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마이크로맨이 나타났다. 붉은 망토 휘날리며 날아다니는 슈퍼맨, 박쥐와 거미처럼 날렵한 배트맨과 스파이더맨. 하지만 마이크로맨도 그에 뒤지지 않는다. 아주 작은 것까지 확대해서 볼수 있기 때문이다. 마이크로맨의 눈, 그 눈을 모방한 도구인 현미경은 눈에 보이지 않는 작은 세계를 열었다

세포가 모여 생물이 되고

멀리 수많은 사람들이 보인다. 모두 붉은 옷을 입고 있어서 누가 누구인지 잘 구분이 안간다. 10배로 당겨 볼까? 그러자 구체적인 얼굴이 나타나기 시작했다. 400배로 더 확대하자 맨눈으로는 보이지 않던 매우 작고 미세한 세계가 펼쳐졌다. 복숭아빛의 불그레한 덩어리, 바로 뺨을 이루는 세포다.
작은 벽돌이 모여 집을 이루듯 생물은 세포로 만들어진다. 세포는 생물의 몸을 구성하는 가장 작은 단위다. 세포의 크기는 매우 작기 때문에 현미경을 사용해야볼수있다. 세포가 모이면 근육과 신경을 만들고 심장이나 허파 등 신체 기관이 된다.
지구가 태어난 46억 년 전부터 다양한 생명체가 존재한 것은 아니다. 38억 년 전에야 첫 단세포 생명체가 탄생했다. 그 후 세포가 여러 개인 다세포생물로 진화했다. 인간의 조상이 침팬지와 갈라져 복잡하고 다양한 진화를 거듭하게 된 것도 지금으로부터 600만년 전이다.

 
암세포도 세포?

암세포도 원래는 정상세포였다. 단지 식욕이 엄청나게 왕성할 뿐이다. 사람의 몸은 약 60조 개의 세포로 만들어진다. 한번 만들어진 세포는 사람이 늙고 병드는 것과 똑같이 태어나서 죽는 과정을 반복한다. 이 때 새로운 세포가 오래되고 병든 세포의 자리를 채우는데 정해진 규칙에 따라 조화롭게 성장한다. 그러나 암세포는 자라는 속도도 정상세포보다 빠르고, 몸 속 영양분을 모조리 흡수하며 무한히 늘어난다. 따라서 암에 걸리면 암세포 주변의 다른 건강한 세포들이 잘 자랄 수 없다. 정상세포가 갑자기 암세포로 변하는 이유는 아직 확실치 않다. 단지 암을 잘 일으키는 음식이나 생활습관, 공해물질에 대한 연구가 진행 중이다.

옛날 옛날에 현미경이 살았어요!

전쟁터에 나가는 병사가 총을 두고 간다면 어떻게 될까? 생물학자나 의학자에게 현미경은 병사의 총처럼 소중한 도구다. 현미경의 발명으로 눈에 보이지 않던 미세한 세계를 관찰할 수 있었고 과학은 눈부시게 발전했다. 오늘날 현미경은 생물학뿐만 아니라 과학 분야 전반에서 활약하고 있다. 물리학자는 원자의 표면을 보기 위해, 화학자는 작은 결정을 관찰하기 위해, 공학자는 재료의 단단함을 알아 내기 위해 현미경을 이용한다. 렌즈를 겹쳐 만든 과거의 현미경부터 나노미터 단위까지 확대해 볼 수 있는 원자현미경까지 현미경의 역사를 돌아보자.

17세기……▶

최초로 미생물을 관찰하다

네덜란드의 레벤후크는 렌즈가 하나 달린 현미경을 사용했는데 배율이 높게는 300배에 이르렀다. 1683년 그는 호수 물을 떠 현미경으로 보던 중 뱀처럼 돌돌 말려 있는 녹조류를 발견했다.또 치아에 붙은 찌꺼기에서는 꼬물거리는 수많은 작은 동물을 발견했다. 레벤후크는‘관찰해서 얻는 지식에 대한 열망이 너무 커서’죽는 날까지 현미경이 보여 주는 작은 세계에 빠져 살았다.

코르크마개에서 세포 발견!

레벤후크와 비슷한 시기에 영국에서는 로버트 훅이 활약하고 있었다. 그는 현미경으로 코르크 조각을 관찰하여 식물의 세포 구조를 처음으로 밝혔다. 코르크는 식물의 가지나 뿌리, 줄기의 가장 바깥쪽에 있는 조직으로 식물을 굵게 만든다. 1665년에는 직접 관찰한 생물에 대한 설명과 그림을‘마이크로그래피아’란 책에 상세히 기록했다. 세포라는 의미를 가진 단어‘cell(셀)’도 로버트 훅이 최초로 만들었다

 

20세기……▶

광학현미경이 가고 전자현미경이 오다!

눈에 보이는 빛 대신 전자빔을 이용하면 수백만 배까지 물체를 확대할 수 있다. 1953년 최초로 전자현미경을 만든 독일의 물리학자 루스카는 그 공로로 1986년 노벨물리학상을 받았다. 더 작은 세계로 나아가려는 인류의 도전도 계속되었다.

나노의 세계를 여행하는 원자현미경

전자현미경에서 더 진보한 원자현미경은 원자 지름의 수십 분의 일까지 측정한다. 진공에서만 사용할 수 있었던 전자현미경의 단점을 극복하여 공기 중에서도 관찰할 수 있다. 손가락 끝으로 물체를 만지는 것처럼 원자현미경의 끝에 달려 있는 예민한 탐침이 물체의 표면을 더듬으며 원자의 모양을 읽어 낸다.

속을 꿰뚫어보는 X선현미경

물체의 표면이 아닌 내부를 들여다보고 싶다면 X선현미경을 이용해야 한다. X선은 물체를 잘 투과한다. 따라서 빛 대신 X선을 쏘면 물질 속에 있는 원소가 어떻게 분포되어 있는지 알 수 있다. 얼마 전 우리나라 과학자가 반도체 내부의 결점까지 찾을 수 있는 X선현미경을 개발했다. 주인공은 포스텍 신소재 공학과 제정호 교수와 이재목 박사. 이들이 만든 X선현미경은 정밀도가 높아 신소재나 반도체 분야에서 대활약이 기대된다.
 


세포, 뚫어지게 보자

17세기에 현미경이 발명되면서 사람의 눈으로 볼 수 없는 작은 세계로의 여행이 시작됐다. 현미경으로 코르크 조각을 관찰하며 세포의 존재를 알았고 혈액이나 근육, 정자 등을 확대해 보기도 했다. 그렇다면 생물의 몸을 이루는 세포는 어떻게 생겼을까?
양파껍질을 현미경으로 보면 육각형 모양의 세포가 빼곡히 모여 있다. 면봉으로 볼 안쪽을 가볍게 문지른 후 현미경으로 관찰하면 둥근모양의 세포가 조금씩 떨어져 있다. 이처럼 세포의 모양은 생물의 종류에 따라 다르고, 같은 생물체에서도 부위에 따라 변한다.
세포의 크기는 매우 작아서 현미경으로 볼 수 있을 정도지만 우리가 맨눈으로 볼 수 있는 큰 세포도 있다. 달걀이나 타조알, 개구리알 같은 모든 알은 하나의 세포로 이루어진 단세포다.
정자나 난자도 하나의 세포로 되어 있다. 이들 단세포는 세포분열을 거치며 점점 수가 늘어난다.
 

다세포 소녀? 단세포 아메바!

아예 몸이 하나의 세포로만 이루어진 생물도 있다. 바로 단세포생물이다. 세균이나 짚신벌레, 아메바 등이 이에 속하며 눈에 보이지 않는다. 다세포생물은 여러 개의 세포로 구성되고 단세포생물보다 늦은 10억 년 전에 지구에 등장했다. 각각의 세포들은 환경에 알맞은 모양과 구조, 기능을 갖는다. 우리 주변에서 눈으로 볼 수 있는 거의 모든 생명체가 다세포생물에 속한다.

 

살아있는 실험실
눈 좋은 내 친구 현미경

우리가 실험실에서 사용하는 현미경은 대부분 광학현미경이다. 광학현미경은 물체에 빛을 투과시켜 확대해 볼 수 있다. 광학현미경의 구조와 기능을 알아보자.

 

아하!

배율은 현미경이 얼마나 확대해서 볼 수 있는지를 나타낸다. 접안렌즈의 배율과 대물렌즈의 배율을 곱하면 그 값을 얻을 수 있는데 배율이 클수록 확대하는 능력도 커진다. 17세기 레벤후크가 개발한 현미경은 배율이 300배였고, 독일의 물리학자 루스카에 의해 10만 배 이상 확대할 수 있는 전자현미경이 등장했다. 원자현미경은 배율이 수천만 배여서 10억분의 1 단위의 나노 세계도 시원스레 볼 수 있다.