생물학의 통섭, 이보디보
지금 생물학에는 새로운 바람이 불고 있다. 그동안 서로 다른 전통 속에서 진화해온 생물학의 세부 분야들이 무엇 때문인지 최근 십여 년 전부터 서로에게 적극적으로 손을 내밀고 있다. 이제는 유전학, 세포생물학, 생리학, 내분비학, 면역학, 신경생물학, 생화학, 생물물리학 등의 기능생물학 분야와 행동생물학, 생태학, 진화학, 계통분류학, 고생물학, 집단유전학 등을 포함하는 진화생물학 분야, 그리고 최근에 새롭게 등장한 생물정보학까지도 하나의 카테고리 안에서 이야기할 수 있게 되었다. 바로 이보디보(Evo Devo), 즉 진화발생생물학(evolutionary developmental biology)이 생명과 관련된 이 모든 학문 분야를 하나로 묶어나가고 있기 때문이다. 실제로 외국에서는 이보디보에 자극받은 학자들이 각 생물학 학과들을 통합하여 통합생물학과를 출범시키고 있으며, 국내에서도 생물학의 통합이 서서히 중요한 과제로 떠오르고 있다. 『이보디보, 생명의 블랙박스를 열다』는 오늘날 생물학의 통섭을 이끌고 있는 이보디보를 소개하는 최초의 책이다.

생명의 블랙박스가 열리다
이보디보(진화발생생물학)는 이름 그대로 진화와 발생을 하나로 엮은 학문이다. 다윈 시대서부터 생물학자들은 진화와 발생의 밀접한 관계를 깨닫고 있었다. 단순한 세포 하나에 불과한 수정란이 복잡한 성체로 발생하는 것과, 단순한 생명체가 세대를 거듭하여 점차 복잡한 생명체로 진화하는 현상은 분명 생명이 펼쳐 보이는 가장 놀라운 두 기적이다. 다윈 역시도 진화를 완벽히 이해하기 위해서는 발생 과정을 알아야 한다고 생각했다. 그렇지만 그 이후 발생은 오랫동안 생물학의 ‘변방’에 머물러 있었다. 발생학을 배제한 집단유전학적 진화론이 생물학계의 주류를 이루었고, 그 결과 변이를 생산하는 발생 메커니즘은 거의 반세기 동안 마치 ‘블랙박스’처럼 취급되었다. 그러나 1980년대부터 발생 과정에 관여하는 유전자들이 속속 발견되었고, 그것들이 진화에서 맡는 역할이 알려지면서 발생의 문제는 다시 생물학의 중심 주제가 되었다. 그리고 그 ‘블랙박스’ 안에는 그 누구도 예상하지 못한 중대한 사실들이 있었다.

다시 보는 동물 진화
이보디보가, 그리고 이 책이 보여주는 가장 놀라운 사실은 모든 동물들의 유전자가 아주 닮았다는 것이다. 거의 똑같은 유전자가 인간이든, 침팬지든, 생쥐든, 파리든 간에 똑같은 일을 담당한다. 예컨대 파리의 눈 발생을 담당하는 아이리스(Eyeless) 유전자를 생쥐의 배아에 삽입하면 어떻게 될까? 놀랍게도 정상적인 생쥐의 눈이 발생한다. 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 파리의 눈과 생쥐 같은 포유류의 눈은 구조적으로 완전히 다른데도 말이다. 심지어 인간의 눈 발생 유전자를 파리에 삽입해도 정상적인 파리 눈이 발생할 것이다. 물론 그 반대도 가능하다. 비단 눈 발생 유전자만이 아니라 사지를 만드는 유전자, 심장을 만드는 유전자, 신체의 배열을 담당하는 유전자들도 마찬가지다. 기존의 예상과는 전연 다르게 동물들의 유전자는 매우 닮았으며, 아주 오래전서부터 전해진 것들이다.
이 사실과 이어지는 두번째 사항은 진화는 이들 유전자의 사용방식이 변하면서 일어난다는 사실이다. 진화는 유전자 자체의 변화가 아니라 유전자의 사용방식, 즉 ‘유전자 스위치’의 변화로 이루어진다. 저자가 말하듯이 “진화는 오래된 유전자에게 새로운 기교를 가르치는 것”인 셈이다. 그전까지 생물학자들은 실제로 단백질을 만들어내는 ‘구조 유전자’만 신경 쓰며 그것만이 중요한 정보를 담고 있다고 생각했다. 하지만 이보디보의 성과로 유전자 스위치 기능을 담당하는 ‘조절 유전자’가 더욱 중요한 주제로 부각되었다. 게다가 이 조절 기능은 아주 세심하게 조정되기 때문에 동물의 복잡성과 다양성을 가능하게 한다. 언제, 어디서, 얼마만큼 유전자를 사용할지 결정하는 유전자 스위치가 무한하리만큼 다양한 동물들의 형태를 만들어내는 것이다.

발생과 진화로 묶은 생물학
동물들의 ‘오랜된 유전자’와 유전자의 발현을 조절하는 ‘유전자 스위치’는 모두 배아의 발생을 연구하는 과정에서 밝혀졌다. 그렇지만 이 사실들은 전통적인 발생학 영역을 넘어 생물학 전 분야와 관련된 내용들이다. 우선 유전자 발현 메커니즘에 대한 분자생물학 · 세포생물학 · 발생유전학적 지식들이 필수적으로 들어오고, 염기서열을 확인하기 위한 유전체학과 그 발현 과정을 연구하는 단백질학도 필요하며, 상이한 문들(phyla) 간의 상동성을 따져보기 위한 계통학도 개입될 수밖에 없다. 물론 이런 상동성은 진화생물학으로 설명된다. 게다가 고생물학은 생명이 진화의 역사를 거치면서 어떻게 새로운 몸과 새 형질들을 획득하게 되었는지에 초점을 맞춤으로써 발생의 수수께끼를 다른 각도에서 바라보게 되었다. 이보디보는 이 모든 분야들을 진화와 발생이라는 키워드로 묶어 생명체의 모든 변화를 통합적으로 설명한다.
이 책은 그간 이보디보가 거둔 성과들을 체계적으로 정리, 소개하면서 이보디보의 힘을 느끼게 해준다. 저자는 여러 환상적인 사례들을 ― 외눈박이 양, 더듬이 대신 다리가 난 파리, 발가락이 다섯 개인 병아리 등 ― 보여주며, 그런 사례를 바탕으로 기존의 진화 이론을 재정립하고 있다. 이보디보는 캄브리아기에 어떻게 한꺼번에 다양한 종들이 탄생했는지, 곤충의 아가미가 어떻게 날개가 되었는지, 수만 종류의 다양한 나비 날개 무늬는 어떻게 만들어지는지, 어떻게 물고기의 지느러미가 육상동물의 다리와 발가락 그리고 날개가 되었는지 등을 생생하게 보여준다. 동물 형태의 실제 발생 과정을 포함한 저자의 설명은 추론에만 의존한 기존의 설명보다 훨씬 구체적이고 설득력 있다.

생물학을 뒤흔들 이보디보의 힘
이 책의 저자인 션 캐럴은 위스콘신 대학의 생물학 교수이며 하워드 휴즈 의학연구소의 대표 연구자로 지난 수년 동안 이보디보 분야의 개척자와 대변인 역할을 해온 탁월한 학자이다. 이 책에서 그는 지난 20년간 축적된 이보디보의 놀라운 연구 성과들을 대중의 눈높이에서 친절하고 정확하게 소개해주고 있다. 말하자면 이 책은 이보디보의 세계적 석학이 그에 관해 쓴 세계 최초의 대중서이다. 석학이 쓴 글답게 이 책은 풍부하고 깊은 과학적 사유로 가득하지만 설명을 찬찬히 따라가면 누구나 이해할 수 있을 만큼 자세하고 친절하다. 생물학에 관심이 있는 독자라면 아주 만족스러운 독서가 될 것이다.
물론 이보디보는 아직 어린, 정확히 말해 스무 살이 채 안 된 학문이다. 하지만 이보디보가 생물학을 새롭게 종합할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있다는 사실을 부인하기에는 지금까지의 연구 성과가 너무도 중요한 것들이며, 앞으로의 생물학에서는 분명 이보디보가 중요한 역할을 하게 될 것이다. 이 한 권에서 우리는 거의 모든 생명의 변화에 대한 통합 이론을 만나게 될 것이며, 미래 생물학을 이끌 메가트렌드를 알게 될 것이다.