우리가 산소의 존재를 확실하게 알게 된 것은 이제 겨우 200년이 조금 넘을 뿐이다. 우리에게 생명을 불어넣어 주는 기체라는 뜻으로 ‘바이탈 에어’(생명의 공기)라고 부르기도 했던 산소가 이제는 ‘맑고, 깨끗하고, 상쾌하다’는 이미지로 광고에도 등장하게 되었다. 산소를 담은 캔도 있고, ‘산소 바’도 생겼다고 한다. 그런데 한편에서는 산소가 치명적 ‘독성’을 가지고 있다고 야단들이다.

우리 몸이 늙고 병드는 것이 대부분 산소 탓이라는 것이다. 도무지 어느 장단에 춤을 춰야 하는지 알 수 없을 지경이다. 생화학을 전공하고 의학 멀티미디어회사의 중역으로 있는 닉 레인의 ‘산소: 세상을 만든 분자’는 ‘생명의 엔진’이라는 산소가 지구상에 어떻게 등장했고, 우리 몸에서는 도대체 어떤 역할을 하는가에 대한 모든 이야기를 담고 있다. 산소와 관련한 삶과 죽음, 성(性)과 의학, 그리고 지구의 역사에 이르는 온갖 흥미로운 이야기 때문에 책을 쉽게 덮을 수 없다.

우리가 살고 있는 지구는 정말 신비로운 곳이다. 무엇보다 지구는 태양계의 9개 행성 중 유일하게 대기 중에 순수한 산소를 21%나 가지고 있다. 본래 산소는 화학적으로 남다른 인기를 가진 원소다. 산소와 결합해 안정된 분자를 만들고 싶어하는 원소들이 대단히 많다는 뜻이다. 산화철(녹)·이산화탄소·물·산화규소(수정)·탄산칼슘(조개껍질)처럼 비교적 단순한 분자를 비롯해 탄수화물·지방·단백질 심지어 DNA처럼 복잡한 분자들이 모두 산소로 만들어진 분자들이다. 산소가 높은 ‘산화력’을 가지고 있다는 말은 원소 세계에서의 인기를 화학적으로 표현한 것이다.

그래서 지구의 대기중에 화학적으로 인기가 좋은 산소가 다른 원소와 결합하지 않고 자유로운 상태로 많이 남아 있다는 사실이 아주 특별한 일이 되는 것이다. 실제로 지구와 함께 태어난 금성이나 화성에서는 대부분의 산소가 땅속에 묻혀있거나 대기중에 있더라도 탄소와 결합해 온실효과를 일으키는 이산화탄소로 존재한다.

도대체 인기 절정의 산소가 무슨 이유로 바람 속을 정처 없이 떠도는 처량한 신세가 되어 버렸을까. 바로 38억 년 전 느닷없이 출현한 단세포 생물이 자신의 삶을 위해 산소를 선택한 탓이다. 우리 눈으로는 볼 수도 없는 미물(微物)에 불과한 박테리아가 산소의 강한 산화력을 이용해 영양분에서 에너지를 얻어내는 신비의 ‘시토크롬 산화효소’를 찾아낸 것이다. 오늘날 대부분 생물의 세포에 들어있는 미토콘드리아가 바로 그런 기능을 개발한 박테리아 선조의 흔적이다. 우리가 호흡하는 산소는 대부분 그런 효소가 활동하는 미토콘드리아에서 소비된다.

물론 처음에는 그런 박테리아가 이용할 수 있는 산소가 많지 않았다. 태양에서 오는 강력한 자외선 때문에 부서진 물 분자에서 생기는 소량의 산소가 고작이었다. 어쨌든 일단 산소를 이용하는 생명이 출현하면서 ‘수요가 공급을 창출한다’는 경제 원칙이 작동하기 시작했다. 기적처럼 등장한 ‘시아노박테리아’가 물속에 녹아 있는 이산화탄소를 이용해 광합성을 함으로써 본격적으로 산소를 생산하기 시작했다. 드디어 서로에게 의존하면서 함께 살아가는 생태계의 틀이 만들어진 것이다.

그러나 강한 산화력을 가진 산소를 선택한 것은 생물들에게 씻기 어려운 원죄였다. 몸속에서 일어나는 산화 과정에서 불가피하게 만들어지는 ‘초과산화 라디칼’(과산화 라디칼은 잘못된 번역임)과 같은 ‘활성산소’들이 문제였다. 결국 박테리아는 어렵게 얻은 생명을 지키기 위해 SOD(초과산화물 불균등화 효소)를 비롯한 복잡한 항산화 방법을 개발해야 했다. 그렇게 시작된 생물이 본격적으로 번성하면서 쓰고 남은 산소를 대기중에 축적하게 되기까지는 엄청난 세월이 걸렸다.

활성산소의 문제를 해결하기가 그만큼 어려웠기 때문이다. 거대한 몸집과 성(性)의 분화가 문제를 해결하는 방법이었다. 감수분열에 의한 새로운 자손의 탄생은 평생 활성산소에 시달리면서 손상되는 유전자를 회복시키는 훌륭한 수단이 되었지만 다른 한편으로는 우리에게 노화와 죽음이라는 절대 벗을 수 없는 멍에를 안겨 주기도 했다.

그런 진화가 언제나 옳은 길로만 진행된 것도 아니다. 활성산소의 피해를 줄이기 위한 노력이 지나치게 성공하게 되면서 이제는 대기중에 쌓인 산소가 너무 많아지게 되었고, 그것이 오히려 대량 멸종의 원인으로 작용하기도 했다. 자연에서의 균형은 쉽게 찾아지는 것도 아니고, 무한히 계속되는 것도 아니다.

오랜 진화로 만들어진 우리 몸의 생리작용도 신비롭기는 마찬가지다. 생물은 산소를 이용해 에너지를 얻는다는 점에서 연료를 연소시켜 동력을 얻는 자동차와 비슷하다. 그러나 생물이 사용하는 연료는 종류도 다양하고 품질도 일정하지 않기 때문에 자동차보다 훨씬 더 복잡한 조절 장치가 필요하다. 더욱이 생체 내부에서 발생하는 문제를 스스로 해결하기 위한 화학적 면역 체계도 필요하다. 그렇게 복잡한 면역 체계를 제대로 작동시키려면 평소 적당한 훈련을 해야 한다. 그래서 위험 요소를 모두 제거해버린 위생적 환경이 언제나 우리에게 도움이 되지는 않는다. 최근 천식이나 아토피성 피부염이 급증하는 것은 지나치게 위생적인 환경 탓에 면역 체계의 훈련 기회가 없기 때문이라는 주장도 있다.

초과산화 라디칼의 폐해가 걱정된다고 해서 외부에서 정체불명의 항산화제를 마구 섭취하면 오히려 심각한 문제가 될 수 있다. 우리 몸에 익숙하지 않은 항산화제가 복잡한 생리작용을 심각하게 방해할 수 있기 때문이다. 우리 몸속의 생리작용은 어설프고 불완전한 지식만으로 변화시키기에는 너무나 복잡한 것이다. 치명적 질병의 경우에는 어쩔 수 없지만 가능하면 자연의 섭리에 순응해야 한다는 것이 화학을 통해 애써 얻은 지혜인 셈이다.

특히 노화와 죽음은 산화력이 큰 산소를 이용하기로 했던 우리에게 주어진 피할 수 없는 숙명이다. 그런 숙명을 벗어나려고 귀중한 재산과 노력을 낭비하기보다 주어진 삶을 아끼고 사랑하는 건강한 정신이 더 소중하다.

/ 월간 중앙 8월호