산소 / 닉 레인

Oxygen: The Molecule that made the World by Nick Lane

 

#1. 들어가며 - 삶과 죽음의 영약

• 산소는
  기적의 강장제, 노화 치료제, 미용 요법, 효험 있는 의학 치료법 등 삶의 영약으로 칭송하는
  반면 화재를 일으키는 위험한 기체이며 결국 우리를 죽일 위험할 유해물질

• 산소는 중요하다. 사람은 산소를 들이마시지 않으면 곧 죽는다.
  우리 몸은 15조 개의 세포에 각각 산소가 전달되도록 설계
  붉은 피는 적혈구 안에서 산소와 헤모글로빈 사이에 화학적인 결합

• 라부아지에
  - 산소가 공기의 일부인 반응성분임을 밝힘
  - 연소는 산소가 탄소나 다른 물질과 반응하는 것이다.

• 다이아몬드는 산소가 없을때에만 영원한 것이다.

• 산소는 흡입하기에 유독한 기체다. 그 유독성은 농도와 노출 시간에 따라 다르다. 고농도에서 산소 호흡은 확실히 유독하다.

• 최초의 다세포 생물은 아마도 광합성에 의해 생산된 대기중의 산소가 점점 증가하자 이에 공동으로 대처하기 위해 떼 지어 모인 세포 덩어리들로부터 진화했을 것이다.

#2. 태초에 - 산소의 기원과 중요성

• 오늘날 공기의 21%가 산소 - 40억년 전 공기 중 산소가 극히 적었다.

• 혐기성 - 산소를 싫어하는 생물들

• 산화 oxidation - 원자나 분자로부터 전자가 떨어져 나가는 것
  환원reduction - 전자가 더해지는 것 - 새로 페인트칠 하는 것과 같은
• 산소는 분자에게서 전자를 잘 떼어내는 성질을 가지고 있다.
• 최초의 세포는 아마도 산소없는 대기안에서 진화하면서 산소의 도움 없이 에너지를 발생시켰을 것이다.
• 진화를 통해 세포들은 치명적인 독이었던 산소에 의존하게 되었다.
• 생물권은 동식물이 살아온 현세를 통틀어 대기 산소를 스스로 알맞은 수준으로 조절해온 것이다.
• 공통선조 LUCA the Last Universal Common Ancestor
• 산소가 물에서 쪼개져 나온 대부분의 수소와 반응해 다시 물을 만들기 때문이다. 이런식으로 지구의 바다가 보존되는 것이다.
  
  

#3. 침묵의 시기 - 미생물 진화의 30억년

• 선캄브리아대
  대기 중 산소 농도가 낮았기 때문에 바다는 계속 산소가 없이 황화수소가 꽉 찬 상태로 유지되었을 것이다.

• 오해
  오해 1) 진화란 반드시 더 복잡한 방양으로 나아간다.
  오해 2)미생물이 현미경으로 볼 수 있는 작은 크기이며, 뇌가 없기에 진화의 밑바닥 단계에 위치한다
  미생물은 단순하지 않다.

• 광합성과 호흡은 본질적으로 서로 반대되는 반응이다. 한쪽은 산소를 소비, 반대는 산소를 생산하는 반응이다.
• 미토콘드리아는 산소를 이용해 에너지를 생산한다. 이는 생물이 에너지를 생성하는 가장 효율적인 방법이다. 모든 세포의 에너지 화폐는 ATP를 이용해 대부분의 대사 반응에 에너지를 준다.

#4. 캄브리아 대폭발 - 눈덩이 지구와 최초의 동물들

• 선캄브리아대에 긴 도화선이 있었는지 여부를 추론할 수 있는 근거는 '분자 시계'뿐이다.
• 산소를 필요로 하는 현재적 유형의 생태계는 눈덩이 지구가 끝난 직후에 발달하기 시작했다.
• 산소와 진화가 우연적으로 연결되었을 근거는 에너지 생산이다. 산소를 이용해 먹이를 분해하면 훨씬 더 많은 에너지를 낼 수 있다.
• 진화에서 중요한 단계로 넘어갈 때마다 산소의 양이 늘어났ㄷ. 산소의 양이 늘어날 때마다 생물은 빠른 속도로 종류가 다양해졌고 형태가 복잡해졌다.

#5. 불소버 잠자리 - 거대 생물들의 등장과 산소

• 지구의 대륙은 최근까지 하나로 뭉쳐서 판게아 Pangaea 라는 하나의 초대륙을 이루고 있었다.
• 에너지 생산은 전적으로 산소에 달려 있다.

#6. 공기의 배신 - 산소 독성과 엑스레이 피폭의 공통의 메커니즘

• 우라늄이 들어있는 모든 물질이 비슷한 복사선을 방출한다. 심지어 우라늄 주위의 공기에 전기가 통할 수도 있다 - 방사능 radioactivity
• 호흡은 아주 느린 형태의 산소 중독이다. 노화와 노인성 질병 모두 본질적으로는 느린 산소 중독으로 인해 일어난다.
• 방사선을 쐬면 물이 쪼개진다.
• 어린아이 체중의 75% - 물
  성인 남자 체중의 60% - 물
  성인 여자 체중의 55% - 물 (여자가 피하지방이 더 많다.)
• 몸무게 70kg 성인은 1분에 1/4L 산소 흡입
• 인간 게놈 지도에서 공개된 DNA 암호는 A,G,C,T 염기글자로 되어있다.

#7. 초록색 별 - 방사선과 광합성의 진화

• 광합성이 없었다면 단순히 풀과 나무가 존재하지 않는 것만이 아니었을 것이다. 공기에는 산소가 없었을 것이고, 산소가 없었다면 육상에 동물이 살지 못했을 것이다.
• 루비스코 효소는 지구에서 가장 많이 존재하는 효소다.

#8. LUCA를 찾아서 - 산소 이전 시대의 마지막 조상

• 핵에는 진핵세포가 물려받은 유전적인 유산이 들어있다. 그것은 염색질이라는 이상하게 생긴 부정형 물질인데, 단백질에 둘러싸인 DNA로 이루어져 있다. 진핵세포가 분열하면 가장 먼저 DNA가 복제되고 염색질이 단단하게 뭉친다. 이것을 염색체라고 한다.
• 단백질은 리보솜에서 만들어진다.
• 진화계통수 - 호흡 유전자 16개의 DNA서열이 유사하다는 점을 이용해 친척 관계를 나타내는 계통수를 그릴 수 있다.

#9. 패러독스의 초상 - 황산화제의 여러 측면과 비타민 C

• 건강을 돌보는 사람은 실제로도 오래 산다.
• 비타민 C가 많이 들어 있는 과일 등을 적절히 먹어주기만 한다면 몸 안에서 비타민C를 만드는 것보다 이득이다.
• 괴혈병
• 하루에 60mg 비타민C 일일 권장량
• 하루 비타민C 400mg - 포화상태

#10. 항산화 장치 - 산소와 더불어 살아가는 101가지 방법

• 의미론의 바다에서 허우적거릴 생각은 없다.
• 과산화화 - 음식을 공기중에 그대로 두면 썩은 냄새가 나게 된다.
• 대체로 산소농도는 대기 수준의 0.1%이다.
• 세균의 점액은 긴 사슬로 된 중합체가 뒤섞여 이루어져 있다. 중합체라는 점에서 플라스틱과 비슷하며, 모두 음전하를 띠고 있다는 공통점이 있다. 다시 말해, 양전하를 띠고 있는 원자를 단단히 붙잡는다.
• 미토콘드리아는 균형의 원인이 된다. 독립생활을 하는 세균이었던 미토콘드리아는 자기보다 큰 세포안에 숨어 스스로를 보호하게 되었다. 세포안에서 살게 된 미토콘드리아는 피난처를 얻은 대신 활발한 호흡으로 세포 내부의 산소 농도를 떨어뜨린다. 혈액이 계속해서 똑같은 속도로 산소를 날라다 준다면 우리 세포는 산화될 것이다.
• 단백질은 구조가 곧 활동이다.
• 향산화방어가 지속적으로 조금씩 누출되는 것이 노화와 죽음의 원인일지 모른다.

#11. 성과 신체 유지 - 노화의 진화에 존재하는 균형점

• 남자의 경우 고환의 분비작용이 줄어드는 것이 노화의 관계있다는 이론
• 노화, 나이를 먹으면서 신체 기능을 잃는 현상은 필연적이지 않다- 노화를 피할 수 있을 것이다.
• 생식만이 생존을 보장한다.
• 구조가 복잡할수록 깨지기가 더 쉽다.
• 세균은 대체로 나이를 먹지 않는다. 세균은 생식을 빨리함으로써 유전자를 온전히 유지한다. 20분마다 새 세대를 만들 수 있다. 가능할 때마다 망가진 DNA를 수리해 자신을 보호한다. 자연선택에 이득이 되는것이라면 무엇이든 재빨리 수용한다. 세균은 수없이 많은 세대를 거치면서도 여전히 젊은 상태다.
• 세균의 생존에는 반드시 대규모의 죽음이 따른다.
• 영원한 생명의 주된 특징은 바로 죽음이다.
• 한 형질이 한 집단 내에 자리 잡으려면 우선 각 개체에 이득이 되어야 하고 이 개체들이 그 형질이 없는 다른 개체들을 누르고 번성해야 한다.
• 동물들은 생존에 위협을 받으면 더 빨리 번식하는 것일까? 그렇다.
• 성행위를 할 때 마다 수명이 줄어든다는 아리스토텔레스의 우울한 언명은 사실 정반대다.

#12. 음식과 성과 장수 - 먹지 않으면 영원히 살 것이다.

• 수명은 유전자에 정해져 있다.
• 질병이 걸리지 않은 채 노령으로 죽는 것은 불가능하다.
• 작고 깡마른 남성들은 키가 크고 살찐 남성들보다 평균 5~10년씩 수명이 길다.
• 인슐린 저항성 - 오늘날 장수가 아닌 당뇨를 초래한다.

#13. 암수의 이유 - 살아가는 속도와 성별의 필요성

• 게으른 사람이 가장 오래 사는 이유
• 상수 - 평생 에너지 소비력 Lifetime Energy Potential
• 칼로리 제한이 수명을 늘리는 메커니즘은 이제 막 밝혀지기 시작한 상태다.
• 덜 먹으면 대사율과 산소소비가 줄어든다.
• 세포의 수명은 미토콘드리아의 활동과 손상 예방 및 복구 체계의 효율성에 따라 좌우된다.

#14. 유전자와 운명 - 노화와 질병의 극복

• 유전자가 질병의 원인이다. 질병을 치료하기 위해서는 잘못된 유전자를 찾아서 바로 돌려놓아야 한다. 불완전한 유전자를 삭제하고 그 자리에 새로 좋은 유전자를 집어넣기만 하면 된다.
• 산화성 스트레스는 살아가면서 점점 더 증가 - 노화의 인과적 근거
• 노화와 노화 관련 질병은 미토콘드리아 자유 라디칼 누출, 산화성 스트레스, 만성적인 염증이 합쳐져 일어나는 퇴생성 과정이다.
• 흡연 -> 라디칼 발생원 ->산화성 스트레스
• 산화성 스트레스를 조정 하게 되면 우리는 유전자와 운명을 뛰어넘을 수 있을 것이다.

#15. 삶과 죽음과 산소 - 진화에서 얻는 노화의 미래에 대한 교훈

• 라마르크의 획득 형질 - 살면서 생긴 변화의 유전
• 닭이 먼저냐 알이 먼저냐 - 알이 먼저다. (유전자 변화 - > 수정란)
• 태초에 산소는 없었지만 자외선과 물이 있었다. 오존층이 없었기 때문에 공기와 바다 표면에 쏟아지는 자외선은 지금보다 적어도 30배는 더 강했다.
• 화성 - 붉은 산화철
• 진화적인 시각으로 보면, 산소 자유 라디칼은 노화와 노화 관련 질병 모두의 근원적인 이유이다.
• 노화와 노인성질병을 피할 수 있는 도움을 구할 곳
  1) 감염성 질병
  - 면역 체계의 적응
  
  2) 미토콘드리아
  -Mt5187A 변형 유전자
  -변형 유전자는 미토콘드리아 유전자 중에서 글자 한 개 C가 A로 바뀌어 생긴 것이다. - 운명
  
  
• 아프리카에서는 알츠하이머나 치매율이 낫다.
• 산소라는 프리즘을 통해 진화를 들여다보면 우리 인간의 삶과 죽음에 대해 놀라운 시각을 갖게 된다. 물이 생명의 토대라면 산소는 생명의 엔진이다. 산소가 없었다면 지구상의 생물은 바다 밑바닥의 진흙을 결코 벗어나지 못했을 것이고, 지구는 아마 화성이나 금성처럼 황량해지고 말았을 것이다. 산소가 있었기에, 생명은 이토록 다양하게 꽃필 수 있었다. 산소로 인해 노화와 죽음의 진화가 이루어졌다.
• 프랜시스 베이컨
  철학은 실험이라는 등대가 없이는 삶과 죽음이라는 위대한 질문에 결코 답할 수 없다.
  (과학이 철학에서 나왔다)
• 과학은 귀납법, 즉 잡다한 데이터를 그물로 모아 그 중에서 어떤 유형이나 사실을 발견하기를 기대하는 것이 아니라 가설과 반박으로 이루어지는 것이다.
• 유전자 연구는 생물학, 건강, 질병에 대한 우리의 인식을 바꿔놓았다. 이 책에 등장한 많은 이론들은 분자 유전학의 큰 발전이 없었다면 상상할 수 없는 일이었다. 그러나 도구와 해답을 헷갈려서는 안된다.
• 산소 자유 라디칼이 노화와 일부 질병의 원인을 제공하며 다른 질병의 중요한 원인이다.
• 진화적인 시각은 우리 눈 앞에 전혀 다른 풍경을 펼쳐준다. 생물은 무수한 적응을 통해 산소에 대항하는 법을 익혔다. 행동부터 몸 크기와 생식까지 전부 적응의 결과이다.
• 산소는 진화와 생명의 엔진일 뿐 아니라 노화와 노화 관련 질병의 가장 중요하고도 유일한 원인이 된다.
• 노화라는 문제를 다루는 가장 좋은 방법이 될 연구 분야 - 면역 조정과 미토콘드리아 의학
• 결국 골고루 먹되 과식은 피하고, 지나칠 정도로 깨끗하게 살거나 지나치게 스트레스 받지 말고, 금연하고, 규칙적으로 운동하고, 활기찬 마음을 갖는 게 건강의 첩경인 것이다.