생명공학, 철학, 논술 등 방통대 생명공학과 인간의 미래 요점 정리 8. Nature vs. Nurture: 생명과학적 의미

8강 Nature vs. Nurture: 생명과학적 의미

8.1 인간은 타고 나는가 혹은 환경에 의해 만들어 지는가의 역사적 논쟁

 

“본성과 양육”은 20세기를 뜨겁게 달구었던 인간의 행동 양식에 대한 두 가지 상반된 설명 방법 이다. 역사적으로 인간의 행동 양식에 대한 이해는 그 시대정신과 긴밀히 관계되어 있는 중대한 철학적 논제로서 인간과 사회를 이해하려는 시도의 중심을 이루어 왔다. 17세기 철학자 존 로크 등 의 인간평등 사상을 중심으로 한 합리주의적 전통은 인간 행동 양식의 차이를 만들어 내는 중요 한 요소는 경험과 환경이며, 인간성은 후천적 요인에 의해 결정된다고 주장하였다. 한편 영국의 경험론 자들에 반대했던 장자크 루소나 임마누엘 칸트는 인간의 본성은 타고난 것이라고 설명하였다.

이러한 상반된 철학적 논의는 챨스 다윈의 ‘종의 기원’을 기점으로 생물학과 접목되면서 새로운 전기를 맞게 된다. ‘종의 기원’에서 다윈은 인간을 비롯한 모든 생물체의 보편성을 처음으로 제시

하고 입증하고자 하였고 인간 본성도 진화과정에서 오랜 시간 속에 형성된 생명체로서의 보편성에 기초를 두고 있음을 제시하고자 하였다. 또한 그의 사촌인 프란시스 골턴은 이 개념을 확장시켜 인간 행동 양식을 설명하는 두 용어인 ‘본성’과 ‘양육’이라는 용어를 처음 사용하며 인간 행동이 유전되는 본성에 근거한다고 주장하고 우생학이라는 용어를 처음 만들어 우생학의 창시자가 되었다.

다윈의 진화론에서 영감을 얻은 심리학자 윌리엄 제임스는 인간의 본성을 옹호하며 사람의 마음도 신체기관들처럼 생물학적 적응을 통해 진화되었다고 주장하고 그 당시 주류를 이루고 있었던 경험론에 도전하였다.

한편 21세기에 들면서 생리학자 이반 파블로프의 조건반사를 발전시켰던 행동 심리학자 존 왓슨은 훈련만으로 인간의 성격을 바꿀 수 있다고 주장하였고 정신분석학자 지그문트 프로이트는 인간에 대한 보편적인 생물학적 설명에서 벗어나 어린 시절 개인의 경험이 사람의 마음과 행동을 결정한다 고 생각하여 다시 인간의 행동 양식에 대한 논점을 생래적인 본성보다는 훈련과 경험 쪽으로 돌려 놓았다. 이러한 논점은 인간 본성이 문화를 만드는 것이 아니라 문화가 인간본성을 만든다고 주장한 문화인류학의 창시자인 프란츠 보아스와 사회적 실체가 그 부분들의 총합 이상이라며 사회적현상을 생물학적 요인으로 설명할 수 없다고 주장했던 에밀뒤르켐에 의해 계승되었다.

이렇게 인간 행동 양식을 설명하는 상반되는 유전결정론과 환경결정론의 논쟁이 진행되는 20세기를 거치며 인류는 공산주의와 나치즘이라는 양육과 본성의 양 극단의 실험을 통해 값비싼 대가를 치루 었다. 또한 우리는 어떤 방식이던 인간의 행동양식은 본성과 양육 각각이 아니라 이들의 상호작용에 의해 결정되는 것으로 이해하기 시작했다. 기나긴 본성과 양육의 논쟁이 다시 인간을 이해하기 위한 중요한 논점으로 대두된 것은 지난 30 여 년간 급속히 발전하게 된 분자생물학과 2003년 마무리된 인간유전체 지도 작성 작업(human genome project) 때문이다. 생물학적 기능을 수행하는 각각의 유전자 분리를 가능하게 한 분자생물학의 발전은 homosexuality나 우울증, 폭력성 등 인간의 행동 이나 본성을 결정하는 유전자들의 존재를 보고하기 시작하였고, 다시 인간 본성을 어떻게 이해해야 하는가에 대한 많은 새로운 의문점들이 제시되고 있었다. 또한 뇌에서 인간의 감정을 조절하는 신경전달물질인 세로토닌(serotonin)을 증가시키는 작용을 하는 항우울증 치료제로 발견된 프로작 (prozac)이 우울증 뿐만 아니라 강박장애, 폭식증, 도벽, 스트레스 증후군 등 여러 가지 인간 행동 이상에 대해 효과를 나타낸다는 사실이 알려지면서 인간의 행동도 유전자에 의해 발현되는 단백질 의 생화학작용이 그 실체가 아닌가하는 ‘유전에 의한 본성론’이 힘을 얻고 있었다. 이러한 가운데 완성된 인간 유전체 지도는 인간의 생물학적 존재를 결정하는 모든 정보의 집합체인 유전체 전체 게놈(genome)이 원래 예상했던 10 만개정도의 유전자가 아닌 겨우 2만 5천 개 정도의 유전자로 구성되어 있고 매우 복잡한 생명체인 인간이 겨우 바나나나 초파리의 2 배 정도밖에 유전정보를 더 가지고 있지않다는 놀라운 결과를 발표하였다. 인간이 예상했던 것보다 훨씬 적은 수의 유전자로

구성되어 있다는 이 놀라운 결과에 곧 인간 유전체 지도 작성을 주도했던 크랙 벤터등 몇몇 과학자 들은 인간의 유전자가 복잡한 인간의 행동 양식까지 조절하기에는 그 수가 너무 적으므로 생물학적 결정론 보다는 양육과 환경이 중요하다고 주장하기 시작하였다. 이렇게 생명과학의 발전과 맞물려 인간 행동을 이해하기 위한 두 다른 논점인 ‘본성과 양육‘의 논쟁이 다시 재개되고 있었다. 2001년 인간 유전체 지도 완성을 앞두고 “게놈(genome)"이라는 역작을 발표하여 인간 유전체 지도의 생물 학적 및 사회 생물학적 의미와 인간 유전체 지도 작성이 갖는 사회학적 의미를 제시하여 세상을 놀라게 한 과학저술가인 메트 메들리는 “본성과 양육”이라는 책을 때맞추어 발표하여 유전자적 결정론과 양육에 의한 결정론의 막연한 화해가 아닌 생명현상의 이해에 기반을 둔 인간의 행동이 어떻게 유전자와 환경의 상호작용을 통해 나타나는가를 제시하려고 하였다.

 

 

8.2 DNA의 발현과 환경에 의한 발현의 조절

 

유전정보 자체는 본래 인간이 부모에게서 받아 타고 나는 것이고 인간의 신체와 마음을 표현하는 뇌의 구조를 만든다. 그러므로 유전정보 속 유전자는 생명체로서 인간의 근본적인 생명현상에 더하여 인간의 마음이 학습하고, 기억하고, 모방하고, 각인하고, 문화를 흡수하고 본능을 표현하는데 꼭 필요한 것이다. 유전정보의 환경에 의한 발현 조절을 설명하는 방법은 두 가지이다.

첫 번째, 모든 유전자는 그 앞에 프로모터라는 스위치를 가지고 있는데 그 스위치는 각 유전자가 언제, 어디서, 얼마나 많이, 얼마나 오래 발현되는가를 조절한다. 따라서 이 타고난 유전자들이 어떤 조합으로 어떻게 켜지고 꺼지는가는 스위치인 프로모터에 의존하게 되는데 이 프로모터가 다양한 환경에 반응하여 조절되므로 동일한 유전자 즉 본성도 환경에 의해 여러 가지 다양성을 갖고 발현 되고 재구성될 수 있다는 것이다. 즉, 메트 메들리의 말을 빌면 유전자는 환경에 반응하는 감수성의 축도가 되며 생명체를 유연하게 환경에 적응하게 하는 수단으로 작용한다고 볼 수 있다.

두 번째, 요즘 생명과학계에서 이야기 하는 환경에 의한 유전체 발현 조절 방법은 세포 내에 존재 하는 DNA의 팩킹을 조절하여 넓은 범위의 DNA 구조를 발현이 쉽게 열거나 발현할 수 없도록 닫을 수 있고 이러한 팩킹이 외부 환경에 의해 예민하게 조절되고 있다는 것이다. 앞 장에서 100 마이크로의 세포내에 2 미터의 DNA가 들어 있다고 했는데 그렇기에 세포 내에 존재하는 DNA는 실타래의 형태로 팩킹 되어야 만 한다. 최근 생명과학을 공부하는 학자들의 가장 중요한 관심사는 어떻게 DNA가 핵 내에서 팩킹 되고 그 팩킹 방법이 어떻게 외부환경에 의해 변화되거나 다음 세대

로 전달될 수 있는가 하는 질문이다. 예로 역사에서 기근이 오래 지속되었던 지역에서 살아남은 조상이 자손의 DNA는 그 팩킹이 변화하여 기근 속에서도 살아남을 수 있는 방법으로 유전자의 발현이 조절되었고 그 정보가 자손까지 전해지고 있다고 알려진다. 왜냐하면 팩킹 방법에 따라 동일한 DNA와 그 안에 담겨있는 유전정보지만 발현이 되어 기능을 수행할 수 있는가 없는가가 달라지기 때문이다. 이러한 연구분야를 후생유전학(epigenetics)이라 하는데, 풀어보면 '유전학 (genetics) 위(epi-)에 있는 학문'이라는 의미다. 이는 유전정보인 DNA 염기서열 자체의 돌연변이가 다음세대로 전해지는 기존 유전학을 넘어 DNA 자체는 변화하지 않고 유전자의 발현과 그에 따른 개체의 성질을 변화시킬 수 있는 다음세대까지 전해질 수 있는 변화를 총칭한다. DNA 자체가 변화하지 않고 그 발현을 조절시킬 수 있는 방법은 그의 세포 내 팩킹을 변화시키는 것이다. 현재까지 가장 잘 알려진 DNA의 팩킹을 조절하는 방법은 DNA 염기서열 중 시토신에 메틸기를 붙이는 것과 히스톤 단백질에 아세틸기를 떼거나 붙이는 것이다. DNA의 시토신에 메틸기를 붙이 거나 히스톤의 아세틸기를 떼어내면 DNA가 더 강하게 팩킹되어 그 DNA 부분에 있는 유전자들이 발현되지 못한다. 그러나 어떻게 이 팩킹 정보들이 세포가 복제될 때 그대로 딸세포로 전해질 수 있는가, 보통은 정자와 난자를 만드는 과정에서 이 팩킹 정보들이 다 백지화되는데 그렇지 않은 경우도 있어 무엇이 어떻게 DNA 팩킹을 조절하는 스위치 정보로 이용되는가 등의 질문에 대한 해답은 아직 잘 알려져 있지 않다. 단지 현재 명확한 것은 세포 안과 밖의 환경 변화에 DNA 팩킹이 예민하게 반응하여 유전자 발현을 조절할 수 있다는 것이다. 이러한 후생유전학은 우리가 DNA, 즉 타고난 본성에 의해서만 결정되는 것이 아니라 환경이 타고난 DNA를 발현시키는, 즉 양육에 의해서도 조절됨을 보여준다. 후생유전학이 역사적으로 계속 논란이 되어온 인간에 대한 ‘본성과 양육’ 논쟁을 과학적으로 직접 연결해 주고 있음을 볼 수 있다. 인간을 결정하는 것이 ‘본성이냐 양육이냐 (nature vs. nurture)’의 인류의 오래된 질문에 답을 찾는 열쇠로 많은 과학자

들이 일란성 쌍둥이에 관심을 갖고 있다. 일란성 쌍둥이는 동일한 유전정보를 갖고 있으므로 출생 후 각각 다른 곳에 입양되어 다른 환경에서 자란 쌍둥이를 비교하면 지능, 질병, 인성 등 인간을 결정하는 주요 요인을 알 수 있다는 것이다. 일란성 쌍둥이에서 관찰되는 차이는 동일한 유전정보를 갖더라도 어떤 유전자가 얼마나 발현되는가의 스위치가 환경에 의해 조절될 수 있다는 최근의 후생유전학(epigenetics)의 좋은 예를 제공하기도 한다.

후생유전학이라는 용어는 1942년 영국의 에딘버러 대학 교수였던 콘라드 웨딩턴이 전능의 배아세포가 발생과정에서 동일한 유전정보를 가졌으나 점차로 기능이 한정된 조직의 세포로 분화함을 설명하기 위해 처음 만들어 사용하였다.

그러나 그개념은 모든 유기체는 형태가 없는 것으로부터 특정 형태를 갖도록 만들어진다는

아리스토텔레스의 이론까지 소급해 갈 수 있다. 또한 다윈에 가려 완전히 틀린 것으로 치부되었던 획득한 형질이 유전될 수 있다는 라마르크의 용불용성도 환경에 의해 획득한 형질이 DNA 팩킹을 조절해 생긴 형질로서 다음세대로 전해지는 경우에는 맞는 가설일 수 있음을 보여준다. 외부 환경 뿐 아니라 오늘 나의 삶의 방식이 내 DNA 팩킹 방법을 변화 시킴으로서 나뿐 아니라 내 자손들 에게까지 영향을 미칠 수도 있다는 것이 후생유전학이 던지는 중요한 메세지이다.

다양한 유전정보와 유전자들의 발현이 환경에 의해 조절될 수 있다는 최근 과학의 연구결과들은 본성과 양육의 인간행동에 대한 이해를 증대 시킬 뿐 아니라 그간 진화에서 설명하기 어려웠던 어떻게 환경의 변화에 의한 자연선택(natural selection)이 유전 정보에 반영되고 다음 세대로 전해 질 수 있는가를 설명하는데도 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 또한 부분적이지만 인간이 침팬지와 98.5%의 유전자를 공유하고 있는데도 불구하고 어떻게 서로 이렇게 다를 수 있고 어떻게 인간이 침팬지와 달리 훨씬 복잡한 문화를 발달시켜 올 수 있었는가를 이해할 수 있는 기반을 제시하고

있다고 생각된다. 생명체를 단순한 유전자들의 발현 합이 아닌 유전자들의 다양하고 복잡한 상호 작용 을 통해 유지되는 교향악과 같은 혹은 매우 복잡한 네트워크로 설명하는 System 생물학에서 각 유전자의 발현이 환경에 의해 미세하게 다르게 조절 될 수 있다면 다양한 유전자들의 발현 조절의 합으로 얼마나 다른 결과들이 도출될 가능성이 있는지 설명할 수 있다. 또한 인간에 대한 이해에 본성과 양육이라는 이분법적 사고로 접근하는 것이 한계가 있음을 생명과학연구 결과들이 제시하고 있다고 보여진다. 본성 즉 유전된 생명체의 정보인 DNA와 환경이 상호작용하면서 만들어 내는 다이나믹한 오케스트라의 음악이 바로 생명이고 인간이기 때문이다. 즉 양육을 통한 다이

내믹한 본성의 발현이라고나 할까

 

8.3 인간의 행동을 나타내는 유전자의 존재 가능성

 

분자유전학의 발달함에 따라 심리학계를 중심으로 인지, 성격 등의 인간 행동, 능력 및 반응 등을 결정하는 유전자 또는 생화학적 반응의 경로와 특징을 이해하려는 노력이 계속되고 있다. ‘우리는 왜 사랑하는가’라는 저서로도 유명한 미국 럿거스 대학의 인류학자인 헬렌 피셔 박사 등은 사랑과 이에 수반되는 증세도 NGF라는 신경세포 성장인자와 테스토스테론, 에스트로젠 등의 호르몬 및 도파민, 세로토닌, 노아 에피네프린 등 신경전달 물질이 뇌에서 상호작용한 결과라고 보고한다. 특히 3초 만에 반한다는 초기 사랑의 끌림 단계에서는 도파민과 노어에피네프린, 세로토닌이 중요한 작용을 하는 것으로 알려졌다. 사랑에 빠진 사람의 뇌에는 도파민과 노어에피네프린이 매우 높고 세로토닌이 매우 낮다. 이들 호르몬과 신경전달물질의 농도변화에의한 증상이 바로 황홀경, 식욕 및 수면욕 감퇴, 대상에 대한 강박, 심장박동 증가 등 상사병과 정확히 일치한다. 헨렌 피셔 박사는 사랑에 빠진 사람의 뇌에서 활성화 된 부분을 fMRI(functional magnetic resonance imaging, 자기공명영상)로 측정하여 VTA(Ventral Tegmental Area)의 도파민을 만드는 세포들이 매우 활성화 되어있는 것을 보였다. 이 부분은 코카인 등 마약류를 흡입했을 때 활성화되는 것과 같은 부분으로 사랑이 강력한 갈망, 집착 등의 중독증세가 있다고 설명한다.

원래 도파민(dopamine)은 우리의 인지, 학습, 운동 능력 등에 매우 중요하다고 알려진 신경전달 물질로 행복감이나 만족감 같은 쾌감을 전달하는데, 많이 분비되면 모험적이고 쉽게 흥분하게 된다. 따라서 과다 분비되면 정신분열증이나 조울증의 원인이 되고 부족하면 도파민이 운동신경을 조절하기 때문에 파킨슨병의 원인이 되며 우울증이 나타난다. 초콜릿이나 담배, 술 등은 도파민을 일시적으로 높여 주기 때문에 먹으면 기분이 좋아지나 이를 반복하면 중독 증세가 나타난다.

또 포만감을 느끼게 해 주므로 도파민이 분비되면 식욕이 감퇴한다. 노아에프네프린은 도파민으로부

터 만들어지며 심장박동을 증가시키고 혈압을 높인다. 반면 세로토닌 (serotonin)은 잠, 식욕, 기분 조절에 매우 중요한 신경전달물질로 부족하면 불면증과 식욕 부진, 강박증 등이 나타난다. 또한 요가나 명상 등 몸과 마음이 평안한 상태에 있을 때 세로토닌 분비가 증가되어 있는 것으로 알려 졌다. 세로토닌 등 신경전달물질은 자극이 오지않을 때는 뉴런의 말단의 주머니 속에 들어 있다가 신경전달 신호가 오면 뉴런 밖으로 분비되어 가까이에 있는 뉴런을 자극하여 신호를 전달하고 다시 재흡수 되어 다음 자극이 올 때 반응 할 수 있도록 재활용 된다. 우울증이나 강박증 환자의 경우 대체로 세로토닌의 농도가 낮기 때문에 그 농도를 높이기 위해 프로작 (prozac) 같은 세로토닌의 재흡수를 막는 약들을 치료에 사용한다. 그러나 약물로 오랜 기간 세로토닌을 높게 유지하면 도파민이 낮아지고 사랑의 감정을 갖기 어렵게 될 수도 있다. 범죄에 관련된 소위 악마의 유전자 라고 불리는 폭력성을 높이는 유전자를 찾는 노력도 진행되었는데 쥐 실험 등을 통해 신경전달 물질인 도파민이나 세로토닌의 분비를 조절하는 뇌에서 발현되는 MOMA 효소 유전자의 돌연변이가 폭력성과 직접적인 관련이 있다는 결과가 보고되었다. 그러나 단일 유전자의 이상이나 차이가 인

간의 행동이나 성격을 조절하거나 결정하지는 않는 것으로 생각하며 유전자의 차이가 있다고 하더 라도 앞서 언급한 환경에 의한 다양한 형태의 발현 양, 시기 등의 조절이 복잡하게 인간의 행동을 결정하는 것으로 생각된다.