칼짐머
호평받는과학작가이자칼럼니스트,저널리스트이다.그는〈뉴욕타임스〉로부터“우리가알고있는가장영민한과학저술가”,〈뉴욕〉으로부터“미국에서가장존경받는과학저널리스트”라는극찬을받은바있다.짐머는미국에서가장사랑받는과학잡지중하나인〈디스커버〉에서과학저널리스트로활동을시작했으며,도서집필과여러프로젝트에집중하기위해〈디스커버〉를떠나프리랜서작가로활동하기시작했다....
프롤로그9
1부뺨을톡건드렸을때/1장그하찮고작은물질23/2장시간여행47/3장이집단은그들에서끝나야한다97/4장잘했어,아가149
2부잡힐듯잡히지않는DNA/5장어느날저녁의몽상189/6장잠자는가지들215/7장피검자‘Z’249/8장잡종293/9장완벽한9척장신341/10장에드와프레드387
3부내면의가계도/11장만물은알로부터433/12장마녀빗자루467/13장키메라497
4부유전의별난경로들/14장이상한나라의칼541/15장꽃피는괴물563/16장학습능력있는유인원593
5부태양의불수레/17장그도전은숭고했노라641/18장고아로잉태된693/19장지구의상속자들729
용어해설761/후주765/참고문헌785/감사의글859/찾아보기863
다윈과멘델에서CRISPR가바꿀미래까지
최고의과학저널리스트가쓴최고의유전학사―《뉴욕타임스》
아버지는병하고는그토록거리가멀었던분인데,나에게도남겨준그하찮고작은물질이어떻게그렇게깊은영향을미칠수있었을까?이속성은그동안어디에둥지를틀고있었을까?─미셸드몽테뉴
1700년대전에는유전(heredity)이라는말이오늘날우리가사용하는것과같은의미로사용되지않았다.이단어가유래한라틴어‘hereditas(헤레디타스)’는생물학적으로어버이의유전자가자손에게전달되는것을의미하는대신상속자신분을뜻하는법률용어로쓰였는데,1세기로마의법학자가이우스는“우리가어떤사람의상속자가되면그사람의재산이우리에게넘어온다.”라고쓴바있다.과학적탐구대상으로서유전은근대의개념이며,1800년대에이르러서야구체성을띠기시작했다.
유전이라는개념을과학적물음으로바꾸는데이바지한찰스다윈은답을찾기위해최선을다했으나실패했다.“인류는거대한규모로한가지실험을시도해온것이라고말할수있다.이것은자연이그유구한세월을끊임없이이행해온실험이기도하다.”1900년대초에이르러마침내유전학의탄생이하나의답을제시하는듯했다.사람들은유전에대한기존의개념과가치를유전자라는언어로해석해냈다.유전자연구기술이빠르게발전하고비용이저렴해지면서사람들이DNA검사를어렵지않게받아들였고,잃어버린부모나먼조상찾기에서인종확인등을사유로유전자검사를신청하기시작했다.유전자는우리의조상이우리에게선사한축복이자저주가되었다.
우리는유전을부모가자녀에게전달하는유전자만으로정의한다.하지만유전은우리안에서계속해서진행된다.하나의세포가우리몸전체를구성하는수조개세포의가계도를만들어내니말이다.우리는유전이라는어휘를우리의필요나두려움이반영된정의가아닌유전의본래특성에더가까이다가가더광범위하게재정의해야한다.
시대와문화,개인사와정치,
윤리와과학을넘나드는유전학연대기
나의시대가올것이네.─그레고르요한멘델
“지금내가그러듯이,너또한늙고병들었을때왕위를흔쾌히넘길수있도록전능하신신께서너를아들로축복하시기를바라노라.”「1장그하찮고작은물질」은신성로마제국황제카를5세가1555년왕좌를아들펠리페(펠리페2세)에게넘기는장면으로시작된다.이왕조는‘합스부르크턱’을비롯한여러질환을겪은동시에갈수록유산과영아사망빈도가증가했다.왕가의혈통을보존하기위한혼인전통은가문내에병을유발하는돌연변이수를늘릴뿐이었으나당시에는유전병을인식하지못하고신의형벌로생각하곤했다.과학혁명이이루어지기까지몇십년을더기다려야하는상황이었고,유전자체가과학적문제로받아들여지기까지는두세기이상이남아있었다.
저자는「2장시간여행」에서수천년동안인류가유전의수수께끼를캐내온현장으로,유전의기적을최대한이용해온동식물육종가들에게로독자를이끈다.다윈의제자휘호마리더프리스는신생아단계의유전학을다음단계로이행하고자“선천적으로주어진기질적생명력과후천적으로습득된행동방식의총합인유전”현상을이해하기위해수십년을바친‘원예의마법사’루서버뱅크가알아낸지식을배우고자했다.다윈이눈에보이지않는제뮬을구상했다면프랜시스골턴은잉글랜드상류층이가장높이평가하는형질에서유전의근거를찾고자했다.프리드리히레오폴트아우구스트바이스만은다윈의범생설을뒤집는생식질가설로유전에대한사고의틀을바꾸어놓았고더프리스는돌연변이이론을내놓는다.완두콩을심은수도원정원에서멘델이발견한패턴이동물에서도일치한다는것을증명한윌리엄베이트슨은1904년이학문을유전학(genetics)이라고명명한다.“유전이라는문제전체가완전한혁명을거쳤다.”
멘델의연구가사람에게적용되어비극으로이어지며,여러세대에걸친유전이론에영향을미친사례가있었다.저자는「3장이집단은그들에서끝나야한다」에서바인랜드훈련학교에직접찾아가그흔적을되짚는다.이상적인도시로구상된바인랜드는1883년골턴이“품종을개선하는과학을표현하는짧은단어”가필요해만들어낸용어,우생학(eugenics)의또다른실험장이되었다.훈련교사헨리고다드가바인랜드의학생을가명으로등장시켜쓴『칼리카크가족』에서유전적으로우월한집단과열등한집단이따로있다는주장을위해왜곡한가족사는유명세만큼이나학문적으로,사회적으로큰비난을받게된다.
「4장잘했어,아가」는바인랜드훈련학교에서지낸다른학생의이야기다.“‘집안내력’이라는케케묵은낙인이너무나많은경우에부당하게사용되고있다.”지적장애의정의도명확하지않았고남부끄러운일로치부되던1950년대에펄벅이『자라지않는아이』에서딸에대해쓴솔직한이야기는충격그자체였고,노벨문학상수상작가의이야기였기에더욱더그러했다.더구나책이나오고한참뒤에야병명도모르고있던유전병이원인이었음이밝혀지는것이다.
뿌리찾기,DNA계보읽기
왕이권한을세습하는전통이어리석다는강력한증거는,자연이그오류를입증한다는것이다.─토머스페인
「5장어느날저녁의몽상」은DNA의비밀에좀더다가서는과정을그린다.뉴턴의운동법칙과달리멘델의‘법칙’은그경계가훨씬좁아서생명이존재하는곳에만해당한다.단세포미생물의형태로생명체가처음등장했던약40억년전에도멘델의법칙은아직존재할수없었기에지구야말로자연선택과요행의결합으로온갖다양한생명체가발생하는,진정한유전의본산이다.과학자들이미생물을더세밀하게관찰하자더이상한유전방법이발견되었다.2000년대초에세균이바이러스에저항해싸우는방식을연구하던과학자들덕분에특히기이한미생물유전유형하나가드러났고,크리스퍼덕분에과학자들이멘델의유전법칙말고도또다른유전경로가있다는사실을알아낼수있었다.
“나는평생내안에서무엇인가빠져있다고느끼면서살아왔습니다.현재의내가그냥여기에서시작된것이아니었습니다.그증거를손에쥔다는것자체가강렬한경험입니다.”「뿌리」의출연배우레바버턴이말했듯자신의뿌리를찾아가는여정은큰의미를지녔음이분명하다.저자는「6장잠자는가지들」에서집안의가계도를분석해조상들,후손들을추적하기시작한다.출생증명서는부모가자식에게유전자를물려주었음을증명한다.하지만아기가뒤바뀌거나도둑맞는일이실제로일어날수있으며,공문서기록이소실될수도있다.생물학적관계를틀림없이보장해주는유일한증거는우리가세포안에물려받은것뿐이다.
저자는「7장피검자‘Z’」에서직접피검자‘z’가되어유전체를제공하고유전체염기서열분석을받기로한다.나이지리아인자원자와중국인자원자의결과와비교했을때자신을포함해세사람의유전자변이가차이점보다는공통점이훨씬더많음을알게된다.약30만년전아프리카에서작은사람족무리가호모사피엔스로진화해아프리카대륙전역으로퍼져나가다가전세계로퍼지는과정에서만들어진유전체가후손들에게전달되었기때문이다.인종이라는어휘에처음으로현대적의미가부여된시기는에스파냐합스부르크가의통치기였고,1967년에미국에서인종순결법소송이벌어질무렵에는많은과학자가이미인종,정확히말해20세기초미국생물학자들이사용하던의미의인종이란존재하지않는다는결론에도달했다.초파리연구자테오도시우스도브잔스키의말이다.“인종이란어떤유전자가좀더많은지혹은적은지로구분되는인구집단에지나지않는다.”
「8장잡종」에서강조하듯이고대인의DNA는백인의순수성개념만무너뜨린것이아니고백인이라는이름자체를무너뜨렸다.사람과가깝지만사람이아닌멸종한종의화석에서DNA를발견한고유전학자스반테페보는이제껏존재한적이없는과학적여정을떠난다.데니소바인의가장가까운친척은현생인류가아니라네안데르탈인이었으며,데니소바인도네안데르탈인과마찬가지로현생인류에게유전자표지를남긴것이다.저자의유전체에서도데니소바인DNA가나왔다.
저자는이책을위해인류의기원을추적할뿐만아니라과학의최전선에서활약해온수많은전문가들을직접면담하고있다.「9장완벽한9척장신」에서는소아내분비전문의로당뇨병유전자변이를연구하다키의유전에관해20년가까이연구해온호르몬전문가조엘허시혼을만난다.허시혼이발표한전장유전체관련분석은유전학자조너선프리처드의키유전자연구로이어졌다.키가프리처드의생각처럼전유전자형질이라면,유전자의돌연변이가키와는직접적인관계가전혀없는유전자를수정하더라도키와직접연관된유전자들의연결망에영향을미칠수있다.키가어떻게유전되는지탐구하는범위를유전체전체로확장해야할지도모른다.
「10장에드와프레드」는헤어져자란쌍둥이형제,에드와프레드의비교연구를다루고있다.일찍이키와지능은골턴의연구에서쌍둥이지침으로자리잡은바있다.유전학이성숙에도달하며의미있는지능연구방법이나왔고,프랭크프리먼등시카고연구진은에드와프레드의지능이높은유사도를보인것은사실이지만,다음과같은결론을내리기도했다.“유전이할수있는일은환경도할수있다.”지능에관여하는유전자를캐내는것이과학자들에게힘겨운일이라면환경의영향을규명하기는한층더어렵다.환경의영향이이렇게복잡한한가지이유는,지능역시키와마찬가지로발달하는형질이기때문이다.
유전자와진화에대한관점을흔들
드라마틱한과학논픽션
20세기가찰스다윈의시대였다면,최근후성유전학이내놓는폭발적성과를볼때,21세기는장바티스트라마르크에게반환될것으로보인다.─제이스콧카우프먼
「11장만물은알로부터」는알이먼저냐닭이먼저냐라는고전적인질문으로시작된다.우리는유전을우리의생물학적과거나미래하고만연결지어생각하는경향이있다.하지만유전은새생명이시작되었다고해서멈추지않는다.우리몸속37조개세포하나하나가우리의혈통이잉태되던그순간으로이어지는유전자가계도의어느가지위에존재한다.1950년대중반에시작된지상핵실험으로인해1963년에부분적핵실험금지조약이조인될무렵에는대기중탄소14의농도가핵실험시작전의2배가되었고,탄소14를비축한식물을먹은동물체내조직에고농도의동위원소가축적되었다.짐머는뇌세포의탄소14농도를측정해이세포들의2~3년전연령을추산할수있다는요나스프리센의연구를소개한다.해마에매일700개의새로운신경세포가추가된다는계산이나왔다.
「12장마녀빗자루」는기이한모양으로자란나뭇가지를마녀가타고다닐빗자루를만들기위해주문을걸었다고믿던중세독일미신에대한설명으로시작한다.19세기들어식물육종가들은이런희귀한가지를잘라신품종으로개발했다.식물의돌연변이는동물에서도발견된다.‘코끼리인간(ElephantMan)’조지프케리메릭의경우처럼모자이크는한때미신의대상이었다가괴물쇼의구경거리가된뒤에는질병으로서인정되었다.이제유전체하나로는우리를정의하지못한다.세포내면의유전이우리의DNA를끊임없이만지작거리면서우리가물려받은거의모든유전물질을바꿔놓고있기때문이다.짐머는우리의두개골안에서어떤마녀빗자루가자라고있을지모를일이라고강조한다.
생물학자레이데이비드오언의프리마틴(불임암소)연구는서로다른계보에속하는세포들로도생명체가탄생한다는것을보여주었다.「13장키메라」는오언의통찰을토대로새로운형태의유전방식을발견한피터브라이언메더워의깨달음으로이어진다.그는한개체의세포가하나이상의세포계보로이루어지는현상을‘키메라(chimera)’라고명명했다.키메라는모자이크와거의같은과학적경로를취했다.한사람의상당부분이여러다른개인에게서온세포들의혼합물임이밝혀지면서과학자들은이런여러갈래의유전이사람에게어떤효과를남길지의문을품었다.
유전자만이유전의통로일까?
유전은과거모든환경의총합에지나지않는다.─루서버뱅크
「14장이상한나라의칼」에서는돌연변이미토콘드리아를탐구한다.우리의세포가분열할때는그딸세포들이모세포안에있던미토콘드리아도물려받으며,그들또한우리가살아가는동안계속해서분열한다.그래도미토콘드리아가우리몸을장악하지못하는것은우리세포가때때로그들을파괴해수를일정하게유지하기때문이다.우리몸이죽으면우리안의미토콘드리아계보도끝난다.정자가난자와수정할때이들을파괴하기때문에남성의미토콘드리아는미래가없다.미래로달아날기회가주어지는것은여성의난자속에사는미토콘드리아뿐이다.왜미토콘드리아는모계로만유전되는가?저자는미토콘드리아를모계로만제한하는데어떤강력한이점이있으리라는단서를읽어낸다.때때로우리의조상을감염시켰던세균이지금은새생명이태어날수있을지그여부를가르는기준이될정도로우리의유전에서큰자리를차지하기에이른것이다.
「15장꽃피는괴물」은저자는린네가명명한‘괴물꽃’펠로리아의후손을보러콜드스프링하버연구소를방문하는것으로시작한다.“놀라운자연의피조물”최초펠로리아의후손들은어떤때는보통거울대칭꽃을피우고어떤때는나팔모양괴물꽃을피웠다.멘델이알아보았을뚜렷한유전패턴같은것은나타나지않았다.이식물에게어떻게계속해서그렇게많은세대에걸쳐서그괴물꽃표지자가유전되었는지는아무도모른다.저자가만난로버트마티엔센은분자생물학적으로펠로리아실험을계속하고있다.
「16장학습능력있는유인원」은유전의정의를다시확장해다른경로들,즉문화든,후성유전표지자든,숙주에게편승하는미생물이든,혹은우리가아직알지못하는다른어떤통로들도고려해야한다는학계의동향을소개한다.미생물과바이러스는멘델의법칙에따르는대신자신의DNA를거의동일하게복제할줄안다.그DNA는미생물사이를옮겨다니면서유전이수직적으로만이루어졌다면결코진화하지못했을누더기생명체를생성할수있다.미생물은그들만의새로운유전방식을진화시켰다.2000년대초에비로소많은생물종이유전자가위크리스퍼(CRISPR)를이용해바이러스에대한방어수단(후손에게물려줄수있는방어수단)을획득한다는것을발견했다.유전자유전이라는단면적인개념에만의존한다면우리는자연세계를이해할수없다.
앞선세대가우리에게전해준것,
우리가다음세대에게전할것에대한근본적인성찰
우리는죽을때두가지를남길수있다.유전자와밈이다.─리처드도킨스
「17장그도전은숭고했노라」는그리스신화속태양신의아들파에톤이탄불수레를끌었던말에대한의문을제기한다.약5500년전중앙아시아유목민이야생마를길들이고번식에적합한특정유전자를선별한다음1000년동안가축화된말은아시아,유럽,아프리카북부등지로널리퍼져나갔다.따라서고대그리스의말은5000년에걸친유전자개량의산물이었다.1800년대에는유전의불수레에도전하는과학자가늘어나며유전법칙을찾아내기위한실험을수행했다.하지만1900년대초까지도유전을다루는일은경이롭고도위험한,마치마법을부리는것처럼여겨졌다.
미생물학자인롤린더글러스호치키스는인간의DNA를직접수정하는기술의가능성을제기했다.1963년그가사용한새로운용어가바로유전공학(geneticengineering)이다.허먼조지프멀러의생식세포선택과근본적으로다른무엇,지난세기동안잡음이심했던우생학계열의종자개량과도완전히다른무엇이었다.2012년제니퍼앤다우드나연구팀이가이드RNA를이용해유전자내각기다른표적을찾는실험을다룬논문을발표한뒤,크리스퍼경쟁이시작되었다.과학자들은생체세포에서DNA조각을절단하는방법만이아니라그것을다시복구하는방법도알아냈다.
우리가살아가는곳은멀러가계획했던우생학적낙원도아니고올더스레너드헉슬리가1932년소설『멋진신세계』에서상상했던악몽같은세계도아니다.“인류의유전자군은국적도국경선도없지만우리종전체의생물학적유산이다.따라서어떤세대에게도생식세포유전자요법으로우리종전체의유전자구성을바꿀독점권은없다.”신학자에마누엘아지우스는유전자변형의윤리적문제를깊이성찰한바있다.「18장고아로잉태된」에서짐머가설명하듯가능해보이지않던이상한방법들이요새는현실이되곤한다.그런기술을이해하고윤리적판단을내리려면유전이라는말이아우를수있는모든범위를폭넓게이해하고받아들일필요가있다.우리는멘델의법칙을유전자가조상으로부터후손에게이동하는많은방법의하나로인식해야하며,현재우리가다루는방법을배워나가는무언가임을받아들여야한다.우리는미래세대로미끄러져들어가는DNA이외의분자들이든,거기에편승해살아가는미생물이든,우리의기술과문화전통이든,혹은우리의아이들이태어나살아갈환경이든우리가유전이라고부르는것의경계를열어오늘과어제를연결하는다른여러방식을고려해야한다.그럴때비로소유전을우리에게이익이되도록제어하고조작할수있는방식,그리고그것이미래에남길위험까지도논할수있는언어를얻을것이다.
「19장지구의상속자들」에서는관점을더욱확장한다.“크리스퍼유전자드라이브가깨지기쉬운것은진화를거쳐형성된시스템이아니기때문입니다.”노랑초파리연구자이선비어가저자에게한말이다.인위적유전자드라이브는심오한윤리적딜레마에직면하고있다.아마도크리스퍼를이용한사람배아유전자변형보다더크게문제가될것이다.이기술이영향을미치는것은유전이라는말의의미만이아니다.우리는동물종이나식물종의유전자를먼미래세대까지바꿔놓을수있다.이도구에대한혜안을얻고자한다면우리가발명해온도구들이지난1만년동안우리의생태적유산을어떻게변형해왔는지돌아보는것이좋을듯하다.문화적유산은누구도손대지못한채굴러갈것이며,미래세대는경제적불평등체제속에서태어날것이다.우리가남기는환경의유산도마찬가지다.
칼짐머는자신의경험과과학적,역사적분석을완벽하게조합해사람이란어떤존재인가를탐구하는여정으로독자를인도한다.유전에대한기존의개념과가치를유전자라는언어로해석해낸과정을통찰력있게조망하는『웃음이닮았다』는유전과학이펼쳐나갈복잡하고도아슬아슬한,궁극적으로는무한한가능성의세계에대한명확하고도흥미진진한안내서가될것이다.
정확성과명료함,과학적인전문성의조합.―《워싱턴포스트》
과학이밝히는왕실속음모와숨막히는혁신의이야기.―《O,오프라매거진》
이책은말그대로우리의과거,현재,미래를궤뚫는유전의힘,왜곡,잠재력을펼쳐보인다.―《뉴사이언티스트》
짐머는유려한문체로과학에대한오해를불식시키며그의여정으로안내한다.―《뉴욕타임스북리뷰》
* 전미과학작가협회사회저널리즘과학상
* 《가디언》올해의최우수과학책
* 《뉴욕타임즈북리뷰》올해의주목도서
* 미국아카데미커뮤니케이션상올해의책
* 베일리기포드상논픽션부문최종후보명단
* 아마존올해의최고과학도서,베스트100