침묵의 봄 - III

Nov 18, 2023

레이첼 카슨

생물학자 조지 월드(George Wald)는 매우 전문화된 분야인 눈의 시각적 색소에 대한 자신의 연구를 "멀리서 보면 빛의 갈라진 틈만 볼 수 있는 매우 좁은 창"에 비유한 적이 있지만, "가까이 가면 그 창을 통해 시야는 점점 더 넓어지고, 마침내 이 좁은 창문을 통해 우주를 바라보게 됩니다." 우리가 살아있는 유기체의 개별 세포에 관심을 돌린 다음 세포 내의 미세 구조, 마지막으로 이러한 구조 내의 분자에 관심을 돌릴 때도 마찬가지입니다. 가까이 다가갈수록 시야는 점점 더 넓어진다. 아주 최근까지도 의학 연구에서는 삶의 질에 없어서는 안 될 에너지를 생산하는 데 있어 개별 세포가 어떻게 기능하는지에 대한 질문을 탐구하기 시작했습니다. 모든 특수 기관뿐만 아니라 신체의 모든 세포에도 존재합니다. 용광로처럼 살아있는 세포는 연료를 태워 에너지를 생성하지만, "연소"는 신체 정상 온도의 적당한 열만으로 이루어집니다. 수십억 개의 은은하게 타오르는 작은 불이 모두 타오르기를 멈춘다면, 물리화학자 유진 라비노위치(Eugene Rabinowitch)는 이렇게 말했습니다. "어떤 심장도 뛰지 못하고, 어떤 식물도 중력을 무시하고 위쪽으로 자랄 수 없으며, 어떤 아메바도 헤엄칠 수 없고, 어떤 감각도 신경을 따라 빠르게 움직일 수 없으며, 어떤 생각도 할 수 없습니다. 인간의 뇌에 번쩍일 수도 있다." 그리고 이제 이 아름답게 기능하는 메커니즘은 인간 자신의 활동으로 인해 중단될 위험에 처해 있습니다. 왜냐하면 인간은 방사성 먼지뿐만 아니라 곤충, 설치류 및 잡초를 퇴치하는 데 사용되는 화학 물질과 같은 근본적으로 새로운 물질을 많이 만들어 냈기 때문입니다. 이러한 물질 중 일부의 특성은 바로 이 시스템에 직접 공격을 가할 수 있다는 것입니다.

세포 내에서 물질이 에너지로 변환되는 것은 연속적인 과정으로, 끝없이 회전하는 바퀴에 비유될 수 있는 자연의 재생 주기 중 하나입니다. 곡물 단위로, 분자 단위로, 탄수화물 포도당 형태의 연료가 세포에 공급됩니다. 순환 경로에서 연료 분자는 일련의 미세한 화학적 변화를 겪습니다. 변화는 순서대로 단계적으로 이루어지며 모든 단계는 효소에 의해 지시되고 제어되며 대부분의 단계에서 에너지가 생산되고 폐기물(이산화탄소와 물)이 배출됩니다. 세포가 화학 공장으로 기능하는 이 과정은 세계의 불가사의 중 하나입니다. 작동하는 모든 부품의 크기가 극히 작다는 사실이 경이로움을 더해줍니다. 몇 가지 예외를 제외하면 세포 자체는 아주 작아서 현미경을 통해서만 볼 수 있습니다. 그러나 산화 작업의 대부분은 훨씬 더 작은 극장에서 수행됩니다. 미토콘드리아라고 불리는 세포 내의 작은 과립은 대부분의 에너지 생성 반응이 일어나는 "강국"입니다. 산화 주기 동안 방출된 에너지는 세 개의 인산염 그룹을 포함하는 분자, 즉 생화학자들이 ATP라고 친숙하게 부르는 아데노신 삼인산 분자로 전달됩니다. 신체의 물질 중에서 ATP는 생화학자들이 아직 완전히 이해하지 못한 이유로 세포의 정상적인 기능에 필요한 에너지를 만드는 능력을 가지고 있습니다. 에너지 전달 과정에서 ATP는 또 다른 주기, 즉 주기 내의 주기에 참여합니다. 바퀴가 회전하면서 분자는 인산염 그룹 중 하나를 잃어 이인산염 분자인 ADP가 되고, 그 시점에서 에너지를 방출합니다. 그런 다음 바퀴가 더 회전함에 따라 또 다른 인산염 그룹이 ADP에 합류하고 강력한 ATP가 복원됩니다. ATP는 충전된 배터리를, ADP는 방전된 배터리를 나타내는 축전지 비유가 사용되었습니다. ATP는 미생물부터 인간까지 모든 유기체에서 발견되는 에너지의 보편적 통화입니다. 근육세포에는 기계적 에너지를, 신경세포에는 전기에너지를 공급합니다. 정자 세포, 개구리나 새, 인간의 유아로 변할 엄청난 활동을 준비하는 수정란, 호르몬을 생성해야 하는 세포 모두 ATP를 공급받습니다. ATP 에너지 중 일부는 미토콘드리아의 구조와 기능을 유지하는 데 사용되지만, 대부분은 즉시 세포질로 보내져 다른 활동에 전력을 공급합니다. 각 세포 내 미토콘드리아의 위치는 그 기능을 웅변적으로 보여줍니다. 에너지가 필요한 곳에 정확하게 전달될 수 있도록 배치됩니다. 근육 세포에서는 수축하는 섬유 주위에 모여 있습니다. 신경 세포에서는 다른 세포와의 접합부에서 발견되어 충동 전달을 위한 에너지를 공급합니다. 정자 세포에서는 추진체 꼬리가 머리에 연결되는 지점에 집중되어 있습니다.