홍영식 | 서울교육대학교 과학교육과, njyshong@snue.ac.kr
서 론
첫 화학 수업에서의 아스피린 합성 시간이다. 학생들의 표정이 어둡다. 교육학과 단일 전공으로 입학한 학생들은 140학점 중 교양 34학점, 교직 22학점, 공통전공필수 64 학점을 수강하며, 과학교육 심화전공의 경우 과학을 20학점 수강한다. 대다수를 차지하는 문과 출신 학생들이 물·화·생·지 네 과목을 각각 5학점 정도 추가로 이수하는 것이다. 우여곡절이 있었지만, 아스피린에 버드나무의 스토리텔링이 있었다면 어떠했을까?
「고려 말, 이성계 장군은 우물가의 여인에게 물을 청한다. 훗날 태종 이방원의 정적으로 파란만장했던 신덕왕후 강씨는 버들잎을 띄워 건네며 말했다.“체하지 않도록 버들 잎을 불며 천천히 드십시오.”태조의 갈증을 풀었던 버드 나무는 인류의 통증을 푼 나무였다. 이순신 장군이 말에서 떨어져 정강이가 부러지자, 버드나무 부목을 대고 과거를 치른 것은 유명한 일화다. 양치질도 버들‘양(楊)’과 가지 ‘지(枝)’의‘양지질’에서 유래한다. 버드나무의 진통 효과는 ‘살리신’에 있다. 그러나 쓴맛의 살리신은 위벽을 자극하는 등의 부작용이 있었다. 이에 바이엘사의 호프만은 무수 아세트산과 반응시켜 세계 최초의 의약품인 아스피린을 합성 한 것이다. 지금은 조팝나무에서 추출한 살리실 알데하이드를 산화시켜 합성한다. 아스피린도 그 화학명인 아세틸 살리실산의‘A’, 조팝나무의 속명인‘spiraea’의‘spir’, 바이엘사의 제품에 공통으로 붙였던‘in’의 합성어다.」
이러한 예는 수국(안토시아닌), 주목(택솔), 양귀비(모르핀), 인삼(사포닌), 감자(솔라닌) 등과 같은 일상의 식물과 비교적 낯설지만 듣고 나면‘아! 그런 스토리가?’하며 끄덕이게 되는 비누풀(사포닌), 개똥쑥(아르테미시닌), 꼭두서니(알리자린), 함초(소금풀) 쐐기풀(프로페시아) 등이 있 다. 여기에서는 학생들의 호기심을 유발하기 위하여 수업에 활용했던‘식물과 화학’중 일부를 소개하고자 한다.
그림 1. 조팝나무 (서울교대)
그림 2. 개똥쑥(노들섬), 꼭두서니(일자산), 삼지구엽초(서울숲)
본 론
1. 개똥쑥(아르테미시닌)
개똥도 약에 쓰려면 없다는 속담처럼 흔했던 개똥쑥이 드물어진 것은 말라리아(학질) 때문이었다. 말라리아 원충에 감염된 모기에 의해 생기는 말라리아는 고열과 황달 등 으로 사망에 이르는 질병이다. 옛말에‘학을 뗀다.’라는 것은 끔찍한 고통에서 벗어난다는 것을 의미했다. 최초의 말라리아 치료제는 키나나무에서 추출한‘키니네(퀴닌)’였다. 이후 제2차 세계대전 당시 공급이 부족하자, 미국은 대체 약으로 클로로퀸을 합성했으나 베트남전쟁에서 내성을 가진 말라리아가 창궐하면서 인접한 중국에도 많은 환자가 발생했다. 1969년, 갈홍(283~343)이 쓴“주후비급방”에서 개똥쑥이 학질을 치료한다는 것에 주목한 투유유는 개똥쑥에서 말라리아 치료제인‘아르테미시닌’을 추출해냈고 노벨상을 수상했다. 계속해서 개똥쑥의 함암 효과가 알려지면서 무분별한 채취로 가뭄에 콩 나듯 보기 어려워진 것이다. 노벨상은“동의보감(1613년)”의 한 줄 처방에 있을지도 모른다.
2. 꼭두서니(알리자린)
남사당패의 우두머리인‘꼭두쇠’가 붉은 옷을 입은 것에서 유래한 꼭두서니는 곤충학자 파브르가 신분 상승을 꿈꾸던 식물이었다. 붉은색 염료인 알리자린을 추출해낸 것 이었다.‘무척 기뻤다. 이제 장래가 보인다. 나의 회색 하늘에 뚫린 구멍 하나에서 장밋빛이 반짝이기 시작했다. 이제 빵 문제에서 골몰하던 지옥에서 해방되어 조용히 곤충 사이에서 생활할 수 있겠지.’그러나 이내 알리자린 제조법이 개발되면서 가격은 폭락했고 그의 꿈은 물거품이 되고 말았다. 그에게 터닝 포인트가 찾아왔다. 56세에 퇴직 하면서 벌의 생태를 기록한‘곤충기(1879년)’가 성공을 거둔 것이었다. 30여 년에 걸쳐 곤충기를 완성한 그는 노벨 문학상 후보에까지 올랐다. 화학과 물리 교사에서 지천명을 넘긴 나이에 30여 년간 곤충기를 써내려간 파브르다.
3. 삼지구엽초(비아그라)
남자의 힘을 샘솟게 하며 여성의 갱년기에 좋다는 삼지 구엽초는 3개로 갈라진 가지마다 세 장의 잎이 달린 것에서 유래한 이름이다.“삼재도회(1609년)”에 의하면, 삼지 구엽초는 음란한 양이 기진맥진하면서도 이를 먹으면 원기가 회복되는 콩잎(藿) 같은 풀, 음양곽이었다. 비아그라와 갖은 식물로는 음양곽, 비수리, 복분자, 구기자 등이 알려져 있다. 비아그라는 노벨의 협심증으로 거슬러 올라간다. 그런데 특이하게도 협심증 환자들의 발작은 주로 공장이 쉬는 일요일에 일어났다. 80여 년 후, 이그나로 교수는 니트로글리세린의 대사 과정에서 생긴 일산화질소가 혈관을 확장시키는 것을 발견했다. 산성비로만 만났던 일산화질소의 새로운 발견이었다. 제약회사들은 혈관을 확장시키는 신약 개발에 나섰고, 실데나필의 부작용이 비아그라 개발로 이어진 것이다. 노벨상을 수상(1998년)한 그는 64세에 마라톤을 시작했다. 유산소 운동이 일산화질소를 유발하기 때문이다.
그림 3. 비누풀(월드컵공원), 붉나무(다산생태공원), 까마중(서울교대)
4. 비누풀(사포닌)
뿌리나 잎을 잘라서 물에 비비면 비누처럼 거품을 일으키는 비누풀(soapwart)의 비밀은 사포닌에 있다. 사포닌도 비누를 뜻하는‘사포’에서 유래한다. 사포닌은 비누처럼 체내 혈관에 축적된 콜레스테롤 등을 씻어내어 동맥경화 등의 성인병을 예방하는 성분이다.
5. 붉나무(소금)
빨간 단풍이 불타는 것 같다는 붉나무는 소금을 만드는 ‘염부목(鹽夫木)’이다. 열매에 생긴 짠맛의 흰색 가루(사과 산칼슘)를 소금 대신 사용했기 때문이다. 수렵·채집 생활 에서는 동물의 내장 등에서 섭취한 소금으로도 충분했지만 농경생활에서 따로 섭취해야만 하는 소금을 채취한 곳은 광산이었다. 소금은 인류의 역사와 궤를 같이했다. 그 처음은 소금에 과도한 세금을 매겼던 당나라였다. 이에 소금 밀매업자인 황소가 일으킨‘황소의 난(875~884)’이 원인이 되어 결국 멸망하고 말았다. 프랑스 대혁명의 도화선이 된 가벨(염세)도 비슷한 전철을 밟았다. 영국이 정한 소금법 폐지를 주장한 간디의 비폭력적 시민 불복종 운동인 소금 행진, 소금 도시인 잘츠부르크와 솔트레이크 시티, 마포구 염창동과 염리동이 소금의 흔적으로 남아있다.
6. 까마중(솔라닌)
까만 까마중 열매에는 독성물질인 솔라닌이 많다. 솔라 닌도 까마중의 학명인 Solanum nigrum에서 유래한다. 솔라닌이 익숙한 것은 감자(Solanum tuberosum)다. 남아메리카에서 유럽으로 전파된 감자는 먹고 탈이 나는 경우가 많아‘악마의 식물’로 불렸다. 독일의 프리드리히 2세(1712~1786)는 군대의 감시하에 강제로 심게 했다. 이 후 오스트리아와의 7년 전쟁에서 감자가 승리에 결정적인 기여를 했다. 감자를 주식으로 삼은 나라는 아일랜드다. 당시 먹을 것이라고는 감자밖에 없었기에 불가피한 선택이었다. 아이러니하게도 감자의 높은 농업생산성으로 인구가 증가하기 시작했다. 맬서스가‘식량 생산량은 산술급수적 으로 늘어나는데 인구는 기하급수적으로 증가하기 때문에 인구 과잉으로 인한 식량 부족은 필연적이며, 인류는 빈곤 에 허덕이게 된다.’라는 인구론(1798년)을 발표할 정도였다. 그러나 감자잎마름병의 창궐로‘아일랜드 대기근 (1845~1852)’이 발생하고 말았다.
그림 4. 털여뀌(강화도), 함초(시화호), 아스파라거스(성남시청)
7. 여뀌(캡사이신)
잎에 여덟‘팔’자 무늬가 선명한 여뀌(water pepper)의 특징은 매운맛이다. 고추의 매운맛은 캡사이신, 마늘과 양파의 알싸한 맛은 알리신, 코끝이 간질거리는 후추는 피페린, 코끝이 찡한 겨자와 고추냉이는 시니그린 그리고 여뀌의 매운맛은 타데오날이다. 2021년 노벨생리의학상은 온도와 촉각 수용체를 발견한 과학자들이 선정되었다. 그들은‘고추를 먹으면 왜 땀이 나는가?’라는 궁금증에서, 온도가 42도 이상에서 활성화되는 단백질 수용체가 캡사이신과 결합할 때 동일한 전기 신호를 발생시키는 것을 발견 했다. 계속해서 꼬집고 만지는 자극에 반응하는 촉각 수용체도 발견되었다. 일상의 질문에서 감각 전달 메커니즘을 밝혀낸 것이다. 민트 껌을 씹으면 시원해지는 것도 민트의 멘톨이 특정 온도 이하에서 활성화되는 단백질 수용체에 작용하는 것이다.
8. 함초(탄산나트륨)
갯벌의 함초는 짤‘함(鹹)’, 풀‘초(草)’로 짠 풀이라는 뜻 이다. 속명 살리코르니아(Salicornia)도 라틴어‘sal(소 금)’과‘cornu(뿔)’의 합성어로서 줄기가 뿔처럼 생긴 소금풀(saltwort)이라는 뜻이다. 갯벌이나 암염 광산이 많지 않은 유럽에서 함초는 소금처럼 쓰였다. 함초는 유리풀 (glasswort)로도 불린다. 유리의 원료인 규사(산화규소)는 모래, 생석회(산화칼슘)는 석회석에서 얻는다. 그리고 규사의 용융점을 낮추는 소다회(탄산나트륨)는 함초나 다시마 등을 태운 재에서 얻었기 때문에 함초를 유리풀이라 불렀던 것이다. 비누 수요가 급증하자 유리풀로 만든 소다회는 절대적으로 부족했다. 1775년, 프랑스 과학 아카데미는 소다회 제조에 상금을 걸었다. 이에 르블랑은 황산, 석탄, 석회석 등을 이용하여 소금으로 소다회를 제조했다. 그러나 프랑스 대혁명으로 공장을 몰수당하자 권총으로 자살하고 말았다.
9. 아스파라거스(아스파라긴산)
화분의 아스파라거스... 스테이크 옆에 있던 아스파라거스? 고사리처럼 생긴 아스파라거스의 새순은 오래전부터 식용으로 쓰였으며 숙취 해소를 돕는 콩나물의‘아스파라긴산’도 아스파라거스에서 유래한다. 아귀찜에서 콩나물 대가리를 떼어내는 것은 깔끔하게 보이기 위해서다. 찜이 아니더라도 대가리를 떼어냈던 사람은 암행어사 박문수였다. 그는 노론의 핵심인 조태채를 배척했다. 어느 날 콩나물 반찬이 나오자 그는“콩나물 대가리는 베지 않을 수 없다.”며 대가리를 떼어냈다. 콩나물의 한자‘태채(太采)’가 조태채(泰采)와 음이 같기 때문이었다.
그림 5. 샐비어(보라매공원), 혹쐐기풀(와우산), 치커리(여주)
10. 샐비어(살바르산)
화단의 사루비아는 꽁무니의 단물을 빨았던 꽃이다. 정식 명칭은 치료라는 라틴어‘salvare(살바레)’에서 유래한 ‘샐비어(salvia)’로 마법의 탄환, 살바르산의 어원이었다. 16세기에 수많은 사람들이 매독으로 죽어갔으나 매독 치료제였던 수은 화합물은 부작용이 심각했다. 이후 매독 병원 균인 스피로헤타가 발견되었고 파울에를리히는 비소 화합 물로 특정 병원균만 죽이는 매독 치료제,‘살바르산606’을 합성했다. 살바르산은 살바레와 비소(arsenic)를 합친 것으로 606번의 시도 끝에 합성했다는 의미다.
11. 쐐기풀(미녹시딜)
습한 곳에 자라는 쐐기풀은 줄기의 가시에서 개미산이 나오기 때문에 찔리면 가렵고 아프다. 베어드 쇼의“세상을 바꾼 식물 이야기 100”에‘중세의 대머리 치료제, 로마 병사들은 왜 쐐기풀을 사랑했을까?’처럼 탈모의 고민은 오래전부터 있었다. 대머리로 고민했던 시저가 항상 월계관을 썼던 것도 탈모를 가리기 위한 것이었다. 최초의 탈모 치료제는 우연한 발견이었다. 1950년대 고혈압 치료제로 개발된‘미녹시딜’이 발모의 부작용이 나타나자 탈모 치료제로 승인받은 것이다. 인디언은 대머리가 없다는 통계를 근거로 개발한 양모제에도 쐐기풀이 원료로 쓰인다. 쐐기 풀에 기적의 탈모 성분은 없을까?
12. 치커리(이눌린)
낯설지만 원두커피 대용으로 치커리 커피를 처음 마신 나라는 프로이센이었다. 에티오피아 커피가 유럽으로 전파 되면서 커피의 인기는 폭발적이었다. 프로이센의 프리드리히 2세는 커피 과소비와 맥주 소비 감소로 인한 세수 부족을 이유로 커피를 금지했다. 이에 커피 밀거래로 가격이 폭등하자 치커리 커피가 등장한 것이다. 치커리, 돼지감자에 풍부한 이눌린은 볶으면 쓰고 고소한 맛이 난다. 치커리 커피를 주목한 사람은 나폴레옹이었다. 트라팔가르 해전에서 영국에 패한 나폴레옹이 대륙봉쇄령을 선포하자 영국에서 수입되던 원두의 공급이 차단됐다. 나폴레옹은 치커리 커피에 눈을 돌렸다. 치커리 커피는 원두커피보다는 못했지만 마실 만했고 이후에도 계속 마시게 된 것이다. 미국에서도 남북전쟁 당시 북군이 뉴올리언스를 공격하면서 커피 공급이 차단되자 치커리 커피가 그 자리를 대신했다. 뉴올리언스 커피 하면 원두에 치커리를 가한 커피를 말한다.
그림 6. 백년초(협재해수욕장), 현호색(대야산), 디기탈리스(일자산허브공원)
13. 백년초(코치닐)
백년초로 불리는 멕시코 원산의 손바닥선인장은 쿠로시오 해류에 의해 제주 서쪽의 해안가로 떠밀려와 군락을 이루어 천연기념물로 지정되었다. 백년초는 초콜릿으로 익숙하지만, 멕시코의 아즈텍인들은 선인장에 기생하는 연지벌레로부터 딸기 맛 우유나 햄 등을 붉게 만드는 코치닐 색소를 얻었다. 벌레라는 어감 때문일까? 여러 부작용이 제기되었다. 그러나 비과학적인 내용이 과학으로 포장되기도 한다. 코치닐 색소의 카르민산은 인체에 영향을 미칠 수는 있지 만 산도에 따라서 색깔이 달라지기 때문에 못 믿는다는 것은 터무니없다. 이것은 14세 소년이 수행했던 프로젝트‘우리는 얼마나 잘 속는가?’에서 일산화이수소(DHMO)의 사용을 금해야 한다는 설문에도 잘 나타난다. DHMO는 물을 화학식 명명법에 따라 표기한 것이었다.
14. 현호색(활명수)
검을‘현(玄)’, 오랑캐‘호(胡)’, 새끼 꼴‘색(索)’의 현호 색은 생명을 살리는 물, 활명수(活命水)의 원료였다. 활명수는 의학 지식이 풍부했던 궁중 선전관 민병호가 고종을 보좌하면서 익힌 소화제 비법에 제중원에서 배운 양약 성분을 배합해서 만든 우리나라 최초의 신약이었다. 옛날에 우리나라는 지금보다 훨씬 많은 고봉밥을 먹었다. 영국의 지리학자인 이사벨라 버드 비숍은“조선과 그 이웃나라들 (1898년)”에서 조선 사람들은 한 사람이 보통 3~4인분을 먹는다고 기록할 정도였다. 이로 인해 급체와 위장장애, 소화불량은 흔한 질병이었다. 활명수는 불티나게 팔려나갔고 그가 설립한 우리나라 최초의 제약회사인 동화약방(현 동화약품) 지점이 전국에 생겨났다. 까스명수는 탄산음료에서 힌트를 얻어 삼성제약에서 만든 세계 최초 탄산가스 함유 소화제다.
15. 디기탈리스(디곡신)
꽃이 장갑의 손가락을 닮아 라틴어‘digitus’에서 유래한 디기탈리스는 고흐의 천재적인 재능을 이끌어낸 꽃이었다. 예술가 공동체를 꿈꾸던 고흐의 초대에 응한 사람은 고갱이었다. 둘의 화풍은 달랐다. 심한 다툼 끝에 고갱이 떠나 버리자 고흐는 자신의 귀를 자르는 소동을 벌였고 정신병 원에 입원된다. 그리고 퇴원 후 가셰 박사의 치료를 받으며 크리스티 경매 사상 최고가에 낙찰되었던‘가셰 박사의 초상’을 그렸다. 초상에서 가셰 박사의 손에 들린 꽃은 디기탈리스였다. 당시 디기탈리스는 강심제와 간질 등에 효험이 있는 만병통치약이었다. 디기탈리스에서 추출한 디곡신은 심혈관계 질환에 사용되며 과다 복용 시 세상이 노랗게 보이는 황시증 등을 유발한다. 일설에 의하면 실제보다 더 노란 해바라기와‘별이 빛나는 밤’에서의 별빛도 황시증에 의한 것이었다.
결 론
일상의 많은 식물은 저마다의 화학적 스토리를 갖고 있다. 무스카리(머스크향), 옻나무(우루시올), 갓(시니그린), 때죽나무(에고사포닌), 석류(에스트로젠), 양귀비(모르핀), 금잔화(루테인), 오이(쿠쿠르비타신), 투구꽃(아코니틴), 쇠비름(오메가-3 지방산), 시금치(옥살산), 회화나무(소포리사이드), 까마귀쪽나무(리세놀라이드), 자작나무(자일리톨) 등이 그 예이다. 이전에는 별다른 의미 없이 지나쳤던 식물 들을 화학적 관점에서 바라보면 새로운 스토리를 만날 수 있다.
참고문헌
1. 박중환,「식물의 인문학」, 한길사, 2014년.
2. 스테파노 만쿠소와 알레산드라 비올라,「매혹하는 식물의 뇌」, 행성B이오스, 2016년.
3. 유영만,「나무는 나무라지 않는다」, 나무생각, 2017년.
4. 이나가키 히데히로,「세계사를 바꾼 13가지 식물」, 사람과 나무사이, 2018년.
5. 이유미,「내 마음의 들꽃 산책」, 진선출판사, 2021년.
6. 추순희,「숲은 번개를 두려워하지 않는다」, 솔트앤씨드, 2015년.
7. 황경택,「숲 읽어주는 남자」, 황소걸음, 2018년.
홍영식 Young-Sik Hong
•고려대학교 화학과, 학사(1986.3-1990.2)
•고려대학교 화학과, 박사(1992.3-1997.8, 지도교수 : 김시중)
•서울교육대학교 과학교육과 교수(2005. 9-현재)
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