우리는왜끊임없이숨을쉬고,물을마시고,음식을먹어야할까?
공기없이3분,물없이3일,먹지않고3주를버틴다는‘333생존법칙’이있다.그러니까공기,물,음식은몸안에저장할수없으며,저장하지못하는것들은생존을위협한다.저장하지못하는것들과함께살기위해서우리의몸은어떻게진화해왔을까?공기,물,음식이혈관혹은소화기관으로들어가면어떤일이벌어질까?두툼한뱃살에가려존재감을드러내지않던평활근이활약할차례다!전작『먹고사는것의생물학』에서입에서항문까지소화기관의진화과정을살펴소화기생물학의명사가된김홍표교수는이번작『똥누는시간12초오줌누는시간21초』에서직접소화기관을움직여좀더몸속깊숙이들어가보기로한다.
“엄밀히따지면소화기관은우리몸밖에있다.그렇기에인간은‘열린관’을몸의정중앙에배치하고에너지를써서영양소를몸안으로끌어들인다.그때우리는소화기관을움직여야한다.그것이소화기를둘러싼평활근이할일이다.우리몸안으로들어온분자크기의영양소는이제각세포에배분되어야한다.그러자면혈관을둘러싼평활근이바지런히움직여야한다.”
입속으로들어간음식물이혈관과소화기관벽을구성하는평활근에어떤영향을끼치는지,대사와호흡등분자수준에서일어나는역동적인물질교환이어떻게나를행복하게만드는지,12초와21초에담긴건강한비움을위한과학까지아우르며저자는다시한번먹고사는일의엄중함을과학적으로증명해보인다.
저자는우선생물학자답게세포이야기로시작한다.우리몸에서650종류가넘는골격근의근육세포는하나의핵을가진세포여러개가합쳐진융합체(syncytium)라는특징을가지는데,근육세포융합체는분열하지않는다.안타깝게도한번태어나면새롭게형성되는근섬유가많지않다는뜻이다.하지만아령을드는것과같은무산소운동을하면줄기세포가분화한위성세포가기존의근섬유에융합할수있다.분화와융합이두과정에마이오D(myoD)와마이오게닌(myogenin)이라는전사인자가관여한다.세포생물학자들은몸집을키우는융합에더관심을가졌고최근에서야융합을매개하는단백질로마이오메이커(myomaker)와마이오믹서(myomixer)가발견되었다.그중마이오메이커가먼저척추동물계에등장했는데,멍게와같은미삭류와척추동물마지막공통조상에서유전자복제를거쳐마이오메이커가만들어졌다.마이오메이커가있는미삭류동물의근육은부분적으로나마융합하여여러개의핵을갖는근섬유가형성되지만,마이오메이커가없는두삭류동물의근육은서로융합하지않는다.마이오메이커는한자리에뿌리(족사)를내려고착생활을하는그래서언뜻식물처럼보이는멍게(미삭류)가창고기(두삭류)보다인간과더가깝다는생물학적지표가될수있다.최근유전체연구가활발히진행되면서미삭류는두삭류를제치고인간과가장가까운친척집단으로자리잡았다.사실멍게의놀라운점은올챙이와비슷한모습의유생시기를거친다는사실이다.유생멍게는뇌도있고심장도있고콩팥비슷한배설기관도갖는다.멍게유전체를조사하여평활근이어떻게만들어지는지연구도수없이이루어지고있다.
평활근은골격근과생김새부터확연히다르다.가로무늬가선명한골격근섬유와달리평활근은작고길쭉하며핵이하나인세포로이루어진민무늬근이다.평활근은골격근처럼액틴(actin)과마이오신(myosin)단백질을사용하지만,진화적기원은같지않으며독립적으로진화해왔다.평활근의움직임은골격근에비해전반적으로느리지만평생반복적으로움직이려면에너지를적게쓰면서도높은긴장도를유지하는강력한기제가평활근체계에서진화되었을것이다.평활근의피로는골격근의피로보다더치명적이기때문이다.방광평활근이피로해지면아무리힘을주어도오줌누기조차힘들어져요도에관을꽂고강제로오줌을빼야하는일촉즉발의상황까지벌어진다.
저자는서른살을슬픈나이로본다.근육의소실이시작되기때문이라고한다.나이가듦에따라근육또한노화되는것은자연스러운현상이지만,생물학자들은근육을이루는단백질합성효율을개선할수있는연구를한다.저자는젊은쥐와늙은쥐각각의한쪽껍질을벗기고서로를붙여버린충격적인실험도소개한다.상처가아물면서두쥐의혈관계는하나로합쳐지고젊은혈액에서나온호르몬과성장인자가늙은쥐근육을회춘시킨다는결과는근육의노화를역전시키기위한호르몬대체요법연구를가속화시켰다.하지만근육의노화를막기위해지금당장해야할일은운동이다.육체적활동이미토콘드리아를건강하게만들고단백질회전율을높여근육의기능에참여하는신호전달물질의수준을회복할수있다는최신연구결과가나왔다.실제로8주간유산소운동을한피험자혈액을조사한결과,아펠린(apelin)이라는호르몬이근육에서만들어져혈액으로분비된일이밝혀졌다.아펠린은나이들어기능이떨어지는다양한세포경로를되살릴수있고새로운미토콘드리아를만들고단백질합성량도늘릴수있는물질이다.
저자는이쯤에서저자의주특기소화기이야기로화제를전환한다.오늘날삼시세끼챙겨먹는일은다른중요한업무에밀려한두끼건너뛰기도하고대수롭지않게여기는당연한일상이되어버렸지만,굶어보면알게된다.밥이하늘이라는것을.저자역시생물학의본질적행위인밥먹기를위해한챕터를할애하고턱과이로밥알을꼭꼭씹어평활근을움직여소화기관과혈관속으로차례차례넘겨준다.특히간을중요한소화기관으로보는관점은독특하고새롭다.간이위보다먼저진화했다는점,간혈관계는정맥혈이모세혈관망을두번지나간다는점을근거로든다.간에는간을관통하는중심정맥말고도문맥(portalvein)이라는구조가있는데,위나장등소화기관에서흘러나온정맥혈이곧장심장으로향하지않고문맥을통해간을거친다.간문맥으로들어오는영양소는내가먹은것을그대로반영한다.만약에간섬유화등간에이상이생기면근처에있는위,식도,소장등소화기관전체의혈관이다영향을받게되는위험한상황에놓인다.
저자는부지런히탄수화물,지방,단백질을대사시켜마지막생성물인피루브산을만들고피루브산이미토콘드리아로들어가산소를이용한호흡과정으로몇단계의산화를거쳐물과이산화탄소,ATP가생산되는이야기를빠르고알기쉽게전달한다.그가이책에서꼭하고싶은이야기,소화기생물학의대미를장식할내밀하고중요한이야기가남아있기때문이다.
똥오줌을누는데얼마의시간이필요할까?
아기의기저귀를갈면서떠오른궁금증으로연구하고논문을써서이그노벨상을받은과학자가있다.조지아공과대학의데이비드후박사는소변보는시간은몸의크기와무관함을증명해첫번째이그노벨상을받고웜뱃이어떻게주사위모양의똥을누는지알아내두번째이그노벨상을받았다.냄새나는대사폐기물로치부해모두가외면할때,어떤과학자들은동물들의배뇨시간을수학적으로모델링하고요도와방광의크기,오줌을밀어내는방광의압력,중력,관성력,점성력,모세관압력까지동원해오줌누는속도를구해내고,오줌의쓰임새와효능을연구해오줌의과학이라는장르를개척했다.코끼리든고양이든사람이든포유류는몸집에상관없이오줌누는데걸리는시간은21초(표준편차13초).배뇨의유체역학에서밝혀진흥미로운사실은방광압력이오줌누는속도를결정하는유일한요소일것이라는생각을뒤집고몸집이클수록중력이오줌을움직이는데중요한역할을한다는점이다.중력은우리가먹고싸는데에도결정적역할을하는,지구에서다양한생명현상을가능케하는원천력이다.
우리는중요한일을할때,‘젖먹던힘’까지발휘해서‘죽을똥살똥’달려들어야한다는말을곧잘듣는다.생존과건강에직결되는먹고싸는일보다중요한일이어디있겠는가?한차례‘끙’하고힘을주어변기물을내리고뒤돌아서면그만인바쁜현대인들에게저자는과학적고찰을통한똥누기의중요성에대해일침을놓는다.똥누기는단순하지않다.직장(곧은창자)과결장(잘록창자),골반바닥근,각종평활근,소화기신경계,말초체성신경계,자율신경계,중추신경계,내분비와측분비호르몬그리고인지행동및심리사회적요인까지모든요소가조화롭게조정되고통합되어야한다.이모든요소가충족되고나면대장(큰창자)벽에는아주얇은점액층이도포된다.대장벽의점액미끄럼틀을타고신나게내려온똥이항문으로고개를내밀었을때,땅에떨어질때까지걸리는시간은오줌과마찬가지로체중에상관없이평균12초에수렴한다.
근육과단백질,호흡과대사,점액과똥오줌의과학으로다시한번김홍표교수의입에서부터항문까지소화기생물학이야기가펼쳐진다.기상천외한실험과최신유전체학으로흥미를사로잡고수많은연구자료를짜임새있는구성과저자만의스토리텔링으로책속에빠져들게한다.
