세포 — 생명의 기본 단위를 발견하다

 

1. 로버트 훅과 『현미경도보』 — 이름이 탄생한 순간

인체가 60조 개의 세포로 이루어져 있다는 사실은 오늘날 생물학의 기초 상식이다. 그러나 이 사실이 알려지기까지는, 먼저 세포를 볼 수 있는 도구와 그것을 기술할 언어가 필요했다.

 

세포를 처음 묘사하고 이름을 붙인 것은 영국의 자연 철학자 로버트 훅(Robert Hooke, 1635~1703)이었다. 훅은 1665년 출판한 『현미경도보(Micrographia)』에서 자신이 제작한 복합 현미경으로 관찰한 60여 가지 대상을 정밀한 삽화와 함께 기술했다. 이 책은 즉각적인 베스트셀러가 되었다.

런던의 크리스토퍼 콕이 로버트 훅을 위해 제작한 현미경이다. 훅은 이 현미경을 사용하여 『미세사진술(Micrographia)』의 기초가 된 관찰을 수행한 것으로 여겨진다 . (M-030 00276) 제공: 빌링스 현미경 컬렉션, 미국  국립 보건의학박물관,  메릴랜드.

 

그 가운데 가장 결정적인 관찰이 얇게 저민 코르크 조각이었다. 코르크를 들여다본 훅은 규칙적으로 배열된 작은 구멍들을 발견했다. 그것은 수도원의 수도사들이 각자 머무는 작은 독방들처럼 보였다. 훅은 이 구조물에 라틴어로 작은 방을 뜻하는 'cell(셀)'이라는 이름을 붙였다. 훅이 본 것은 사실 이미 죽어서 내용물이 빠져나간 세포벽이었다. 하지만 생명 과학에서 가장 중요한 개념 중 하나인 '세포'라는 단어가 이렇게 탄생했다.

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2. 레이우엔훅 — 살아있는 '미소동물'의 세계

훅의 현미경이 약 50배 배율을 달성했다면, 전혀 다른 방식으로 광학의 한계를 밀어붙인 인물이 있었다. 네덜란드 델프트에서 포목상을 운영하던 안토니 판 레이우엔훅(Antonie van Leeuwenhoek, 1632~1723)은 직업상 천의 품질을 확인하기 위해 렌즈를 자주 다루었다. 훅의 『현미경도보』에 자극을 받아 스스로 렌즈 연마를 시작했고, 평생 500여 개의 현미경을 제작했다.

 

그의 현미경은 훅의 것과 전혀 달랐다. 황동판에 작은 구멍을 뚫고 거의 구형에 가까운 극소형 렌즈 하나를 끼워 넣은 단순한 구조였다. 그러나 이 단순함이 오히려 강점이었다. 렌즈가 작을수록 곡률이 커져 배율이 높아지는 원리를 활용해, 당시로서는 믿기 어려운 275배 이상의 배율을 달성했다.

 

1676년, 레이우엔훅은 3주된 후춧가루 물을 현미경으로 관찰했다가 전례 없는 광경을 목격했다 — 물속에 "매우 작은 동물들"이 움직이고 있었다. 이것이 세균(bacteria)의 최초 관찰 기록이었다. 이후 그는 자신의 치아 플라크에서도 같은 '미소동물(animalcules)'을 발견했다.

 

레이우엔훅은 공식적인 과학 교육을 전혀 받지 않았고 영어도 거의 못했다. 그는 300통이 넘는 편지를 네덜란드어로 써서 번역가를 통해 왕립협회에 발송했다. 처음에는 회의적으로 받아들여졌지만, 왕립협회가 조사단을 직접 파견해 그의 관찰을 확인한 뒤 전 유럽의 과학자들에게 알렸다. 한 포목상의 집요한 렌즈 연마가 미생물학(microbiology)이라는 새로운 학문의 문을 연 것이었다.

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3. DNA와 단백질 — 세포 안의 화학 공장

세포는 단순한 구조적 단위가 아니다. 각 세포는 20만 종 이상의 단백질을 대량으로 합성하는 정밀한 화학 공장이다. 이 공장의 설계도가 DNA(디옥시리보핵산)다.

 

DNA의 약 3만 개 유전자는 단백질의 아미노산 서열 정보를 담고 있다. 세포가 단백질을 합성할 때, 먼저 DNA의 해당 부분이 풀리며 정보가 RNA(리보핵산)로 전사(transcription)된다. RNA는 핵 바깥으로 나와 단백질 합성 기계인 리보솜(ribosome)으로 이동하고, 여기서 정보가 번역(translation)되어 특정 단백질이 만들어진다. 전사→번역으로 이어지는 이 정보 흐름의 원리는 분자생물학의 중심 원리(central dogma)로 불린다.

 

단백질은 세포벽의 골격이며 근섬유의 주성분이다. 면역 세포에 지령을 내려 병원체를 공격하게 하는 항체도 단백질이고, 인체의 화학 반응을 조절하는 효소도 단백질이다. 세포 하나하나가 이 정교한 정보 처리와 합성 과정을 매 순간 수행하고 있다.

 

훅이 코르크 조각에서 처음 이름을 붙인 '작은 방'이 사실은 이토록 복잡한 분자적 우주를 품고 있다는 것은, 인류가 200년에 걸친 탐구 끝에 비로소 이해하게 된 진실이었다. <끝>