1980년대 초 미국 유학시절 교수님이 하신 말씀이 생각난다.  지구의 기온이 상승하면 생물체들은 어떻게 반응할까?  일반적으로 빛을 발하면 열을 동시에 발생하는데 반딧불이는 열을 발생하지 않고 빛을 내는데 어떻게 가능할까?  이러한 의문점에 대한 연구가 있다고 말씀하신 후 수업을 진행했다.

첫번째 질문에 대한 답은 온도상승에 대해 생물체는 heat-shock protein이라는 특정 단백질을 생성한다.  전세계가 깜짝 놀란 연구결과였지만 기능은 잘 알려져 있지 않다.  두번째 질문은 백열전등의 경우 10% 에너지만이 빛으로 전환되며 나머지는 열 등으로 소모된다.  그러나 반딧불이(firefly)는 열없이 빛을 내 이 빛을 cold fire라 하며 효율도 거의 100%다.

반딧불이는 루시퍼린(Luciferin) 색소와 효소인 Luciferase, 에너지원인 ATP, 산소를 이용해 Cold fire를 만든다는 것이 밝혀졌다.  이러한 결과를 토대로 1980년대 중반 유전학 연구에서 Genetic marker(너무 전문적이라 알 필요없슴)로 이용되기 시작해 생화학, 의학, 환경공학, 범죄학 등 다양한 분야에 이용되기 시작했다.  예를 들어 의학의 경우 암세포에 반딧불이 빛을 발하게 하여 새로운 항암제에 대해 암세포가 어떻게 반응하는가를 특수랜즈를 통해 관찰이 가능해져 항암제 개발에 공헌을 하고있다.  또한 범죄현장에서 범인의 혈흔을 찾는 데에도 쓰인다.  TV 범죄수사물에서 보면 범인의 것으로 보이는 물건 등에 무언가를 바르고 깜깜한 상태에서 보면 연두빛 형광이 나는 것을 본적이 있을 것이다.  이것이 바로 반딧불이의 Cold fire다.  범인의 혈흔이 발견되면 여기에서 DNA를 추출해 범인의 유전자 지문이 만들어져 범인 검거에 증거를 제공한다.  이러한 단순한 지적 호기심에서 출발한 연구의 열정이 과학발전에 커다란 공헌을 했으며 이러한 공로를 인정받아 2000년 말에 노벨상을 수상하게 되었다.

반딧불이의 경우 루시퍼린이 빛을 내기 위해서는 산소와 결합해야 하며 이때 ATP를 필요로 한다. 산소와 결합한 루시퍼린은 산화과정을 거치며 최종적으로 연한 연두색 빛(560nm)을 발하게 된다.  그러나 이러한 산화과정은 매우 느리며, 생체 내에서는 효소,Luciferase,를 이용하여 반응을 가속화 시키게 된다.

반딧불이는 루시퍼린에 산소와 ATP 이에 루시퍼에이즈 효소의 도움을 받아 한밤 중에 사랑을 호소하는 것이다.

ATP(Adenosine TriPhosphate)란 무엇인가?

휴대폰을 예를 들어 설명한다.  맨 처음 출시된 휴대폰은 통화만 가능했다.  그러다 문자기능이 추가되기 시작하며 이후 다양한 기능들이 부가되며 스마트폰 시대를 맞이했다.  이러한 휴대폰은 앞으로도 빠르게 진화를 계속할 것이다.  그러나 휴대폰이 처음 출시된 이래로 앞으로도 절대로 진화할 수 없는 것이 있다.  바로 밧데리를 통한 전류의 공급이다.  전류를 사용한다는 것에는 전혀 변화가 일어나지 않을 것이다.  스마트폰의 모든 기능은 전류에서 에너지를 공급받아 작동하는 것이다. 

인간을 포함한 생물체를 휴대폰에 비교해 보자.  맨 처음 출시된 휴대폰은 생물체의 원시형태인 박테리아와 같다. 그 다음버전은 곰팡이, 그 다음 버전은 곤충, 다음은 식물, 다음은 어류, 다음은 동물 등이 될 것이다.  동물은 스마트폰쯤 될 것이다.  생물체에도 휴대폰처럼 절대로 변화하지 않는 것들이 있다.  그들 중 하나가 에너지원이다.  휴대폰이 전류를 에너지원으로 사용하듯 모든 지상의 생물체는 ATP를 에너지원으로 사용한다.  생물체를 구성하는 모든 세포는 ATP를 가지고 있으며, 이를 통해 모든 생물체내의 생명현상들이 유지되고 있는 것이다.  즉, 우리가 보고, 듣고, 말하고, 사색하고, 운동하고 하는 모든 활동의 에너지는 ATP에서 얻는 것이다.  휴대폰을 사용하다 보면 전기를 소진해 밧데리를 충전하듯 우리도 ATP를 소진하면 음식섭취를 통해 ATP를 충전하는 것이다.

이제 다시 본론으로 돌아가자.  도마에 야채나 고기를 썰었다고 가정하자.  도마에 소량의 야채나 고기의 부스러기들이 존재할 것이며, 따라서 이들을 구성하는 세포들도 있으며, 세포내에 존재하는 ATP들도 존재하게 된다.  ATP측정기를 사용하면 도마에 ATP가 있음을 알려주며, 이는 다시 도마에 생물체에서 유래한 물질들이 있다는 것을 의미하며 이는 다시 도마가 청결하지 않다는 것을 의미한다.  박테리아와 같은 미생물도 마찬가지다. 이들도 ATP를 가지고 있으며 ATP측정기에는 야채나 고기와 같이 숫자를 나타낼 것이다.  여기에서 야채나 고기의 ATP와 박테리아의 ATP는 정확히 똑같다.  화학적으로 동일하다.  따라서 ATP측정기로는 어디에서 유래한 ATP인지 알 수가 전혀 없다.

ATP측정기는 생물체에서 유래한 것만 측정할 뿐 그 밖의 오염은 측정할 수 없다.  예를 들어 도마를 너무 오랫동안 사용하지 않아 먼지가 차곡차곡 쌓였다고 해도 이러한 먼지는 생물체에서 온 것이 아니라 ATP가 없으며 따라서 ATP측정기는 어떠한 숫자도 나타내지 못해 마치 깨끗한 도마인 것처럼 오인할 수 있다.  이점 또한 유의해야 한다.