우리가 스스로 외계인이라고 생각을 하고 인간을 관찰해보자. 공통적인 특징들을 모아보니, 인간은 숨을 쉬고 밥을 먹고는 똥을 싸고 오줌도 싼다. 심장이 멎으면 움직이지 않는다. 심장이 뛰어야지만 '피'라는 붉은 액체가 몸 안을 순환한다. 왜 그런 것일까? 왜 인간은 산소가 없으면 안 되고 음식을 먹고 나서 배출하고 피는 왜 몸 안을 순환하는 것일까?
인간뿐일까? 우리 옆에 있는 반려 동물도, 당장 밖에서 볼 수 있는 비둘기나 참새도, 지구 곳곳에 살고 있는 대부분의 생명체들은 숨을 쉬고 각자의 방법으로 영양분을 섭취한다. 생명체는 대체 왜 호흡을 하고 영양분을 섭취하게끔 프로그래밍이 되어 있을까?
초등학교 ver.
생명체가 왜 이렇게 프로그래밍되었는지 알기 위해서는 몸의 구조부터 파악해야 한다. 우선 앞서 정리한 인간의 공통적 특징: 소화, 호흡, 배설, 순환으로 정리할 수 있다. 그리고 각 역할에 따라 기관이 존재한다.
소화 기관: 입, 식도, 위, 간, 이자, 소장, 대장
소화 기관은 우리가 먹는 음식을 소화하는 과정을 맡고 있다. 재밌는 점은 대장, 소장은 똥을 만드니까 배설 기관일 것 같지만 아니다. 똥은 여기서 배설물이 아닌 소화 찌꺼기로 취급한다. 즉, 음식물이 다 소화되고 남은 찌꺼기인 것이다. 식도부터 대장까지 모두 한 길로 연결되어 있다. 우리가 먹은 음식은 이 하나의 길을 거치며 영양소가 흡수된 후 똥으로 만들어져 배출되는 것이다.
호흡 기관: 코, 기관, 기관지, 폐
호흡 기관의 역할은 산소를 들이마시고 이산화탄소를 내뱉는다.
배설 기관: 콩팥, 방광, 오줌관
배설 기관은 오줌을 만드는 것에 관여한다.
순환 기관: 심장, 혈관
심장에서의 펌프로 인해 혈액이 혈관을 타고 온몸을 순환한다.
그렇다면 우리에게는 왜 각각의 기관이 필요할까? 왜 소화를 해야 하고, 호흡을 해야 하며, 배설을 하고 순환이 있어야 하는 것인가.
cf (중학교 범위에 해당)
입과 식도를 각각 소화 기관이라고 하지만 한 번에 부를 때 '소화 기관들'이라고 하지 않고 '소화계'라고 부른다. 기관들의 모임을 기관계라고 부르기 때문이다.
중학교 ver.
기계가 여러 부품으로 이루어져 있는 것처럼 우리 몸도 여러 구성 요소로 이루어져 있다. 구성 단계가 있는데, 세포→조직→기관→기관계→개체 순서를 이룬다. (이는 동물의 경우고 식물의 구성 단계와 구분된다.)
레고 블록을 쌓아서 건물을 만들거나 자동차를 만들듯 세포가 쌓여서 조직을 이루고 조직이 모여 기관, 기관이 모여 기관계, 기관계가 모여 하나의 개체를 이루는 것이다. 이렇듯 세포는 레고 블록처럼 우리의 몸을 이루고 있는 기본 단위다.
필자는 세포를 사람의 축소 버전이라고 설명을 한다.
첫 번째로 사람이 기관을 갖고 있듯 세포도 세포소기관을 갖고 있다. 세포소기관이 있어 세포도 하나의 생명체처럼 생명활동을 할 수 있다. 흔히 알고 있는 아메바는 단세포 동물, 즉 세포 하나로 이루어져 있는 동물이다. 우리 몸을 구성하고 있는 세포들도 생명활동을 한다.
두 번째로 사람이 산소를 들이마시고 영양소를 흡수하는 것처럼 세포 또한 산소와 영양소를 흡수한다. 정확히 표현하자면 사람이 들이마신 산소와 흡수한 영양소가 세포에게 전달되는 것이다. 결국 우리는 세포에게 전달해주기 위해 밥을 먹고 숨을 쉬는 것이다. 그렇다면 왜? 세포가 산소와 영양소를 이용해서 에너지를 만들어주기 때문이다.
세 번째로 세포는 물과 이산화탄소를 내뱉는다. 앞서 산소와 영양소를 이용해서 에너지를 만든다고 했는데, 이 과정에서 부산물: 물과 이산화탄소가 발생한다. 사람이 호흡할 때 내뱉는 이산화탄소는 세포에서 만들어졌다. 물은 콩팥으로 이동하여 오줌으로 배출된다. 즉, 사람이 이산화탄소를 내뱉고 오줌을 싸는 것은 세포에서 만들어진 부산물을 밖으로 배출하기 위함이다.
그렇다면 앞서 얘기했던 기관이 "세포"를 기준으로 움직인다는 것을 알 수 있다.
소화 기관에서 흡수한 영양소와 호흡 기관에서 흡수한 산소는 세포에게 전달된다. 어떻게? 순환 기관인 혈관을 타고 세포에게로 이동하는 것이다. 그리고 에너지 생성 과정에서 만들어진 이산화탄소와 물 역시 혈관을 타고 이동하여 물은 배설기관인 콩팥으로 이산화탄소는 호흡기관인 폐로 이동하여 밖으로 배출된다.
교과서 ver.
세포가 산소와 영양소를 분해하여 이산화탄소와 물을 만들어내는 이 과정을 '세포 호흡'이라고 한다. 세포 호흡이 일어날 때는 에너지가 만들어지는데 이때 에너지는 'ATP'에 저장이 된다.
ATP란 아데노신과 3개의 인산이 결합한 화합물이다. (아데노신의 A, 3을 의미하는 Tri-, 인산을 화학식으로 표현하면 P) ATP는 다른 결합에 비해 많은 에너지를 저장할 수 있어 에너지 저장에 용이하다. 이 인산이 결합할 때 많은 에너지가 쓰이기 때문에 '고에너지 인산 결합'이라고도 한다.
ADP는 아데노신과 2개의 인산이 결합한 화합물이다. (아데노신의 A, 2를 의미하는 Di-, 인산을 의미하는 P) 세포 호흡 시에 만들어지는 에너지는 ADP와 P(인산)가 결합할 때 사용되어 ATP에 저장된다.
ATP에 저장되어 있는 에너지를 사용하려면 ATP를 분해하면 된다. ATP가 ADP와 P(인산)로 분해될 때, 결합 사이에 저장되어 있던 에너지가 방출된다. 이 방출된 에너지는 우리의 생명 활동에 다양하게 이용된다. 체온을 유지할 때나 근육 운동할 때, 생장할 때 등등 많은 곳에 쓰인다.
요약 ver.
우리가 흡수한 영양소와 산소는 세포에게 전달되어 세포 호흡에 이용된다. 산소와 영양소를 세포에게 공급하면 에너지가 생성되고 이 에너지는 ATP에 저장된다. 이 과정에서 만들어진 이산화탄소와 물은 배출된다. 인간이 밥을 먹고 산소를 들이마시고 이산화탄소를 내뱉는 이유는 결국 세포 호흡을 통해 에너지를 만들기 위함이다.