음’이말하는‘인간의마음’
뇌가없이단순히302개의신경세포로구성되어있는예쁜꼬마선충의신경계가우리의마음에대해서무엇을말해줄수있을까?1960년대시드니브래너는예쁜꼬마선충을생물학연구의대상으로삼으면서‘벌레의마음’이라는원대한프로젝트를발주했다.이프로젝트는예쁜꼬마선충의신경전체를시각화하는것이었다.이프로젝트는예쁜꼬마선충의신경전체를시각화하고자했다.몸이투명한예쁜꼬마선충에약간을기법을통해형광단백질을사용하면우리의눈으로직접신경을볼수있다.더욱이선충의마음을볼수있는기법들이발전해더미시적인연구가가능해지면서개별세포들의신경접속을파악하는것이가능해졌다.이연구를바탕으로생물학자들은302개의신경세포와이세포들이이루는8,000여개의신경망으로이루어진예쁜꼬마선충의마음의지도를얻게되었다.이후학자들은이마음의지도를바탕으로마음에대한놀라운연구성과들을발표하였다.
그대표적인사례인빛을이용하는광유전학은앞으로인간의마음이빛으로조작가능할지도모른다는전망을내놓는다.유전학적기법을이용해빛에반응하는채널로돕신을이용해개별신경세포를조정할수있는방법이꼬마선충연구를통해처음실현되었다.게오르그나겔과알렉산더고트샬크박사는촉각신경이망가진꼬마선충에채널로돕신을발현시켜빛을이용해촉각신경을조작했다.빛을통해촉각신경이활성화되자꼬마선충은머리에충격을받지도않았음에도불구하고마치머리를두드린것처럼뒤로도망가는반응을보인다.빛을통해선충의마음을조작한것이다.이러한실험은상당한함의를가진다.바로광유전학이인간에게도이용될수있는가능성을내포하기때문이다.이미생쥐를이용한실험에서광유전학이적극적으로이용되고있다는점에서이러한이야기는단순한공상에불가하지않는다.물론아직걸어가야할길이많이남아있지만,여러기술적장벽을넘어서는날,그리고우리의신경회로가예쁜꼬마선충과같이밝혀지는날이러한가능성을실현될수있을것이다.이외에도잠,사랑,사회성에대한꼬마선충의연구는이러한정신적인특성들과관련된특정유전자들이식별되고있으며,이러한유전자들이인간에게서보존되어있고상당한유사한기능에사용되고있다는사실을보여준다.

작은벌레에서생명의보편성을발견하다
진화는새로운것을창조해내기보다는기존에있었던현상들을이용하는땜장이다.새로운것을만들어내기보다기존에존재하던것을이용하는것이비용의측면에서더유리하기때문이다.특히나이런특징은미시적인수준에서나타나는생명현상의기초적인메커니즘에서두드러진다.자크모노의말과같이대장균에서작동하는DNA의메커니즘과코끼리에서작동하는DNA의메커니즘은거의동일하다.예쁜꼬마선충에대한분자생물학적기법을이용한유전학연구는이러한기초적인메커니즘에대한중요한답들을제공하고있다.
그대표적인사례중하나는유전체작동방식에대한연구다.세상에는동일한두개체는존재하지않는다.물론DNA가다르기때문에이런현상이발생한다고말할수있을지모른다.하지만우리주변의쌍둥이만보더라도이런반론은성립하지않는다.그들은동일한DNA를가지지만식별가능할정도의차이를보인다.물론이런차이는환경으로돌릴수있을지모른다.미세하지만그들의환경에는차이가존재했고그차이가쌍둥이들의차이를만들어냈다고말이다.하지만환경마저도같은경우는어떨까?피터스웨인은대장균을통해이러한실험을진행했다.유전정보가완전하게동일한대장균클론들을완벽히통제된환경에서배양했다.그리고적색과녹색형광단백질을이용해이대장균의유전자발현양상을관찰한것이었다.그결과는놀랍게도동일한환경에서자란동일한유전정보를가진개체들사이에서도차이가나타난다는것이었다.알렉산더르판우데나르덴은예쁜꼬마선충을통해이런현상이동등한조건의유전자가만들어내는‘잡음’때문이라는것을밝혔다.그는선충을이용해잡음이란유전자네트워크에서나타나는본래적인특징이라는것을보였다.예쁜꼬마선충이왜동일한생명체가존재하지않는지에대한당연한질문에답을제공한것이다.
그외에도세포는어떻게항상성을유지하는것일까?,어떻게세포는위험한인자들을억제하는것일까?,어째서유전체에는바이러스의흔적이남아있는것일까?,어째서수컷의미토콘드리아는수정과정에사라지는것일까?와같은생명의기초적인현상에대한흥미로운질문들이예쁜꼬마선충연구를통해밝혀지고있다.

노화,그것은생명의일
최근노화연구가폭발적으로증가하고있다.그중에서도노화의세부기작을밝혀내는데큰공헌을한것이꼬마선충을이용한연구다.분열을계속하도록체세포를생식세포와같이만들면어떻게될것인가?생식세포와같이체세포의텔로미어가줄지않는다면노화가멈출것인가?노화의주요범인으로지적되어왔던미토콘드리아의활성산소가정말로주범이맞는가?여성이남성보다오래사는이유는무엇인가?번식과수명의상관관계는무엇인가?소식과간헐적단식은생명연장에효과가있으며그세부기작은어떻게되는것인가?와같은노화현상의본질적인질문들에대한답을분자수준에서제공하고자한다.대표적인예로최근방송에방영이되어이슈가된‘적게먹기’와‘간헐적단식’의효과에대해예쁜꼬마선충연구는두단식의효과가섭식을제안하여어느정도수명연장의효과를나타낸다는점에서동일하지만그세부적인기작에서서로다른유전자가관여된다는점을밝혀냈다.이렇듯선충을통한노화연구는다각적인각도에서엄밀한방식으로노화의비밀을밝혀가고있다.
하지만연구의증가와함께노화에대한언론의관심도덩달아높아지고있다.영국일간지<인딘펜더트>에서는다음과같은재목의기사가실렸다.“400유로의검진으로당신이얼마나오래살수있는지알수있다.”이기사는노화의주요원인으로알려진텔로미어길이의측정을통해남은수명을예측할수있다는내용을담고있다.또한다른기업에서는텔로미어길이를유지하는데이용되는텔로머라제를활성화하는약물TA-65가노화를늦춰줄것이라고말하고있다.그리고여타매체와광고에서는과학의권위를빌려수명증가에도움이된다는제품의홍보에열을올리고있다.
마치이런정보의홍수속에서우리는우리의손에곧진시황의불로초가들어올것만같은착각을하게된다.하지만예쁜꼬마선충을통해본노화연구는이러한이야기들이많은과장과오해로점철되어있다고경고한다.노화현상은단일한원인으로일어나지않는다.과학잡지<셀>이발표한노화의지표는게놈불안정성,텔로미어축소,후생학적변화,단백질항상성상실,비규칙적인영양공급,미토콘드리아기능장애,세포노화,줄기세포소진,세포내변화된의사소통9가지다.그리고이에대해성차와섭식그리고행동의차이에서비롯되는수명차등을고려했을때노화현상은복합적인원인에의해발생한다고할수있다.가령위에서예로든세포분열회수를결정하는텔로미어길어가짧아지지않도록유지하게된다면과연늙지않고영원히살수있을까?하지만동물을이용한실험결과는기대와달리많은암세포가발생하는것으로나타났다.사멸해야할세포들이사멸하지않고무수히증식한결과였다.예쁜꼬마선충을이용한엄밀한과학적연구들은우리가노화에대한연구를접할때좀더면밀하고비판적시각을가지고접할것을권하고있다.