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인체에 관한 모든 과학, 대니얼 M. 데이비스 저자(글) · 김재호 번역, 에코리브르 · 2023년 09월 15일

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우리 몸을 낱낱이 밝혀줄 과학 혁명으로의 초대!

이제 아기들은 일상적으로 체외수정을 통해 태어나고, 장기 이식이 보편화하며, 암 생존율도 높아지고 있다. 하지만 이 모든 성과는 앞으로 일어날 일에 비하면 아무것도 아니다. 인간생물학의 발전이 전례 없는 속도로 가속화하고 있다. 우리는 사실상 인간생물학의 모든 측면에서 혁명의 정점에 있다.

자연에 대한 생물학적 조작으로 말미암은 세계적 격변은 이전에도 일어난 적이 있다. 인류가 농작물·가축·반려동물을 길들이기 시작했을 때, 이는 결국 도시의 발전, 복잡한 경제적·정치적 위계질서로 이어졌다. 그 어떤 것도 예측할 수 없고, 처음의 목적도 아니었다. 이러한 변화는 전염병의 확산, 돈과 권력 같은 다른 문제들로 이어졌다. 마찬가지로 오늘날 인간생물학의 새로운 발전이 100년 또는 1000년 뒤 우리 삶에 어떤 영향을 미칠지 예측하는 것은 불가능하다. 여행은 이제 막 시작되었고, 우리가 다음에 어디로 갈지 알려줄 지도도 없다. 그러나 이런 과학 혁명이 이전 혁명과는 매우 다른 방식으로 우리에게 영향을 미칠 거라는 건 분명하다.

이 책은 우리의 미래에 필수적인 인간생물학의 최근 돌파구를 탐구한다. 여러 최첨단 연구 분야가 중요하지만, 저자는 특히 영향력이 큰 6개 영역, 즉 개별 세포·배아·인체의 기관과 시스템·뇌·마이크로바이옴(microbiome: 인체내 미생물 생태계)·유전체 등을 다룬다. 이 주제 중 일부는 이미 접했다. 여기서는 최근 우리의 이해와 능력을 근본적으로 변화시킨 새로운 세부 사항이 어떻게 밝혀졌는지 보여준다. 그리고 각 최첨단 연구 분야에서 이뤄진 새로운 발견이 우리의 일상생활을 어떻게 바꾸었는지, 또는 어떻게 변화시킬지 보여준다. 각각의 설명을 이런 방식으로 모아서 우리가 거대하고 전면적인 상전벽해의 여명을 마주하고 있다는 걸 알려준다. 저자는 예측할 수 있는 가까운 미래에 우리에게 가장 큰 영향을 미칠 것은 자율주행 자동차나 로봇이 아니라 새로운 ‘인간생물학’이라고 단언한다.

작가정보

저자(글) 대니얼 M. 데이비스

인물정보

생물학자

(Daniel M. Davis)

물리학 박사 학위를 취득하고, 하버드 대학교에서 인간 면역 체계를 연구했다. 영국 맨체스터 대학교 면역학 교수를 지냈으며, 맨체스터 대학교·아스트라제네카(AZ)·GSK가 자금을 지원하는 연구 기관인 ‘맨체스터염증연구협력센터(Manchester Collaborative Centre for Inflammation Research, MCCIR)’의 연구소장을 역임했다. 현재 임페리얼 칼리지 런던의 생명과학과 학과장이자 면역학 교수이다. 첫 책 《나만의 유전자(The Compatibility Gene)》는 2014년 영국왕립학회 과학도서상 최종 후보에 올랐다. 2018년에는 《뷰티플 큐어(The Beautiful Cure)》가 영국왕립학회 과학도서상 최종 후보에 오르는가 하면 〈타임스〉 〈데일리 텔레그래프〉 〈뉴 사이언티스트〉 선정 올해의 책에 뽑히기도 했다. 이 책 《인체에 관한 모든 과학》 역시 미국출판협회 산문상 최종 후보로 선정됐다. 초고해상도 현미경을 이용한 그의 면역 체계 연구는 〈디스커버〉가 선정한 100대 혁신 중 하나에 포함됐다. 또한 〈네이처〉 〈사이언스〉 〈사이언티픽 아메리칸〉 등의 기사를 비롯해 총 1만 4000회 이상 인용된 140여 편의 학술 논문을 발표했다.

번역 김재호

인물정보

기자/PD

서울시립대학교에서 수학을, 서울대학교 대학원에서 철학(윤리학)을 공부했다. 졸업 후에는 학술기자, 과학기자, 탐사보도 연구원으로 일했다. 현재 〈교수신문〉 과학·학술팀장으로 일하고 있으며, 〈브릭〉에 ‘생태에세이’를 기고하고 있다. 지은 책으로 《레이첼 카슨과 침묵의 봄》 《소프트웨어가 세상을 지배한다》 《대한민국 소프트웨어 성공 방정식》 《다시 과학을 생각한다》(공저) 《인공지능, 인간을 유혹하다》(공저) 《자유롭게 김광석 이야기》 《취업 진담》(공저) 등이 있으며, 〈원 헬스(One Health) 측면에서 보건 연구의 동향〉 〈고령화 시대의 진전과 생명과학 및 의학기술의 변화〉 등 소논문을 발표했다.

목차

전문 과학자들에게 띄우는 편지

머리말

1 초고해상도 세포들

2 인간의 시작

3 치유를 위한 힘

4 다양한 색깔을 지닌 뇌

5 우리 안의 타자들

6 정말 중요한 코드

7 이 모든 게 무얼 의미하는가

감사의 글

주

옮긴이의 글

찾아보기

추천사

브라이언 콕스(Brian Cox) (《경이로운 우주》 저자)

우리가 어떻게 기능하고 우리의 미래가 어떨지에 대한 이해를 완전히 바꾸는 인간생물학의 놀랍도록 새로운 발견들을 아름답게 표현한 그림이다.

앨리스 로버츠(Alice Roberts) (《세상을 바꾼 길들임의 역사》 저자)

인체의 웅장함, 복잡함, 아름다움을 드러내고 우리 자신을 보는 방식을 근본적으로 변화시키는 특별한 여정. 거장답다!

벤카트라만 라마크리슈난(Venkatraman Ramakrishnan (2009년 노벨 화학상 공동 수상자)

지금 우리가 인체에 대해 알고 있는 것은, 불과 100년 전 사람들에게는 마법처럼 보일 것이다. 데이비스는 어떻게 현재의 이해 상태에 도달했는지 알아보기 위해 우리를 위대한 항해로 안내한다.

크리스 반 툴레켄(Chris van Tulleken) (쌍둥이 의사이자 영양학 전문가)

이 놀라운 책으로 데이비스는 진정으로 위대한 과학 커뮤니케이터의 판테온에 합류했다. 이 책은 당신이 자신과 주변 사람들에 대해 생각하는 방식을 바꿀 것이다. 신체가 있는 사람이라면 누구든 이 책을 사랑할 것이다.

출판사 서평

인체의 숨겨진 풍경을 드러내는 기술 및 과학 혁명

거의 모든 역사를 통틀어, 우리 인체의 경이로움은 거의 감춰져 있었고 상상하는 것조차 불가능했다. 뼈·근육·몇몇 주요 장기를 제외하고 인체의 비밀 대부분은 비교적 최근까지 가설과 추측의 대상일 뿐이었다. 17세기 후반 현미경의 발명으로 세포를 발견하기에 이르렀다. 세포의 발견은 인간생물학에 대한 현대적 이해의 시작이었다. 그리고 20세기 중반 DNA 구조의 발견은 유전자 정보가 어떻게 저장·복제되는지를 밝혀냄으로써 또 다른 엄청난 진전을 이뤘다. 그러나 최근에 인체의 숨겨진 풍경을 드러내는 일련의 기술 및 과학 혁명이 일어났다. 이로써 몇몇 가설이 확증되고 다른 몇몇 가설은 약화하면서, 결국 이론적·실질적으로 우리를 완전히 새로운 가능성의 영역으로 이끌었다.

인체는 다른 세계들로 가득 찬 세상이다. 모든 장기는 일종의 세포 동물원이고, 각각의 세포는 그 안에 가설물·용기·단선 철도 같은 도시 경관을 갖추고 있다. 이 모든 것은 단백질, 당, 지방과 그 밖의 다른 화학 물질 같은 생물학적 건축 재료의 혼란스러운 배열로 조립되어 있다. 우리의 원재료는 산소, 탄소, 수소 그리고 드문드문 있는 다른 원소들로 특별한 게 없다. 하지만 이런 원재료들이 예외적인 방식으로 합쳐져 인체를 창조한다. 인체는 의식이 있고, 자가 치유되며, 시를 쓸 수 있다. 인간이 어떻게 작동하는지 이해하는 것보다 더 계몽적이고 심오한 건 없다. 현미경에서 복잡한 데이터 분석에 이르기까지 새로운 기구와 도구는 이전과 달리 인체의 각 층을 벗겨냄으로써 우리 몸을 이해하도록 한다.

모든 과학이 그렇지만 인체에 대한 새로운 발견만큼 우리에게 엄청나고 직접적 영향을 미치는 것은 없다. 유전자 분석은 우리의 개성에 대해 새로운 이해를 제공하고, 뇌세포의 활동은 기억이 어떻게 저장되는지에 대한 단서를 준다. 우리 세포 안에서 발견된 새로운 구조는 의학에 대한 새로운 아이디어로 이어진다. 우리 혈액에서 순환하는 분자는 우리의 정신 건강에 대한 관점을 바꾼다.

과학의 경이로움과 한계

이 책은 모든 것을 발전시키고 있는 사람과 기술의 비하인드 스토리를 통해, 과학이 인체의 비밀을 어떻게 밝혀내는지를 담고 있다. 인체에 대한 일반적 이해의 혼란과 진보는 때때로 신기술의 발전으로 인해 발생한다.

1665년 로버트 훅은 간단한 현미경으로 코르크 조각에서 작은 구획들을 발견하고, 그것을 세포라고 일컬었다. 이후 발전한 현미경을 통해 장기와 세포 조직은 물론 효소와 유전자가 세포 안에서 활성화하고 비활성화하는 과정도 목격할 수 있게 되었다. 오늘날의 현미경은 실제로 수십억 분의 1미터까지 인체를 드러내 보여줄 수 있는 나노현미경이다.

이러한 발견은 우리의 인체 조작 능력을 근본적으로 변화시킬 뿐 아니라, 세포가 어떻게 작동하는지와 관련해 새로운 경이로움을 자아낸다. 그러나 새로운 현미경은 온갖 종류의 세부 사항과 기회를 보여주지만 동시에 가장 중요한 문제로 이어진다. 첫 번째 유형의 현미경이 세부 사항을 가장 잘 포착하더라도 그런 정확한 이미지를 등록하는 데는 오랜 시간이 걸린다. 그래서 분자의 움직임을 관찰하는 데는 정확도가 떨어지지만 두 번째 다른 유형의 현미경이 가장 좋다. 반면, 세 번째 유형의 현미경은 더 넓은 시야를 갖기 위해 정밀도와 움직임을 희생한다. 예를 들어, 한 세포 안에 있는 아주 작은 영역보다는 장기의 한 단면을 보는 데 적합하다. 한편, 수학적 분석 및 컴퓨터 시뮬레이션은 개별 세포 등의 유전자 활동이나 단백질 수준의 분석처럼 인체에 대해 완전히 다른 관점을 제공한다. 이런 식으로 인체를 이해하는 것은 〈모나리자〉의 왼쪽 눈이나 갈색 홍채의 한 조각을 주의 깊게 살펴봄으로써 〈모나리자〉를 감상하려는 것과 같다. 이런 감상이 경이롭지만, 그건 〈모나리자〉 전체가 아니다. 심지어 〈모나리자〉 전체조차 온전한 〈모나리자〉가 아니다. 〈모나리자〉의 금전적 가치, 레오나르도 다빈치의 삶, 또는 그 작품이 16세기의 다른 초상화와 어떻게 다른지를 알면 그림의 의미가 바뀐다. 〈모나리자〉를 이해하는 방법은 셀 수 없이 많고, 우리 자신을 이해하는 방법도 그렇다.

현대 생물학 연구의 여섯 가지 핵심 영역을 통합하다

이 책에서 저자는 보통 개별적으로 다루어지는 현대 생물학 연구의 여섯 가지 핵심 영역을 통합하고자 한다. 이로써 온전한 신체의 감각을 되찾아 새로운 과학이 보여주는 것뿐 아니라 그게 의미하는 바를 모두 깨닫길 바라는 것이다.

인체는 단어나 도표로 표현할 수 있는 것보다 훨씬 복잡하므로 교과서에 있는 거의 모든 내용은 전체의 근사치이거나 단편에 불과하다. 예를 들어, 인체의 세포를 더 깊이 조사할수록 세포가 실제로 무엇인지 정의하기 더욱 어려워진다. 어디서 하나의 세포가 죽고 다른 세포가 시작되는지 정의하는 것도 마찬가지다. 따라서 단순해 보이던 “모든 생명은 세포로 구성돼 있다”는 규칙 역시 명확성이 떨어진다. 때로는 부분에 대한 더 많은 지식이 전체에 대한 이해를 방해한다.

그러나 저자는 모든 것을 포용하기 위해 노력해야 한다고 역설한다. 과학 연구가 교과서 도표에 묘사된 것처럼, 신체 역학에 대한 우리 지식을 점점 더 세부적으로 끌어내는 것만은 아니기 때문이다. 이러한 지식은 우리가 자신에 대해 생각하는 방식과 삶에 부여하는 이야기 전개에도 막대한 영향을 미친다. 예를 들어, 한때 우리는 몸이 네 가지 체액, 즉 혈액·황담즙·흑담즙·가래의 지배를 받는다고 여겼다. 이에 따르면 질병은 한 체액과 다른 체액 사이의 불균형 때문에 발생한다. 그러다 1860년대가 되어서야 인류의 가장 위대한 발견 중 하나, 즉 세균의 발견이 질병에 대한 우리의 현대적 이해에 길을 열어주었다.

좀더 최근에는 세균조차 모든 질병의 원인이 아니라는 걸 발견했다. 암은 신체의 세포가 통제력을 잃고 과도하게 증식할 때 발생한다. 이 사실은 현재 우리가 알고 있는 모든 종류의 요인이 건강 악화에 이바지한다는 인식으로 이어진다. 햇빛, 방사선, 화학적 발암 물질 등에 대한 과도한 노출은 세포를 암으로 발전시킬 수 있다. 알레르기도 세균과 거의 관련이 없다. 알레르기에 대한 고민은 건강과 질병에 대한 다른 생각으로 이어졌다. 예를 들어, 어린 시절 미생물에 어느 정도 노출되는 것이 건강을 위한 면역 체계 훈련에 중요할 수 있다는 생각, 이른바 위생 가설이다.

과학이 우리 삶에 미치는 영향은 질병과 의학을 훨씬 뛰어넘어 확장된다. 예를 들어, 진화를 이해하면 기원에 대한 우리의 생각이 엄청난 변화를 겪는다. 우리가 침팬지, 심지어 초파리와 DNA의 상당 부분을 공유한다는 사실은 지구상의 모든 생명체와 우리를 심오한 방식으로 연결시킨다. 좀더 실질적으로 호르몬에 대한 이해는 10대에 대한 우리의 태도를 형성하고, 트라우마와 박탈에 대해 아는 것은 범죄 대처 방법에 영향을 미친다. 깊은 차원에서 일어나고 있는 일에 대한 과학의 설명은 우리 삶의 거의 모든 측면을 표현해낸다.

“인간 세포 아틀라스 프로젝트”

삶을 이해하는 우리의 방식을 바꾸는 새로운 과학 같은 상황이 점점 더 많이 발생할 것이다. 그러나 지금은 그중 많은 부분이 숨겨져 있다. 저자는 이 책이 그러한 과학의 가장 중요한 지점들을 대중에게 알려줄 수 있기를 기대한다.

이를테면 세포에 대한 새로운 발견 중 하나를 생각해볼 수 있다. 세포의 근본적 성질에 대한 기초 연구가 우리의 삶과 사회에 중요하거나 어려운 딜레마를 일으키지는 않을 것 같지만, 저자는 그렇지 않다고 말한다.

신경세포는 면역세포와 다르고, 이 둘은 신장세포나 심장세포와도 다르다. 세포생물학의 새로운 영역은 미묘한 수준에서 모든 단일 세포가 고유한 특성을 갖고 있다는 아이디어를 기반으로 한다. 세포의 고유한 특성은 그 위치, 나이, 활성화 상태, 신체 내 이력, 다른 세포와의 상호 작용 등에 영향을 받는다. ‘인간 유전체 프로젝트’만큼 야심 찬 세계적인 노력이 현재 진행 중이다. 바로 1만 명 이상의 과학자가 37조 개의 인체 세포를 모두 식별하고 분류하는 ‘인간 세포 아틀라스 프로젝트’다. 세포 내에서 유전자가 활성화했는지 혹은 세포 내 각각의 단백질이 얼마나 많이 복제되었는지 등을 분석함으로써 단일 세포를 전례 없이 세부적으로 분류한다. 이 프로젝트의 관리자 중 일부는 이런 규모의 신체 세포 조사를 통해 인간 세포의 주기율표를 만들 수 있기를 희망한다. 모든 세포의 차이를 세포의 다양성을 이해하는 하나의 도표로 만드는 것이다. 이런 특정 목표가 실현되든 않든, 모든 과학자는 이 프로젝트가 세포 조직과 장기의 구성 방식, 즉 신체의 다른 세포에서 어떤 세포가 유래하는지, 무엇이 잘못되어 질병에 걸리는지에 대한 더 깊은 이해로 이어질 것이라는 데 동의한다. 이 프로젝트는 이미 인체에서 이전에 알려지지 않은 세포, 즉 새로운 유형의 면역세포와 폐 내벽에 있는 새로운 세포를 발견하기도 했다.

‘정상’과 ‘비정상’의 범주화를 경계한다

신체 세포의 광대한 다양성을 조사하는 것과 같은 발전이 좋은 소식일 수 있지만, 그것이 의미하는 바는 의학 영역을 훨씬 뛰어넘는다. 많은 사람의 신체 세포 구성과 상태에 대해 알게 되면, 우리의 건강을 측정하는 새로운 지표의 흐름을 확립할 수 있다. 이는 많은 게 불안해지는 지점이기도 하다. 의료계는 이러한 세포의 유병률과 특성에 대해 ‘정상’ 범위를 구성하는 것이 무엇인지 정의해야 하고, 이는 해당 범위를 벗어난 세포를 가진 사람을 ‘비정상’으로 분류하도록 이끈다. 우리는 이미 이런 사실에 익숙하다. 사람의 체중과 키로 계산한 값인 체질량지수를 통해 저체중, 정상 체중, 과체중 또는 비만으로 분류하지 않는가. 그러나 개인의 건강 상태를 정의하는 새로운 지표의 출현으로, 우리를 정상 또는 비정상으로 분류하는 완전히 새로운 방법이 등장할 것이다. 필요한 만큼 측정한다면 모든 사람이 어떤 면에서든 건강하지 않을 테고, 이는 우리의 심리에 상당히 중요한 영향을 미친다. 이러한 범주화는 개인의 자아의식과 인간 다양성에 대한 사회의 관점 모두에 심각한 문제가 될 수 있다.

이 책에서 저자는 우리가 어디에 있는지 잘 살펴보기를 원한다. 즉, 그 모든 것의 화려함에 몰두하고 우리가 알고 있는 모든 걸 달성한 방법을 이해하는 동시에 이 모든 새로운 발견이 의미하는 바를 깊이 생각하길 바란다.

인체의 새로운 과학에 대한 광범위한 논의의 중요성

농업·산업·디지털 혁명이 우리의 환경과 사회에 영향을 끼쳤지만, 새로운 인간생물학은 우리 각자에게 개별적·육체적·심리적으로 새로운 힘을 부여한다. 우리 개개인은 그것들을 어떻게 배치할지 그리고 언제 배치할지 스스로 결정해야 할 필요가 있다. 이를테면 가까운 장래에 우리는 우리 자신의 대변과 혈액 성분을 분석한 알고리즘을 통해 영양학적 조언을 받을지 결정해야 한다. 우리 몸의 세포는 특히 면역 체계와 관련해 자세히 조사될 테고, 그 결과는 우리가 이런저런 특정한 문제를 일으키기 쉽다는 걸 보여줄 것이다. 그런 다음 우리는 어떤 예방 조치를 취할지 선택해야 한다. 이보다 더 심각한 것은 명명된 어떤 위험에 처해 있다는 걸 아는 지식으로부터 우리의 자아의식이 바뀔 거라는 점이다.

머지않아 우리는 다른 사람들도 마찬가지일 거라는 지식을 바탕으로 우리의 인지 능력을 향상시킬 기회에 직면할 것이다. 이는 확실히 우리의 자아의식에 변화를 줄 것이다. 또 우울증을 완화하거나 어떤 식으로든 감정을 다독일 약물을 사용할지 결정할 필요가 있을 것이다. 이런 결정이 그리 어려운 게 아닌 것처럼, 우리는 아이들이 태어나기 전을 포함해 우리 아이들을 위해서도 선택을 해야 할 것이다. 이 모든 딜레마는 우리 삶에 엄청난 영향을 미칠 테고, 우리 각자는 그것들을 탐색하기 위해 과학과 직접 접촉해야 할 것이다. 그래프와 데이터는 상황을 설명하는 데 도움을 줄 수 있지만, 과학이 작동하는 방식에 대한 더 깊은 이해가 필요하다. 과학적 아이디어, 특히 인체의 새로운 과학에 대한 광범위한 논의가 사회와 우리 개개인에게 지금보다 더 중요한 적은 없었다.

과학은 때때로 정확성과 정밀함을 가져다주는 것으로 인식된다. 물론 그렇다. 하지만 인체를 더 깊이 연구할수록 우리 자신이 그렇게 정밀하게 정의되지 않는다는 걸 발견하게 된다. 우리는 근본적으로 역동적이고 가소적이며 인간도 아닌 세포의 우주와 얽혀 있다. 이러한 사실은 역사적으로 분열을 조장하고 독단적이던 견해를 무효화한다. 예를 들어, 인종적 순수성은 말도 안 된다. 전 세계에 걸쳐 유전자 변이의 대략적인 지리적 분포가 있지만, 경계가 모호하고 모든 사람은 다른 모든 사람과 연관되어 있다. 과학은 이러한 인간의 다양성을 이해하고 제대로 인식하는 데 필수적이다.

그러나 과학이 이 새로운 시대로 인도함에 따라, 우리는 이런 지식과 그 적용이 새로운 세계 분열의 원천이 되지 않도록 주의해야 한다. 수십억 개의 세포가 함께 작용해 우리를 만드는 방법을 이해하는 것은 고귀한 탐구이며, 우리가 발견한 많은 게 인간 질병의 새로운 치유와 치료법으로 이어질 것이다. 하지만 의료에 대한 세계적 접근 문제를 놓칠 정도로 현혹돼서는 안 된다. 과학은 더 많은 것을 끊임없이 추구하지만 소수를 위한 것이어서는 안 된다. 우리 각자는 측량할 수 없을 정도로 광대한 우주에서 점 하나보다 작은 존재이지만, 우리는 모두 받아들일 수 없을 만큼 장엄함을 지니고 있다. 우리 자신의 신체 내부를 여행하는 것은 우리가 시작한 모험 중 가장 위대하고, 가장 감동적이며, 아마도 가장 중요할 것이다.