바이오닉스와 식량문제

바이오닉스와 미생물학과 화학과의 관계는 해를 거듭할수록 점점 긴밀해지고 있습니다. 그 증거는 우선 첫째로 미생물 안에서 일어나고 있는 과정을 가능한 심도 깊게 연구하여 거기서 얻어지는 지식을 이용해서 화학합성 반응을 촉진시켜 다양한 종류의 물질을 대량으로 또한 연속적으로 생산하기 위해서입니다. 그러기 위해서는 생산성이 뛰어난 데다가 충분히 제어가 가능한 새로운 장치를 개발해야 한다는 공통의 목적을 갖고 있기 때문입니다. 바이오닉스는 이제까지 독립되어 있던 생물학과 공학을 결합시켜 서로 간에 협력을 시켜서 최신의 수학적, 물리학적, 물리 화학적으로 미생물을 연구하는 방법을 토대로 해서 합성화학이 직면해 있는 기술적인 문제에 대한 가장 적당한 해결책을 찾으려 하고 있습니다.

그렇다면 미생물학자와 생물공학자와 화학자는 지금 무슨 일에 몰두해 있는 것일까? 그들은 생물의 '화학공정'에 관한 지식을 실제로 어떻게 이용할 수 있을까? 미생물을 연구하면 무엇을 약속받고 기대할 수 있을까?

 

첫째로, 문제가 되는 것은 인류를 먹여 살릴 식량을 확보하는 것입니다. 인간의 식량과 가축의 사료는 말할 것도 없이 주성분이 단백질입니다. 단백질은 생물체에 질소를 공급하는 주요한 공급원으로, 하루 평균 성인은 단백질 약 100그램 또는 질소 15그램을 필요로 합니다. 생물체는 외부에서 들어오는 단백질의 대부분을 몸을 구성하는 단백질로 소비하고, 에너지를 얻는 데는 탄수화물이나 지방을 보조로 사용합니다. 그러면 인간은 어디에서 필요로 하는 단백질을 입수해야 할까?

 

여기에는 몇 가지의 방법이 있습니다. 농업과 축산업의 생산성을 향상하고, 경작지 면적을 확대하고, 아직까지 이용하지 않던 해양자원을 개발하는 데에 적극적으로 나선다면 900억의 인구를 먹여 살릴 수 있을 거라고 일부 전문가들은 관측하고 있습니다. 그러나 몇 백 년이 지난 후에는 인구증가율이 지금보다 더 급격하게 진행될 수 있습니다. 가능하다면 단기간에 식량 생산을 크게 늘릴 수 있는 방법을 고찰해봅시다. 그 방법은 사회과학 연구로는 아직 거의 고려되지 않은 방법인 단백질, 탄수화물, 지방 등의 영양소를 천연이 아닌, 즉 논밭이나 목장이 아닌 공장이나 생물학적 합성 콤비나트에 의해 생산하는 방법입니다.

단백질을 합성하는 능력면에서 생물 중에서는 미생물이 단연 선두입니다. 미생물의 번식과 성장의 속도는 가히 경이롭기 조차 합니다. 조건만 적당하게 갖추어진다면 예를 들어 효모균 같은 종류의 미생물은 채 한 시간도 안되어서 세포의 숫자가 배로 됩니다. 이렇듯 미생물은 강력한 단백질원이 됩니다.

 

더구나 식량이나 사료를 얻기 위해 미생물을 이용하는 일은 그렇게 뜻밖의 일은 아닙니다. 미생물은 자연계의 물질순환 속에서 항상 중개자의 역할을 하는데 부족함이 없었습니다. 녹색 식물은 태양 에너지를 이용해서 탄산가스와 무기물을 가지고 유기물을 합성합니다. 식물의 유기물은 직접 혹은 간접적인 형태로 동물의 먹이가 됩니다. 식물과 동물의 사체는 그 배설물과 똑같이 미생물에 의해 탄산가스와 무기물로 분해되어 식물에게 섭취됩니다. 이렇게 해서 물질 순환은 처음으로 되돌아갑니다.

그뿐만 아니라 미생물은 동식물의 영양공급에 직접 참가합니다. 동식물의 소화기관에는 중요한 역할을 하는 비타민류를 체내에 공급하는 특정 세균이 살고 있습니다. 그중에서 특별히 중요한 역할을 하는 것은 소 같은 반추동물의 위장 속에 사는 세균입니다. 이 세균은 섬유소나 기타 소화하기 어려운 물질을 분해하여 잘 흡수되도록 만들어 소 사료의 영양가를 높이는 역할을 합니다. 현재 소의 사료에는 요소(카르바민단)가 첨가되어 있는데 반추동물의 위장 속에 사는 세균이 이 요소를 단백질로 바꿉니다. 동물의 소화기관에 사는 세균이 동물의 몸에 단백질과 비타민류를 공급하고 있지만 동물이 필요로 하는 전량을 공급하지는 못합니다. 단백질의 대부분은 역시 음식물의 형태로 체내에 들어옵니다. 그래서 과학자는 충분한 단백질을 생산하기 위해서 미생물을 이용하기로 한 것입니다.