생명과 전기 #005

제1부 성장과 재성장

제1장 히드라의 머리와 메두사의 피

전설이 사실로 나타나다

재생은 식물계에서 항상 일어나고 있다. 분명히 이것은 인류역사상 일찍이 알게 된 것이다. 신비스런 씨앗에 그들 미래의 성질을 확보해 두었을 뿐 아니라, 포도나무와 같은 많은 식물들은 몸의 일부분으로 다른 새로운 몸을 만들 수 있다. 일단의 고대 학자들은 동물의 재생에 대해서도 어렴풋이 알고 있었다. 아리스토텔레스는 아주 어린 제비의 눈이 손상에서 회복된다고 했고, 플리니우스Plinius는 문어의 잘려진 발이나 도마뱀의 잘려진 꼬리가 재생한다고 했다. 그러나, 재성장은 일반적으로 식물의 특권으로 생각되었다.

프랑스의 위대한 과학자인 로뮈르는 1712년 동물 재생에 대한 첫번째 과학적 기록을 남겼다. 로뮈르는 평생을 곤충 연구에 바쳤는데, 곤충이란 모든 무척추동물을 의미하는 것으로 도마뱀, 개구리, 어류 같은 것보다 명백히 '하등'의 것들 전부였다. 가재, 새우, 게 등의 연구에서 로뮈르는 이러한 동물들이 잘려 나간 다리를 재성장시킬 수 있다는 보르타뉴 지방 어부들의 주장을 증명했다. 그는 가재를 어선의 생미끼 물통에 두고 관찰하면서 잘려 나간 다리가 재성장하는 모습을 해부학적으로 완벽하게 기술했다. 먼저 조그맣게 복제된 다리가 껍질 속에 형성되었다. 다음 번 껍질갈이 때 껍질이 벗겨지면서 새 다리가 나와 완전한 크기로 성장했다.

로뮈르는 당시의 천재 과학자 중의 한 사람이었다. 불과 스물네 살의 나이에 왕립 과학아카데미 회원으로 선출된 후에도 계속해서 주석을 댄 철강, 로뮈르 자기(불투명 백유리), 모조 진주, 무쇠 주조법, 난자 배양기, 그리고 아직도 프랑스에서 쓰이고 있는 로뮈르 온도계 등을 발명했다. 69세 때에 그는 위에서 소화액을 분리시켜 그것의 소화기능을 기술했다. 다른 모든 성과들에도 불구하고 '벌레'가 그의 평생의 애인이었다. (그는 결혼을 하지 않았다.) 그는 바다에 사는 한 연체동물로부터 자주색 염료를 뽑는 방법을 발견했으며, 거미줄로 비단과같은 유연한 섬유를 짓는 방법에 대한 연구는 중국의 황제를 위해 만주어로 번역되었다. 그는 또한 처음으로 벌들의 사회 생활과 성적 性的으로 분리된 계급체계를 밝혀 냈다. 관찰에 대해 '상식'을 강조하는 왕실 측근의 과학자들 때문에 개미에 대한 그의 철저한 연구는 1926년까지 출판되지 못했다. 그의 연구는 이후 개미학자들이 몇 세대에 걸쳐서 같은 정도의 성과를 이루었을 정도로 대단한 것이었다. 거기에는 비행 중에 교미를 하는 날개 달린 개미에 대한 묘사와, 그것들이 별종이 아니라 날개 없는 개미의 유성有性 형태라는 증명이 포함되어 있었다. 그는 1734년 생물학에 있어서의 하나의 위대한 업적인 <벌레의 박물학 Natural History of Insects> 시리즈 전 6권 중 첫 권을 발간했다.

로뮈르가 과학에 기여한 다른 것들이 너무나도 많기 때문에 재생에 대한 그의 연구는 수십 년 동안 묻혀 있었다. 당시에는 아무도, 별로 중요하지도 않은 동물들이 하는 짓들에 대해 주목하지 않았다. 그러나 다행스럽게도 그의 모든 업적들은 제네바의 한 젊은 박물학자 에이브러햄 트렘블리에게 모두 잘 전해져 있었다. 당시의 많은 지식인들이 그랬듯이 그도 부잣집 자녀들의 가정굣 노릇을 하며 생계를 유지하고 있었다. 네덜란드 헤이그의 한 가정에 고용되어 있었던 1740년 어느 날, 그는 도랑과 연못의 맑은 물에 살고 있는 조그만 동물을 렌즈로 관찰하고 있었다. 이들 중 많은 것들이 로뮈르에 의해 기술되어 있었는데, 우연히 트렘블리에게 이상한 새로운 것이 눈에 띄었다. 그것은 1센티미터가 채 안되었고 어렴풋이 오징어와 닮아 보였다. 그것은 원통형 신체와 그 위에 몇 개의 촉각기관을 갖고 있었고 선명한 녹색을 띄고 있었다. 트렘브리에게 있어서 녹색은 식물을 의미하는 것이었으나, 만약에 이것이 식물이라면 그것은 대단히 독특한 것이었다. 트렘블리가 도랑속의 물을 휘저었을 때, 촉각들은 오므라들고 몸은 옥수수 이삭처럼 수축되었는데, 한참 조용히 있다가 다시 확대되었다. 무엇보다도 특이한 것은, 마치 재주 넘듯이 몸을 뒤집어가면서 '걷는다'는 것이었다.

만약에 트렘블리가, 공생하고 있는 해조류 때문에 녹색을 띠고 있는 한 종족을 발견한 적이 없었다면, 그는 움직이는 능력을 가진 그것들을 동물로 가정하고 다른 관찰로 나아갔을 것이다. 그는 동물인지 식물인지의 문제를 해결하기 위해 그것들을 반으로 잘라 보기로 했다. 만약에 재성장한다면 그것들은 걷는다는 비정상적인 능력을 가진 식물이며, 만약에 재성장할 수 없다면 녹색 동물임에 틀림없는 것이다.

트렘블리는 곧 예상을 능가하는 가장 기괴한 세계로 진입했다. 그는 이것들을 처음에 '폴립Polyp'이라 명명했다. 그는 이들의 몸 가운데를 잘랐다. 그러면 두 부분으로 나누어져 하나는 촉각이 달려 있는 부분이 되는데, 촉각들은 작은 점처럼 오므라들었다. 끈기있게 지켜본 결과, 트렘블리는 두 부분이 나중에 확장되는 것을 보았다. 촉각이 달려 있는 부분은 정상적으로 움직이기 시작했는데, 그것은 마치 완전한 것과 같았다. 다른 부분은 거의 죽은 것과 같았다. 9일 동안 아무 일도 일어나지 않았는데도 무엇인가가 트렘블리로 하여금 실험을 계속하게 만들었다. 9일이 지난 후 그는 잘린 끝에서 세 개의 작은 '뿔'이 솟아 나는 것을 보았고, 며칠 지나서는 촉각들이 전부 완전히 회복되었다. 하나를 반으로 자름으로써 두 개의 완전한 폴립을 갖게 된 것이었다! 그것들이 재생하기는 했지만, 계속 관찰함으로써 트렘블리는 그 생물들이 동물이라는 것을 확신하게 되었다. 그것들은 움직이고 걸을 뿐만 아니라 팔로 작은 수생 벼룩을 잡아 촉각 가운데 있는 '입'으로 가져간 다음 재빨리 삼키는 것이었다.

당시 불과 31세였던 트렘블리는 아마도 그를 웃음거리로 만들지도 모르는 그 사실들을 공표하기 전에 저 위대한 로뮈르로 하여금 그의 발견들을 확인하게 하여 그가 옳다는 것을 뒷받침하도록 해야겠다고 결심했다. 그는 로뮈르에게 표본들과 상세한 설명을 보냈는데, 로뮈르는 즉시 이것은 분명히 놀라운 재생 능력을 가진 동물이라는 것을 확인했다. 로뮈르는 1741년 초 왕립 과학아카데미에 이것을 알렸다. 아카데미는 트렘블리의 폴립이 피닉스나 다른 신화 속의 뱀보다 더 경이롭다고 보고했다. 신화 속의 뱀은 둘로 쪼개진 후 다시 결합되는 능력을 갖고 있었다. 그러나 폴립은 쪼개진 부분들이 각각 완성체가 되어 그 수가 배로 늘어나는 것이다. 몇 년이 지난 후에도 로뮈르의 충격은 가라앉지 않았다. 그가 자신의 벌레 시리즈 제 6권에 썼듯이, "이것은 수백 번을 보고 또 보았지만 도저히  익숙해 질 수 없는 사실이었다."

그러나 이것은 시작에 불과했다. 트렘블리의 폴립은 훨씬 놀라운 묘기를 보여주었다. 세로로 잘랐을 때, 각 반쪽은 우선 잘린 부분의 상처를 깨끗이 회복한 다음 모자라는 촉각들을 재성장시켰다. 트렘블리는 가능한 한 잘게 수많은 조각으로 잘라 보았는데, 가운데 몸의 일부를 포함하는 조각들은 모두 완전한 동물로 재성장했다. 한 예를 들면, 한 폴립을 4등분하면 셋 또는 넷의 폴립이 만들어지는데, 이런 식으로 하여 그는 한 폴립으로부터 50개의 폴립을 만들기도 했다.

그의 가장 유명한 실험은, 폴립에 '히드라'란 이름이 붙여지게 된 실험이었다. 몸은 그대로 두고 머리만 길이로 잘랐을 때 그는 두 개의 머리를 가진 동물을 얻을 수 있었다. 이러한 과정을 반복하여 일곱 개의 머리를 가진 것도 만들 수 있었다. 그 머리들을 잘라 버렸을 때는 신화 속의 동물 히드라와 같이 머리가 새로 성장했다. 그런데 자연이 전설보다 더 경이로운 점이 하나 있었는데, 잘려져 떨어진 머리도 결국 하나의 완전한 동물이 된다는 것이었다.

이러한 실험들은 모든 동물들이 재생할 수 있다는 우리의 첫번째 증명을 제공하는 셈이다. 트렘블리는 계속해서 히드라가 단순한 싹틔우기 방법에 의해서도 성장한다는 것을 관찰했다. 즉, 몸 측면에 조그만 것이 나타나서 완전한 크기로 성장하는 것이다. 이러한 발견들의 의미는 대단히 혁명적인 것이어서 트렘블리는 이 같은 사실을 전부 공표하기를 주저했는데, 로뮈르 같은 사람들의 격려를 받고 출판에 착수했다. 식물과 동물 사이의 엄밀한 구분이 갑자기 모호해졌는데, 이것은 진화상의 시발점이 같다는 것을 암시하며 생명에 대한 기본 가정들이 재고되어야 했다. 그러한 결과로, 트렘블리의 발견들이 모든 사람들에게 열렬히 환영되지는 못했다. 그것들은 옛날의 많은 이론과 가정들을 일축하는 것이었다. 이러한 관점에서 보면, 트렘블리의 지도자였던 로뮈르는 그 시대에 있어서 가장 비범한 과학자였고, 모든 시대를 통틀어서도 그러할지 모른다. 그의 명성에도 불구하고, 그는 언제든지 혁신적인 참신한 아이디어를 받아들일 준비가 되어 있었고, 더욱 중요한 것은 과학자들이 흔히 범하기 쉬운 짓인 남의 아이디어를 훔치는 짓을 하지 않았다는 것이다.

트렘블리의 발표가 있던 무렵에 격렬한 논쟁이 진행되고 있었다. 그것은 예를 들면 닭이 어떻게 달걀로부터 만들어지는가 하는, 개체의 기원에 관한 것이었다. 새로 낳은 달걀을 조사해 보면 거기에는 흰자와 노른자의 두 액체 이외에는 거의 아무것도 없다. 닭을 닮은 형체는 고사하고 식별 가능한 어떤 구조도 보이지 않는다.

거기에는 두 가지 상반된 이론이 있었다. 아리스토텔레스에게서 비롯된 한 가지 이론은 각 동물이 간단한 유기체로부터 오늘날 우리의 세포분열의 개념과 비슷한 과정을 통하여 성장한다는 주장인데, 그것은 후성설後成說이라 했다. 불행스럽게도 트렘블리 자신이 현미경으로 세포분열을 관찰한 최초의 사람들 중 하나였음에도 불구하고 그는 그것이 모든 세포들이 증식되는 일반적인 과정이라고는 생각지 않았다. 세포에 관한 지식도 극히 적고, 특히 유전자에 대해서는 아무 것도 모르면서 논리적 · 과학적 설명을 고집하던 그 당시 후성설은 점점 더 불합리해 보였다. 도대체 어떻게 해서 알이나 정액의 젤라틴질로부터 개구리나 사람이 생길 수 있겠는가? 그 안에 개구리나 사람의 소형 모델이 미리 들어 있지 않다면 어떤 기적적인 신의 힘 없이도 그것이 가능할 것인지 의문시되었던 것이다.

전성설前成說이라고 불리운 나중의 개념은 적어도 50년 동안은 우위에 있었다. 그것은 대단히 널리 받아들여져서, 초기의 현미경 학자들은 정액을 연구할 때 충직하게도 소형 인간을 찾았다고 보고했다. 그들은 각 정액의 머리에 '난쟁이'라고 부르는 소형 인간을 상상했는데 이것은 자기 기만에 빠진 과학적 한계의 좋은 예이다. 로뮈르조차도 모충母蟲속에서 작은 나비 날개들을 찾아내는 데 실패하고는, 그런 것들이 거기 분명히 있지만 너무 작기 때문에 보이지 않을 뿐이라고 가정했다. 트렘블리가 히드라의 실험을 시작하기 불과 몇 달 전에, 그의 사촌이며 제네바의 박물학자인 찰스 보넷은 (로뮈르가 제안한 실험에서) 암진딧물이 짝짓기를 하지 않고도 단위생식에 의해 번식한다는 것을 증명했다. 보넷에게는 이것이 알 속에 자그마한 성체가 들어 있다는 증거가 되었고 그는 일단의 난자 전성설 지지자들의 리더가 되었다.

히드라의 재생과 불가사리, 말미잘, 그리고 지렁이류에서도 발견되는 비슷한 능력은 기성 과학계를 수세로 몰아 넣었다. 로뮈르는 이미 오래 전에 전성설은 어떻게 해서 아기가 어머니와 아버지의 특성을 모두 물려받는지를 설명할 수 없다는 것을 깨달았다. 두 난쟁이가 하나로 합쳐진다는 개념은 너무나 부자연스러웠다. 재성장한 가재의 다리는 각 다리가 모두 미리 만들어진 작은 다리를 갖고 있어야 전성설에 합치된다는 것을 암시하는 것이다. 그런데 재생된 다리는 다시 잃어버려서 몇 번이고 바뀔 수 있기 때문에, 미리 만들어진 작은 다리들을 수도 없이 많이 갖고 있어야만 하는데 아직 아무도 그것을 발견한 적이 없었다.

따라서 재생 현상은 후성설이 옳다는 것을 암시했다. 그러나 어쩌면 혼이 없이, 왜냐하면 혼이 존재한다 해도 몸과 함께 나누어져 구별할 수 없을 테니, 어떤 형태의 물질 자체가 생명의 진수를 포함하고 있는 듯했다. 염색체나 유전자는 고사하고 세포에 관한 지식도 부족했기에, 후성설 지지자들은 그것을 증명할 수가 없었다. 양쪽은 다른쪽의 모순을 지적할 수 있을 뿐이었는데, 정치적 분위기는 전성설 쪽을 지원하는 편이었다.

과학자가 아닌 사람들이 전체적인 논쟁을 점점 참을 수 없게 된 것도 이상한 일이 아니다. 올리버 골드스미스와 토비아스 스몰렛은, 박물학자들이 하찮은 것들에 대한 근시안적 열정에 빠져 자연의 위대함을 망각했다고 조롱했다. 헨리 필딩은 돈의 재생에 대한 풍자문으로 그 논쟁을 풍자했다. 디드로는 히드라를 마치 벌떼처럼 각 개체가 고유의 생명력을 갖고 있는 복합 동물이라고 생각했다. 그는 또한 목성과 토성에 '인간 폴립들'이 있을지도 모른다고 무심하게 말했다. 볼테르는 이러한 실험들로부터 동물 또는 인간 영혼의 성질을 추론하는 것에 대해 회의적이었다. 1768년 달팽이 머리의 재생에 대해 언급하면서 그는 의아해했다. "머리가 잘렸을 때, 그 감각중추, 기억, 관념의 저장고, 영혼 같은 것들은 어떻게 될 것인가? 이 모든 것들이 어떻게 다시 돌아온단 말인가? 다시 태어나는 영혼은 도대체 어떠한 성질을 가졌을까?" 이 모든 것들에 의해 혼란스러워져 그는 오랫동안 동물 재생을 믿기를 거부했다.

이탈리아의 성직자로서 과학을 전적인 취미로 삼았던 라자로 스팔란자니의 연구에 의해, 동물 재생은 더이상 의문시할 수 없게 되었다. 18세기 후반을 통하여 스팔란자니는 낮과 밤 사이에 식물의 증산작용이 역전되는 것을 발견했고, 소화작용, 화산, 혈액순환, 박쥐의 감각 등에 대한 지식을 진보시켰는데, 무엇보다도 중요한 그의 업적은 재생에 관한 것이었다. 그는 20년 동안을 꼼꼼하게 관찰하면서, 지렁이, 굼벵이, 달팽이, 도롱뇽, 올챙이 등의 재생을 연구했다. 그는 모든 것을 철저하게 연구함으로써 새로운 기준을 수립했다. 잘라진 부분을 해부하여 그것들이 완전히 제거되었다는 것을 확인하며, 다음에 몇 달 후 재생된 부분을 다시 해부하면서 모든 부분들이 모두 회복되었다는 것을 확인하는 것이었다.

과학에 대한 스팔란자니의 가장 큰 공헌은 도롱뇽의 재생 능력에 대한 발견이었다. 도롱뇽의 재생 능력에 대한 발견이었다. 도롱뇽은 팔다리와 꼬리를, 필요하면 동시에라도 재생시킬 수 있었다. 한 어린 것은 스팔란자니에게 이 묘기를 석 달 동안에 여섯 차례나 보여 주었다. 그는 나중에 도롱뇽이 턱과 수정체도 대체할 수 있다는 것을 발견하면서 재생에 관한 두 가지 알반적인 법칙을 설정했다. 단순한 동물은 복잡한 동물보다 더 완전하게 재생할 수 있다. 또는 현대적 용어로, 진화단계가 올라감에 따라 재생 능력은 쇠퇴한다. (도롱뇽은 주요한 예외이다.) 개체 발생에서도 마찬가지로, 어떤 것이 재생 능력이 있을 때 어린 것이 늙은 것보다 재생 능력이 우수하다.

이 초기의 재생 연구, 특히 스팔란자니의 연구는 현대 생물학의 길잡이가 되었다. '상식'에 의한 신사적인 관찰들이, 선입관이 허용되지 않는 엄밀한 실험에 무릎을 꿇은 것이었다. 거의 수천 년 동안 식물은 재생할 수 있고 동물은 그렇지 못하다고 '알려져' 왔었다. 트렘블리의 초기 발견 이후 20년이 지났을 때에도, 많은 동물학자들은 얼마 안 되는 예외들은 바로 그 법칙을 증명하는 것에 불과하다고 생각했다. 그것은 재생 능력이 있는 예외들인 문어, 가재, 히드라, 지렁이, 그리고 달팽이 등이 인간이나 다른 포유 동물들과 너무도 달라 보여 중요하지 않게 여겨졌기 때문이다. 당시 유일하게 재생 능력을 가졌다고 알려진 척추동물이었던 도마뱀의 재생 능력 정도로는 어떻게 해 볼 도리가 없었다. 그러나 여기 바로 도롱뇽이 있다! 이것은 지렁이도 아니고 달팽이도 아니며 현미경으로만 볼 수 있는 조그만 것도 아니고, 네 개의 다리와 두 개의 눈을 가지고 걷고 헤엄칠 수 있는 척추동물이었다. 불에 견딘다는 전설상의 능력은 틀린 것임이 판명되었지만, 도롱뇽의 몸은 충분히 크고 또 해부학상 구조도 인체와 충분히 닮았기 때문에 만만치 않은 주목을 받았다. 과학자들은 더이상 현실을 부정할 수 없었다. 사실상, 스팔란자니가 도롱뇽에 대한 첫 보고서 끝에 제기한 의문은 그때 이후로 많은 생물학자들을 시달리게 했다. "더 고등한 동물이 어떤 유용한 방법에 의해 그 같은 능력을 가지게 되기를 바랄 수 있을까? 아니면 이러한 능력을 획득한다는 자체가 허황된 것일까?"

생명과 전기 #006