한 개의 세포는 얼마나 똑똑할까?

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우리는 보통 “생각한다”라는 말을 뇌에만 붙여 주지만, 실제로는 단 한 개의 세포도 주변 환경을 감지하고, 계산하고, 심지어 미래를 “예측”하는 행동을 합니다. 이 모든 것이 단백질과 이온, 그리고 화학 반응으로만 이루어져 있다는 사실은 여전히 믿기 어려울 정도로 신비롭습니다.

세포의 세 가지 기본 질문

하나의 세포는 매 순간 대략 이런 질문에 답해야 합니다.

• 지금 안전한가? – 스트레스, 독성 물질, DNA 손상 여부
• 에너지가 충분한가? – ATP 수준, 영양분 농도
• 증식할 타이밍인가? – 성장 신호, 주변 공간의 여유

이 질문에 대한 정보는 수많은 수용체와 신호 전달 경로를 통해 통합됩니다. 예를 들어, 성장 인자가 충분히 존재하고 DNA 손상이 없다는 조건이 동시에 만족될 때만 세포 주기가 다음 단계로 넘어갑니다.

노이즈 속에서 패턴 읽기

세포 밖의 환경은 본질적으로 시끄럽습니다. 분자 하나하나가 랜덤하게 움직이기 때문에, 수용체에 붙는 신호도 마치 노이즈처럼 들쭉날쭉합니다. 그럼에도 불구하고 세포는 평균적인 추세를 읽어 내고 안정적인 결정을 내립니다.

이를 위해 세포는 시간에 따라 신호를 평균 내고, 여러 경로에서 온 정보를 동시에 비교하는 등 통계적인 전략을 사용합니다. 이런 현상은 정보 이론과 제어 이론으로도 분석되고 있고, 합성 생물학에서는 이를 모방해 “생각하는 세포 회로”를 설계하기도 합니다.

생각하는 조직, 생각하는 생명체

세포 하나만으로도 이 정도인데, 수십억 개의 세포가 네트워크를 이루면 어떤 일이 가능해질까요? 뇌와 같은 장기는 사실 거대한 세포 집합체가 만든 하나의 “계산 장치”라고 볼 수 있습니다. 단일 세포의 의사결정 규칙을 이해하는 것은, 결국 더 큰 스케일의 의식과 행동을 이해하는 첫 단계이기도 합니다.

아주 작은 실험실에서 시작된 아이디어가 언젠가는 생각하는 조직, 스스로 회복하는 장기, 그리고 세포 단위의 컴퓨터로 이어질지도 모릅니다. 그래서 오늘도 현미경 앞 한 칸의 세포를 오래 들여다보는 일이, 결코 작은 일이 아니라고 스스로를 설득해 봅니다.