생명이 생겨난 과정

트랜스포머 - 생명과 죽음의 심오한 화학
닉 레인 지음, 김정은 옮김 / 까치 / 2024년 6월

 진화론은 매우 흥미롭다. 나는 지리학과 진화론, 우주론, 생물학 책을 가장 좋아한다. 다른 모든 학문이 훌륭하고 재미있지만 위의 것들이 모든 것이 일어난 근원을 가장 잘 설명하는 느낌을 주기 때문이다. 진화론은 이 중에서 지구상의 생물과 인간이 어쩌다 이렇게 되었는지를 가장 잘 설명한다. 이런 진화과학을 세계 최고의 물질 국가인 미국인은 고작 35%만이 믿는다고 한다. 웬만한 경제 중진국보다도 낮을지도 모른다는 생각이 들어 가끔 무척 역설적으로 생각된다. 하지만 진화과학은 생명이 어떻게 탄생했는지는 설명하지 못한다. 일단 생겨났고, 그 이후의 변화 양상과 그 이유를 설득력 있게 제시하는게 중점이다.

 책 트랜스포머는 생명이 생겨난 과정을 설명한다. 그래서 올 상반기에 본 책 중에 가장 인상적이었다. 물론 책은 어렵다. 저자는 교양 과학서를 쓰는 다른 저자들과 다르게 화학식을 본인 입장에서는 매우 쉬웠겠지만 일반인이 보기엔 어렵게 썼다. 그래서 나도 읽는 게 쉽지는 않았다. 

1.크레브스와 역크레브스 회로

 자손을 남기려면 세포는 성장과 수선을 해야 한다. 그리고 번식과 유지를 위해 궁극적으로 자신을 복제할 수 있어야 한다. 그러려면 온전히 기능하는 물질대사의 연결망이 필요하다. 결국 살아 있다는 것은 이런 연결망을 통해 물질과 에너지가 끊임없이 흐른다는 의미이다. 그리고 이 물질과 에너지를 흐르게 하는 것이 크레브스 회로다. 한 방향으로는 에너지를 만들고 반대방향으로는 물질을 만든다. 정방향 크레브스 회로는 먹이의 탄소골격에서 수소 원자를 뜯어내어 산소와 이를 결합하여 에너지를 만든다. 즉, 산화를 하는 것인데 이것이 세포호흡의 과정이다. 이 각 단계마다 방출되는 에너지는 절묘하게 포착되어 세포에 사용되고 활성이 없는 물과 이산화탄소는 배출된다. 그리고 역방향으로 작용하면 대부분의 아미노산이 여기서 직접 혹은 간접적으로 만들어진다. 그래서 역크레브스회로는 세포의 성장과 재생을 일으키는 생합성 엔진 역할도 한다. 여기서 축적되는 분자들은 세포의 상태를 유전자에 알려서 수 백개에서 수 천개의 유전자를 켜거나 끈다. 그래서 생명은 같은 경로는 통한 에너지의 생산과 분자의 합성이라는 상반된 과정을 균형있게 잘 해결해야 한다.

 아미노산이 질소를 잃으면 카르복실산이 되고 포도당이 분해되어도 카르복실산이 된다. 즉, 카르복실산은 생합성과, 에너지 생산의 단계에 중첩된다. 그리고 피브루산을 물에 넣으면 카르복실산이 된다. 크레브스 회로에서는 탄소6개의 포도당이 탄소3개의 피브루산 2개로 쪼개지고 각각의 피브루산이 아세틸CoA로 분해되어 크레브스 회로에 공급된다. 그래서 이 회로가 한번 돌면 이산화탄소 분자 3개와 수소분자 5개에 해당하는 것이 생성된다. 이 수소는 산소에 공급되어 세포 호흡을 거쳐 ATP를 생산한다. 포도당은 수소가 12개지만 크레브스 회로를 한 번 돌면 그 이상인 수소 20개를 얻는다. 8개는 중간에 투입되는 물을 쪼개 얻는 것이다. 그래서 대사를 활발히 하려면 물을 충분히 마셔야 한다.

 세포막은 지질로 이뤄졌고, 6나노 두께다. 입자의 이동을 차단해 양성자조차 통과가 안딘다. 하지만 크레브스회로에서 생긴 2H를 태우려면 막이 필요하다. 2H들은 NAD+ 와 결합해 NADH가 된다. NADH는 2H를 산소에 전달하여 물을 형성하고 그 과정에서 에너지를 포획한다. NADH는 직접 세포로 전달하진 못하고 막자체와 연결되고 줄줄이 이어져 있는 운반체를 따라 전자가 이동한다. 이것이 호흡연쇄다. 전자는 운반체를 따라 세포내로 이동하는데 이러면서 세포 막과 밖의 양성자 농도차가 생긴다. 즉, 전위차가 생겨나고 양성자가 막 안쪽의 단백질 터빈을 돌리며 ATP가 합성된다. 동물마다 조금 다르지만 인간은 8개의 양성자를 돌려 3개의 ATP를 생성한다. 그리고 1개를 사용하고 2개를 다음 ATP생성을 위해 저장한다.ATP합성효소는 모든 미토콘드리아에 수천개씩 박혀있다. 그리고 이것들은 초당 500회가 넘는 회전을 한다. 

 세균도 세균 세포를 둘러싼 막이 하전되며 세포의 힘장을 형성하고 이를 통해 ATP보다 강한 에너지를 합성한다. 이러한 양성자 동력은 가장 오래된 세균 중 일부에서 이산화탄소 고정을 일으킨다. 

 작은 황세균은 아무 문제 없이 크레브스 회로를 역으로 돌린다. 이때 작고 붉은 단백질을 이용하는데 이것을 패레독신이라 하며 광합성에서 ATP생산과 이산화탄소 고정에 필수다. 이는 철을 함유해 붉은 색이다. 패레독신은 몇개의 원자로 이뤄진 작은 광물 격자 한 두개와 결합하여 이를 황-철 클러스터라고 한다. 페레독신과 이 클러스터가 결합하면 전자를 전달하는 강한 능력이 생긴다.

 페레독신은 가장 반응성이 없는 분자에도 전자를 넣을 수 있는데 여기에는 대가가 따른다. 페레독신이 산소와 자발적으로 반응하여 산소 농도가 낮을 때도 산화하는 것이다. 산소가 페레독신에게 홑전자를 잃으면 반응성이 있는 자유라디칼이 된다. 산소자유라디칼은 세포막의 지질을 산화시키고, 단백질 불활성과 유전자에 돌연변이를 일으킨다. 그래서 식물은 페레독신을 사용하지만 부작용을 완화하기 위해 그 사용을 엄격히 한다. 페레독신의 전자는 NADP+로 전달되어 NADPH를 형성한다. 자유라디칼 생성을 막기 위해 이산화탄소에 직접 전자를 넘기지 않는 복잡한 단계를 거치는 것이다. 

 식물에는 루비스코 단백질이 있는데 이는 산소와 이산화탄소를 잘 구분하지 못한다. 그래서 대사가 매우 비효율적으로 이뤄지는데 이는 위와 관련이 있는 것으로 보인다. 날이 더우면 식물은 기공을 닫는데 그러면 루비스코는 이산화 탄소 공급은 줄고 대사에서 생겨나는 산소가 많아져 페레독신이 산소와 만나 자유라디칼이 생길 가능성이 높아진다. 하지만 비효율적으로 산소로 광호흡을 하여 산소농도를 줄여 이 과정을 막게 된다.   

2. 생명의 시작

 크레브스 회로가 생명의 기원과 관련하려면 이것은 열역학적 선호가 있어야 한다. 역크레브스회로는 이산화탄소와 수소가 필요한데 초기 지구는 이산화탄소가 다량 존재했고 열수분출구 근처로는 수소가 꾸준히 공급되었다. 세균과 고세균에서 모두 발견되는 이산화탄소 고정 독립영양 경로는 아세틸 CoA뿐이다. 이는 이 경로가 양자의 공통조상에서 유래했음을 의미한다. 

 아세틸 CoA 경로는 크레브스처럼 수소와 이산화탄소에 의존하나 더 오래되었을 가능성이 있다. 이 경로는 짧은 선형 경로이고 이산화 탄소 고정을 위해 ATP가 필요없으며 고대의 철황 단백질을 활용하기 때문이다. 하지만 이 경로는 크레브스 회로와는 다르게 당과 아미노산을 합성하지 못한다. 

 이런 선형반응은 의미가 있으려면 흩어지는 것보다 모이는 게 빨라야 하고 그런 장소가 광물의 표면이 될 수 있다. 전자 1쌍이 광물 표면에서 광물과 아주 가까이 있다면 인근의 이산화탄소의 탄소로 전달되게 된다. 그러면 공유전자쌍 1개가 탄소에서 이산화탄소의 산소로 이동해 음전하가 발생한다. 이 불안함으로 인해 산소의 전자가 광물 표면으로 전달된다. 이 과정은 세포의 페레독신이 이산화탄소로 전자를 전달하여 안정화하는 과정과 매우 유사하다. 

 광물에서 탄소 원자로 전자 1쌍이 이동하면 삼중결합 산소가 전자를 돌려받고 탄소의 음전하에 주변의 양성자가 결합하여 수소가 생겨난다. 그리고 이 수소와 탄소가 결합해 유기분자가 생성되는 것이다. 포름알데히드다. 이 포름알데히드에서 산소의 전자쌍이 인근 양성자와 공유되어 OH가 형성된다. 산소가 마지막 전자쌍을 만타 OH- 가 되어 떨어져 나가고 광물표면에는 에틸기가 남는다. 

 이 반응은 양성자가 풍부한 산성환경에서 잘 일어나면 물이 생성되는 탈수반응이다. 메틸기가 CO 옆에 있으면 아세틸기가 생성되고 아세틸기가 산소음이온과 반응해 아세트산 이온이 방출된다. 그리고 전자가 광물사이로 이동이 가능하다. 이렇게 광물에서 전자가 다시 채워지기에 광물에서 전자가 나오면서 생기는 처음의 반응이 지속적으로 가능해진다. 

 수소와 이산화탄소의 반응은 어렵다. 그래서 촉매인 황-철광물이 필요하다. 촉매가 지속되려면 수소에서 전자가 보충되어야 하는데 수소는 매우 안정적이라 이것이 어렵다. 하지만 심해열수분출구에서는 압력이 높아 수소의 농도가 높아 이것이 가능해진다. 수소와 이산화탄소의 국지적인 H+농도인 Ph로 결정된다. 이산화탄소의 경우는 산성이 유리하나 수소는 그렇지 않다 수소는 전자를 황철광물로 전달하면 산성도가 더욱 높아진다. 이는 열역학을 거스르므로 일어나기 어렵다. 그래서 세포는 자신의 산성도를 조절한다. 모든 세포는 H+를 세포바깥으로 퍼내어 세포의 밖을 더욱 산성으로 만든다. 

 양성자 동력의 가장 본질적 요인은 이산화탄소 고정이다. 그 예가 에너지전환 수소화효소다(Ech). 이 막단백질은 수소에서 페레독신으로 전자를 전달하는 철-니켈-황 클러스터로 이뤄진다. 이 클러스터중 2개는 막에 있는 양성자 통로 바로 옆에 있으며 그 성질을 결정하는 것이 양성자와의 결합으로 국지적 PH다.Ech는 양성자와 결합하고 수소에서 전자를 받아들 일 수 있다. Ech는 반응성이 더 커져 자신의 전자를 페레독신에 넘길수 있고, 페레독신은 그 전자를 이산화탄소로 보낸다. 

 Ech는 일종의 스위치로 산화상태에서는 수소에서 전자를 추출하고, 환원상태에서는 패레독신에 전자를 넘긴다. 그런데 이것과 비슷한 현상이 열수분출구에서 가능하다. 열수분출구에서 서로 가까이 위치하는 미세한 구멍이 2개 있으면 그 구멍이 각각의 세포 역할을 한다. 알칼리 열수에서는 수소의 반응성이 높고, 산성바다에서는 이산화탄소의 전자수용이 높다. 두 위상을 분리하는 얇은 장벽이 황화철 광물이면 이 장벽을 통해 수소전자가 반대쪽의 이산화탄소로 전달이 가능하다. 

 저자는 이것을 세포의 탄생으로 본다. 이렇게 생겨나는 것이 많아지고 구멍대신 세포막 역할을 하는 지방산은 자연상태에서도 매우 쉽게 세포막처럼 만들어진다. 이렇게 만들어진 유기물이 보호되고 더욱 농축되면서 세포가 되어버린 것이다. 

 뉴클레오티드는 이산화탄소를 고정하고, 수소 전달에 관여한다. 그래서 이것이 나타나면 유기물 합성에 엄청난 양의 되먹임을 갖고 온다. 유기물이 농축되고 더 많은 물질이 화학반응으로 생겨나며 우연히 뉴클레오티드가 합성되면 여기서 무작위로 RNA가 나타날 가능성이 높아진다. 여러 형태의 RNA 중 화학반응의 양의 되먹임을 강화하는 작용을 한 것은 자연선택으로 더욱 선택되었을 것이고 반대역할을 하는 것은 세포가 사라져 버렸을 것이다. 

 물과 친화력이 적은 소수성 RNA와 소수성 아미노산은 상호작용하여 소수성 펩티드를 형성한다 .이것이 원세포의 막을 분할한다. 즉, 최초의 번식이 시작 된 것이다.

3. 산소의 등장

 산소가 생성되는 환경에서 생명체가 출현할 가능성은 거의 없다. 수소는 이산화탄소와 반응해야 유기분자가 생겨나는데 수소는 이산화탄소보다는 산소와 격렬히 반응해버리기 때문이다. 산소는 짝을 이루지 않은 전자를 두 개나 갖고 있어 폭발적인 반응 잠재력을 갖는다. 하지만 녹슨 철의 경우처럼 홑전자를 제공하는 분자와만 반응을 하고 안정적인 것과는 반응하지 않기에 생각보다 쉽게 반응하지 않아 대기에 안정적으로 축적된다. 

 캄브리아 대폭발기에는 생명이 갑작스레 커지고 다양하게 분하했다. 저자는 이것을 산화 크레브스회로의 덕으로 본다. 호기성 호흡은 약 40%의 에너지 효율을 갖지만 혐기성 호흡은 10%의 에너지 효율만을 갖는다. 에너지 효율은 먹이 그물의 영양 단계수를 제한한다. 그래서 호기성 호흡이 없으면 먹이 사슬 단계가 없거나 무척 적기에 생물체의 크기가 커질 수 없다. 

 따라서 광합성 이전에는 생명의 동력인 전자의 흐름이 열수분출구나 화산 정도의 지구 내부 물질 분출로만 가능했기에 지구 생명은 커질 수없고, 다양화할 수 없었다. 초기의 전자수용체는 산소가 아닌 이산화탄소였을 가능성이 높다. 이산화탄소로 수소의 전달이 반복되면 CH4와 물이 폐기물로 형성된다. 2개의 수소가 이 과정에서 양성자를 퍼내는데 이는 호기성 호흡의 1/5수준이다.   

 영양이 이처럼 낮으니 고세균들은 서로의 폐기물에 의존했을 가능성이 높다. 메탄생성고세균은 메탄을 폐기물로 내놓고, 메탄영양세균은 메탄을 산화시켜 에너지를 얻으며 양자가 공생하는 것이다. 결국 세균들은 혼자서 살지 않고 서로의 물질대사를 최적화시키는 방식으로 긴밀하게 협동하며 살아간다. 

 산소는 일종의 폐기물이고 최초의 대규모 오염물질이라 할 수 있다. 물에서 수소 두개를 추출하기 위해 물이 쪼개지는데 이 과정은 매우 어려우나 엽록소가 이를 해낸다. 엽록소는 붉은 광자를 흡수하여 전자를 들뜨게 한다. 들뜬 상태의 전자는 원래 주인을 벗어나서 막속에 박혀 있는 전자 전달을 통해서 빠르게 도망친다. 그리고 엽록소는 전자 대신 물을 채워넣으며 이렇게 빛을 전기로 전환하게 된다. 

 23억년 전 대산화사건이 일어난다. 이는 대규모 광합성의 증거로 엽록소의 등장을 의미한다. 그리고 온실기체인 메탄이 산소와 반응하며 지구가 냉각화한다. 대기 중 산소농도는 광합성으로 인한 공급과 호흡, 부패, 광물의 산화로 인한 소비의 차이로 결정된다. 그래서 산소가 축적되려면 산화되지 말아야 하는데 이유는 알수 없지만 대산화사건 이후 10억년간 산소는 산화를 피할 수 있었다. 

 그러다 5억 6천만년전 대산화사건 이후로 축적된 황산염이 대량으로 해양에 유입되며 황철석을 형성한다. 황철석이 유기탄소에서 뜯어낸 전자와 같이 파묻혔는데 여기서 C12가 대량으로 발충되었다. 이것이 산화를 일으켜 산소농도가 감소한다. 그래서 2억 5천만년전은 지구 온난화의 시기가 된다. 산소가 감소하고 이산화탄소가 늘어났으며 악취가 나는 황화물 바다가 독소를 뿜어 대양에서 95%의 생물이 멸종하낟. 살아남은 5%는 호흡계와 순환계를 갖고 있어서 능동적으로 산소를 공급해서 살아남아 지금 모든 생물의 조상이 된다. 

 이 살아남은 동물들은 초기 좌우대칭동물로 미소글로빈과 헤모글로빈 같은 색소를 이용하여 산소를 저장하고 순환시키고 이산화탄소를 제거한다. 그리고 구시대적 방식은 적당한 황화물도 다룰 수 있다. 이들은 효소로 황화수소에서 전자를 떼어내어 산소에 전달하여 황화물을 해독한다. 이 방법으로 저산소환경에서 생존한 것으로 보인다. 

 역크레브스 회로에서는 푸마르산을 숙신산으로 전환하는 푸마르산환원효소가 있다. 이효소는 미토콘드리아의 막에 박혀서 호흡연쇄에서 전자를 포획한다. 따라서 산소가 없으면 푸마르산이 최종전자수용체가 되어 버린다. 그러면 폐기물로 숙신산이 생기고 약간의 양성자를 퍼내어 ATP합성이 가능하다. 숙신산의 축적은 저산소 상태에서의 생리적 적응을 의미한다. 그리고 이는 많은 유전자를 활성화한다. 산소가 풍부하면 푸마루산 환원효소의 스위치가 꺼지고 숙신산 탈수효소가 활성화하여 정반대의 작용이 일어난다. 즉, 숙신산은 산소조건에 따라 크레브스의 유동방향을 바꾸는 하나의 분기점작용을 한다.  

 23억년 전의 대산화사건 이후 20억년간 산소농도는 낮게 유지되었다. 대부분의 세균과 고세균은 크레브스를 회로가 아닌 선형으로 이용했다. 미생물은 변화하는 환경에 휘둘리고, 이들은 생존을 위해 유전자를 상황에 따라 켜고 끄며 물질대사의 방향을 조정한다. 

 동물의 다세포구조는 물질대사 상태를 동시에 개별적으로 바꾸는 병렬처리를 가능하게 한다. 단세포와는 차원이 다른 것이다. 그러면서도 각 조직의 유동유형은 서로 균형을 이룬다. 세균과 고세균은 서로 공생하며 이를 부분적으로 해냈는데 동물의 다양한 조직은 같은 신체내에서 이와 비슷한 작용을 하고 있는 것으로 보인다. 한 조직의 폐기물이 다른 조직의 대사에 사용될 가능성이 있는 것이다. 

4. 노화와 암

 유전자가 물질대사를 조절한다는 생각은 단순하다. 그보다는 조직들간의 섬세한 공생이 동물의 건강과 수명을 좌우한다는게 지금의 생각이다. 저산소증, 감염, 돌연변이는 수백, 수천의 유전자를 끄거나 켠다. 세포와 조직이 안정된 상태가 변하며 조직의 기능이 문제가 생기고 생합성 경로가 주춤하고 ATP합성이 줄고, 조직간의 섬세한 공생망이 파괴되는 것이 노화다.

 암은 통념과 다르게 유전체병이 아니다. 암유전자의 효과는 확정적이지 않고 잠정적이다. 암이 불량한 세포하나에서 유래한 것이라면 그 돌연변이가 모든 종양세포에서 발견되어야 하나 그렇지 않다. 많은 종양의 같은 위치에서 다른 돌연변이가 관찰되며 이는 종양이 유전체보다는 살아가며 축적되는 것임을 의미한다. 즉, 주변 환경의 영향을 많이 받는 것이다. 실제로 종양을 채취하여 건강한 개체안에 넣으면 종양은 번식하지 못하고 대개 사멸한다. 

 암세포는 효모처럼 산소가 있을 때에도 포도당으로 호흡하기 보다는 발효하는 경향이 있다. 젖산은 카르복실산의 일종으로 쉽게 양성자 하나를 내놓고 이온을 형성한다. 동물에게서 젖산은 피브루산에서 형성되며 포도당 발효의 폐기물이다. 그리고 젖산의 누적은 대개 산소의 부족을 의미한다. 즉, 크레브스 호흡을 통한 충분한 ATP생성이 이뤄지지 않는 것이다. 

 발효도 호흡처럼 ATP를 생성하나 그 양이 10%에 블과하다. 포도당을 피브루산 이온으로 분해하면 보통 ATP2분자,  NADH 2분자가 만들어진다. 산소 부족에서의 문제는 너무 많은 NAD+가 2H를 받아들여 NADH가 된다는 점이다. NADH가 산화되어 NAD+로 돌아가지 못하면 해당과정에서 포도당이 분해되어 나오는 2H들을 받아들일 수가 없게되어 ATP생성에 문제가 생긴다. 

 NAD는 2H를 호흡하여 ATP를 생산하고, NAPDH는 주로 생합성을 일으켜 새로운 분자를 생성한다. 세포가 충분한 NAPDH를 생성하지 못하면 산화스트레스에 취약해지고 프로그램된 세포 죽음에 의한 자살가능성이 커진다. 암세포는 더 많은 NAPDH를 생성해 세포자살을 회피한다. 암세포는 단백질을 덜만들고 덜 작동시켜 ATP생산을 버리고 ,호기성 해당과정으로 바꾼다. 

 산소가 부족하면 푸마르산이 대체 전자 수용체로 이용된다. 푸마르산환원효소가 미토콘드리아의 내막에 박혀 이것이 가능하다. 이 전자가 푸마르산 이동으로 흘러 숙신산 이온을 폐기물로 내놓고 양성자 4개를 퍼내어 약간의 ATP를 합성한다. 폐기물인 숙신산이 축적되면 미토콘드리아에서 나가질 못한다. 숙신산은 숙신산의 정상작용을 차단하는 프롤린수산화효소와 결합한다. 이것은 저산소증 유도이자 또는 HIF1a이라 불리는 다른 단백질을 표적으로 분해한다. 

 HIF1a는 생성되지 마자 프롤린 수산화효소에 의해 분해되기에 반감기가 고작 5분이다. 저산소 농도로 숙신산이 축적되면 HIF1a의 분해가 차단된다. 그러면 HIF1a는 세포의 핵으로 이동하여 여러 유전자를 켜서 세포의 질식을 막는다. HIF1a켜는 유전자는 성장과 염증을 을이크는 것이다. 그래서 대개의 저산소증은 감염이 유발한다. 증식하는 세균과 면역세포는 산소를 공급보다 빨리 소비하여 부종과 손상, 부분적인 혈관의 폐색으로 이어진다. 염증신호는 새로운 혈관의 성장과 면역세포의 증식, 더 많은 세포의 죽음에 대한 방관자 세포의 내성을 촉진한다. 

 결국 숙신산은 호흡에서 전체의 상태를 실시간 체크하고 평가 반영하여 균형을 유지한다. 숙신산탈수효소나 푸마르산수화효소같은 효소에 돌연변이가 생기면 건강한 세포에 숙신산이 축적된다. HIF1a와 그와 연관된 단백질은 후성유전효과를 일으킨다. 이들은 산소가 있을 때도 해당과정의 스위치를 활성화시켜 세포가 성장한다. 초기 동물의 이 장치는 그 자리에 내내 있었으나 필요할 때까지 스위치를 끈다. 하지만 크레브스회로의 돌연변이가 이 장치를 켜고 다시 끄기가 어려워 암위험이 높아지는 것이다. 

 인간이 쉬고 있어 ATP요구량이 낮아지면 양성자가 ATP합성효소로 흐르지 않고 외부에 남게 된다. 그러면 막 전위가 높아진다. 효흡은 지나치게 높으면 막 전위를 거스러게 되어 양성자를 퍼내기 어려워진다. 산소로의 전자 전달속도가 느려지고 이는 NADH산화하지 못함을 의미하며 크레브스 회로가 잘 작동하지 않는 결과로 이어진다. 

 이렇게 NADH의 농도가 높고 세포막 전위가 높으면 전자가 호흡연쇄롤 빠져나와 산소와 직접 반응하여 반응성 산소종을 형성한다. 반응성 산소종은 지절과 단백질, 유전자를 손상시키고, 몸은 과도한 막전위를 동력으로 삼아 NADH를 NAPDH로 전환한다. 

 암은 글루타민을 좋아한다. 혈관을 돌아다니는 암모니아의 농도가 증가하면 근육의 분해를 통해 새로운 글루타민을 합성해 이를 제거한다. 그래서 암은 글루타민을 얻기 위해 신체를 분해한다. 암이 심각해지면 살이 빠지는 이유다. 

 나이가 들수록 호흡이 감퇴한다. 그러면 미토콘드리아에서 반응성 산소가 증가하고 이들이 빠져나가는 속도가 줄어든다. 그래서 크레브스의 속도가 느려진다. 정방향 크레브스회로의 작동으로 소화되지 못한 시트르산은 CoA와 옥산로산으로 분해된다. 그러면 히스톨이 아세틸화하여 후성유전 스위치가 켜지고 성장과 세포가 증식하는 염증이 축진된다. 식욕저하와 근육의 약화, 단백질 섬유가 분해되어 아미노산이 방출되고 글루타민으로 다른 곳에 사용된다. 결국 이산화탄소가 고정되어 흡수해 지방이 되어 살이찐다 이것이 노화다.  

인공지능과 함께하는 시대

듀얼 브레인 - AI 시대의 실용적 생존 가이드
이선 몰릭 지음, 신동숙 옮김 / 상상스퀘어 / 2025년 3월

 인간은 도구를 발명하고 사용하며 자신을 확장시켰다. 이는 인간의 번영에 상당한 도움이 되었지만 도구를 사용할 수록 인간의 신체 능력이 하나하나 약해지는 것도 사실이다. 활과 창, 칼이 있다면 아주 강한 근력과 뼈는 필요가 없다. 옷이 있다면 털이 필요 없으며 잘 요리한 음식이 있다면 강한 턱과 위, 그리고 간의 해독 능력도 상당 부분 필요가 없어진다. 

 이런 부분은 지적인 측면에서도 마찬가지다. 책이 처음 나왔을 때 고대 그리스의 학자들은 모든 것을 암송하지 않음으로써 생겨나는 인류의 지성의 퇴화를 걱정했다. 계산기가 나와 더 이상 정확한 계산 능력은 특별하지 않게 되었으며, 네비에이션과 핸드폰의 등장으로 사람은 더 이상 주요 지형과 주변 인물의 연락처를 암기하지 않는다. 

 그래도 이것들은 아직 인간 지적 측면의 비교적 단순한 부분이라고 할 수 도 있는데 만약 추론 능력이나 문제해결, 비판적 사고 및 글쓰기 등 고등사고 능력까지 모두 새로운 도구에 의존하게 된다면 어떨까?

 책 '듀얼 브레인'은 바로 이런 부분을 점검한 책이다. 제목처럼 인간이 만든 인공지능은 이제 뇌를 사실상 거의 완전히 확장한 도구로 등장한다. 사실 그간 인간이 개발한 지적 측면의 도구들은 뇌의 아주 일부만을 확장한 것이지만 인공지능은 거의 전체를 확장했거나 그렇게 나아간다는 점에서 기존의 것들과 차원을 달리한다.

 인공지능은 기대와 달리 오랜 냉각기를 거치다 2010년대 들어서 다시 부활했다. 이는 데이터 분석과 예측에 러닝 머신 기법이 도입되었기 때문이다. 초기엔 지도학습을 했기에 레이블 데이터가 필요했다. 하지만 지금의 LLM은 인간의 감독이나 개입이 필요치 않다. 방대한 텍스트의 용례를 분석해 인간의 언어 패턴, 구조, 맥락을 인식하는 방법을 학습했기 때문이다. LLM은 상황에 따라 조절되는 수많은 매개변수를 이용해서 인간이 글로 소통하는 방법을 모방한다. 가중치는 LLM이 수십억개의 단어를 읽으면서 학습한 복잡한 수학적 변환으로 다양한 단어 또는 단어의 일부가 함께 쓰이거나 특정 순서로 배치될 가능성을 알려준다. 

 사전학습만 거친 인공지능은 아무런 판단을 하지 못한다. 그저 학습한 내용을 거울처럼 반영한다. 그래서 대다수 LLM은 사전학습 이후 인간에 의한 미세조정을 거친다. 인공지능ㄹ 기업은 이 업무의 담당자로 고가의 전문가서부터 저임금 계약노동자를 총망라한다. 다양한 기준을 얻기 위해서다. 

 인공지능은 이미 이미지와 소리등을 생성하는 단계로 나아갔다. 그리고 점차 멀티모달의 형태로 나아가서 LLM도 이미지를 생성하고 있다. 이처럼 발전하는 인공지능에게 중요한 것은 정렬 문제다. 하라리가 책 '넥서스'에서 지적한 것처럼 인공지능의 정렬은 인공지능이 인간이 설정한 목표와 선호도, 윤리적 원칙에 맞게 조정되는 것이다. 이것은 쉽지 않은데 인간 자체가 모순적이기에 인간의 가치와 목표 역사 상충하거나 불분명하기 때문이다. 그래서 인공지능 연구자들은 이 정렬 문제로 인해 2100년까지 인공지능이 인류를 절멸할 가능성이 10-12%에 달하다고 보고 있다. 다만 미래학 연구자들은 2%로 상대적으로 매우 낙관적이다. 저자는 정렬 문제의 해결을 위해서는 기업, 정부, 연구원, 시민사회가 협력하는 광범위한 사회적 대응과 인공지능 유닐의 개발과 사용을 위한 합리적 규범과 기준이 필요하다는 다소 뻔한 소리를 한다. 절대 쉽지 않을 것이다.

 저자는 새로운 확장 뇌인 인공지능을 잘 사용하기 위한 4가지 원칙을 제시한다

1. 작업할 때 항상 인공지능을 사용하라

2. 인간이 주요 과정에 계속 개입하라

3. 인공지능을 사람처럼 대하고 그 때 인공지능이 어떤 유형의 사람인지 알려준다.

4. 지금의 인공지능이 앞으로 사용하게 될 최악의 인공지능이라 생각한다.

 인공지능과 항상 작업해야 하는 것은 인공지능이 무엇을 잘 할 수 있고 무엇을 잘 할 수 없는지 그 경계선을 알기 위해서다. 물론 이 경계선은 잡았다 하더라도 새로운 버전이 출시되면 바뀔수 있다. 하지만 그 과정에서 자신이 얻은 것은 변하지 않는다. 인공지능은 인간의 생산성을 엄청나게 향상 시킬 가능성이 높다. 그리고 그것은 주로 능력이 부족한 사람들에게 더욱 높게 나타난다. 인공지능은 무언가를 시작하거나 큰 줄기, 빠르면서도 비교적 품질이 매우 우수하지는 않은 작업물을 주는데 최적화 되어 있는데 이런 것들이 능력이 부족한 사람들에게 큰 도움이 된다. 이미 우수한 수준에 이른 사람은 인공지능의 결과물에 만족하지 않기에 좀처럼 사용하지 않고 자신의 성과물 향상에 그리 큰 도움이 되지 않는다. 물론 이건 현재 수준에서다. 

 인공지능을 사용할 때는 단계별로 개입하는 것이 중요하다. 아직은 인공지능의 초기 검색엔진처럼 수준이 높지 못해 프롬프트가 매우 구체적이지 않다면 성과물도 그저 그렇다. 때문에 인공지능이 내놓는 결과물에 계속 개입하며 구체적으로 지시하면 그 성과물도 지속적으로 우수해진다. 현재는 이걸 잘하는 사람이 인공지능을 잘 사용하는 사람이 된다. 

 그리고 인공지능을 사용함에 있어 그에게 역할을 부여하는 것도 성과물에 상당히 영향을 미친다. 막연히 좋은 사업아이템을 알려달라고 하기 보다는 인공지능에게 본인이 사용자가 창업을 하는데 그것을 지도하는 매니져나 관리자라고 역할을 부여하면 인공지능은 그에 걸맞게 행동하며 전혀 다른 결과물을 내놓는다. 심지어 동시에 여러 역할을 부여해서 작업을 다양한 시각에서 보충할 수 도 있다. 한 명은 창업하려는 사람, 다른 사람은 소비자, 다른 사람은 경쟁자 등의 역할을 부여해 특정 사업아이템에 대해서 여려 명의 시각을 비교해보는 것이다. 

 인공지능의 개발 속도는 장차 엄청나게 빨라지는 것이다. 몇몇 사람들은 LLM이 처음 나왔을 때 그 소문을 듣고 몇번 써보다가 기능이 기대 이하임을 깨닫고 이내 사용을 중지하는 경우가 있다. 하지만 지금 사용하는 인공지능은 앞으로 나올 인공지능 중 가장 좋지 못한 버전을 가능성이 매우 높다. 컴퓨터가 그러했던 것 처럼 말이다. 때문에 현재 수준에 실망하지 말고 그 발전에 주목하면서 계속 사용해보는 것이 중요하다. 

물의 행성

블루 머신 - 바다는 어떻게 세계를 만들고 생명과 에너지를 지배하는가
헬렌 체르스키 저자, 김주희 역자, 남성현 감수 / 쌤앤파커스 / 2024년 5월

 우리는 뭍에서 자라고 죽어 좀처럼 자각하기 어렵지만 지구는 사실상 물의 행성이다. 지구의 물의 양은 절묘해서 행성 겉껍질의 70%정도만을 덮고 나머지 높은 부분은 육지로 남았다. 이로 인해 육상에서 다양한 생물이 진화했고 인간도 생겨날 수 있었다. 

 책은 지구의 대부분을 차지하고 있는 물, 즉 바다에 대한 책이다. 바다는 생성과정에서 육지의 암석에서 대량의 미네랄을 가져가서 염도가 높고, 위도에 따라 흡수하는 태양에너지가 달라진다. 이로 인해 바다는 지역마다 품고 있는 에너지와 염도에서 큰 차이를 보이며, 이는 같은 지역이다 하더라도 수심에 따라 또 천차만별이다. 이런 차이로 인해 바다는 큰 움직임을 보이게 되는데 저자는 이를 해양엔진이라 부른다. 

 해양엔진은 지구 시스템의 중심이다. 이는 태양에너지의 일부를 열에너지나 운동에너지로 전환하여 다른 지역으로 전송한다. 그리고 물은 이런 에너지를 오래 품고 있기에 오랜 순환 끝에서야 비로소 열에너지로 전환되어 다시 우주로 방출된다. 

 태양은 태양계 질량의 99.86%를 차지한다. 태양 중심부에서는 핵융합이 일어나 수소원자가 헬륨원자로 전환되는데 1초마다 400톤의 물질이 에너지로 전환된다. 이 에너지는 태양내부의 플라스마로 인해 표면에 도달하는데 수만년이 걸린다. 태양이 분출한 에너지의 10%만이 지구에 도달하며, 이 중 1/3은 구름이나 빙하, 물등 여러 표면 요소에 의해 반사되고 나머지 2/3만이 지표에 도달한다. 지표에 도달하여도 빛은 해수면을 더욱 통과하기가 힘든데 정오가 되어 입사각이 커져야 간신히 통과할 수 있다. 이런 빛 중 가시광선은 해수표면을 가열하지만 적외선은 거의 흡수되지 않고 방출된다. 물은 열을 오래 품고 있어 식는데 오래 걸린다. 이로 인해 적도의 바다 같은 경우 낮과 밤의 온도가 거의 같은 수준이 된다. 

 지구의 바다는 생각만큼 깊지 않다. 고작 4km정도 깊이이다. 바다는 평평한 층으로 구성되고, 각 층은 수온과 염분으로 특정된다. 심해저 분지에는 주요 해수층이 3-4개 있다. 성질이 같은 해수가 모은 것을 수괴라 한다. 해수층은 생각과 달리 특정 요인이 없으면 거의 혼합되지 않는다. 

 바다는 생명의 요람이지만 실상은 대부분의 해역이 사막과 가깝다. 생명이 생겨나기 쉽지 않다는 뜻이다. 생명의 탄생 및 유지를 위해서는 에너지와 물질이 필요하다. 문제는 바다는 이 두 가지가 좀처럼 같이 있기 힘들다는 점이다. 바다의 상층부 즉 해수면은 햇빛은 풍부하다. 하지만 영양소가 거의 존재하지 않는다. 영양소는 민물이나 다른 생물로 공급되기가 바쁘게 아래로 가라앉기 때문이다. 그래서 영양소는 하층에 주로 존재하게 되지마 여기는 햇빛이 없어 에너지가 없다. 빛이 바다를 거의 투과하지 못하기 때문이다. 

 때문에 여러 이유로 영양분이 넘쳐나는 바다에 생물이 몰린다. 대표적인 곳이 훔볼트 해류가 흐르는 해역이다. 여기는 강력한 해상풍이 표층수를 서쪽으로 밀어낸다. 그러면 자연히 그 빈자리를 하층수가 채워야하므로 용승이 일어난다. 이렇게 영양소가 용승하여 햇빛과 만나 생명의 요람을 만드는 것이다. 이 지역은 전체 바다의 1.15%에 블과하나 어획량이 세계에서 5-20%나 된다. 이곳에서는 페루멸치가 많이 잡히는데 단백질 함량이 50-70%나 되지만 맛은 별로 없어 어분으로 주로 사용한다. 이 페루멸치를 인근 바닷새들이 포식하고 대량의 배설을 하여 만들어낸 것이 구아노다. 구아노는 질소와 인, 미량 광물을 대량 함유하였고, 인근 해류가 한류라 강우량이 거의 없어 그대로 변화없이 퇴적하였다. 1880년대초 볼리비아는 이 섬을 노리고 칠레와 전쟁을 벌였다 패배하여 해안을 잃고 내륙국가가 되고 만다. 또한 이 구아노는 세계 열강의 먹잇감이 되었고 화학비료가 등장하기 전까지 서구의 농업생산량을 크게 증대시켰다. 

 바닷물은 매우 짜다. 바다가 모두 증발하면 65M두께로 염분이 쌓일 정도로 많다. 염분의 총 무게는 4900t으로 추정된다. 바닷소금의 성분은 지구표면의 암석이 바다에 용해된 것이다. 초기 지구는 이산화탄소가 매우 풍부해 강한 산성비가 내렸고 이것이 암석과 반응해 소듐, 포타슘, 마그넴슘, 칼륨등을 쓸어갔다. 화산에서도 강한 염산과 황화합물이 다량 분출되었는데 염화이온과 황산이온이 이로 인해 바다로 유입된다. 현재 바다 1리터는 염화이온 16.8g, 소듐이온 10.6g, 황산이온 2.6g, 마그네슘 이온 1.3g 등의 이온을 함유한다. 다양한 이온들은 바다에서 서로 거의 반응하지 않는다. 하지만 물이 증발하면 양이온과 음이온이 서로 결합해 염을 형성한다. 

 바다엔 다양한 생물이 그 환경에 적응한다. 장수거북은 바닷물 염분 해결을 위해 바다 염분의 2배인 눈물을 계속 방출한다. 시간당 무려 8리터다. 보라고둥은 껍질이 있고 수영능력이 없음에도 점액과 공기방울에 의존해 바다에 부유한다. 이 생물은 껍데기는 보라색으로 변했고 물에 뜨기 위해 얇아졌다. 그리고 알주머니가 부풀어 오르는 풍선역할을 해 부력을 확보한다. 보라고둥은 발에 달린 깔대기 형태의 구조를 써서 공기를 가두고 점액으로 덮어 물에 뜬다. 

 극지방 바다에 염도차는 바로 빙하때문이다. 물분자는 좀 특이하다. 음전하와 야전하사이의 인력이 서로를 당겨 물분자는 다른 분자보다 크기가 좀 작은데 얼게 되면 새로운 얼음 구조를 생성하기 위해 다른 물분작들끼리 서로를 밀어낸다. 그래서 고체가 되었음에도 오히려 부피가 늘어난다. 질량은 같은데 부피가 커지니 얼음은 밀도가 액체물보다 낮아져 뜨게된다. 그리고 얼면서 녹아있던 염분들은 바다로 가라앉는다. 때문에 유빙이 많은 극지방은 심해에 염분이 고농도로 농축된다. 

 지구는 자전하기 때문에 땅에 붙어 있지 않고 움직이는 물체는 자전의 영향을 받아 마치 휘는듯이 움직인다. 이것이 코리올리효고다, 북반구에선 오른쪽으로 남반구에선 왼쪽으로 휘는데 바다 역시 땅에 붙어 있지 않기에 코리올리 효과를 받는다. 그래서 바람이 불어 해류를 움직이면 코리올리 효과로 바닷물은 북반구에서 오른쪽으로 휜다. 이것은 수평뿐 아니라 수직으로도 영향을 미친다. 바닷물을 층층이 나뉘어 있는데 가장 위층이 오른쪽으로 휘면 그 아래층은 위층의 휘는 효과로 코리올리효과가 배가되어 더 휜다. 그리고 같은 식으로 아래층은 더욱 휜다. 그래서 해수층 아래로 갈수록 90도 가까이 휘게 된다. 

 대기는 상공에서 움직인다. 그중 계속 소용돌이치는 난기류는 빠른 바람을 생성하고 압력을 변화시킨다. 그로 인해 해수면이 위아래로 오르내리며 왜곡되는데 그래서 나타나는 것이 파도다. 일단 잔물결이 생겨나면 바람이 부는 방향으로 잔물결이 힘이 가해진다. 그 결과 잔물결이 더욱 커지고 가파르며 지속되어 파도가 성장한다. 

 해수면의 높이는 그 아래 존재하는 다양한 암석의 중력영향을 받는다. 북대서양의 해수면에는 높이 54m에 수천km의 지름을 가진 돔이 있으며 인도의 남쪽 끝바다에는 94m깊이의 큰 구멍이 있다. 거대한 해산이 있으면 그 중력으로 바닷물이 끌려내려가 해수면이 낮아지고 구멍이 있으면 그 반대다. 

 해저에는 단괴가 존재한다. 단괴는 수cm 간격으로 수천 km길이에 넓게 분포해있다. 육지에서 밀려온 덩어리나 바다생물의 사체는 대부분 바다생물이 뜯어먹으나 일부가 해저로 가라앉는다. 단괴는 이것들이 뭉친 것이라 아주 느리게 성장한다. 1cm퇴적에 1천년이 걸린다. 그래서 크기가 수cm의 단괴는 역사가 100만년 이상이 된다. 단괴는 금속도 퇴적하는데 심해다보니 물질이 적어 1년에 고작 원자 100개 분량이 표면에 쌓인다. 

 대양에 우뚝 솟은 산은 조류의 흐름을 방해한다. 이런 해산 사이로 물은 이동하면서 내부파가 생겨나는데 이는 심해로도 이동한다. 조수는 이동하면서 지구에 큰 마찰을 일으켜 지구의 자전속도를 줄인다. 이는 미미한데 지구 온난화로 바닷물 양이 늘어남녀 그 속도가 더욱 느려지게 되고 이로 인해 해를 받는 시간이 조금씩 더 길어져 온난화가 더 심해지는 악순환의 원인이 될 수 있다. 내부파는 바닷물의 혼합에 도움이 되나 전체 바닷물을 섞기엔 매우 미미한 에너지에 불과하다. 

 코리올리 효과는 위도에 따라 다르게 적용된다. 자전속도가 다르기 때문이다. 그래서 고위도일수록 효과가 크게 나타난다. 그래서 환류는 완벽하게 대칭으로 회전하지 않는다. 서쪽의 해류는 대개 유속이 빠르고 좁으며 띠로 찌그러져 나타난다. 바닷물은 적도에서 북쪽으로 밀어올려지고 방향을 튼다. 이것이 서안강화 현상이며 멕시코 만류와 쿠로시오 해류가 대표적이다. 반면 각 환류의 동쪽은 정반대다. 북에서 남으로 회귀하며 유속이 느리고 폭이 넓어 해류 같지도 않다. 바다에는 대형 환류가 5개 존재하는데 북대서양환류, 북태평양환류는 시계방향으로 남태평향환류, 남대서양환률, 남인도양환류는 반시계방향으로 흐른다. 이런 거대 환류는 지구의 자전과 바다가 주변 육지에 막히는 것에 영향을 받는다. 

 남극대륙을 둘러싼 남극해는 거의 유일하게 대륙에 의해 막히지 않는 해류다. 그래서 남극대륙을 고리로 남극해는 둥근고리로 감싸고 전 세계의 바다를 연결한다. 북극지방엔 유빙이 있다. 유빙은 팽이처럼 돌면서 동과 서를 반복해서 오가다가 급격히 방향을 선회하여 북위 89도를 따라 그려진 작은 원에서 벗어나 스발바르 제도 남쪽으로 향한다. 유빙은 가시광선을 반사하며 바람을 막아 물을 직접 못 밀게 한다. 그래서 유빙이 많은 해역은 바다가 고요하고 대기와 해양 사이의 기체전달을 늦춘다. 그래서 극지방은 바람이 적어 밀도차로 구분되는 해수층이 잘 형성된다. 이런 작용이 없으면 저수온 바다는 고밀도이기에 밑으로 가라앉아 표면에 유빙이 잘 형성되지 않게 된다. 

 물에서는 적색광이 매우 빠르게 흡수되어 몇 미터만 가도 2/3이 손실된다. 그러나 청색광과 자색광은 100미터보다 훨씬 더 이동한다. 그래서 바다 속에서 혈액은 녹색으로 보인다. 혈액에는 약간의 녹색광이 있기 때문이다. 그리고 물은 멀리서 파란 색으로 보인다. 이는 청색광을 제외한 나머지 빛이 물에 빠르게 흡수되고 남은 청색광이 직진이 아닌 지그재그로 바다를 돌아다니다가 반사되어 눈에 들어오기 때문이다. 

 해양생물들은 빛과 음파로 통신한다. 햇빛이 투과되지 않아 보이지 않기 때문이다. 해양생물의 76%가 그래서 스스로 발광할 수 있다. 물고기는 몸이 물로 가득차서 음파가 내부로 쉽게 침투한다. 물고기의 이석은 탄산칼슘으로 음파가 이석에서 속도가 느려진다. 이런 차이로 물고기는 소리가 나는 방향을 감지한다. 

 겨울철이 되면 각 반구에서 거대한 폭풍이 바다의 상층부를 휘젓는다. 그러면 영양소가 용승하게 된다. 봄이 되면 낮이 길어져 일조량이 증가하는데 이 때 영양소와 빛이 만나 해양생물이 폭발적으로 증대한다. 이것이 봄철 대증식이다. 이 대증식의 위치는 유동적인데 그 주기가 짧고 조류의 변화가 늘 있기 때문이다. 

 생물은 크기가 10% 줄 때마다 전체 개체수, 즉 생물량은 10배 증가한다. 즉, 각 단계마다 총 생물량은 비슷하게 유지되는 것이다. 해양 전체 생물량은 약 10억톤에 달한다. 그리고 건강한 바다에서 크기별 생물단계는 23단계 정도다. 가장 작은 것과 큰 것의 차이는 10의 29승배에 달한다. 그런데 인간의 지나친 어로행위로 큰 크기 범주의 생물량 90%가 사라져버렸다. 이는 10g이상 생물량의 62%이고 인간은 잡은 해양생물을 직접 섭취하거나 사료 및 비료로 사용하기에 이 에너지만큼의 생물량이 육상으로 이동한 셈이다. 

 약 1억년 전 원반덮개로 무장한 인편 모조류가 얕은 바다에서 대량 증식했다. 이것들이 수백만년간 죽어 해저에 축적되어 두께 100m에 이르렀는데 이것이 백악으로 칼슘덩어리다. 이것이 기본으로 바다생물은 탄산칼슘을 형성하여 몸의 껍데기와 골격으로 사용한다. 다만 지구온난화로 인한 바다의 산성화와 기온 상승으로 그것이 점차 어려워지고 있다. 

무의식을 조율하는 의식

무의식은 어떻게 나를 설계하는가 - 나를 살리기도 망치기도 하는 머릿속 독재자
데이비드 이글먼 지음, 김승욱 옮김 / 알에이치코리아(RHK) / 2024년 11월

 인간은 의식이 있고 그것에 기반한 자유 의지가 있다고 굳건히 믿는다. 그리고 인간의 많은 사회 문화 정치 경제 시스템은 인간의 자유의지에 기반한다. 하지만 실제 인간이 하는 대부분의 행동은 무의식이 처리한다. 그래서 사람들은 나도 모르는 행동을 했을 때 무의식적으로 그런 짓을 했다고 말하곤 한다. 실제 생명과 관련한 모든 기초 대사 작용이 무의식의 차원에서 작동하며 일반 행동의 다수도 그러하다. 걸으며 어떻게 걷는지 의식이 일일이 관여하지 않으며 이는 글씨를 쓸 때도 스마트폰을 할 때도, 식사를 할 때도 자전거를 탈 때도, 운전하며 집으로 갈 때도 그러하다. 뇌는 평소에 정보를 수집하여 행동 방향을 적절히 조정해 놓는데 이게 완료된 경우 의식은 거의 관여하지 않는다.

 책은 인간의 이런 의식과 무의식의 관계를 한 국가의 신문에 비교한다. 국가의 많은 일은 매우 복잡하게 나눠져있고 각각이 연관되어 있지만 따로 움직이며 정부의 상층부가 무언가 일어난 것을 알아차릴 즘이면 이미 행동은 이뤄진 후다. 인간의 의식은 바로 이런 국가의 상층부에 해당한다. 전체에 관여하려 하지만 대부분의 행동에 큰 영향을 미칠 수 없고 대부분의 것을 사후적으로 알게 된다. 

 인간의 뇌는 바깥세계의 데이터를 성공적으로 가지고 와서 해석해야 한다. 인간은 바깥의 데이터를 잘 보고 듣는다고 생각하지만 사실 이는 전기 화학 신호에 불과하다. 뇌가 이거를 해석해 그것을 그려내는 것이다. 그리고 바깥은 감지하는 인간의 감각기관은 문제도 많다. 눈은 맹점이 있다. 그래서 한쪽 눈만 갖고 세상을 바라보면 보이던 물체가 맹점에 위치하면 사라지는 경우가 있다. 그런데 물체가 사라져도 놀랍게도 그 주변 배경을 그대로 보인다. 안보임에도 뇌가 그렇게 처리하는 것이다. 인간은 맹점을 잘 인지하지 못하는데 양눈의 맹점 위치가 달라 서로 겹치지 않게 설계되었기 때문이다. 

 이렇기에 사람은 처음부터 보지는 못한다. 시신경을 통해 뇌로가는 무의미한 신호를 의미를 갖게 뇌가 훈련해야 하기 때문이다. 그래서 놀랍게도 평생을 보지 못하다고 수술 및 이식을 통해 처음으로 바깥 세계를 보는 사람은 초기에 매우 혼란스러워한다. 자신의 뇌가 아직 보는 법을 터득하지 못했기 때문이다. 

 외부의 감각데이터를 내부에 데이터를 생성하지 못한다. 다만 조정할 뿐이다 1911년 고양이의 다리 감각 신경을 끊어도 고양이는 걷는데 아무런 지장이 없었다. 이는 평소 고양이가 실시간으로 들어오는 통상적 외부감각을 이용해 걷지 않는다는 의미다. 이는 뇌회로가 감각기관-신경-뇌로 이어지는 것이 아님을 의미한다. 뇌전역에는 감각기관에서 뇌를 향해 정보를 앞으로 보내는 회로만큼이나 많은 반대 방향의 피드백이 있다. 이것을 순환이라 하며 고리가 많다고 한다. 고리가 많다는 것은 뇌가 감각기관의 정보 입력전 예측을 통해 감각 전달 속도보다 일을 빠르게 수행함을 의미한다. 즉, 뇌는 특정한 것을 해석하거나 예상하는 방법을 학습하며 대부분의 일을 감각기관의 보내주는 정보에 의지하지 않고 그것보다 빠르게 해석하여 처리한다는 것이다. 

 이는 운동경기에서 잘 살펴볼 수 있다. 축구에서 골키퍼는 과학적으로 패널티킥을 막는 것이 불가능하다. 공을 눈으로 보고 이것이 신경을 통해 뇌로와서 해석되고 다시 뇌에서 손과 발로 움직임을 명령하는 시간보다 빠르게 공이 골네트에 꽂힌다. 야구도 마찬가지다 투수의 빠른 공은 이미 타자의 뇌와 신경 처리 속도를 압도한다. 그럼에도 골키퍼는 공을 막고 숙련된 타자는 적어도 4번 중 1번은 공을 쳐낸다. 이는 뇌가 고리의 형태로 일을 예측하여 처리하기 때문이다. 

 이처럼 뇌는 인간이 특정 조건에서 어떤 행동을 수행하면 어떤 일이 일어날지 내부적으로 시뮬레이션을 한다. 뇌의 피질은 적극적으로 행동한다. 자신의 예측을 시상으로 오히려 보내고 시상은 눈을 통한 정보와 예측 사이의 차이를 보고할 뿐이며 뇌가 이것을 조정한다. 그래서 실제로 시각피질에서 시상으로 향하는 섬유조직의 반대의 10배나 된다. 즉, 인간의 뇌는 감각기관에 수동적으로 의지하는 것이 아니라 그것을 통해 얻은 데이터로 학습 및 조정을 하고 이후엔 자동적으로 움직이며 감각기관을 통해 들어오는 정보를 모니터링만 하며 차이가 있는 경우에 조정하는 것이다. 

 뇌는 시간 감각도 예측한다. 이는 시간은 매우 실시간으로 빠르게 지나가지만 뇌의 처리와 신경의 속도가 느리다는데 기인한다. 뇌의 신호는 구리 전기신호의 수백만분의 1에 불가하다. 그래서 인간의 뇌가 조정하지 않으면 인간의 행동은 후행적이 된다. 특히 감각기관을 통해 들어오는 시각과 청각은 정보는 처리 신경이 다르기에 사실상 동시적임에도 뇌에서 처리 속도도 다르다. 그런데 뇌는 이를 동시로 처리한다. 즉, 인간의 시간 감각은 뇌에서 적극적으로 만들어지는 것이다. 

 이처럼 무의식이 하는 것이 많다면 대체 의식은 왜 존재하는 것일까

 생물은 생존을 위해 바깥 세계를 적극적으로 해석하고 대처한다. 그리고 효율적인 방안은 바로 외부에서 패턴을 찾는 것이다. 그리고 이 패턴이 매우 안정적이고 영구적이라 생각되면 그것은 유전자에 반영되어 다음 세대에서 영구적으로 기능한다. 이것이 본능이다. 이런 본능은 전문화되고 최적화 된 것으로 매우 빠르게 속도로 일을 효율적으로 처리한다. 하지만 모든 것을 패턴화할 수는 없다. 세계는 안정적인 동시에 변화 무쌍하기 때문이다. 이를 처리하기 위한 것이 의식이라 할 수 있다. 의식은 기존의 패턴으로 처리하기 어려운 새로운 과제가 등장했을 때 이를 최대한 효율적으로 처리하기 위해 이를 학습하고 뇌는 그 처리방안을 배운다. 그리고 이것이 해결되면 이 과제 역시 자동화되며 매우 빠르게 처리되고 이후 드는 에너지가 최소화된다. 자전거 타기를 처음 배우면 이는 걷기와 전혀 다른 비패턴화된 과제다. 그래서 이를 수행하는데 의식이 상당히 관여하며 뇌가 이를 충분히 학습하면 이후 패턴화되어 자동화되는 것이다. 그리고 의식을 통해 이런 학습을 잘 하는 것이 곧 지능이다.  

 인간은 감각의 해석 외에도 많은 부분에서 이미 기존 프로그램에 의해 자동화되어 있다. 여성호르몬은 여성의 입술을 도톰이 하고, 허리가 가늘고, 엉덩이를 풍만하게 한다. 남성호르몬은 남성의 근육을 늘리고 어깨를 넓히며 턱이 도드라지고 코를 크게 한다. 그리소 반대 성들은 이런 이성을 아름답다고 느낀다. 인간 여성은 배란기에 가까울수록 남성에게 아름답게 보인다. 피부가 더 밝아지고 귀와 젖가슴의 대칭성이 강화한다. 그래서 한 연구에 의하면 멕시코의 스트립댄서들은 배란기에 수입이 평소의 두 배에 달했다. 남성들이 이를 본능적으로 알아차리는 것이다. 그리고 생리 기간엔 수입이 반토막 난다. 

 바소프레신은 측촤핵에서 수용체의 결합하여 암컷과 연관한 즐거운 감정을 조절한다. 이것이 일부일처제와 관련한다. 유전자 조작으로 바소프레신 수치를 늘리면 생물이 일부일처 경향을 갖는다. 인간도 Rs3 33 유전자가 많을 수록 바소프레신이 뇌에 미치는 영향이 감소했다. 

 민스키는 인간의 마음이 여러 파트로 나눠져 분업한다고 생각했다. 그리고 이들은 서로 자기가 옳다고 경쟁한다. 인간은 한 번에 하나의 결정과 행동을 할 수 있기 때문이다. 밤 낮은 시간에 잔업을 하다 잠이 드려고 한다. 그런데 배가 고프다. 이 경우 인간은 건강하게 잠들 것과 허기 사이에 고민한다. 이처럼 뇌안의 여러 파벌은 자신들의 시스템이 원하는 것을 추구하기 위해 경쟁한다. 즉, 뇌는 의식과 무의식이 기본이지만 이 안에 여러개의 서브루틴 시스템을 갖고 있는 것이다. 

 이는 진화상 당연해 보인다. 생물은 생성된 후 생존과 번식을 위해 하나하나 자동처리시스템, 즉 서브루틴을 축적해 왔을 것이다. 이것이 수십억년의 진화과정에서 이후 생물에 유전자를 통해 계승되었을 것이기 당연하기 때문이다. 이 서브루틴은 결정 과정에서 충돌을 일으키기도 하지만 서로 중복되는 일을 수행하기도 한다. 이는 하나의 큰 장점이다. 하나가 망가져도 다른 하나의 서브루틴이 이를 대체해여 수행하는 것이 가능하기 때문이다. 실제로 사망자 중 생존에 정상이었음에도 부검과정에서 알츠하이머로 뇌가 엉망인 경우가 적지 않다. 이런 사람들은 다른 서브루틴이 뇌의 다른 기능 영역이 인지 예비능으로 작용한 결과다. 

 결국 뇌는 의식으로 패턴을 찾으려고 한다. 과제를 해결하여 신경회로 안에 빠르고 효율적인 대처 프로그램을 구축하려하기 때문이다. 생물의 많은 행동은 특정한 입력 정보에 적절한 결과를 출력해주는 청사진이다. 의식은 이런 시스템을 전체적으로 제어하고 제어권을 널리 분배하기 위해 존재하는 것이다. 특정한 수준의 복잡성을 갖춘 자동 서브루틴 시스테에서 각각의 서브루틴은 서로 대화를 주고 받고, 자원을 분배하고 제어권을 할당받아야 하는데 여기에 의식이라는 고급매커니즘이 필요한 것이다. 

 서브루틴 시스템은 일종의 자동화한 좀비 시스템에 가깝다. 이것이 많으면 많은 행동에서 높은 효율이 가능하지만 뜻밖의 과제에 대처하는 인지적 유연성이 부족해진다. 상당수 동물은 좀비 시스템이 많은 쪽에 가깝다. 다양한 과제에 대처하기 위한 높은 수준의 인지유연성을 보이는 것은 거의 인간이 유일하다. 그것은 많은 이득을 주지만 수많은 학습을 위한 장기간의 육아기간과 성년으로의 오랜 기간을 비용으로 요구한다 즉, 인간은 다른 동물만큼 많은 서브루틴을 갖고 있기는 하지만 의식이라는 비용이 높은 인지적 유연성을 갖고 성년이 되기까지 수많은 비패턴화 과제를 학습한다는 의미다. 

 이런 의식하에 저자는 인공지능 개발이 성공하려면 다양한 세부과제를 해결하는 서브루틴을 만들고 이들이 서로 경쟁하게 만드는 것이 효율적일 것이라 짐작하다. 이미 생성형 인공지능은 적대적으로 서로 학습하기도 한다.

 인간의 이런 의식과 무의식의 문제는 사법시스템과도 관련한다. 사법시스템은 인간의 의식과 자유의지에 기반한다. 하지만 언급한 것처럼 인간의 상당한 행동은 좀비시스템, 즉 무의식에 근거하여 작동한다. 실제로 이런 인간의 행동에 대한 과학적 사실이 밝혀지면서 사법시스템은 이럴 반영해왔다. 중세였으면 악마의 소행으로 밝혀졌을 여러 정신이상 증세는 최근 무죄의 근거가 된다. 사법시스템은 이미 사람의 의도와 의지를 형량에 반영한다.

 때문에 기술이 발전할 수록 기질적으로 특정한 행동을 하는 이유가 밝혀질 것이며 이를 더 많은 변호사들이 생물학적 감경사유로 내세울 가능성이 크다. 때문에 미래 지향적 사법 시스템은 범죄 행동을 일종의 질병으로 보고 생물학적 지식을 개별화된 재활에 활용할 것이다. 행동이 교정가능할 때만 그에 걸맞는 벌을 주는 것이다. 그리고 그것이 매우 어려운 높은 공격성과 공감의 부족, 충동조절의 부족은 격리 될 것이다.  

기능의학으로의 전환

질병은 없다 - 현대의학의 한계를 넘어 더 건강하게 오래 사는 만성질환 정복법
제프리 블랜드 지음, 이재석 옮김, 박춘묵 감수 / 정말중요한 / 2024년 2월

 현대의학은 지나치게 세분화 되어 있고 예방보다는 치료에 목적이 맞춰져 있으며 처방과 약제가 보편적이다. 이는 질병치료와 인간 수명 증대에 큰 역할을 한 것이 사실이지만 선진국을 중심으로 엄청난 만성질환의 증가와 건강수명의 감소를 가져온 것도 사실이다. 오늘날 만성질환은 향후 20년간 세계 경제에 47조 달러의 손실을 입힐 것으로 예상된다.

 책에서 제시하는 대안은 기능의학이다. 증상별 의학에서 원인별 의학으로 질병의학에서 시스템의학으로 장기별 의학에서 유기체별 의학으로의 전환이다. 즉, 세분화에서 전체를 파악하는 것으로의 전환이다. 사실 인간의 몸이 모두가 복잡하게 연계되어 있기에 이는 지극히 당연한 접근이라 할 수 있지만 지금의 의학은 매우 과별로 세분화되어 있고 대응도 그 수준에서 하고 있다. 

 이처럼 기능의학은 우리 몸을 생태학적으로 보는 관점으로 전체의 네트워크가 균형을 잃으면 병이 생기고 균형을 이루면 역동적 과정 속에서 우리 몸이 상호작용한다고 본다. 그래서 기능의학은 증상의 뿌리에 가닿고 신체의 균형을 회복하는 방법도 개인 맞춤형이다. 개개인의 유전자와 환경이 서로 다 다르기 때문이다. 

 현재 우리의 의료 모형은 세균 원인설에 기초한다. 그래서 환원론적이고 질병의 원인을 야기하는 세균을 찾아 공격한다. 이는 급성질환자에게 매우 효과적이나 네트워크의 균형과 관련하는 만성질환에는 거의 효과가 없다. 그래서 기능의학의 모형은 우리의 유전자가 우리 주변에서 일어나는 일과 행동에 영향을 받는다는 사실에 근거한다. 그래서 기능의학은 개인의 유전적 고유성과 식생활습관과 환경과의 상호작용서 그 근본원인을 탐색한다. 

 1985-2010년 25년간 만성질환은 크게 증가했다. 현재 미국 성인 인구의 절반이 최소 1가지 이상의 만성질환에 걸려있다. 그리고 사망자의 70%가 만성질환으로 사망한다. 만성질환은 특징이 있는데 절대로 저절로 낫지 않고, 시간이 흐를수록 악화하며, 단일 원인으로 발생하지 않고, 복합적인 증상을 보인다는 것이다. 하지만 세균 원인설에 기초한 현대 의학은 그 다중적 요인에 대해 다중적 약물 처방으로 대처하는데 이는 약물간의 부작용과 신체기능 약화를 야기하고 있다. 

 인간의 노화를 신체기능의 비축분의 감소로 보는 견해가 있다. 인간의 신체기관은 항상 만일을 대비해 이에 대응할 수 있는 비축기능을 갖고 있다. 그래서 젊은 시절엔 큰 병에 걸렸어도 빠르게 회복한다. 하지만 나이가 들수록 이 비축기능이 떨어져 감기 같은 사소한 위기에도 비축분이 없어 신체기관이 정지해 사망에 이르게 된다. 그리고 신체기능 비축분은 생체지표로 축정이 가능하다. 

 현대 의학은 약물로 만성질환에 대응하지만 통상적 믿음과 달리 약물의 효과는 미미하다. 알츠하이머의 경우 30%, 천식 80%, 심장질환 60%, 우울증 62%, 당뇨 57%, 암30% 정도에 불과하다. 이렇게 효과가 낮은 이유는 약물 규제 승인을 위한 임상실험에서 약물 반응자의 결과를 비반응자보다 통계적으로 유의미하게 다루기 때문이다. 그래서 90%의 약물이 실제로는 30-50%의 환자에게만 유의미하다. 

 인간은 2만 5천개의 유전자를 갖고 있으며 이는 인간의 복잡성을 생각할 때 다른 생물에 비해 적은 편이다. 하지만 유전자의 특정위치게 서로 다른 핵산이 존재하여 인간은 개체별로 유전적 유사성이 매우 높음에도 약 300만개의 차이가 생겨난다. 이것을 단일 염기 다형성이라고 한다. 그래서 인간은 유전자 수가 적음에도 변이 유전자 수가 상대적으로 많다. 그리고 이는 만성질환에 원인이 되는 공통변이라는 것이 사실상 존재하기 어려움을 의미한다. 

 인간은 또한 정크 유전자가 많다. 유전자 수는 적음에도 정크 유전자는 지구상의 어떤 생물보다도 많은데 이는 인간 유전자의 절반 이상이다. 정크 유전자는 처음엔 아무것도 하지 않는 것처럼 여겨졌지만 지금은 이들이 유전자 발현을 제어하는 정보를 담당함이 밝혀지고 있다. 그래서 이젠 정크유전자보다는 촉진 유전자 부위라고 불리고 있다. 촉진 유전자는 유전자형을 표현형으로 바꾸는 과정을 제어한다. 그리고 인간 게놈의 촉진 유전자의 암호화된 정보는 매우 정교하고 복잡하다. 이는 촉진유전자가 특정 유전자가 발현하는 과정을 제어하고 환경, 생활습관, 음식등의 요소를 정교히 조율함을 의미한다. 

 그리고 사람은 유전자를 바꿀수는 없지만 그 발현에 영향을 미치는 주변 환경이 촉진 유전자에 미치는 메시지는 바꾸는 것이 가능하다. 이를 통해 개개인은 신체 기관의 기능 비축분을 충분히 확보할 수 있으며 이것이 개인 맞춤형 생활 습관 의학으로 이어질 수 있다.

 책은 기능의학이 주목할 인간의 7가지 생리과정에 주목한다. 흡수와 배설, 해독, 방어, 세포연락, 세포수송, 에너지, 신체구조가 그것이다.

1. 흡수와 배설

 장내에는 미생물이 공생한다. 공생하는 것은 인간과 상호이익을 추구하고, 중립적인 것이 있으며 기생하며 인간에게 피해를 미치는 것들이 있다. 공생과 중립적인 것들은 식물성 음식에서 유래하는 프랙탄이라는 섬유질을 선호한다. 장 내막의 바깥쪽에는 장 면역계가 지라한다. 장 면역계는 몸 전체 면역계의 50%이상을 차지한다. 장면역계는 장내 미생물이 만드는 물질을 모니터링하고 대사물질이 유해하면 위장관 면역계는 경고세포의 수를 증가시킨다. 이는 통증, 팽창, 설사를 유발한다. 

 이 경고세포가 혈류를 타고 바깥으로 나가면 다른 부위도 아픈데 두통, 관절통, 구취, 근육통, 피부문제, 시력문제, 기분변화를 일으킨다. 그리고 일부 장내 독성물을 호르몬 변화에도 영향을 미친다. 그래서 장신경계는 수십만 개의 뉴런으로 이뤄진 사실상 제 2의 뇌 역할을 한다. 

 소장에 있는 L세포의 표면수용체는 혀의 쓴맛 수용체와 동일하다. 쓴 물질이 L세포에 노출되면 GLP-1이 분비되는데 이는 인슐린 활동을 자극해 식후혈당을 조절한다. 셀리악병은 글루텐이 소장의 벽에 손상을 주는 질환이다. 셀리악병은 치매와 연관이 있다. 글루텐 유전자 취약자는 소화기가 글루텐은 침입자로 인식하고 염증 메신져 분자를 활성화하는데 이것이 간으로 이동한다. 그래서 간의 특수면역세포인 쿠퍼세포를 자극하고 이것이 염증반응을 활성화한다. 

 이처럼 중요한 흡수-배설과정의 균형을 찾기 위해서는 제거, 대체, 재점증, 수리가 필요하다. 제거는 모든 음식 알러지와 민감성 물질의 제거이며, 대체는 소화보호 보충제의 섭취, 재점증은 프리바이오틱스와 보조제의 복용, 수리는 장점막 치료에 도움이 되는 영양보조제의 섭취다. 

2. 해독

 인간의 해독을 방해하는 것은 약물과 우리 주변의 자연 물질, 우리 몸의 물질 3가지다. 인간은 유전적 차이로 개인마다 약물해독에 대한 그 차이가 1천배에 달할 수 있다. 많은 독성물질은 지방처럼 물에 녹지 않기에 배설이 어렵다. 그래서 독성물질은 몸의 지방에 들러 붙는다. 그래서 독성물질이 대소변으로 배설되려면 지방이 아닌 물처럼 변하는 화학작용을 거쳐야 하고 이것이 해독의 1단계다. 이 역할을 하는 것이 CYP450이다. 그러려면 중간생성물이 생겨나야 하는데 이를 화학적 꼬리를 붙여 혈액으로 가게 하는 것이 2단계이며 이 반응이 내가 먹는 음식에 의해 크게 좌우된다.

 BPA는 내분비계 교란 물질로 신체의 호르몬 생리기능을 조절하는데 사용하는 세포 수용체에 들러붙어 자연호르몬을 대체하여 교란을 일으킨다. 십자화과 채소는 설포라판을 포함하는데 이는 CYP450 효소와 결합효소의 결합을 활성화시켜 잠재적 발암물질을 해독한다. BPA의 해독은 강황등의 향신료, 로즈메리, 콩, 케일, 크랜베리, 녹차등을 섭취하면 도움이 된다. 이들은 모두 글루코로니드화라는 해독작용을 강화한다. 이는 해독과 관련한 대사작용에서 만든 중간 생성물로 몸 전체로 운반되어 독성물질이 용이하게 배출되는 과정이다. 

 유독성 중금속은 CYP450 결합효소가 아닌 메탈로티오네인 단백질군 시스템으로 해독한다. 이 단백질은 신체의 모든 세포에서 생성한다. 이것을 중금속에 달라붙어 대소변 형태로 이를 배출하는데 시스테인 유황을 함유한 아미노산에 다량 함유되어 있다. 양파, 마늘, 아스파라거스, 달걀, 귀리, 보리, 콩 등이다. 

3. 방어

 백혈구는 면역계의 동력원이다. 세포매개면역은 T세포가 외부침입자를 제거하고 즉각적 방어를 한다. B세포는 항체를 생성하여 물질에 대한 내성과 조정, 독소를 중화한다. 면역계 반응 담당 유전자는 6번 염색체다. 여기에 2천개 정도의 유전자가 있는데 이중 1401개를 주조직적합성복합체라고 한다. 

 아연과 오메가3지방산, 비타민A와 B, 철, 구리, 아미노산 L리신, 아르기신, 비타민C와 E의 부족이 면역계에 악영향을 끼친다. 

4. 세포연락 

세포는 화학물질 또는 신경전기자극으로 서로 연락을 주고 받는다. 메신져로 쓰는 화학물질은 호르몬, 신경전달물질, 염증매개체 등이 있다. 다만 주변의 소음이 너무 크면 통신이 잘 안되기에 세포는 연락의 크기를 크게하는데 이 과정에서 오히려 독성이 발생할 수 있다. 

 여러가지 만성질환은 근본원인은 이 세포연락 불균형일 수 있다. 신체의 염증조절에 문제가 생겼기 때문이다. 염증메신져 물질은 고민감도 C 반응성 단백질이라고 한다. 혈중 이것의 농도가 높으면 세포 연락 시스템의 이상으로 반응 염증 진행 생체지표로 파악한다. 보통 2mg/dl을 넘으면 심장병, 관절염 초기증상, 비만, 제2형 당뇨 위험 증가와 관련이 있는 것으로 여긴다. 

 세포연락을 조정하는 것이 사이토카인이다. 사이토카인이 혈류에 방출되면 신체 특정부위에 특정 염증을 제거하는 다른 물질이 다량 쏟아진다. 이 염증 매커니즘은 건강 유지에 필수적이며 억압받는 경우 건강에 큰 문제가 생긴다. 그래서 염증을 다스리는 약물이 문제가 된다. 이들은 세포연락과정을 막아 염증생성을 막기 때문이다. 

 식물영양소는 세포 표면의 특정 수용체에 달라붙은 뒤 키나아제 네트웤를 통해 자신의 메시지를 세포에 전달한다. 그리고 식물은 종류마다 영양소가 다양하기에 메시지도 매우 다양해진다. 이것이 복잡할수록 그래서 인체는 다양한 대비책을 갖게 된다. 일부 학자들은 인간의 몇몇 질환이 바로 이 키나아제 유전자 손상이나 돌연변이 발생에서 찾을 정도다. 식물영양소가 일으키는 키나아제 네트워크 방어는 진화과정에서 생긴 것이라 복잡함에도 안정성이 높다. 그리고 이런 식물영양소는 식물이 외부 침입자와 환경에서 자신을 방어하기 위해 생성한 화학물질이다. 그래서 식물이 성장과정에서 스트레스가 높을수록 이 물질이 많다. 때문에 유기농 식물일수록 그 영양소를 많이 함유하며 가공식품은 가공과정에서 그것이 모두 파괴된다. 

 심혈관 질환은 통념과 다르게 콜레스트롤과 상관관계가 낮아. 이는 오히려 근육이 없는 신체부위의 동맥에서 발생한다. 심혈관 질환이 있는 사람들은 대개 림프계 손상인 경우가 많다. 림프계는 순환계와 다르게 심장과 같은 펌프가 없다. 따라서 고르게 퍼지려면 신체 움직임이 필수적이다. 림프계를 통해 인간은 지방과 콜레스트롤을 배출해야 하는데 움직임이 없으면 이 과정이 일어나지 않아 건강이 악화한다.

 포도당은 물에 녹는 당분이라 지방과 달리 섭취 후 바로 혈류로 직접 운반된다. 혈당은 보통 혈중 5g정도인데 정상적으로 기능하는 신체는 이를 매우 빠르게 신체조직으로 운반하여 사용한다. 인슐린은 세포가 포도당 수용체라는 특수한 문을 통해 포도당을 수송한다. 세포운송 시스템이 결함이 있으면 인슐린과 세포사이의 연락문제가 발생하며 이것이 당뇨병이다. 

6. 에너지

미토콘드리아는 산소를 사용해 음식을 대사한다. 다만 이 과정에서 산화로 손상이 생기고 이것이 노화를 가속화한다. 글로타치온은 글루탐산, 시스테인, 글리산의 3가지 아미노산으로 구성되며 이것이 항산화물질이다. 

 운동은 세포내 미토콘드리아 생성을 자극하는데 유산소와 무산소운동의 교차 훈련이 이것의 증가에 효과적이다. 신나게 뛴다음엔 역기를 들고 이를 반복하라는 것이다. 산화물질은 꼭 나쁜 것만은 아니다. 그 자체가 독성이 강하기에 신체는 이를 면역에 사용한다. 백혈구는 치아염소산염을 이용해 침입제 세포를 제거한다. 이런 부식성 산소 역시 미토콘드리아에서 생성된다. 이른 부식성 산소는 산소부족시 생겨나는데 그게 바로 장기간의 유산소운동이다. 다만 이것이 과도하면 유전자 손상이 일어난다. 특히 뇌는 항산화 방어시스템이 약하다. 

 뇌세포 자체가 부식성 산소를 생성한다. 뇌세포는 독성화학물질, 스트레스, 면역체계의 염증등 주변 환경의 경고 메시지를 받으면 산소를 생성하는데 이 모든 것이 미토콘드리아 기능 장애를 유발한다. 

 ApoE4 유전자는 부식성 산화의 생성과 그 영향에 취약하다. 그래서 ApoE4 유전자 보유자는 포화지방 섭취를 최소화하고 항산화물질이 풍부한 식물군을 섭취해야 한다. 

 과다한 열량섭취가 지속되면 미토콘드리아가 소진된다. 특히, 설탕, 가공 밀가루, 농축 지방 및 요일, 과도한 동물성 지방을 그렇다. 비타민 C와E, 셀레늄, 코엔자임Q10, 피로산 등이 이것을 막는다. 

 인간 몸의 만성질환은 특정 단백질의 모양이 변형된 결과다. 유전적 영향도 있지만 체내 생성 후 단백질 세포에서 발생하는 변화 때문에 생기는 경우가 더 많다. 대표적인 것이 당뇨 측정에 사용되는 당화혈색소다. 일반적으로 포도당의 당분은 혈액에서 헤모글로빈과 결합하는 양이 매우 적다. 하지만 혈당수치가 높은 당뇨병 환자는 그것이 많아져 당화혈색소를 형성하는 것이다. 6%이사이면 당뇨 생체지표로 해석하고 8%가 넘으면 당뇨조절 이상으로 본다. 

 당과 단백질이 결합하면 딱딱해진다. 단백질이 열변형하면 생기는 마이야르 반응과 비슷하다. 이것이 당화산물인데 이는 면역 염증반응을 생성하고 만성질환을 일으킨다. 조리한 음식으로 이것을섭취해도 마찬가지다. 그래서 조리는 가급적 낮은 온도에서 하는 것이 좋으며 가공과정에서 고온을 동반하는 가공식품은 피해야 한다.  

7.신체구조

 우리가 섭취하는 음식에 담긴 나쁜 정보는 화난 지방을 생성한다. 체내 잔류 유기오염물질은 미토콘드리아를 오염시켜서 음식을 에너지로 변화하는 효율을 저해한다. 그리고 부식성 산소는 많이 생성하고, 남은 음식이 지방세포에 저장되게 만든다. 이는 우리 몸의 구조를 변화하여 생리기능에도 변화를 가져온다.

 백색지방은 지방을 저장하고 갈색지방은 지방을 태워 열에너지를 생성한다. 갈색인 이유는 세포에 철분이 다량함유되어서다. 비만 유발 물질은 이 갈색 지방의 활동을 오염시켜 열에너지의 생산 및 보존에 문제를 일으킨다. 그래서 지방이 열에너지가 되지 못하고 백색지방으로 전환되어 체내 축적하는 것이다. 그리고 이런 성분은 대개 가공식품과 음료의 고과당 옥수수 감미료에 있다. 

 건강한 갈색 세포는 뼈세포를 형성하여 골형성단백질이라는 신호를 보낸다. 뼈세포는 이에 호응하여 요스테오칼신과 오스테오프로테제건이라는 신호를 보낸다. 이는 인슐린 형성과 혈당에 영향을 미친다. 

책의 건강 핵심 원칙은 다음과 같다.

-우리의 건강은 유전자에 의해 미리 결정되는 것이 아니다

-만성 질환은 하나 이상의 핵심 생리 과정과 불균형으로 발생한다.

-질병이 없다고 반드시 건강한 것은 아니다.

-생활 습관, 식단 및 환경요인에 대한 생리적 반응은 각각의 유전적 구성에 따라 사람마다 다르다

-약물은 급성질환 관리에는 효과적이나 만성질환의 장기 관리에는 부적절할 수 있다.  

우리가 섭