하나의 세포가어떻게 인간이 되는가 - 루이스 월퍼트 지음

책소개

하나의 세포가

어떻게 인간이 되는가

- 루이스 월퍼트 지음

<하나의 세포가 어떻게 인간이 되는가> 책제목이 참으로 흥미롭다. 그 작은 세포 하나가 인간이 된다니 얼마나 경이로운가. 하나의 세포가 연속적으로 분열하며 눈, 코, 입을 형성하고 사지를 만들며 패턴 형성에 의해 구성이 만들어진다.
생명의 궁금증을 하나씩 풀어갈수록 신비함을 느낀다. 세포의 특성은 자기가 갖고 있는 단백질에 의해 좌우되며 단백질은 세포내에서 아주 다양한 기능을 발휘하는 능력이 있다.
단백질은 근육의 운동이나 신경에 의한 신호 전달 등의 구조적 기초가 되고 피부와 힘줄을 강하게 한다. 모든 생명체에서 유전자 발현은 DNA에서 mRNA, 그리고 단백질 합성의 순서로 이루어진다.
사전지식이 부족한 분야라 깊이있는 이해는 힘들지만 이 책을 통해 세포가 인간이 된다는 신비로움에 대해 궁금증이 조금은 풀린듯하다.

책속으로

우리 자신의 기원보다 더 중요하고 흥미로운 것이 또 있을까? 모든 동물처럼 인간도 하나의 세포가 배아로 발생하여 성인으로 되는 것이다.
이런 배아의 발생은 생물학적 구성에 기본적인 과제이다. 단세포인 수정란에서부터 다세포(사람의 경우 수백만 개의 세포)가 되고 몸의 구조를 계속적으로 만들어나간다.
어떻게 이 다세포군이 코, 팔, 다리, 뇌, 혈액 등 우리 몸의 구조로 형성되어 갈까? 무엇이 세포 개개의 행동을 조절하여 종합적인 패턴으로 될까? 그리고 어떻게 그 구성 원리가 알(egg) 속에 내재되어 암호화되는 것일까?
수정란처럼 무기력하고 구조도 없는 하나의 세포가 그처럼 다양하고 복잡한 형태로 되는 것은 정녕 경이롭기만 하다. 그 대답은 세포의 행동 변화에 있으며 유전자에 의해 조덜된다는 것이다.
-p11

유전자의 변화, 즉 돌연변이가 우리의 눈 색깔을 바꿀 수도 있고, 손가락 하나를 더 발생시킬 수도 있고, 또 초파리의 경우에는 머리에서 촉수 대신 다리가 나오게 할 수도 있다고 알려졌다. 발생이 진행되는 동안 유전자가 어떻게 이런 효력을 발휘하는지는 알려지지 않았다.
신체의 구조와 유전자의 관계를 알아야 한다. 즉, 팔에 대한 특별한 유전자가 있을까? 각 신경세포마다 하나의 유전자가 있을까?
극단적으로, 만일 난자 내 모든 유전 정보에 접근할 수 있다면 그리고 모든 유전자에 대해 상세히 알 수만 있다면, 어떤 동물이 될지 예측할 수 있지 않을까?
-p13

동물은 혈구세포, 연골세포, 지방세포, 근육세포, 신경세포와 같은 특수한 세포들로 이루어져 있다 사람은 약 350 종류의 세포를 가지고 있고, 반면 히드라 같은 하등 동물은 10-20 가지 정도이다. 세포는 놀라울 정도로 특수한 기능들을 수행한다.
즉 산소를 운반하고,메시지를 전달하고, 수축하고, 화학 물질을 분비하고, 분자를 합성하고, 분열한다. 배아의 세포들은 초기에는 특수화가 훨씬 덜 되어 다소 미묘하게 서로 다를 뿐이다.
기본적인 특성을 모두 가지고 있으나 발생시 역할을 이해하기 위해서는 네 종류의 세포 활성, 세 종류의 세포 구조, 두 종류의 중요한 분자를 알아야 한다.
네 종류의 세포 활성이란 세포증식, 세포이동, 특성의 변화, 세포신호 전달이다. 이 모두는 주로 자체적으로 일어난다. 세포는 분열에 의해서 증식하는데 이때 세포의 성장이 필요하다.
성장이란 세포가 두 개로 갈라지기 전에 세포의 크기가 두 배로 되는 것이다. 세포는 또 모양이 변할 수도 있고, 힘을 모아서 배아 내 한 곳에서 다른 곳으로 이동할 수도 있다.
세포는 특성이 변하기도 한다. 즉 세포는 다소 특수화되지 않다가(미분화) 발생하는 동안 매우 특수한 기능을 갖도록(분화) 성숙되기도 한다. 배아 내 여러 부분의 세포들이 전혀 다른 경로를 따라서 각기 발생하여 특성이 점점 다양하게 된다고 생각 할 수 있다 결국 세포는 이웃 세포들과 신호를 주고 받게 된다. -P18

낭배 형성 과정
사실 우리 생의 중요한 사건은 출생도 아니고, 결혼도 아니고 사망도 아닌 낭배 형성 시기라고 말하고 싶다. 다소 지나친 감이 없다지만 초기 발생 연구의 중요성을 확신시키려는 의도에서이다.
모든 동물은 발생시 낭배 형성 과정을 거친다. 이 과정은 포배기의 세포들이 재배열되고 이동할 때 단순한 구형 또는 편평한 모양의 배아가 앞으로 발생할 동물의 모양으로 접근해 가도록 변형되는 것이다.
낭배 형성기 동안에는 앞과 뒤, 위와 아래가 분명해지고 기본 신체설계도(윤곽)가 세워지고, 세포들이 새로운 위치를 잡기 위해 이동한다.
장의 발생이 이 점을 잘 나타낸다. 초기 배아의 경우 장이 될 세포들은 놀랍게도 배아의 외부 표면에 있다.
그러나 모든 동물의 장은 내부 구조이다. 그 세포들이 바깥 표면을 떠나 장으로 발생될 내부로 이동하는 것은 낭배 형성기 동안이다.
마찬가지로 초기 척추동물의 배아에서 척추(vertebral column)와 근육이 될 세포들도 바깥 표면에 있다가 안쪽의 적당한 장소로 이동한다.
팔과 다리, 간, 눈 같은기관이 발달하기 시작하는 때는 낭배 형성기 바로 이후이다.
-P24

패턴형성
패턴형성은 세포들이 무엇을 해야할지, 어떻게 행동해야 할지를 어떻게 알아내는가 하는 문제로 궁지에 빠진다.
우리는 앞서 형태 형성에서 배아 모양의 변화는 국부 수축과 세포 응집력의 변화라는 것을 보았다.
세포들이 어떻게 여타 세포들과 달라지도록 모양을 특이하게 변형시킬까? 종이 접기에서처럼 (2장) 종이가 접힐 곳을 지정하는 것은 무엇일까?
비유를 하자면 형태 형성시 접히는 것은 금속세공술과 같다고 생각된다. 패턴형성은 그림 그리기와 같은 것이다. -P48

알은 구 모양이지만 한쪽은 머리를, 다른쪽은 고리를 발생시킨다. 거의 모든 동물은 두 개의 축이 있는데, 머리와 꼬리를 나누는 전-후축과 그와 직각인 등 배축이 있다.
머리의 얼굴은 배쪽이고 머리의 뒷부분은 등쪽이다. 말의 안장 부분도 등쪽이다. 발생시 어떻게 이 축들이 지정될까?
성게나 개구리 같이 어떤 알은 전-후축, 등 배축으로 나뉠 극성이 처음부터 알에 뚜렷하게 있으나 그대로 되지는 않는다.
개구리 알의 전-후축은 동 식물극 축과 다소 같다. 그러나 등 배축은 수정시 정자가 들어가는 자리에 의해서 지정된다. 그 자리는 배 쪽이 된다.
생쥐의 경우 축이 없고 전-후축과 등 배축은 발생이 일어나는 동안 아직 알려지지 않은 어떤 방법에 의해서 지정된다.
-P59

전패턴과 여섯번째손가락
즉 처음에 하나의 성분, 그 다음 두 개 성분, 그 다음 세 개 성분 등 반응-확산은 일련의 화학적 물결로써, 처음에 하나의 정점이 있는 물결을 만들고, 그 다음 두 개의 정점이 있는 물결을, 또 그 다음
세 개의 정점이 있는 물결을 만든다.
만일 연골이 정점이 있는 곳에서만 만들어진다면 하나의 기본적인 패턴이 세워져 상박골, 요골, 척골, 손목, 손의 특징적인 패턴들을 부여하는 위치 정보에 의해서 변형될 수 있다.
이런 모델은 육손의 원인을 잘 설명해 준다. 정상적으로는 손가락이 형성되는 다섯 개의 정점이 있을 것이나, 사지싹이 사고로 정상보다 넓어지면 여섯 번째 정점이 형성될 수 있어 여섯 번째 손가락이 만들어진다.
정점의 수가 그 시스템의 크기에 의존한다는 것이다. 물결을 만드는 기작의 특징으로 조금만 넓어져도 또 하나의 정점이 더 형성되기 때문이다. 스스로 형성되는 기작의 가능성은 매력적이긴 하나 현재 그 증거는 미약하다.
-P99

손가락을 움직이는 근육은 손가락 자체와는 아주 멀리 떨어져 있다는 것이 척추동물의 특징이다. 만일 독자가 사람의 팔을 해부하여 본다면, 손가락에 붙어 있는 줄 같은 힘줄들이 멀리서 근육과 연결되어 있는 것을 볼 수 있을 것이다.
그것은 마치 꼭두각시 인형 마리오넷이 줄에 의해 조절되는 것과 같이 근육이 손가락을 조절한다. 이는 골격 성분, 힘줄, 근육 사이에 어떤 기본적인 기능 관계가 있지만, 초기발생이 비슷하게 연관되어 있지는 않다.
-P100

회로망인 뇌
신경세포인 뉴런(neuron) 수 십억 개가 서로 연결되어 의식, 언어, 감정 등 인간으로 만들어지게 한다. 신경계는 가장 복잡한 기관이지만, 그 발생은 기본적으로 다른 기관 발생에 관련된 세포 활성과 똑같다.
신경계는 여러 가지 모양의 뉴런들이 만든 회로망이기 때문에, 중요한 문제는 어떻게 뉴런이 올바르게 연결되는가이다. 뇌의 어떤 신경세포는 가지가 많이 뻗어나가 하나의 뉴런이 10만 가지나 되는 여러 가지 많은 자극을 받을 수 있다.

하나의 세포가 어떻게 인간이 되는가
-루이스 월퍼트 지음

#책속글귀 #독서 #책 #책읽기
#책소개 #책추천 #독서노트
#하나의세포가어떻게인간이되는가 #루이스월퍼트
#DNA #mRNA #세포 #단백질 #배아
#디옥시리보핵산 #메신저리보핵산
#좋은글 #좋은글귀
#독한여자 #장인옥작가 #일일일책
#주부독서연구소