태양을 먹다

올리버 몰턴 지음 | 김홍표 옮김

동아시아 2023년 06월 08일 출간 종이책 : 2023년 04월 19일 출간

작품소개

책소개

교과서에서 배웠던 ‘광합성(photosynthesis)’이라는 주제, 얼핏 단순해 보이는 과학 현상 하나로 어떻게 이처럼 방대한 저작물이 탄생했을까? 올리버 색스(Oliver Sacks)는 『태양을 먹다(Eating the Sun)』에 대해 “생명 과정을 바라보는 새로운 인식이며 지적 모험으로 스릴 넘치는 역사서”라고 말했고, 매트 리들리(Matt Ridley)는 “다루는 폭과 장대함에 숨이 멎는 문학이고 과학 작품”이라고 극찬했다. 이 책은 왜 과학 도서 전문가들과 독자들에게 찬사를 받았을까?
과학 저널리스트 올리버 몰턴(Oliver Morton)의 『태양을 먹다』는 자연의 가장 위대한 기적인 광합성을 흥미롭고 생동감 넘치며 심오한 시각으로 담은 책이다. 광합성을 가능하게 하는 물리학, 화학, 세포생물학부터 ‘광합성의 아름다움’을 연출하는 메커니즘을 처음 발견한 과학자들의 기발하고 경쟁적인 이야기, 오늘날 우리가 직면한 에너지 위기와 기후 위기에 이르기까지. 책은 수준 높은 교양과학 영역에서 ‘광합성 과정의 렌즈’를 통해 지구와 인간에 대해 광범위하고 탁월하게 설명하고 있다.
『태양을 먹다』는 ‘인간의 삶’ ‘지구의 수명’ ‘나무가 사는 세상’의 세 가지 이야기로 전개된다. 1부 ‘인간의 삶’에서는 20세기 광합성 연구의 역사를, 2부 ‘지구의 수명’에서는 지구의 역사와 광합성의 기원 그리고 진화를 다룬다. 3부 ‘나무가 사는 세상’에서는 18세기 중반부터 이루어진 산소와 이산화탄소, 에너지, 기후에 관한 연구를 살펴보며, 초기 광합성 식물에서 유래한 화석 연료의 사용이 지구에 미치는 영향에 관해 논한다. 특히 세계대전 전후 시대의 물리학자들과 화학자들이 수행한 광합성 연구가 분자생물학에서 원자폭탄에 이르기까지 다양한 분야의 기틀이 되었다는 분석은 이 책이 학술적으로도 탁월하다는 찬사를 받았던 이유이기도 하다.
책에 등장하는 과학자들의 이야기는 역사를 가로지르고, 그들의 생애는 역동적으로 독자를 이끌어 간다. 핵 실험으로 만든 탄소-14를 연구한 로저 르벨(Roger Revelle), 대기의 이산화탄소량을 측정한 데이브 키일링(Dave Keeling), 탄소와 요오드 등을 합성한 유기화학자 앤드루 벤슨(Andrew Benson), 합성에서 탄소 일곱 개를 가진 탄수화물의 정체를 밝혀내기 시작한 화학자 멜빈 캘빈(Melvin Calvin) 등이 그 주인공이다. 역사의 페이지에는 전쟁도 있었다. 1941년 광합성 연구를 위한 방사선 실험실은 맨해튼 프로젝트의 중심이 되었고, 이 실험실에서 처음으로 동위원소 분리에 성공했을 때는 일본군이 진주만을 습격하던 바로 그날이었다.
우리는 탄소를 고정하고 광합성 전자가 이동하는 과정을 이해하는 동시에 방사성 동위원소의 중요성도 알게 된다. 그리고 스크립스 연구소의 마틴 카멘(Martin Kamen)과 샘 루벤(Sam Ruben)의 삶을 살게 된다. 그들은 작동을 멈추기 직전의 입자 가속기인 사이클로트론(cyclotron)을 들고 동물 실험실에 뛰어 들어갔다. 방사능 이산화탄소를 분리해 냈고, 식물이 실제 대기 중의 이산화탄소를 고정한다는 사실을 보여 주었다. 이야기의 결말은 희극인 동시에 비극이기도 하다. 광합성에서 독가스로 연구 방향을 선회했던 루벤은 독가스 실험 도중 액체 질소가 그의 폐를 가득 채워 질식사했다. 방사성 동위원소를 실험한 카멘은 ‘원자폭탄 스파이’라는 혐의에 괴로워하며 자살을 시도했다.
책은 이처럼 과학자들의 마음과 실험실에 독자를 밀어 넣는다. 그래서 책을 읽는 사이에 자연스럽게 과학 연구에 참여하도록 만든다. 그 과정에서 우리는 ‘광계’와 ‘전자 전달’ ‘Z-체계’도 무리 없이 이해하며 과학 이론에 조금씩 접근할 수 있다.
또한 이 책은 지구의 수명 그리고 인류와 광합성과의 관계를 조명한다. 즉 광합성이 지구 생태계에 어떤 영향을 미치는지, 인간 문명을 얼마나 발전시켰는지, 인류가 얼마나 광합성에 의존하고 있는지를 살펴본다. 이어 지구 온난화와 탄소 문제에 대한 논의를 통해 인류가 광합성을 어떻게 활용해야 하는지도 포착하고 있다. 따라서 책은 인간과 지구의 숨겨진 생명의 고리, ‘광합성’을 통해 과학, 환경, 인류의 미래에 넓고 깊은 통찰을 제시한다.

목차

추천의 글
저자의 말

들어가는 말

제1부 인간의 삶
1장 탄소
스크립스, 행성 그리고 단백질 ｜ 앤드루 벤슨의 화학 교육 ｜ 마틴 카멘과 방사성 동위원소 실험실 ｜ 탄소-14
전쟁을 딛고 ｜ 멜빈 캘빈과 탄소의 여정 ｜ 루비스코
2장 에너지
가을 그리고 에너지 보존 ｜ 로빈 힐과 케임브리지 생화학 ｜ 산소는 어디에서 오는가? ｜ 다니엘 아르논과 엽록체의 분리 ｜ Z-체계 ｜ 피터 미첼 그리고 막의 역할
3장 빛
13차 국제 학회 ｜ 에머슨과 아놀드 ｜ 광합성 단위를 둘러싼 논쟁 ｜ 반응센터 ｜ 광계 II에는 4만 6,630개의 원자가 ｜ 절묘한 스릴

제2부 지구의 수명
4장 태초에
망원경과 생체경 ｜ 생명의 한계와 기원 ｜ 세상을 열다 ｜ 지구를 산화하다 ｜ 다른 세상 ｜ 그렇다고 해도 어디를 연구해야 하는 것일까?
5장 화석
다운을 향해 운전하다 ｜ 첫 번째 눈덩이 지구 ｜ 엽록체 세계 ｜ 지루한 10억 년 ｜ 대기권을 침범하다
6장 숲과 되먹임
정적인 특성 ｜ 세상을 펼치다 ｜ 산소 불꽃 ｜ 생명, 행운 그리고 엔트로피
7장 초원
다운스에서 ｜ 백악기 바다에서 불타는 사바나로 ｜ 빙하기 ｜ 비옥한 1000년 ｜ 식물의 종말 ｜ 오랜 여정

제3부 나무가 사는 세상
8장 인류
바스티유의 날 ｜ 광합성의 발견 ｜ 플로지스톤 주기 ｜ 잎이 바뀌면 세상도 바뀐다 ｜ 인류의 힘 ｜ 탄소/기후 재앙
9장 에너지
쐐기의 세계 ｜ 포플러에 비치는 태양 ｜ 덧붙여: 변치 않는 동반자

용어 설명
더 읽을거리
감사의 글
참고문헌

책 속으로

이 모든 것을 설명하기 위해 나는 이 책을 세 부분으로 나누어 구성했다. 각 부분은 주제와 해당 시간 범위로 나뉜다. 제1부는 인간 활동의 범주에 맞게 설정했다. 계몽시대 이후 20세기 들어 광합성을 새롭게 보고자 등장한 놀라운 수단을 과학자들이 어떻게 이용했는지 살펴볼 것이다. 제2부는 지구의 삶을 다룬다. 1부에서 발견된 분자들이 어떻게 지구화학에 지배적인 물질이 되었는지 그리고 어떻게 기후를 재설정하고 기후와 서식지를 엄청나게 변화시켰는지 알아볼 것이다. 제3부는 과거와 미래 몇 세기 동안의 문제인 나무의 삶을 다룬다. 화석 연료를 사용하게 되면서 인간이 탄소 순환에 깊숙이 관여하고 기후를 변화시킨 이야기다.
이 책은 또한 광합성을 깊이 이해하는 일이 장차 우리가 어떻게 더 현명한 미래를 선택하는 데 도움을 줄지도 살펴볼 것이다. 놀라운 세계를 풍요롭게 해석하는 과학은 우리가 상황을 개선하는 데 커다란 도움을 줄 것이다. 색소 수준에서 그리고 이 행성의 차원에서 광합성을 이해하는 일은 우리 공기를 답답하게 하는 이산화탄소 재를 사용하는 방법을 알려줄 것이다. 우리는 태양으로부터 오는 에너지를 추출하는 새로운 방법을 찾아야 한다.
_들어가는 말 / 20~21쪽

사람은 살아가는 동안 또 다른 극적인 삶, 평온하고 보편적인 삶이 뒤섞인다. 나치 치하를 벗어나 정원에서 난초를 키운다. 시간제로 일하다가 봉급을 받고 무기를 들다가 다이빙을 배우고 사고로 죽는다. 배신, 열정, 우울, 사랑에 빠짐, 포커에서 이김. 똑똑한 사람, 결정력이 있는 사람, 운이 좋은 사람, 자신들이 잘하는 일을 하는 사람, 완전히 수수께끼였던 사실의 전모를 밝혀낸 사람. 20세기의 뒷배를 위해 그들은 새로운 지평을 열었다. 이제 분자가 산처럼 보이고 태양이 내리쬐는 기간이 빙하기처럼 지속되는 기이하고 새로운 풍경이다. 빛과 생명의 소우주를 가로질러 그들은 지구상 모든 생명을 태양의 불에 연결하는 길을 추적했다.
우리는 모든 것을 알지 못한다. 하지만 어떤 것도 인간의 일생만큼 많은 것을 이야기하지 않는다. 정말 그 안에는 절묘한 스릴이 있다.
_3장 빛 / 177쪽

진화는 포자를 바람에 방출하기 위해 경계층 위로 자란 식물의 줄기를 선호했다. 시간이 지남에 따라 식물은 내부를 습하게 유지하는 왁스 큐티클 층을 갖추는 등 다양한 방어 체계를 구축하고 건조한 기후에 맞서게 되었다. 큐티클 층은 이산화탄소를 빠져나가게 할망정 물을 지킬 수 있었다. 만일 줄기가 광합성을 하면 이산화탄소를 받아들이는 대신 물을 잃을 각오를 해야 한다. 이런 절충안을 중재한 것은 기공이다. 식물은 녹색 조직에서 광합성의 양을 감지하고 그에 따라 기공을 여닫는다. 전체적으로 환경의 입장에서 기공은 식물생리학의 가장 중요한 특성이다. 이들은 물과 탄소 순환을 긴밀하게 연결한다.
_5장 화석 / 264쪽

유전자를 변화시키고 단백질을 재설계하며 발생 과정을 조정하는 일이 우리가 스스로 설계하는 방식과 마찬가지로 정보를 처리하는 컴퓨터와 통합되면 최소한 우리 중 일부는 농업이나 혹은 언어의 개발과 같은 분야에 기본적인 변화를 초래할 수도 있을 것이다. 또한 우리 후손 중 일부는 몇백만 년 전 등장했던 우리 포유류 인간과 다른 모습을 하고 있을지도 모른다. 현재 진행 중인 간빙기보다 오랫동안 현생 인간이 지속될 것이라고 생각하면 사뭇 놀라울 것 같다. 인류는 곧 운명을 다 할 것이다. 변화할 수 있는 우리의 잠재력이 진화가 이루어 낸 것만큼 심오하다고 해도 인류가 지속하리라는 보장은 없다.
아니면 인류가 완전히 다른 방식으로 처신할 수도 있다. 이런 생각을 하는 웰즈와 베르네 같은 공상 과학자들은 19세기 우스꽝스러운 우주 비행을 논한다. 그것도 악셀란도(the accelerando), 휴거, 특이점 등 여러 가지 이름의 변형체가 있다. 나는 단순히 그것을 ‘변화’라고 부르겠다.
_7장 초원 / 356~357쪽

그렇다. 환경을 위해 우리가 가야 할 길에 우리가 배워야 할 것들은 많다. 하지만 환경이 감당할 능력을 강화하는 일도 또한 설득력 있는 대안이 될 것이다. 머지않아 지구 인구는 80억이 된다. 음식도 필요하고 에너지가 농축된 공업 생산물도 필요하다. 우리는 세계를 여행하며 경이를 맛보고자 한다. 우리에게는 생물지구화학의 순환이 조화로운 건강한 지구 생물권이 필요하다. 인류의 열망과 조화를 이루기 위해 우리 능력껏 이 세계를 설계해야 한다. 현재와 같은 집약농법에서 벗어나 사람들을 먹여 살릴 새로운 방식을 모색해야 한다. 인류를 가난에 빠져들게 하지 않는 한도 내에서 화석 연료의 사용을 최대한 줄여야 한다. 인간의 사고와 관계없이 자연이 독자적으로 움직인다는 생각은 순진하기 그지없다. 모든 면에서 자연은 이미 인간의 영향 아래 있다. 그렇지 않은 곳을 보려면 극지방에나 가야 할 것이다. 맑은 날이면 대륙의 모든 곳에서 최소한 한 대의 비행기가 나는 모습을 볼 수 있다. 그리고 심지어 얼음 위를 스치는 공기에서도 우리는 산업의 흔적을 느낄 수 있다.
_9장 에너지 / 446~447쪽

광합성은 생명 역사에서 한 번도 시도해 본 적이 없던 다양한 방식의 행위가 모여 지구를 푸르게 색칠한 이야기다. 동위원소의 선택, 숲의 색상, 식물 세상 엽록소의 닫힌 웜홀, 우리 세계에 빛을 주는 연료의 생성, 여름에 재채기하게 만드는 꽃가루의 필요성, 땅에서 하늘로 물을 끌어올리고 전 세계의 총체적인 엔트로피에 두루 걸친 방식, 전부 다다.
그와 동시에 광합성 이야기는 인간 지성의 힘을 확인하는 과정이기도 했다. 또 광합성이 창조한 과학과 경이로운 생명을 이해하고 헤아리도록 이끈 철학, 모두 놀라운 일이다. 서로 다른 것을 연결하는 문화 또한 오늘날 우리가 보는 이 세계를 변화하게 만든 원동력이었다. 세상 자체를 바꿀 뿐 아니라 연결 방식도 새롭게 만들었다. 동물의 출현이 그랬듯 우리 인간종은 이런 문화를 창조함으로써 지구에 심오한 영향을 끼쳤다. 아마 광합성 자체도 그랬을 것이다. 이들 모두 지구의 기억 그리고 마음의 불꽃에 새겨진 것들이다.
_덧붙여: 변치 않는 동반자 / 467~468쪽

출판사 서평

자연의 경이로운 이치를 향한 인류의 구도적 열정
그래서 깨닫는 자연과 인간의 유기적 통일,
마지막 과제, 지구 보존을 위한 통찰을 제시하다.

『태양을 먹다』의 가장 중요한 미덕은 ‘자연의 가장 위대한 기적’에 대해 흥미롭고 생동감 넘치게 표현하면서도 심오한 시각을 제시한다는 것이다. 동시에 기후 변화와 혼란의 잠재적 위기를 조명하고 필요한 경종을 울린다. 이를 위해 식물의 중요성에 대한 찬사, 지구의 역사와 전쟁의 중심에서 과학자들의 화협과 불화, 효소와 색소처럼 미시적인 것들이 바다와 열대우림, 화석 연료 경제 등의 거시적인 문제에 어떻게 영향을 미치는지를 점층적으로 설명하고 있다. 그리고 무엇보다 상황을 좋게 혹은 나쁘게 만드는 것도 ‘우리’라는 것을 강조하고 있다.
다시 말하면, 태양은 인류의 생존을 위해 지구상에서 가장 중요한 자원이지만 태양의 본질과 역할은 아직도 미스터리한 부분이 많다는 것이다. 책은 그 가운데 탄소와 에너지, 빛의 역할을 통해 광합성의 기초가 되는 물리학, 화학, 세포생물학 등의 원리를 밝히고 있다. 생물, 지구, 인류의 여정과 미래가 이 책에 담겨 있다.
생명의 기원과 지구의 역사를 자연 현상을 통해 탐구하면서 인간과 환경이 어떻게 상호작용하며 우리의 삶과 문화에 어떠한 영향을 미치는지 살펴보는 과정, 이는 바로 과학과 인문학이 만나는 지점이라고 할 수 있다. 과학적 원리를 인간의 역사, 지구의 생명력과 연결함으로써 독자들에게 통섭적인 시각을 제시하는 것이다.
또한 책은 인간과 지구의 미래에 중요한 메시지를 전달하고 있다. 오늘날 우리가 직면한 에너지 위기와 지구 온난화 문제를 광합성의 관점에서 바라보며, 지속 가능한 에너지 생산 방식을 찾아야 하는 인류의 책임을 강조한다. 이를 바탕으로 지구를 보호하고 지속 가능한 발전을 실현하기 위한 행동 방향을 찾을 수 있다.
저자 올리버 몰턴은 “광합성은 생명 역사에서 한 번도 시도해 본 적이 없던 다양한 방식의 행위가 모여 지구를 푸르게 색칠한 이야기”라며 “광합성 이야기는 인간 지성의 힘을 확인하는 과정”이라고 말한다. 이제 ‘푸르고 창백한’ 우리의 행성 ‘지구’를 위해, 우리가 무엇을 해야 할지 스스로에게 물어야 할 때다.

[추천사 이어서]

『태양을 먹다』는 별 주위를 소용돌이치는 우주 먼지의 아바타인 식물의 잎이 얼마나 아름답고 얼마나 귀한 존재인지를 대놓고 드러내는 즐겁고 유장한 산문이다. - 《크리스천 사이언스 모니터》

매혹적이면서도 중요한 책이다. - 이언 매큐언, 『속죄』, 『토요일』, 『체실 비치에서』의 저자

매우 독창적이다. 괄목할 만큼 아름답다. 몰턴은 생명뿐만 아니라 풍경의 진화를 묘사하는 데 온 힘을 기울였다. - 《선데이 텔레그래프》

경이로움과 지적 흥분, 명료한 설명과 서정적인 글쓰기 그리고 작은 것과 큰 것을 잇는 세계가 어떻게 작동하는지, 새로운 통찰이 역력하다. 연구비를 할당하는 사람들은 어느 대목을 눈여겨보아야 하는지 깨우치게 될 것이다. 다른 사람들은 그저 즐기면 된다. 몰턴의 매혹적인 이 책을…. - 《인디펜던트(런던)》

몰턴은 ‘광합성’ 서사시를 썼다. 자연을 칭송하고 그것을 모방하도록 설계한 기술을 둘러싼 낙관적인 근거를 낱낱이 찾아냈다. - 《시드(Seed)》

낯선 즐거움…. 올리버 몰턴의 『태양을 먹다』는 식물 왕국을 주인공으로 쓴 한 편의 지구 역사다. 매력이 철철 넘친다. - 《프로스펙트 매거진(런던)》

식물이 햇빛을 화학 에너지로 변환하는 장치를 과학자들이 어떻게 이해하게 되었는지 설명하고 지구 역사에서 광합성의 역할과 인류의 미래에 끼칠 결정적인 중요성을 역설하는, 설득력 있고 생생하며 독창적으로 구성된 책이다. 이보다 더 시의적절할 수 없다. 올리버 몰턴은 단박에 세계 최고의 과학 작가 중 한 명으로 확고히 자리 잡았다. - 스티븐 샤핀, 『과학적 삶: 후기 근대 직업의 도덕적 역사』 저자

한편으론 놀라움이 가득하고 한편으론 지구 생물학적 과정의 미래에 대한 걱정이 여실히 드러난다… 몰턴은 역사책이든 개인적인 만남이든 모든 지점에서 과학자를 자극하는 불연속적인 문제를 묘사하거나 과학적 동기에 철학적 성찰을 던진다. 식물을 설명하면서도 몰턴은 한 그루의 나무를 바라보는 애정 어린 통찰력을 잊지 않는다. - 《북리스트》

충격적인 통찰력을 준다. 게다가 어마어마하게 재미있다. - 《선데이 타임스》

작가정보

저자(글) 올리버 몰턴

Oliver Morton
수상 경력이 화려한 올리버 몰턴은 이미 『화성을 그리다(Mapping Mars)』로 찬사를 받았다. 그는 《네이처》 뉴스와 특별 기사의 편집자이며 《뉴요커》, 《이코노미스트》, 《위어드》, 《내셔널 지오그래픽》 및 다양한 잡지에 기고한다. 현재 영국 그리니치(Greenwich)에 살고 있다.

번역 김홍표

서울대학교 약학대학 약학과를 졸업하고 동 대학원에서 석사학위와 박사학위를 받았다. 현재 아주대학교 약학대학 교수이다. 국립보건원 박사후 연구원과 인하대 의과대학 연구교수를 지냈으며 피츠버그 의과대학, 하버드 의과대학에서 연구했다. 천연물 화학, 헴 생물학, 바이오 활성가스 생물학, 자기소화, 면역학과 관련된 여러 편의 논문을 썼다.
지은 책으로 『작고 거대한 것들의 과학』, 『가장 먼저 증명한 것들의 과학』, 『김홍표의 크리스퍼 혁명』, 『먹고 사는 것의 생물학』, 『산소와 그 경쟁자들』이 있고, 옮긴 책으로 『물의 과학』, 『진화하는 물』, 『내 안의 바다, 콩팥』, 『인간과 동물의 감정표현』 등이 있다.