속보이는 생물 1: 세포와 항상성 지키기

김대준 , 전성제 , 권오민 지음

동아엠앤비 2021년 02월 15일 출간 종이책 : 2020년 09월 01일 출간

작품소개

책소개

교과서로는 알 수 없는 생명과학의 궁금증 해결
우리는 학교에서 교과서로 ‘생명과학’을 배운다. ‘생물’이라는 과목으로 배운 독자들도 있을 것이다. 생명과학은 생명 현상을 이해하고, 생명체의 본질을 밝혀 우리와 더불어 살아가는 모든 생명체를 위해 지식을 활용하는 학문이다. 따라서 생명과학에 관한 소양을 갖추는 것은 현대를 살아가는 우리에게 매우 중요한 일이다. 그럼 생명과학의 소양을 기르기 위해 읽어야 할 가장 좋은 책은 무엇일까? 바로 생명과학 교과서일 것이다. 하지만 교과서는 여러 가지 제한으로 생명 현상을 충분히 쉽고 재미있게 설명해 주지 못한다.
“라면을 먹고 잤는데 왜 얼굴이 퉁퉁 부었을까? 아이스크림을 먹는데 갑자기 머리가 깨지는 것 같이 아픈 이유는 무엇일까? 유명인들이 아이스버킷 챌린지를 하는 걸 보았는데 왜 그걸 할까? 보톡스 주사가 통조림과 관련이 있다는데 그 이유가 뭐지? 병원체에 감염되면 어째서 몸에 열이 날까? 왜 감기에는 약이 없다고 할까? 중요한 시험을 앞두고 왜 오줌이 자주 마려울까? 복어의 독을 잘못 먹으면 죽을 수 있다는데 그 이유는 뭐지? 땀이 나면 체온이 내려가는 이유가 뭘까?”
『속 보이는 생물』은 이렇듯 궁금하기는 한데 교과서에서는 알 수 없는 것들을 골라 전문가의 일러스트와 풍부한 사진 자료를 곁들이고 만화로도 구성해 쉽고 재미있게 이해할 수 있도록 꾸몄다. 또 ‘더 알아보기’와 ‘생활 속 과학’에서는 본문에서 깊이 다루지 못한 개념과 용어를 한 발 더 들어가 짚어 봄으로써 과학적 소양을 쌓는 데 도움이 되도록 했다. 고등학교에서 생명과학을 가르치는 선생님들이 교과서에서 다루는 주제를 중심으로 관련 개념과 지식까지 모아 엮은 이 책으로 생명과학을 쉽고 재미있게 이해하고 생명과학 소양을 쌓는 것은 물론 학교 공부에도 큰 도움이 될 것이다.

지피지기면 백전백승, 속을 보면 바이러스 잡을 수 있다
“호환마마보다 더 무섭다”는 말이 있다. 호환은 호랑이에게 피해를 당하는 것인데 호랑이보다 더 무서운 마마는 무엇일까? 바로 천연두를 말한다. 그런데 왕과 그 가족을 높여 부르는 ‘마마’라는 말이 천연두라는 질병에 붙은 이유는 무엇일까? 천연두는 바이러스가 병원체인 질병으로 조선시대 수많은 사람의 목숨을 앗아간 공포의 대상이었다. 그런데 천연두를 치료할 방법이 없었던 사람들이 천연두를 귀하게 대하면 피할 수 있을까 싶어 마마라고 높여 불렀다.
지금도 신종 플루(독감), 사스(SARS), 메르스(MERS) 그리고 코로나19(covid-19)의 병원체인 바이러스는 계속 나타나 우리 삶을 위협하고 있다. 바이러스는 주로 백신으로 치료하지만 백신을 생산하는 데 시간이 걸리고, 증식 과정에서 돌연변이가 나타나기 때문에 치료나 예방이 쉽지 않다. 『속 보이는 생물』에서는 우리 몸에 침입한 바이러스에 맞서 면역체를 생성하는 면역 반응과 백신에 대해 다루었다. 또 바이러스와 같이 우리 몸에 침입하여 질병을 일으키는 생명체 또는 물질인 병원체로부터 우리 몸을 지키는 특이적 방어에 대해 알 수 있다. ‘적을 알고 나를 알면 백 번 싸워도 백 번 이긴다’는 말이 있다. 현대판 호환마마인 바이러스는 물론 통풍, 당뇨, 루게릭병, 낭포성 섬유증, 파상풍, 알츠하이머병, 우울증, 쿠루병, 면역 결핍증, 자가 면역 질환 등 생명 현상과 관련된 각종 질병을 제대로 알고 대비해 나가는 데 이 책이 한몫할 것이다.

교과서를 설명해 주는 교과서 위의 교과서
고등학교에서 생명과학을 가르치는 선생님들이 직접 쓴 『속 보이는 생물』은 생명과학의 여러 영역 중에서 세포의 구조와 기능을 다루는 세포학과 생명을 유지하기 위해 인체 안에서 일어나는 생명 현상을 다루는 생리학을 중심으로 구성했다. 현직 선생님들이 저자인 만큼 우리나라 고등학교 생명과학의 교육과정을 기본으로 하여, 교과서에 나오는 주제를 최대한 담으면서 자연스럽게 이야기하듯 개념을 설명하는 것이 이 책의 가장 큰 특징이다. 따라서 고등학교 생명과학에서 배우는 내용을 미리 공부해 보고 싶은 독자들, 현재 고등학교에서 생명과학을 공부하는 학생들 그리고 학교를 졸업했지만 생명과학에 관심이 많은 성인들 모두에게 소양을 쌓아 주는 좋은 책이 될 것이다. 특히 고등학생 독자들은 수업 시간에 배운 개념을 교과서를 통해 정리한 다음 이 책의 해당 부분을 읽으면 더욱 이해가 잘될 것이다. 독자들에게 생명체의 신비로움을 드러내 속을 보여 주는 『속 보이는 생물』이 독자에게 생명과학 소양이 듬뿍듬뿍 쌓이는 즐거움을 맛보게 할 것이라 기대한다.

목차

1장 생명과학이 궁금해
1. 인간이 되고 싶었던 안드로이드 -생명 현상의 특성
2. 반 고흐 귀의 부활 -생명과학의 특성
3. 범죄 수사에서 과학적 탐구를 논하다 -생명과학의 탐구
4. 박물관은 살아 있다! -생명과학의 역사
5. 나를 맞혀 봐!(Guess what) -생명과학의 연구 방법

2장 세포, 넌 누구니
1. 다이어트는 어려워! -생명체의 구성 물질
2. 인간, 조물주(우연과 시간)에 도전하다! -세포와 생명체의 유기적 구성
3. 위대한 야구 선수 루게릭을 아시나요? -세포 소기관
4. 잘못은 우리 별에 있어 -세포막을 통한 물질 출입
5. 라면을 먹고 자면 왜 얼굴이 부을까? -삼투

3장 세포, 무엇으로 살까
1. 세포는 무엇으로 사는가? -세포의 생명 활동에 필요한 에너지
2. 통풍이 무엇인지 아시나요? -대사성 질환
3. 투명한 병에 담긴 투명한 사과 음료 -효소의 작용
4. 우린 서로 만나야만 해! -효소의 구조와 기능

4장 세포, 에너지를 확보하라!
1. 생명의 불꽃 효소 -효소와 물질대사
2. 태양 에너지가 생명의 근원이 되는 과정 -광합성
3. 우리 몸에 산소는 왜 필요할까? -세포 호흡과 산소의 역할
4. 산소 없이도 ATP를 합성한다? -발효

5장 출동, 우리 몸을 지켜라!
1. 아이스크림을 먹었더니 머리가 지끈지끈? -자극과 반응, 항상성
2. 아내를 모자로 착각한 남자 -신경계의 구조와 기능
3. 아픔이 느껴지지 않아요! -흥분의 전도와 전달
4. 통조림이 가져다준 선물 -골격근의 구조와 수축 원리
5. 사랑을 이루는 마법의 묘약? -호르몬
6. 오줌이 달콤해? -우리 몸의 조절
7. 우리 몸을 지켜라! -병원체와 비특이적 방어

[부록] 교과 연계표

책 속으로

그럼, 생명체는 왜 자극에 반응할까? 사나운 개에게 물리는 상황은 생각만 해도 아찔하다. 결국 우리는 생명을 유지하려고 자극에 반응한다. 그런데 여기서 생명을 유지한다는 것은 다름 아닌 항상성을 획득한다는 것이다. ‘항상성’은 체온, 혈당량, 삼투압, pH 등 몸 안의 환경, 즉 체내 상태를 일정하게 유지하려는 성질이다. 생명체는 항상성을 획득해야만 몸 안에서 화학 반응인 물질대사가 안정적으로 일어나 건강하게 생명을 유지할 수 있다. -17쪽

세포 분획법에서 각 세포 소기관을 침전시켜 분리하기 위해 원심 분리의 속도와 시간을 다르게 하는데, 가벼운 세포 소기관일수록 침전되기 어렵다. 따라서 여러 세포 소기관이 섞여 있는 세포 파쇄액에서 무거운 세포 소기관부터 침전시켜 분리하고 남은 상층액을 이전보다 빠른 속도로 많은 시간 원심 분리시켜 상층액에 포함된 좀 더 가벼운 세포 소기관을 침전시키는 방법으로 각 세포 소기관을 무게에 따라 분리한다. 세포 분획법에 따라 세포 소기관이 침전(분리)되는 순서는 다음과 같이 가장 무거운 핵이 맨 먼저 침전되고, 가장 가벼운 리보솜이 맨 나중에 침전된다. -55쪽

여러분은 ‘엔트로피’라는 말을 들어보았을 것이다. 자연은 무질서해지는 방향으로 변한다는 것이다. 그럼, 자연에서 어떠한 구조물이 만들어지고, 이 구조물이 무질서해지지 않고 유지되려면 무엇이 필요할까? 바로 에너지이다. 생명체와 이를 구성하는 세포 역시 자연의 구조물이므로 세포가 유지되려면 에너지가 필요하다. 예를 들어, 세포는 안팎으로 물질을 출입시키고, 필요한 물질을 합성하며, 움직임을 만들어 내는 일 등에 에너지를 사용한다. -91쪽

혈관의 출발지는 심장이라고 할 수 있다. 심장에서 시작하여 온몸을 지나 다시 심장으로 돌아오는 형태로, 혈관은 온몸에 분포한다. 이때 심장에서 온몸으로 이어진 혈관을 동맥, 반대로 온몸에서 다시 심장으로 이어진 혈관을 정맥이라고 한다. 동맥과 정맥 사이에서 실제로 세포와 물질을 교환하는 혈관은 모세 혈관이다. 이렇게 연결된 혈관을 따라 혈액이 순환하면서 폐에서는 산소를 얻고 소장에서는 영양소를 얻어 다른 모든 기관에 전달한다. -120쪽

엽록체는 식물 세포 내에 존재하는 세포 내 소기관이다. 외막과 내막으로 둘러싸인 2중막 구조이며, 내부는 틸라코이드라는 막으로 형성된 구조가 복잡하게 얽혀 있다. 틸라코이드가 쌓여 마치 동전이 겹겹이 쌓인 것처럼 보이는 구조를 그라나라고 하며, 엽록체 내에서 그라나를 제외한 부분을 스트로마라고 한다. 틸라코이드 막에는 광합성 색소인 엽록소a, 엽록소b 등이 존재하기 때문에 엽록체는 우리 눈에 녹색으로 보인다. 이외에도 틸라코이드 막과 내부 그리고 스트로마에는 광합성에 관여하는 다양한 효소가 존재하며, 광합성이란 이 효소들이 관여하는 화학 반응의 총체이다. -153쪽

후각은 다른 감각에 비해 쉽게 피로해지기 때문에 똑같은 냄새를 계속 맡다 보면, 처음에는 느낄 수 있었던 냄새도 나중에는 느끼지 못하게 된다. 우리가 향수를 뿌린 직후에는 그 향을 맡을 수 있지만 조금만 시간이 지나면 둔감해지는 이유가 바로 이 때문이다. 이러한 후각의 특성은 생명체가 살아가는 데 큰 도움이 된다. 일단 불쾌한 냄새에 고통받는 시간이 줄어들기도 하지만, 어떤 특정한 냄새에 둔감해지는 대신 새로운 냄새는 예민하게 바로 맡을 수 있기 때문에 생명체가 서로 의사소통을 하거나, 먹이를 구하거나, 주변의 위협으로부터 자신을 보호하는 데 중요한 역할을 한다. -201쪽

병원에서는 탈수 증상이 심하거나 수분을 섭취하기가 어려운 환자에게 생리 식염수를 링거에 꽂아 공급한다. 우리가 알고 있는 일반적인 물이 아니라 생리 식염수를 사용하는 이유는 생리 식염수가 링거를 통해 혈관 안에 직접 들어와도 혈장 삼투압을 변화시키지 않기 때문이다. 혈장 삼투압은 생명체를 구성하는 세포가 원래 구조를 유지하고 정상적으로 기능하는 데 중요한 역할을 한다. 따라서 우리 몸에서는 몸 안의 수분량과 무기 염류량 등을 조절하여 혈장 삼투압을 일정하게 유지한다. -253쪽

작가정보

저자(글) 김대준

세 명의 지은이는 모두 1990년대 후반에서 2000년대 초반에 서울대학교 생물교육과에 입학하여 생물교육학을 전공한 선·후배 사이이다. 현재 김대준은 방산고등학교, 전성제는 상문고등학교, 권오민은 서울과학고등학교에서 열심히 생명과학을 가르치고 있다. 생명과학은 생명 현상을 이해하고, 생명체의 본질을 밝혀 우리와 더불어 살아가는 모든 생명체를 위해 지식을 활용하는 멋진 학문이다. 이런 멋진 생명과학 지식을 어떻게 하면 학생들에게 더 쉽고 재미있게 가르칠 수 있을까에 대한 공통된 고민과 관심사를 가지고 있다가 좋은 기회에 의기투합하여 이 책의 집필에까지 이르게 되었다.

저자(글) 전성제

저자(글) 권오민