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<공생, 그 아름다운 공존> 5~7장 발제

이에스 2021.05.13 18:03 조회 수 : 145

5. 혁명의 원자

생명의 진화에서 상호의존성이 중요하다는 사실은 무시되어 왔다. 전통적인 다윈주의에서는 주로 종간의 경쟁 때문에 새로운 형질과 종이 기원했다고 생각한다. 헉슬리(Huxley)는 개인주의적인 그리고 경쟁적인 정신이 진화의 원동력이라고 설득시켰지만 1873년과 같은 옛날에도 동물 수정 연구의 선구자인 벨기에의 피에르-조셉 반 베네덴은 홉스 식의 만인에 대한 만인의 전쟁이 진화적인 변화의 유일한 기작은 아니라고 제안했다. 그는 자연계에서의 사회적인 관계는 인간 사회에서처럼 다양하다고 주장했다. 양자 사이에는 알력, 협력, 기생, 그리고 상호 이익이 있을 수 있다는 것이었다. (132)

질병과 치사 가능성을 어설프게 표현하는 기생(parasitism)’이라는 용어는 더욱 섬세하고 복잡한 생물체 사이의 관계를 나타내는 데는 적합하지 않다고 생각하게 되었다. ‘공생이라는 새로운 용어는 하나 혹은 그 이상의 서로 다른 생물이 다른 생물에 붙어 살거나 내부에서 살아가는 모든 경우를 일컫는다. 원래의 창안자 알베르트 프랑크에 따르면, 이것은 동료 사이의 상호 이익을 나타낸다기보다는 ‘단순히 공존하고 있다’는 것이다. 하지만 이전에는 기생체라고 보았던 많은 생물체들이라도 자세히 들여다보면 동료에게 해를 끼치지 않고 실제로는 어떤 이익을 제공하기 때문에 새로운 용어가 더 적절하다. 반 베네덴은 자연계에서 기생체, 상호 공생체 그리고 독립생활을 하는 생물체를 ‘구분하기는 거의 불가능하다’고 결론을 맺었다.(133)

식물이나 균류와 같은 하나 혹은 전체 공생체가 어떤 상황에서 이익을 얻는가를 고민할 필요가 없기 때문에 공생은 유용한 단어이다. 이 용어를 과학적이라기보다는 정치적인 가치로 바라보려고 한다면 이런 어감은 사라진다.(137) 제 1차 세계대전의 발발 무렵 공생 관계는 병리학의 한 분야로 연구되었으며, 질병은 흔히 공생이라는 개념적인 우산 아래에서 다루어졌다. 진화란 단순히 생물체 집단의 작은 유전적 변화가 축적되어 일어나는 것이 아니라 ‘후천적인 미생물에 의한 유전’에 의해서도 일어날 수 있다는 것이 베이트슨의 급진적인 주장이다. 하지만 이 때는 생물학사에서 이데올로기의 신봉이 가장 드높은 시기였고 그의 주장은 공생의 개념과 함께 묻혀버렸다.(140)

많은 생물학자들은 다윈의 극단적이고 인간 중심적인 관점에 근거하여 인간의 공격성을 설명했다. 이들은 공생의 두 가지 다른 구성원을 동료라고 단순하게 표현하기보다는 ‘주인’과 ‘노예’라는 노골적인 용어로 표현하였다. 세계대전은 모든 생물학적 현상을 설명하기 위한 은유로 ‘생존을 위한 투쟁’이 유행하는 데 결정적으로 기여했다. 역사가 필립 폴리는 남성 생물학자들이 여성들이 생물학계를 지배한다는 조롱에 대하여 자신을 방어하기 위해 이 은유를 열심히 사용했다고 주장했다. 당시 미국에서 여성은 생물학 실험실에서 중요한 역할을 맡았고, 지금도 공생에 ‘여성적’이라는 오명을 씌우고, 생물학에서 중요하지 않은 분야로 다루려는 움직임이 있다.

공생이 적의의 대상이 된 것은 이를 공산주의의 개념과 동일시했고, 파괴되어야 하는 것으로 주장했던 정치적인 생물학자들 때문이었다. 많은 진화생물학자들에게 제1차 세계대전이야말로 크로포트킨의 이론(상호부조)이 틀렸다는 궁극적 증명이었다. 영국과 미국의 다윈주의자들은 실제로 진화가 만인에 대한 만인의 전쟁이라는 선언을 확고하게 믿었고 공생과 상호부조의 개념을 폐기했다. 20세기 중반 미국 ‘시카고 학파’의 이론 생물학자들은 공생을 ‘보다 높은 사회적 기능들’로의 진화상에서 원시 단계이며 방해 요인이라고 보았다. 1963년 일반미생물학회가 공생에 관한 특별회의를 개최하면서 진화에 미치는 공생의 의미심장한 결과에 대한 엄청난 증거들이 제시되었으며 식물학자, 동물학자 그리고 미생물학자가 최초로 모이게 되었다. 냉전시대에서 가장 위기가 고조된 시점에 열렸기 때문에 참여자들은 이들이 논의하고자 하는 생물체 사이의 긴밀한 동맹과 초강대국에 의한 인종살상이라는 악을 대조적으로 언급하지 않을 수 없었다. 결과적으로 공생에 대한 관심은 폭증하여 차세대의 과학사상을 선도할 수 있는 학문으로 인식되었다. 미생물은 생물학의 새로운 기본 재료, 즉 이 공생 혁명의 원자가 되었다. 알베르트 프랑크가 공생을 단순히 과학 용어로 고안한 것이기는 하지만, 세상으로부터 절연된 채로 존재하는 단어는 있을 수 없다.

 

6. 창세기 다시 쓰기

린 마굴리스는 고대 미생물들의 생태학적 교섭이 궁극적으로 현재와 같은 번식 방법에 이르렀다고 주장했다. 이제는 고전이 되었지만 그 이론에서는 핵이 없는 박테리아(원핵생물)에서 핵을 포함하는 현대의 세포(진핵생물)로 도약했다고 제안하면서 진화의 가장 커다란 잃어버린 고리를 설명하려 하였다. 진화에 따른 다른 변이와는 달리 진핵생물과 원핵생물 사이에는 아무런 중간물이 없다. 그것은 마치 돌연변이를 일으켜 사람이 된 꿀벌이 없고 사람이 생쥐, 고양이 그리고 원숭이를 낳을 수 없는 것과 마찬가지다.

동물과 식물은 ‘수직 전달’이라는 과정을 통해서 다음 세대로 유전자를 전한다. 번식 동안 정자와 난자에서 일어나는 것 이외에는 유전물질의 교환은 없다. 이와는 대조적으로 박테리아는 단일 세대 내에 유전자의 수평 전달을 할 가능성이 많다. 이들은 박테리아에서 박테리아로 유전자를 전달한다. 생물학에서 섹스는 결합행동만을 의미하는 것이 아니라 한 가지 이상의 공급원에서 유전자가 재조합되는 현상도 포함한다. 해파리, 자벌레와 같은 일부 생물체는 섹스를 하지 않는 동정생식이라는 방법을 통해 번식할 수 있다. 수평적인 유전자 전달을 사용하는 박테리아는 이와는 반대로 번식 없이 섹스를 할 수 있다.

미생물 생태학자들은 곧 자연 생태계 내에서 유전자 주입 섹스가 보편적일 뿐만 아니라, 박테리아 종 자체가 의심스러울 정도로 서로 다른 종류의 박테리아에서도 빈번하게 일어난다는 사실을 발견하게 되었다. 박테리아는 단일한 종의 구성원이라 할 수 있을 정도로 유전적으로 교차된 생물체로 밝혀질 것이라는 급진적인 의견도 있다. 국소적인 박테리아 군집은 집합적인 뇌와 마찬가지로 거의 모든 생태 문제를 유전적 및 대사적 기작을 사용하여 스스로 해결한다. 특정한 생태적 지위에서 유리한 유전자를 제때에 받으면 살아남는 종으로 바뀔 수 있다. 미생물의 인터넷이라고도 할 수 있는 이 박테리아의 데이터망은 어떤 인간의 뇌보다도 더 많은 정보를 소유한다.

마굴리스는 수백만 년 전에 스피로헤타가 무세포벽고세균의 표면에 부착하여 공생체를 만들었다고 가정한다. 이 결합체는 새로운 먹이를 향해 쉽게 유영하고 스피로헤타가 부착하지 않은 생물들보다 더욱 복합적인 자손을 만든다. 궁극적으로 전광우 박사의 아메바와 박테리아의 관계처럼 이들 초기의 공생체 스피로헤타는 숙주와 구조적으로 통합된다. 마굴리스는 공생성 스피로헤타는 핵이 등장하기 이전에 세포 내로 통합되었을 것이라고 믿는다. 진핵세포에서 다수의 움직이는 세포 구조는 이들 뱀을 닮은, 아주 운동력이 좋은 박테리아로부터 진화했다는 것이다. 우리의 코, 폐, 목구멍, 내이의 평형기관, 동물 정자의 꼬리 속에 있는 머리카락 같은 섬모는 모두 같은 모양과 운동성을 가지고 있으며 이는 과거에 박테리아로부터 진화했다는 것을 알려주는 것이다. 마굴리스에 따르면, 더 중요한 것은 자신의 공생 가설이 입증된다면 진핵생물 내에서의 세포분열의 진화를 설명해줄 수 있다는 것이다.

마굴리스는 세포의 많은 성분들은 보이지 않는 과거의 유물이라고 믿었다. 공생 이론에 따르면, 각 진핵세포는 과거에 이루어졌던 공생 관계의 산물로 가득 차 있는데, 이렇게 형성된 세포는 효율을 최적화하는 자연선택이 일어나면서 변형되었다. 마굴리스에 따르면 미토콘드리아의 진핵생물 조상은 호흡 과정을 통해서 산소를 방출하지만 필요할 경우에는 그렇지 않을 수도 있는 박테리아 포식자였다. 잠재적인 공생자 박테리아가 처음 침입하였을 때 박테리아의 먹이는 아마도 살기 어려웠을 것이다. 그러나 결국 전광우 박사의 아메바처럼 희생자의 일부는 이들 초대받지 못한 손님에 대한 내성을 진화시켰다. 이 침입자는 원래는 자신의 희생자가 될 영양분이 풍부한 세포 내에서 살아 있는 채로 잘 지내게 되었다. 이들이 해를 끼치지 않고 침입한 세포 내에서 번식할 때 이전의 포식자들은 이전의 먹이생물과 상대의 찌꺼기를 먹는 공생 관계를 형성하였다. 이후 10억년 동안 피침입자와 침입자는 생태학적으로 역동적인 동맹을 맺으며 살았다고 마굴리스는 추정한다. 미토콘드리아가 공생기원한 일련의 진화적 사건으로부터 대부분의 복잡한 세포들이 유래했기 때문에 모든 진핵체 유기물질들은 상당히 유사한 에너지 대사를 가지고 있다. 거의 모두 미토콘드리아를 갖는 것이다.

1970년대 진핵세포의 미토콘드리아 내부에서 DNA가 발견됨으로써 박테리아 기원의 문제가 결정적으로 해결되었다. DNA를 조사했더니 미토콘드리아의 유전적 지문은 진핵세포의 DNA보다는 독립생활을 하는 박테리아의 것과 더욱 유사하였다. 이는 미토콘드리아가 숙주세포의 안쪽에서부터 합성되었다기보다는 밖에서 유입되었다는 뚜렷한 증거이다. 미토콘드리아는 자신의 유전자만 가지고 있는 것이 아니라 자신만의 번식 시간표도 가지고 있다. 이들은 종종 세포의 다른 부위와 발을 맞추지 않고 분열한다. 스미스는 미토콘드리아와 같은 공생체는 원래의 구조와 외양을 대부분 잃어버렸다고 주장한다. 하지만 체셔 고양이의 미소와 같이 이상하지만 중요한 물체들이 세포에는 많이 있다.

마굴리스는 새로운 박테리아 합병체는 미토콘드리아의 경우처럼 감염에 의해서가 아니라, 섭취에 의해서도 형성된다고 제안했다. 미생물의 진화적인 모토는 ‘먹는 것이 존재를 결정한다’는 것이었다. 수백만 년에 걸쳐 녹색 박테리아는 길들여졌다. 그 동안 녹색의 죄수는 소화되지 않기 위해 저항했으며, 빛을 모으는 색소를 살아 있는 채로 유지하려 했다. 이들은 따라서 자연적으로 생긴 농장이 되었다. 이들 동맹 관계는 한 생물체가 다른 생물체에 의해 길들여지는 결과로 나타나며 서로 다른 생물체에서 동맹이 형성되면 그런 관계를 형성하지 않은 이웃보다 더 많은 자손을 남기게 된다. 마굴리스는 식물이 햇빛을 향하는 것은 이들 스스로의 유전자 때문이기도 하지만 내부의 공생자로부터 지식을 받기 때문이기도 하다고 추측한다. 햇빛이 충분하지 않다면 식물세포의 엽록체는 고통을 받는다. 박테리아에 대한 언어는 죽음의 사자가 아니라 동적인 변화의 중개자로 점진적으로 변형되고 있다. 따라서 다른 생물체를 명명, 동일시, 분류하는 과학인 분류학은 특별한 위기 상황에 처하게 된다.

다윈은 진화를 가지를 뻗는 나무로 그렸다. 그의 체계에서는 자손이 너무 차이가 나서 두 개의 종으로 분류될 정도가 되면 서로 갈라져 분기한다. 그러나 이제 분류학자가 너무도 좋아했던 생명의 말끔한 나뭇가지들은 포크로 찍을 수 있는 양만큼의 스파게티를 닮았다. 1980년대 초 분자생물학자 카를 뵈제는 가지를 뻗는 나무라는 초기 진화 모델을 거부하고 우리의 공통 조상은 단 하나의 세포가 아니라 노아의 방주-느슨한 공생 상태의 유전자 교환 박테리아 세포의 다양한 조합-에 가까운 것이라 믿었다. 이 합병 마니아의 세계를 논리적으로 인정하면 기존의 표준 분류 체계와 생물체의 명명법은 흔들리게 된다. 우리의 새로운 공생 행성에서 잘못된 것은 생물체 사이의 관계가 아니라 인간이 동료 생물체에 관해서 말하던 방식이다. 창세기는 다시 씌어져야만 한다.

 

7. 에덴의 새 정원사

생명의 공생 관계가 기본적으로 중요하다는 것을 깨닫기 위해서는 생태적 다윈주의라 할 수 있는 새로운 통합 연구 분야가 필요하다. 그것은 창안, 상호 의존 그리고 역동성이라는 진화의 세 가지 핵심 과정에 더욱 초점을 맞춘다. 미생물은 진화에서 가장 창안적인 요소는 아닐지 모르지만 가장 창안적인 요소 중의 하나다. 생물체 사이의 상호 의존성은 이들 사이의 경쟁만큼이나 중요하다. 그리고 공생과 같은 친밀한 동맹은 내적으로 역동적이며 공생 관계를 갖는 상대방에서는 고도의 유연성을 나타낸다.

진화에서의 상호 의존이 경쟁만큼이나 중요하다는 생태적 다윈주의의 교리는 명백한 것으로 보인다. 하지만 과거 50년 동안 가장 영향력 있었던 다수의 진화생물학자는 거의 배타적으로 경쟁에 초점을 맞추어왔다. 다윈은 생물체 사이의 상호 의존을 날카롭게 꿰뚫어본 사람이었다. 『종의 기원』에서 그는 ‘경쟁’보다는 ‘길들이기’라는 단어를 두 배 이상 많이 사용한다. 분자생태학이라는 새로운 학문적 기법을 사용하여 유전학자들은 최근 식물 뿌리가 주변의 미생물들과 이루는 관계가 바로 이런 길들이기 과정이라는 사실을 발견했다. 식물이 주변에 있는 박테리아를 길들이는 혁명적인 능력은 아마도 콩과식물의 공생에 관한 유전학적 연구가 가장 잘 보여준다. 각 콩과식물과 뿌리혹박테리아의 관계는 사기꾼을 궁지에 빠지게 하고 유전적으로 길들인 뿌리혹박테리아를 식물이 배양하도록 하는 수단을 진화시켜온 것 같다. 길들인다고 해서 다 콩과식물과 같은 공생성 통합을 이룩하는 것은 아니지만 생물체와 이들의 미생물 동료 간의 길들이기 협정은 임의적인 경우는 없으며, 예외라기보다는 법칙에 가깝다.

주변과의 상호 의존성을 제거하고 연구한 생물은 지속될 수 없으며 궁극적으로 생명이 없는 단위이다. 생태적 다윈주의의 처음의 두 교리(창안과 상호 의존)는 확고한 것 같다. 생물체의 상호 의존성은 이들 사이에서 일어나는 경쟁만큼이나 중요하다. 공생과 같은 친밀한 관계가 내적으로 역동성이 있다는 것은 아마도 진화 이론에서 가장 급진적인 주장일 것이다. 균류로 이루어진 균근은 토양, 계절, 심지어는 날씨와 같은 다양한 요인에 다라 식물의 영양분을 뺏기도 하고, 순수 공헌자가 되기도 하는 것이다. 곤충에 가장 널리 퍼져 있는 월바키아라는 박테리아 공생체는 이점을 가져다주기도 하지만 죽음을 가져다주기도 한다. 생물학적인 동맹은 내적으로 역동적인 현상이다. ‘상호부조자’ ‘기생자’ ‘병원균’은 불연속적인 개념이라기보다는 연속선상에서 애매하게 자리잡고 있는 것으로 보는 것이 좋다. 두 생물체 사이의 관계는 유동적이라 그 관계가 연속선상에서 어느 지점을 점유하고 있는지를 아는 것은 어렵다.

과학자는 세계 주요 식량작물을 다수 포함하고 있는 콩과식물의 재배에서 공생관계를 무시해왔다. 유전자 조작 변종과 비료, 제초제 그리고 살충제가 복합적으로 경작된 생물다양성을 대체할 때 미생물 동맹군이나 균류 공생체와 같은 완전한 관계는 제일 먼저 무너진다. 이제 경작 시스템의 자기 재생 측면(유기농 혹은 ‘자연 시스템’)을 고려해야 한다는 목소리가 커지고 있다. 만약 우리가 생태적 다윈주의를 받아들인다면 생물 세계의 어떤 것도 이전과 독같이 보이지 않을 것이다. 우리는 다른 모든 생물체들과 마찬가지로 우리의 미래가 완전히 커다란 생물학적 전체의 미래와 생태적으로 연결되었다는 것을 보다 능동적으로 깨달아야 한다.

 
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