안구야 덜덜덜 떨어라

망막은 빛의 형태로 눈에 들어온 정보를 뇌가 인지할 수 있도록 전기적 신호로 바꾸는 일종의 신호 변환기이자 세상과 뇌를 연결하는 핵심 관문이다. 수없이 많은 모세혈관들이 존재해서 쉴 새 없이 망막에 필요한 물질들을 조달한다. 사진은 정상 망막의 모습. <한겨레> 자료사진

[토요판] 하리하라 눈을 보다
(8) 망막

▶ 하리하라 본명 이은희. 생물학을 전공해 연구원으로 사회생활을 시작했으나, 우연히 인터넷 블로그에 썼던 글들이 <하리하라의 생물학 카페> 등 책으로 묶여 나오면서 과학언론학으로 전공을 바꾸었다. 현재는 과학작가이자 강연자로 살고 있다. ‘하리하라’라는 인터넷 아이디를 필명으로, 세상에 퍼져 있는 과학에 대한 선입견과 오해를 걷어내는 이야기를 통해 사람들과 소통하고 있다. <한겨레> 토요판에서 격주로 ‘인간의 눈’과 본다는 것의 의미를 탐구한다.

10여년 전의 어느 날, 나는 잰걸음으로 강연장에 들어섰다. 당시 한 인터넷매체에서 어설프게나마 과학 기사를 쓰고 있던 내게 주어진 그날의 임무는 한 과학자의 대중 강연에 참석해 내용과 분위기를 전하는 것이었다. 시간에 맞춰 도착했지만, 벌써 강연장 안은 발 디딜 틈도 없을 정도로 붐비고 있어서 연사의 인기를 짐작하게 했다. 드디어 강연자가 연단에 오르자 수백, 아니 줄잡아 1000개 이상의 눈동자가 일사불란하게 연단을 향했다. 오늘의 연사는 당시 의학계, 아니 우리나라 전체를 통틀어 최고의 스타로 불리던 황우석 박사였다. 그의 목소리가 높아질수록 노트북 위를 달리는 내 손가락의 움직임도 빨라졌다. 강연이 끝나고 대부분의 사람들이 강연장을 떠난 뒤에도 난 남아서 노트북을 두드리고 있었다. 그때였다.

“저, 실례지만 저 좀 도와주시겠습니까?” 고개를 돌려보니 건강해 보이는 남성분이 자리에 앉아 있었다. 처음엔 의아했다. 도움? 왜? 하지만 내게 도움을 청하는 그의 시선과 그를 바라보는 나의 시선이 일치하지 않는다는 사실을 깨닫는 데는 그리 오랜 시간이 걸리지 않았다. 나를 향해 있는 목소리와는 달리 크게 열린 그의 눈동자는 공허함을 담고 허공에 못박혀 있었다.

“팔만 잡게 해주세요”

그날 처음 알았다. 시각장애를 가진 사람들이 있다는 사실을 피상적으로 알고 있었지만, 실제로 본 적은 없었기에 그들이 도움을 청해 올 때 어떻게 대응해야 하는지. 그래서 난 보통 몸이 불편한 사람을 대하듯 그를 부축하려 했다, 그러자 그분은 정중하게 거절하며, 단지 당신께서 팔을 잡을 수만 있게 해주면 족하다고 말했다. 내가 부축하고 손을 잡아끌면 눈이 보이지 않는 자신으로서는 끌려가는 느낌이 들어 불안하다고, 대신 팔만 잡게 해주면 팔의 움직임을 통해 이동 방향과 속도를 짐작할 수 있기에 덜 불안하다고 미안한 듯 말했다.

낯선 사람에게 팔을 잡힌(?) 채 걷는 어색함은 그가 먼저 자기 이야기를 시작하면서 풀어졌다. 그는 유전적인 망막색소변성증으로 시력을 잃었다는 이야기를 담담하게 풀어놓았다. 망막색소변성증(Retinitis pigmentosa)이란 유전자 이상으로 인해 빛을 감지하는 광수용체들이 파괴되고, 거기서 유출된 색소들이 망막에 침착되면서 망막의 색이 변하고 점차 시력을 잃어가는 질환이다. 가벼운 야맹증(夜盲症)으로 시작된 증상은 서서히 지름이 줄어드는 원통을 통해 세상을 보는 것처럼 시야가 좁아지다가 결국 세상과 연결되는 한 점의 통로조차 막혀버리면서 시력을 잃게 된다. 일단 증상이 시작되면 증상의 진행 시기를 다소 늦출 수는 있어도, 빛의 통로가 사라지는 것 자체를 완전히 막을 수는 없다. 현재 망막색소변성증을 유발하는 유전인자는 40여가지로 알려져 있는데, 그중에서도 그는 상염색체 우성으로 유전되는 종류인 듯했다. 돌연변이나 열성유전으로 유전되는 경우에 비해 상염색체 우성으로 유전되는 경우에는 발병 시기가 20대 이후로 늦은 편이기에 더더욱 시각을 잃는 것에 대한 상실감이 크고, 자식에게 50%의 확률로 유전되기 때문에 아이에 대한 미안함까지 더해지곤 한다. 사실 이 질병 자체는 유전학 교과서를 통해 이미 알고 있는 것이었지만, 현실에서 만나는 대상에 대한 느낌은 완연히 달랐다. 교과서 속의 텍스트들은 결코 현실성을 가지지 못한다. 왜 백문이 불여일견이며, 관념은 경험에 미치지 못하는지를 깨닫는 날이었다.

망막은 사람을 비롯한 척추동물과 무척추동물 중에서는 두족류의 안구의 가장 안쪽에 존재하는 세포층으로, 카메라에 비유하자면 필름에 해당하는 부위이긴 하나 필름이 범접하기 어려운 고감도와 고화질을 자랑하는 고도의 신경조직이다. 망막은 광자극을 신경신호로 변환하는 일, 즉 빛의 형태로 눈으로 들어온 정보를 우리의 뇌가 인지할 수 있도록 전기적 신호로 바꾸는 일종의 신호 변환기이자 세상과 뇌를 연결하는 핵심적인 관문이다. 망막이 제 기능을 하지 못한다면, 세상이 아무리 밝은 빛과 형형색색의 색채들로 가득해도 뇌는 이를 인지하지 못하고 어둠 속에 잠겨 있을 수밖에 없다. 망막의 신호 전환 기능은 그래서 시각에서 가장 핵심적인 장치로 꼽힌다.

망막은 총 10개의 층으로 이루어져 있는데, 기능상으로 분류하면 빛을 감지하는 광수용체와 이를 전기적 신호로 변환시키는 신경망으로 나눌 수 있다. 사람의 눈에는 약 1억3000만개 정도의 광수용체가 존재하고, 이들과 연결된 120만개의 신경들이 정보를 뇌의 시각피질로 전달한다. 광수용체는 다시 막대세포(rod cell)와 원뿔세포(cone cell)의 두 종류로 나뉜다. 이 중 더 많은 것은 약 9000만개가 존재하는 막대세포다. 막대세포는 빛에 민감해 어두운 곳에서 빛을 인식하는 구실을 하며, 망막의 주변부 쪽에 좀 더 많이 분포한다. 막대세포는 광수용색소를 단 한 가지만 가지고 있기 때문에 색을 구별할 수는 없지만, 단 하나의 광자에도 반응할 만큼 빛에 대한 민감도가 뛰어나 빛이 부족한 어두운 곳에서 주로 활약한다. 밤에 불을 끄고 나면 순간적으로 어둠이 찾아오지만, 곧 희미하게나마 세상이 보이는 것은 막대세포가 제구실을 하기 때문이다. 그렇기에 막대세포가 손상되거나 제 기능을 못 하게 되면 불 꺼진 영화관이나 어스름한 밤중처럼 빛이 부족한 경우, 아예 앞이 보이지 않는 야맹증이 나타나게 된다.

망막 안쪽에 덕지덕지 붙은
담쟁이덩굴 같은 모세혈관
이런 시각적 노이즈 상쇄 위해
우리의 몸이 선택한 전략은
눈을 미세하게 진동시키는 것

인간의 눈은 기능적으로는 뛰어난
조물주의 완벽한 발명품이지만,
구조적으로는 초보 설계자의
실패한 습작에 가까운,
또다른 의미에서 신비한 존재

당신의 광수용색소는 3개인가 5개인가

비타민A의 함량을 높인 황금쌀. 야맹증으로 인한 실명을 예방한다.

대부분의 가정·가사 교과서에 등장하듯 야맹증을 일으키는 가장 큰 원인은 비타민A의 부족이다. 이는 막대세포가 가지는 광수용색소인 로돕신이 비타민A와 옵신이라는 단백질의 결합 형태로 만들어지기 때문이다. 따라서 비타민A가 부족하면 막대세포는 로돕신을 충분히 합성할 수 없어 제 기능을 못 하게 되고 따라서 야맹증이 나타난다. 이 말은 반대로 비타민A만 충분히 보충해주면 야맹증은 얼마든지 좋아질 수 있다는 말이 된다. 실제로 대부분의 야맹증은 비타민A를 충분히 보충해 주면 사라지지만, 부족 상태가 오랫동안 지속되면 각막 건조증이나 감염, 궤양 등의 합병증이 발생해 영구 실명으로 이어질 수도 있다. 특히나 전세계 아이들의 실명 원인 중 1위가 바로 이 비타민A의 부족으로 인한 것이다. 세계보건기구(WHO)의 보고에 따르면 전세계 어린이 중 125만명이 비타민A 결핍증으로 고통받고 있으며, 이 중 50만명은 결국 영영 빛을 잃게 된다. 실명은 물론 안타까운 일이지만, 비타민A로 인한 실명이 더욱 가슴 아픈 건 그 대상이 주로 5살 미만의 어린아이들이며 제때에 비타민A만 충분히 공급해주었어도 얼마든지 막을 수 있는 ‘치료 가능한 질환’이라는 사실 때문이다. 애초에 1998년 포트리쿠스 박사팀이 일명 ‘황금쌀’을 개발하게 된 계기도, 빌 앤 멀린다 게이츠 재단이 1000만달러를 투자해 황금쌀의 개발과 보급에 힘을 보탠 것도 역시 이러한 안타까움에서 시작되었다. 황금쌀이란 유전자 조작을 통해 비타민A의 전구체인 베타카로틴을 듬뿍 함유하도록 만들어진 쌀을 말한다. 노란색을 띠는 베타카로틴이 함유되어 있기에 보통의 쌀과는 달리 도정한 뒤에도 샛노란색을 띠어 일명 황금쌀로 불리게 된 것이다. 왜 하필 쌀일까? 비타민A로 인한 실명 아동이 집중적으로 발생하는 지역은 동남아시아 지역, 즉 쌀의 소비가 많은 지역이므로 이들이 먹는 주식인 쌀에 비타민A를 포함시키면 적어도 이로 인해 실명하는 아동은 줄어들 것으로 여겼던 것이다.

두번째 광수용체는 원뿔세포이다. 원뿔세포는 비록 빛에 대한 민감도는 막대세포에 비해 떨어지지만, 대신 빨강, 노랑, 초록빛을 인식하는 세 종류의 광수용색소가 있기 때문에 색을 구별할 수 있는 특징을 지닌다. 그리고 주로 낮에 생활하는 인류의 생활 습성상 우리는 주로 원뿔세포로 세상을 인식한다. 원뿔세포는 주로 망막의 중심부에 집중적으로 존재하는데, 이로 인해 망막의 중심부는 육안으로 노랗게 보이는 지점들이 존재하는데 이를 황반(黃斑)이라고 한다. 망막색소변성증에서 중심부 시야는 주변부 시야에 비해 좀더 오래 유지되는 이유 역시도 원뿔세포가 막대세포보다 유전자의 공격에 대해 좀 더 저항성을 가지는데, 이들이 주로 망막의 중심부에 몰려 있기 때문이다.(황반과 색을 구별하는 능력에 대한 이야기는 다음 칼럼에서 좀 더 자세히 다룰 예정이다.)

여담이지만, 원뿔세포에 세 가지 광수용색소가 존재한다는 사실은 얼마 전, 미국 드라마 중 하나인 <더 그림>(The Grimm, 한국 방영 제목 그림형제)에서 흥미롭게 등장한다. 이 드라마의 주인공 ‘닉’은 대대로 보통 사람들은 볼 수 없는 특이한 형태의 사람들을 구별할 수 있는 능력을 지닌 존재, 즉 ‘그림’족(族)의 일원이다. ‘베센’이라고 통칭되는 이 특이한 사람들은 일종의 반인반수(半人半獸)의 존재들로 인간의 모습으로 완벽히 위장한 채 보통 사람들과 섞여서 살아간다. 그런데 보통 사람의 눈에는 보이지 않는 베센의 모습이 유독 닉의 눈에만 보이는 이유는 뭘까? 전혀 기대하지 않았던 질문이지만, 드라마 속에서 닉의 눈을 검진한 안과 의사가 이를 설명한다. 사람들은 일반적으로 세 종류의 광수용색소를 가지는데 닉의 눈에는 다섯 가지의 광수용색소가 존재하며, 이는 유전적으로 타고난 것으로 여겨진다는 것이다. 의사는 그러면서 그에게 ‘남들이 볼 수 없는 것을 보는 것 아니냐?’며 묻는다. 이 장면을 보면서 대단하다는 생각이 들었다. 광수용색소에 대한 과학적 진실성의 여부는 차치하고서라도, 모든 세계관이 허구라는 것을 근저에 깔고 시작하는 판타지 드라마에서조차도 남들은 볼 수 없는 것을 보는 주인공의 정체성을 망막세포의 특수성으로 설명하려고 노력한 제작진의 과학적 집념이 엿보여서 말이다.

다시 망막의 기본으로 돌아와 보자. 망막은 기본적으로 광수용체가 빛을 인식하고, 신경세포들이 이를 전기적 신호로 변환해 뇌로 전달한다. 우리가 보는 세상은 결코 정지화면이 아니기에 이를 인식하고 변환하는 망막의 광수용체와 신경세포들 역시도 매우 역동적으로 끊임없이 움직인다. 따라서 이 부위에는 늘 충분한 산소와 영양분의 공급이 필수적이다. 인구가 많이 모여 사는 지역일수록 에너지 소비량이 크며, 힘들게 일하고 난 뒤 더 많은 음식이 필요한 이유처럼 말이다. 따라서 망막에는 수없이 많은 모세혈관들이 존재해서 쉴 새 없이 망막에 필요 물질들을 조달하고 있다. 그런데 이상하게도 인간의 눈에 존재하는 모세혈관들은 망막의 뒤쪽이 아니라 망막의 안쪽에 존재한다. 심지어 시신경까지도 안구 안쪽으로 들어와 있다. 그것도 안구 내부로 들어오기 위해 멀쩡한 망막에 구멍-인간의 시야에 맹점(blind spot)이 존재하는 이유가 이 때문이다-까지 내고서 말이다. 망막이 세상의 빛을 있는 그대로 인식하기 위해서는 망막을 가리는 것이 아무것도 없어야 한다. 각막과 수정체가 그리도 투명한 이유가 이 때문이 아니었던가. 그래서 안구 안쪽에 덕지덕지 붙은 모세혈관들은 당연히 시야에 걸림돌이 된다. 실제로 우리의 망막은 깨끗한 스크린이 아니라, 담쟁이덩굴이 덕지덕지 달라붙은 담벼락에 가까운 것이다. 이렇게 노이즈가 많아서야 투명한 각막과 수정체를 만들어놓은 보람이 없다. 이러한 시각적 노이즈를 상쇄하기 위해 우리의 몸이 선택한 전략은 눈을 미세하게 진동시키는 것이었다. 이는 울타리를 사이에 두고 너머를 바라보면 시야가 방해를 받지만, 빠르게 달리는 자동차 안에서는 오히려 건너편이 잘 보이는 원리와 동일하다. 우리의 뇌는 눈에서 보내는 이미지가 빠르게 변화하면 이들을 통합하여 보려는 특성이 있기 때문에 울타리가 주는 가림 효과가 떨어진다. 마찬가지로 안구 내부의 혈관들도 가만히 있을 때는 더 확실하게 인식되지만, 안구가 떨리는 경우 이미지를 통합하려는 뇌의 특성으로 인해 시야를 덜 방해하게 된다.

망막이 와장창 떨어져나가는 망막 박리

이은희 과학 작가

안구의 진동으로 시야 방해 현상은 극복했지만, 이런 식의 진동이 지속되는 것은 결코 눈의 건강에 도움을 못 된다. 하찮은 낙숫물도 오래되면 바위를 뚫는 것처럼 아무리 미세한 진동이라도 진동이 지속되면 이로 인한 2차 피해가 발생할 가능성이 커진다. 그 최악의 결과가 망막 자체가 안구에서 벗겨져 와장창 떨어져 버리는 망막 박리이다. 망막 박리가 일어나면 갑자기 눈 속에 커튼이 드리워진 듯 시야가 가려지며, 수술로 떨어진 망막을 다시 안구에 붙이는 처치를 받지 않으면 영구 실명으로 이어질 수 있다. 사실 눈의 모세혈관들이나 광수용체와 결합하는 시신경들이 굳이 안구 안쪽에 존재해야만 하는 이유는 전혀 없다. 인간의 눈과 비슷한 구조를 가진 오징어나 문어 같은 두족류의 경우, 실제로 모세혈관들은 눈 바깥쪽, 그러니까 망막의 뒤쪽에 붙어 있지만 망막에 충분한 양의 산소와 영양분을 공급하는 데 아무런 문제가 없기 때문이다. 어찌 보면 인간의 눈은 기능적으로는 뛰어난 조물주의 완벽한 발명품이지만, 구조적으로는 초보 설계자의 실패한 습작에 가까운, 또 다른 의미에서 신기하고 신비한 존재인 것이다.

이은희 과학 작가