냄새의 쓸모

냄새의 쓸모

요하네스 프라스넬리 지음

에코리브르 / 2024년 9월 / 200쪽 / 16,000원





실습에서 이론으로



어린 시절의 향기

어려서부터 나는 향기로 가득 채워졌다. 이탈리아 남(南)티롤 지방의 메라노라는 곳에서 자란 나는 매달 특별한 향기를 맡을 수 있었다. 그달을 대표하는 아주 강력한 ‘주도적 향기’라고 해도 되겠다. 1월이면 회색 하늘과 하얀 산들과 함께 눈의 냄새가 났다. 2월이면 벌써 봄이 시작되고 잎사귀도 나기 전에 피는 매화에서 꽃향기가 났다. 3월에는 벚나무와 살구나무 꽃이 활짝 피면서 온 사방으로 향을 뿜어냈다. 4월이 되어 사과나무의 향기가 도처에 퍼져나가면, 향기 폭탄이 터진 듯한 효과를 냈다.

5월이면 아이스크림 가게가 문을 열었고 장미가 피기 시작하며, 사과 과수원에서는 농약을 뿌렸다. 6월이면 체리 냄새와 풀을 베고 난 뒤 풀 냄새가 났으며, 7월에는 선크림과 염소(Cl), 여름날의 악천후, 그리고 생크림 아이스크림 향이 점점 더 강하게 났다. 8월에는 산에서 여름의 신선한 향을 맡았고, 모기약 냄새도 났다. 9월에는 사과, 포도, 호두, 그리고 트랙터에서 나오는 디젤 배기가스 냄새를 맡을 수 있었다. 10월에는 군밤 향기, 캠프파이어, 새 와인, 소시지, 소금에 절여 발효시킨 양배추인 사우어크라우트와 무화과 향이 났다. 11월에는 곰팡이 핀 잎사귀들과 축축한 습기가 코를 찡긋하게 만들었고, 12월에는 바닐라, 계피, 정향과 뱅쇼 향이 양초 냄새와 섞여 내 코 안으로 올라왔다.

장소 역시 특정한 냄새를 갖고 있다. 우리 부모님 집에서는 매일 오후와 저녁에 음식 냄새가 났다. 할머니 집에서는 색소나 향을 섞지 않은 순수한 비누 냄새가 났고, 학교에서는 책과 청소 세제 냄새, 교회는 향료 냄새, 차고에서는 휘발유와 고무 냄새, 축구장에서는 풀 냄새가 났다. 나와 형제들이 자주 방문했던 병원에서는 소독약 냄새가 코를 찔렀고, 치과에서는 공기 속에 정향 냄새가 은근히 났다.

그리고 사람들도 독특한 냄새를 갖고 있다. 나의 또 다른 할머니에게서는 핸드크림과 장미 냄새가 났고, 어머니의 여자 친구에게서는 입생로랑의 ‘파리’ 냄새가 났다. 농부들은 노동의 냄새가 났고 언제부터인가 학교 친구들에게서 땀 냄새가 흘러나오기 시작했다. 나는 아버지가 집에 오면 알 수 있었는데, 조르조 아르마니의 애프터쉐이브 화장수 냄새가 났던 까닭이다. 일요일이면 어른들에게서 와인 냄새가 났다. 할아버지가 담배에 불을 붙일 때 맨 처음 담배와 성냥이 섞여서 뿜어져 나오는 냄새를 좋아했는데, 이 최초의 향은 매력적이었지만, 그 이후에 피우는 담배에선 역한 냄새가 났다.

나는 이런 환경에서 자랐고, 항상 냄새가 있었다. 그때 이런 냄새가 배경이나 밑바탕에 그치지 않고, 실제로 감각적 인상을 남긴다는 사실을 나는 인식하지 못했다. 하지만 냄새는 곧잘 전면에 등장해 강렬한 존재감을 드러냈다. 이후 나는 후각 연구를 하게 되었고 냄새는 나를 더 넓은 세계로 이끌었다. 당신도 어린 시절로 여행을 떠나보라. 어떤 냄새가 인상적이고 어떤 기억과 이야기가 떠오르는가? 어린 시절의 어떤 냄새가 이제는 남아 있지 않으며, 세월이 흘러도 여전히 남아 있는 기억은 무엇인가?



냄새는 어떻게 작동하는가



물리적 감각과 화학적 감각

후각은 오감에 속한다. 보기와 듣기, 맛보기와 만지기 외에 냄새를 맡는 이 감각은 우리 주변을 인지하고 자극에 적절히 반응할 수 있게 해준다. 한편 보고 듣고 만지는 것은 물리적 감각으로, 자극의 원천이 물리적으로 감각기관과 상호작용함으로써 감각적 인상을 받는다. 작동방식에 대해 살펴보자. 시각의 경우 태양에서 나오거나 인공 불빛으로 생기는 광자(光子)는 표면에서 반사된다. 광자는 각막을 통해 우리 눈에 도달하고, 동공에 의해 다발로 묶여 수정체를 통과한다. 광자는 수용체 세포를 만나기 전에 눈 뒤의 망막에서 몇 개의 세포층을 뚫고 들어간다. 수용체 세포에는 두 종류가 있다. 간상세포는 예민하고 흑백만 볼 수 있으며, 적은 빛에 작동한다. 다른 하나는 원추세포인데, 색을 볼 수 있고 많은 빛을 요구한다. 이 수용체 세포들은 물리적 자극을 신경계 언어로 ‘번역’하여 전기적 자극으로 바꾼다. 그러면 이 전기 자극은 시신경의 신경섬유를 거쳐 뇌로 보내지고 이곳에서 처리된다.

그런가 하면 듣기는 진동 구조에 의해 만들어지는 음파의 인지를 기본으로 한다. 음파는 동일한 주파수로 진동하기 시작함으로써 전형적인 매질인 공기를 거쳐 전달된다. 그러면 음파는 우리 고막에 닿고, 고막도 진동하기 시작하며, 다른 한편으로 고막은 가운데귀(중이)에 있는 이소골도 진동시키는데, 바로 망치뼈·모루뼈·등자뼈다. 등자뼈는 속귀에 있는 액체를 흔들리게 하는데, 이때 음원의 주파수와 항상 동일한 주파수를 유지한다. 속귀의 달팽이관에서는 나선형 모양의 달팽이 내에 일어나는 주기적 순회 파형이 발생하는데, 이 파형은 주파수에 따라 특정 구역에서 최대에 도달한다. 이렇듯 파형이 최대에 도달하면 청각계의 수용체 세포인 내유모세포를 자극한다. 내유모세포는 압력파(액체와 고체에서 볼 수 있는 세로로 움직이는 종파)의 기계적 자극을 전기 자극으로 바꾸며 이로써 망막의 원추세포와 간상세포에 해당하는 역할을 한다. 전기 자극은 이번에는 청신경을 거쳐 뇌로 전달되어 그곳에서 처리된다. 촉각의 경우에도 압력파를 전기 신호로 바꿔주는 비슷한 수용체 세포들이 있다.

한편 주변 자극을 ‘뇌의 언어’라 할 수 있는 전기 자극으로 바꾸는 것이 다양한 감각계의 수용체 세포들이 떠맡는 과제인데, 이런 과정을 형질변환이라 부른다. 신경계가 어떻게 작동하는지 이해하고자 하는 사람은, 수용체 세포와 수용체를 봐야 한다. 망막의 원추세포와 간상세포, 가운데귀의 이소골에 있는 내유모세포는 어떻게 작동할까?

형질변환의 개별 과정은 매우 복잡하고 다양한 감각계에서 차이가 나지만, 기본적으로 수용체 세포는 특별한 단백질인 수용체를 가지고 있다. 그러니까 자신들의 배치(3차원 배열)를 바꾸면서 자극에 대응하는 특별한 단백질이다. 이는 다양한 메커니즘을 거쳐 수용체 세포들 내의 전해질 균형을 바꾼다. 이를 통해 이른바 활동전위―세포질 사이 정상적 전압에서의 일시적 이탈―가 수용체 세포에서 직접, 또는 이후에 작동하는 세포의 내부와 세포 밖 공간에서 발생한다. 이 같은 활동전위는 전체 세포들을 통해 발생 지점에서 퍼져나가고, 감각기관을 뇌에 연결하는 신경세포들의 돌기에 도착한다. 이로써 감각기관으로부터 뇌로 전달되는 전기 자극이 발생하는 것이다.

물리적 감각인 시각·청각·촉각의 특별함은 자극의 원천과 수용체 세포가 직접 접촉할 필요가 없다는 데 있다. 반대로 그 원천이 아주 멀리 떨어져 있기도 하다. 번개로 촉발된 천둥을 우리는 몇 킬로미터 떨어진 곳에서 인지하는데, 이때 천둥소리는 우리 속귀까지 도달하지 않은 상태다. 우리가 온종일 인지하는 광자는 한 그루 나무에 의해 반사되고 우리 눈 안으로 파고들어 망막의 수용체 세포를 활성화하기 전에, 이미 1억 5,000만 킬로미터를 건너왔다. 그런데 이른바 미각과 후각의 경우 사태는 다르다. 이때는 물질, 즉 화학적 성분이 수용체 세포와 직접 연결된다. 우리가 설탕 맛을 알고자 하면, 설탕 분자가 침에 녹아야 하고 침과 함께 혀의 맛봉오리(미뢰)에 있는 미각 수용체 세포들 표면에 도달해야 한다. 수용체 세포들 표면에는 설탕 분자의 맛을 알아볼 수 있는 수용체가 있으며, 이것들이 원자 배치를 바꾸고 마지막으로 활동전위를 가져온다. 따라서 맛을 내는 재료는 수용성이어야 한다. 우리가 향기를 인지하기 위해서는 향의 재료가 코 안으로 들어와야 한다. 여기서 향기와 냄새, 방향물질의 차이를 잠시 설명해야겠다. ‘향기’란 좋은 냄새로 이해할 수 있다. 모든 향기는 일종의 냄새이기는 하지만, 모든 냄새가 향기는 아니다. 이 두 가지 표현은 우리의 인지 상태를 말해준다.

이와 달리 방향물질이란 화학적 성분으로, 하나의 향기나 냄새를 인지하도록 발산되는 성분이다. 방향물질은 후각 수용체와 접촉하는 성분으로, 우리가 그때그때 인지하는 것은 향기나 냄새다. 방향물질은 침 안의 수용체에 도달하지 않고, 공기를 통해 들어온다. 따라서 날아가기 쉬운데, 증발한다는 뜻이다. 이 방향물질은 코에 도달하자마자 후각세포에 있는 향 수용체와 접촉한다. 이런 자극은 다시금 수용체 단백질의 원자 배치를 바꾸고, 이는 활동전위를 불러오며, 그리하여 전기 자극이 뇌에 전달된다.

후각은 다음과 같이 작동한다

후각점막: 콧구멍 전체는 점막으로 도배돼 있고, 이때 코의 점막 대부분은 섬모상피로 덮여 있다. 하지만 우리는 섬모상피에서 후각 수용체를 발견하지는 못한다. 수용체들은 코에서 작은 부분에서만 볼 수 있는데, 바로 비강 상부이다. 비강 천장에는 또 다른 종류의 점막을 발견할 수 있는데, 바로 후각점막이다. 후각점막에는 신경세포뿐 아니라 후각 수용체 세포도 있기 때문에 그 밖의 섬모상피와는 구분된다. 이들 세포는 밖으로 뒤집어지는 작은 속눈썹 같은 섬모를 지니고 있다. 바로 여기 섬모에 후각 수용체들이 있으며, 방향물질에 반응하는 단백질이다. 화학적 감각인 후각의 경우 자극 원천의 아주 일부분이라도 수용체와, 그러니까 신경계와 직접 접촉해야 한다. 만일 우리가 커피 냄새를 맡으면, 그 방향물질이 공기 중으로 날아가고 우리의 호흡을 통해 비강 안으로 들어와 수용체와 연결된다.

후각 수용체 세포: 후각 수용체 세포는 다른 모든 수용체 세포처럼 신경세포이며 따라서 신경계의 구성 성분이다. 물리적 감각의 경우 수용체 세포는 물론 신체 깊숙한 곳에 있다. 만일 우리가 태양과 같이 너무 강렬한 빛을 쳐다보거나 너무 시끄러운 소리에 노출되면, 수용체 세포가 손상될 수 있다. 그러나 화학적 감각인 후각은 다르다. 즉, 후각 수용체 세포는 외부세계와 직접 접촉해야 하며, 그러지 않으면 제 기능을 못할 수 있다. 호흡할 때마다 우리는 방향물질뿐 아니라, 우리 몸을 해치고 심지어 사망에 이르게 할 수 있는 독성 자극에도 노출된다. 그리하여 진화는 우리의 후각 수용체 세포에게 특별한 능력을 부여했다. 바로 세포 재생이다. 후각상피에는 후각 수용체 세포뿐 아니라, 이 후각세포로 성장할 수 있는 줄기세포가 있다. 이 줄기세포는 성인의 신경계에서 독특한 특징이라 볼 수 있는데, 하반신 불구에서 볼 수 있듯이 보통 죽은 신경세포는 재생되지 않기 때문이다.

이와 달리 후각 수용체 세포는 지속적으로 재생된다. 6주 또는 6개월마다 완전히 새롭게 재생된다고 보고 있다. 줄기세포 연구는 여전히 찬반양론이 나뉘는데, 무엇보다 줄기세포를 배아에서 얻는 탓이다. 반면 후각점막에서 얻는 줄기세포는 윤리적 논쟁 대상이 안 된다. 따라서 후각 점막에서 줄기세포를 얻어 이를 다른 조직, 예를 들어 척수에 심는 시도를 하는 연구팀도 많다.

후각 수용체: 우리가 인지할 수 있는 방향물질의 종류는 수십만 가지에 달한다. 그러면 후각 수용체 세포는 그렇게 다양한 화학 성분을 어떻게 기록해둘까? 우선 다른 감각들을 살펴보자. 대부분 시각에 대해서는 잘 알려져 있다. 간상세포는 흑백 담당이며 원추세포는 색깔을 담당한다. 실제로 우리는 다양한 파장의 빛에 반응하는 세 가지 종류의 원추세포를 가지고 있다. 장파 빨간색에 반응하는 원추세포, 단파 녹색에 반응하는 원추세포, 그리고 특히 짧은 파장 파란색에 반응하는 원추세포다. 우리가 다채로운 색깔의 표면을 관찰하면, 그때마다 해당 원추세포들이 자극을 받는다. 표면이 녹색이면 주로 녹색에 반응하는 원추세포가 자극을 받고 다른 두 가지 원추세포는 적은 자극을 받는다. 표면이 파란색이면 무엇보다 파란색에 반응하는 원추세포가 자극을 받는다. 따라서 우리가 무지개색을 인지하면, 이는 세 가지 원추세포가 모두 자극을 받은 결과다. 인간은 1,000만 가지 색을 구분할 수 있다고 추정한다. 하지만 우리 가운데 일부는 색맹이어서 두 가지 원추세포밖에 없다. 녹색 원추세포가 없다.

최근에야 우리는 후각 수용체 세포가 어떻게 작동하는지 알게 되었다. 망막의 수용체 세포와 비슷하게 다양한 자극에 반응하는 후각 수용체 세포가 있다. 한편 화학물질은 기능상의 그룹들로 나뉜다. 즉, 알코올·알데하이드·산을 포함할 수도 있고, 다양하면서도 기다란 원소를 지닌 탄소 무리나 황 그룹을 포함할 수도 있고, 벤젠 그룹을 비롯해 아주 많은 화학물질을 포함할 수도 있다. 그런데 이 모든 성분은 상이한 냄새를 지닌다. 황 그룹에 속하는 화학물질은 황처럼 썩은 계란 냄새가 나고, 벤젠고리가 포함된 화학물질은 향긋하며, 알데하이드는 달콤한 과일즙 냄새가 나고, 알코올은 당연히 술 냄새가 나는 식이다. 우리는 이들 화학 성분을, 빛의 파장으로 색깔을 결정하듯, 그렇게 단 하나의 축으로 냄새를 분류할 수 없다. 냄새는 그보다 훨씬 더 복잡하고, 우리가 냄새를 서술하려면 아주 많은 어휘가 필요하다. 따라서 파장 같은 단일한 차원 대신에 다수의 차원이 필요한 것이다. 이를 위해서는 서너 가지 서로 다른 수용체로는 부족하며, 수십 아니 수백 가지 수용체가 필요하다.

후각의 수용체 시스템은 바로 그렇게 작동한다. 우리 인간은 350∼400개의 다양한 후각 수용체 유형을 보유하고 있으며 각 수용체 세포는 표면에 단 하나의 유형을 지닌다. 우리는 어느 특정한 방향물질에 자극받기보다는 방향성 물질을 구성하는 기능성 그룹을 통해 자극을 받는다. 알코올 그룹을 포괄하는 휘발성 화학물질들은 그 수용체가 알코올 그룹에 반응하는 후각세포들만 자극하는 것이다. 이 모든 화학물질은 이로써 알코올 노트(note, 향)를 지닌다. 단일 방향물질은 서로 다른 후각 수용체 세포를 자극할 수 있고, 단일 후각 수용체 세포는 많은 다양한 화학물질에 자극받을 수 있다. 화학물질을 조합해 나올 수 있는 경우의 수는 어지러울 정도로 많으며, 특히 대부분의 방향물질이 단일 화학물질로 이루어질 뿐 아니라 다양한 분자의 혼합이라는 사실을 생각해보면 그렇다.

우리 유전자에는 신체를 만들 때 들어간 모든 단백질을 위한 설계도가 내장돼 있다. 그렇듯 400개나 되는 후각 수용체를 위한 설계도도 내장돼 있다. 후각 수용체를 위한 설계도는 전체 유전자 정보의 2퍼센트를 차지한다. 진화는 우리 생존에 중요하지 않으면 아무것도 저장하지 않는다. 우리 유전자 정보 가운데 2퍼센트를 차지한다는 말은, 후각이 우리 생존에 매우 중요하다는 의미로 해석할 수 있다.

후각신경: 후각상피에 있는 후각 수용체 세포로부터 신경섬유다발이 뇌로 이어진다. 이 섬유다발은 첫 번째 뇌신경이라 할 수 있는 후각신경을 형성한다. 인간은 12쌍의 뇌신경이 있으며, 각각의 뇌신경은 서로 다른 기능을 한다. 뇌신경 2번에 해당하는 시신경은 망막의 시각 정보를 뇌에 전달하는 임무를 담당하고, 뇌신경 3번, 4번 및 6번은 눈의 움직임을 담당하며, 뇌신경 5번은 피부와 점막의 촉각 정보와 통증 정보를 담당하고, 뇌신경 12번은 혀의 움직임을 담당한다…. 따라서 후각신경은 후각점막으로 이루어진 섬유다발 전체다. 후각신경은 코 뒤의 두 눈 사이에서, 두개골을 통해 분리된다. 각각의 다발에는 구멍이 있고 뼈는 체처럼 구멍이 뚫려 있는 것처럼 보인다. 그래서 이를 사골(篩骨)이라 부르며, 섬유다발이 나타나는 장소는 사골판이다. 사골판 밑에 비강의 천장이 있고, 그 위에 뇌가 있다.

후각망울: 후각신경의 섬유다발은 길지는 않은데, 이 다발은 사골판 바로 위, 그러니까 길쭉한 렌즈처럼 생긴 후각망울에서 끝난다. 해부학자가 말하는 후각망울은 코가 아니라 바로 이 부분을 가리킨다. 후각신경의 섬유들은 뇌가 급작스럽게 움직이면 상대적으로 위험하다. 보통 뇌는 뇌척수액에서 수영을 하는 듯한 모습이다. 우리가 고개를 끄덕이거나 흔들면, 액체는 완충장치 역할을 한다. 그런데 우리 머리가 비교적 강력한 타격을 받으면, 액체는 이 타격을 더 이상 완충하지 못해 뇌가 뼈에 부딪히고, 그래서 뇌가 덜컹거리며 세게 흔들릴 수 있다. 그 결과 우리는 뇌진탕 증상을 느낄 수 있다.