박광하의 생명과학 이야기
소금에 얽힌 이야기(2)
소금이 생기고 생명체가 시작되다.
한편, 대기는 수증기의 양이 감소함에 따라 이산화탄소만 남게 되었다. 그러나 이산화탄소가 바다에 녹아 들어가면서 대기를 가득채우던 이산화탄소도 감소하기 시작했다. 바다에 녹아 들어간 이산화탄소는 석회암이라 부르는 탄산염 암석의 형태로 대륙에 고정되고, 결국 원시 지구의 대기는 질소만이 남게 되었다. 이후 하늘은 점차 맑아지기 시작했다. 바다는 안정을 찾아갔다. 이쯤 되어 지구의 원시 바다에는 복잡한 화학 물질로 들끓기 시작했다. 이들 화학물질 가운데 가장 주목할 만한 것은 메탄[CH4]이었다. 메탄은 그 이전 미행성이 충돌하던 때부터 지구상에 존재하던 물질이었다. 메탄은 지구상 최초의 생명체를 구성하는 요소로서 작용했다. 그것이 바로 메탄생성 미생물이며, 메탄생성미생물은 무산소의 환경에서도 10.000년 정도 생존할 수 있었고 100c에 가까운 고온에서도 생존하였던 미생물이다. 단세포 생물이 나타나기 이전부터 그들은 원시 지구를 지배했던 것이다. 이때에는 메탄가스가 원시대기의 구성성분이었으며 지구상의 생명체 탄생에 역할을 했다는 것이다. 미국의 화학자이자 생물학자인 스탠리 로이드 밀러[Stanley Lloyd Miller, 1930. 3. 7 ~ 2007. 5. 20]의 유명한 실험이 있다. 그는 생명의 기원에 대한 연구에서 무기물에서 유기물을 합성하는 실험을 통해 원시지구에서 생명탄생의 가능성을 증명하였다. 그는 실험에서 물(H2O), 메탄(CH4), 암모니아 (NH3), 수소 (H2)를 사용 하는 것이다. 원시대기에는 이들 물질로 구성되어 있었다고 보았기 때문이다. 이들 물질을 살균된 유리관과 플라스크로 이루어진 루프형의 실험기구 안에 밀봉하였으며, 실험기구 중에 플라스크 하나에는 물이 반쯤 채워져 있고, 다른 하나에는 한 쌍의 전극을 연결 하였다. 물은 가열하여 기화시키고, 수증기가 포함된 내부 공기 중에 불꽃을 튀겨, 자연의 번개를 흉내 냈다. 다시 공기는 식혀져서 수증기는 물이 되고 처음 플라스크로 돌아가는 이 과정을 계속 반복했다. 일주일 동안 계속 실험을 행한 결과, 유리와 밀러는 10 ~ 15%의 탄소가 유기물질로 합성되어 있는 것을 관찰하였다. 더욱이, 2%의 탄소는 살아있는 세포의 단백질을 구성하는 아미노산 중에 몇 종류의 형태라는 결과도 얻었다. 결론 적으로 밀러는 원시대기의 조성을 기초하여 원시지구의 모형을 만들고 결과 반응을 조사하는 것이 연구의 테마였다. 생성된 분자들은 완전한 살아있는 생화학적 시스템을 이루기에는 너무나 미흡한 유기물질에 불과 하였으나 이 실험은 이미 있는 생명체를 가정하지 않고, 자연적인 과정만으로 생명체를 이루는 기본 요소들이 생성될 수 있다는 사실을 확립시킨 것의 성과 정도로 인정받고 있다.
소금농도의 항상성[恒常性]
생명체를 근원적으로 설명하려면 DNA, RNA 등의 핵산, 아미노산, 단백질 등의 합성과정이 밝혀져야 하는데 규명하지 못한 상태다. 그러나 바다에서 생명체가 탄생하였다는 주장에는 이론[異論]의 여지가 없다. 바다 속의 생명체에서 진화를 거쳐 육지로 올라온 것이 3억년 전이라고 한다. 그래서인지 인간의 체액이나 양수 같은 것의 염분농도가 바닷물의 성분과 같다. 다만 그 농도가 인간인 경우는 0.9%인데, 해수의 농도는 시일이 경과함에 따라 차츰 진해져서 3.5%로 되었다고 한다. 다시 말해 우리 인체의 악 70%를 차지하는 수분의 성분은 바닷물의 성분과 같아야 하고, 이 균형이 무너지면 여러 가지 이상증상이 나타나게 된다고 한다. 병원에서 쓰는 링게르라 불리는 생리 식염수가 0.9%다. 핏물, 땀, 눈물, 콧물, 다 맛봤지 않은가? 다 짜다. 신체 내에서 물이 포함된 모든 조직과 세포들의 수분도 0.9%의 체액을 유지하고 있다. 사람(포유류)은 소금물 속에서 성장한다. 모체(양수의 99%가 물) 내의 태아는 바로 소금물 속에 떠 있는 것과 같은데 양수는 그 미네랄 조직이 바닷물과 흡사 하다. 바다의 면적은 약 3억6,000㎦(약 360조ℓ)에 달하는 것으로 알려져 있다. 평균 수심은 3,800m며, 지구표면의 약 71% 정도를 차지하고 있다. 이 바닷물의 소금농도는 3.5%인데, 이 같은 정보를 바탕으로 계산을 해보면 바다 속에 녹아있는 소금의 총량은 약 4경8,000조 톤에 해당하는 것으로 추정된다. 이는 전 세계의 70억명의 인구가 매일 100g씩 먹는다 해도 2억2,000만년 이상 섭취할 수 있는 량으로 세계보건기구(WTO)의 하루 소금 섭취 권장량인 5g씩이라면 무려 35억년 이상 먹을 수 있다. 그렇다면 현재 사람들이 천일염이라는 이름으로 매년 상당량의 소금을 바다로부터 채취하고 있다는 점에서 앞으로 시간이 흐르면 바다의 염분농도가 낮아지게 될까? 과학자들은 그렇지 않다고 말한다. 인간을 비롯해 염분을 섭취하는 모든 동식물들은 아무리 많은 소금을 먹는다 해도 대사활동에 필요한 일정량을 제외한 나머지는 어떻게든 몸 밖으로 배출하게 되며, 이렇게 배출된 소금은 다시 비에 녹아 바다로 흘러 들어가기 때문이다. 즉 바다에서 꺼낸 소금을 일정 장소에 대규모로 쌓아놓지 않는 이상 바닷물의 염분농도는 항상 3.5%를 유지하게 된다는 것이다.
소금 섭취의 과민반응
음식을 짜게 먹으면 건강에 좋지 않다는 건 삼척동자도 안다고 할 정도로 상식이 되었다. 짜게 먹지 말고 소금 많이 먹으면 고혈압을 비롯한 심혈관계 질환의 직접적인 원인이 된다는 것을 귀가 닳도록 듣다 보니 소금을 극약으로 생각하게 되었다. 건강에 관심있는 분이라면 소금을 적게 섭취하여 0.8%이하로 떨어지면 건강에 치명적이 된다는 것도 다 아는 사실이다. 그러나 인체의 혈액 속에는 약 0.9%의 소금기가 있어서 생명이 유지되는 것이다. 염도의 기준은 건강한 사람이면, 0.9%이상이어야 하고 장기간 치료를 받고 있는 환자의 염도는 0.4-0.8%이고, 암환자는 0.2%에 가깝다고 한다. 혈액 속에 소금기가 0.8%이하로 떨어지면 섭취하는 음식물을 완전히 소화, 흡수할 수 없게 되며 혈액 속에 있는 각종 오염물질을 정화할 수 없게 된다. 그것뿐만이 아니라 백혈구 같은 것이 세균을 잡아먹을 수도 없고 생체전류를 흐르게 할 수도 없어서 교감신경과 부교감신경의 불균형을 가져와 신체균형이 무너질 뿐만 아니라 36.5°의 체온을 유지시킬 수도 없다. 그렇게 되면 인체의 자연치유력도 떨어지게 되는 것이다. 병원에서 응급환자를 비롯한 모든 환자들에게 0.9%의 소금물로 만든 링거액을 투여하는 것은 혈액의 염도를 0.9%로 유지하기 위함이다. 소변의 염도를 측정했을 때 최소한 0.9%이상 나와야 한다. 세상만사가 지나치면 좋은 것이 하나도 없다고 봐야 한다. 소금과다 섭취의 부작용에 관한 연구는 수 없이 않다. 너무 싱겁게 먹거나 나트륨 성분을 무조건 나쁜 것이라고 생각하고 아예 안 먹으려 하는 경우는 어떨까? 현재 미국인들의 경우 하루 평균 나트륨 섭취량은 약 3.4g이라고 한다. 밥 한 숟갈이 보통 1g쯤 되니, 매일 3 숟갈 반 정도의 소금을 먹는 셈입니다. 위의 연구결과에서 문제가 된 7g보다는 훨씬 적은 양인데도, 각 기관들은 소금 섭취를 더 줄여야 한다고 권고한다. 미국 식품의약청(FDA)의 권장량은 하루 2.3g이고, 세계보건기구(WHO)는 2g, 미국 심장의학회는 1.5g 이상 먹지 말라고 한다. 그런데 싱겁게 먹고 소금을 덜 먹는 것이 건강에 무조건 좋은 건지에 대해서는 아직 의학계에서도 합의된 결론이 나지 않은 상태다.<‘소금에 얽힌 이야기3’에서 계속>
박광하(전 여주대신고 교감, 전 수원계명고 교장)
필자 박광하 선생은 고려대학교 생물학과를 마친 후에 평생을 생물과학 강의와 교육에 헌신하여 왔다. 20여년전 호주로 이주하여 시드니에 거주하며 집필 활동을 하고 있다.