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최신 소식 속에 담긴 다양한 과학정보에 대한 해설입니다.

* 천재선수, 유전자부터 다르다


“탕!”
지난 8월 22일 그리스 아테네 메인 스타디움. 한발의 총성이 울림과 거의 동시에 마치 맹수들이 우리를 박차고 나가듯 8명의 건각(健脚)들이 트랙으로 뛰쳐나간다. 마라톤과 함께 올림픽의 꽃인 남자 1백m 경주 결승전이 시작된 것이다.
불과 10초도 안돼서 끝나는 승부를 위해 선수들은 4년 동안 땀을 흘려왔다. 간발의 차이로 금메달을 목에 건 주인공은 9초85로 결승선을 통과한 미국의 신예 저스틴 게이틀린.
그런데 결승에 오른 선수들을 보면 이상한 공통점이 있다. 모두 흑인들이라는 것과 육체미선수 같은 몸매를 지녔다는 것. 현재 1백m 기록 톱 10 모두 흑인이다. 그렇다면 흑인은 단거리에 유리한 몸을 타고 난 것일까.
“흑인은 많은 경우 신체적으로 더 우월하게 만들어졌습니다. 이에 대해 진심으로 의문을 품는 사람이 있을까요?”
‘육상천재’‘인간탄환’ 등 화려한 수식어가 따라다니는 1984년 LA올림픽 4관왕 칼 루이스의 말이다. 당시 칼 루이스는 1백m, 2백m, 4백m계주, 멀리뛰기를 쉽쓸어 세계를 놀라게 했다. 칼 루이스가 LA올림픽에 대비해 행한 연습량은 주당 8시간에 불과했다고 한다.
“신체적 능력의 차이는 비싼 장비나 시설이 거의 필요하지 않은 육상 같은 종목에서 더 두드러진다.”


흑인의 뛰어난 육체적 능력을 정식으로 다뤄 화제가 된 책 ‘터부’의 표지.

미국의 언론인 존 엔틴은 1999년 출간한 ‘터부 : 왜 흑인선수가 스포츠를 지배하고 왜 우리는 이에 대해 말하기를 피하는가’라는 도발적인 제목의 책에서 이렇게 쓰고 있다. 엔틴은 많은 사람들이 마음속에 품고 있는 생각이면서도 인종차별주의자로 보일까봐 말하기를 꺼리는 주제를 이 책에서 정식으로 다뤘다. 사실 몇몇 스포츠과학자들은 오래 전부터 이 문제를 진지하게 연구해왔다.



남자 1백m 기록 5백개 중 4백94개 흑인이 세워
그 결과 순간적인 근력이 중요한 단거리 경주를 휩쓸고 있는 흑인들은 서아프리카계인 것으로 나타났다. 현재 미국 흑인의 다수도 서아프리카 흑인노예의 후손이다. 엔틴은 “육체적 능력이 결과를 가장 크게 좌우하는 종목인 1백m의 상위기록 5백개를 보면 6개를 제외하고는 모두 서아프리카계 흑인들이 세운 것”이라고 말한다.
다양한 연구결과 서아프리카계 흑인 선수는 백인 선수에 비해 뼈밀도가 높은 반면 체지방은 적으며 엉덩이가 좁고 허벅지는 굵으며 다리가 길고 장딴지가 더 가벼운 것으로 나타났다. 국민대 체육학부 이대택 교수는 “같은 키와 체중에서 체지방이 적다는 것은 근육의 비율이 더 높다는 뜻”이라며 “그 결과 더 많은 힘을 낼 수 있다”고 말한다.




한편 근육 섬유의 유형도 이들의 폭발적인 스피드가 가능한 이유를 설명한다. 근육은 수축속도에 따라 2가지로 구분된다. 수축 속도가 느린 지근(slow-twitch muscles)인 ‘유형Ⅰ’과 수축 속도가 빠른 속근(fast-twitch muscles)인 ‘유형Ⅱ’가 그것이다.
지근에는 모세혈관이 촘촘히 박혀있으며 미토콘드리아가 많이 분포해 있다. 즉 유산소 운동에 적합한 근육이다. 반면 속근에는 산소가 없는 상태에서도 당을 분해할 수 있는 효소가 다량 들어있어 순간적인 동작에 유리하다. 실제로 단거리 선수의 근육은 대부분 속근으로 이뤄져있다. 한편 장거리 선수의 근육은 90% 정도가 지근이다.
한 연구결과 서아프리카계 흑인들의 경우 유형Ⅱ가 67.5%인 반면 백인의 평균은 59%였다. 오늘날 1백m는 0.01초, 즉 10cm의 승부다. 10초를 기준으로 할 때 0.1%의 차이에 불과하다. 따라서 서아프리카계 흑인의 신체구조와 근육조성이 순간적인 스피드를 내는데 1%만 유리하게 만들어져 있어도 다른 인종이 이들을 능가하기란 무척 어렵다. 1백m 기록에는 생리적 능력이 절대적인 비중을 차지하기 때문이다.




현재 1백m 최고 기록은 미국의 팀 몽고메리가 2002년 파리 그랑프리 대회에서 세운 9초78이다. 아쉽게도 몽고메리는 미국 대표선발전에서 탈락해 이번 대회에 참석하지 못했다. 그렇다면 1백m 기록의 한계는 어디일까. 옛 소련의 체육과학연구소는 심폐기능을 극대화하고 주법을 과학화하는 것과 함께 첨단 육상화가 개발된다면 9초70까지 단축될 것이라고 분석했다.
한편 일부 과학자들은 9초50까지도 가능하다고 보고 있다. 칼 루이스의 체형과 발목, 벤 존슨의 허벅지 근육, 도너번 베일리의 종아리 근육, 터키의 역도 영웅 나임 슐레이마놀루의 순발력을 한 몸에 갖춘 이상적인 인간이 태어나 과학적인 훈련을 받았을 경우다. 그러나 스포츠과학자들은 이런 수치들이 연구자들의 주관적인 견해일 뿐 아직까지 인간의 한계를 과학적으로 증명할 방법은 나와있지 않다고 입을 모은다.




케냐 선수들이 마라톤 강자로 부상한 이유
1992년 바르셀로나 올림픽 마라톤에서 우승한 황영조 선수의 모습을 많은 사람들이 여전히 기억하고 있다. 이번 대회에서 이봉주 선수가 그 감격을 다시 맛보게 해주기를 기대하면서. 그렇다면 이봉주 선수가 금메달을 따기 위해 경쟁해야할 상대는 누구일까. 답은 케냐선수들이다.

2000년 시드니올림픽에서는 에티오피아의 게자헹 아베라가 금메달을 차지했지만 매년 열리는 보스턴 마라톤의 경우 최근 14년의 경기에서 13회를 케냐 선수들이 우승했다. 이들의 독식을 막은 주인공은 바로 2001년 우승자인 이봉주 선수. 마라톤은 변수가 많기 때문에 이번 올림픽에서도 이런 기적을 기대하고 있다.
그러나 공식적인 기록은 큰 차이를 보인다. 현재 세계기록 보유자는 케냐의 폴 터갓으로 2시간4분55초이고 1초 뒤진 2위도 역시 케냐 선수인 새미 코리어의 기록이다. 반면 이봉주 선수의 최고 기록은 2시간7분20초로 무려 2분25초나 차이가 난다.
현재 케냐 선수들은 마라톤 뿐 아니라 3천m, 1만5천m, 하프마라톤 등 여러 중장거리 종목에서 세계기록을 갖고 있다. 2003년 기준으로 8백m에서 마라톤까지 중장거리 종목의 20위까지 상위 기록자의 국적을 보면 케냐 선수가 55.8%에 이른다. 불과 17년 전인 1986년 13.3%에 비하면 폭발적인 증가세다. 반면 유럽인은 11.7%로, 17년 전 48.3%에서 급감했다. 1990년대 들어 강화된 도핑검사로 동구권 선수들이 몰락한 것도 원인이지만 케냐 선수들의 훈련이 과학화되면서 잠재력이 꽃폈다고 볼 수 있다.


남자 장거리 육상 종목을 휩쓸고 있는 케냐 선수들은 장거리에 유리한 체형에 산소 이용 효율도 높은 것으로 밝혀졌다. 케냐 출신의 세계적인 마라토너 윌리어 킴상이 골인 지점에 다다른 모습.

놀랍게도 케냐 선수들 대다수는 케냐의 리프트 밸리(Rift Valley)라는 지역에 살고 있는, 인구 3백만이 조금 넘는 칼렌진(Kalenjin)족 출신인 것으로 밝혀졌다. 그렇다면 오늘날 왜 이들이 중장거리종목을 장악하게 됐을까. 이에 대한 스포츠과학자들의 학설이 분분하다. 먼저 고도가 높아 산소가 희박한 리프트 밸리의 환경이 폐를 크게 만들고 산소 사용 효율을 높였다는 주장이 제기됐다. 한편 옥수수가 주식인 식사가 원인이라는 의견이 나오기도 했고 학교가 멀어 아이들이 뛰어서 통학한 결과라는 설도 있다.
덴마크의 코펜하겐근육연구센터를 이끌고 있는 스웨덴 출신의 저명한 스포츠생리학자 벵트 살틴 박사는 1990년대 이를 밝히는 연구에 뛰어들었다. 10여년간의 연구결과 위의 주장 대부분은 근거없는 것으로 밝혀졌다. 대신 케냐인의 경우 같은 양의 산소를 소모했을 경우 유럽인보다 10% 정도 더 달릴 수 있다는 사실을 발견했다. 그 비결은 새처럼 길고 가는 다리.
몸의 중심에서 멀어질수록 움직이는데 더 많은 에너지가 든다. 따라서 다리 무게가 같을 경우 허벅지가 굵고 장딴지가 얇을수록 에너지 소모가 줄어든다. 케냐인은 덴마크인에 비해 장딴지가 얇아 무게도 4백g이나 덜 나간다. 연구자들은 발목에 50g을 추가할 때마다 달릴 때 산소소모량이 1%씩 증가한다는 실험결과를 얻었다. 결국 케냐인은 덴마크인에 비해 산소소모량이 8% 적다는 결론에 이른다.





“중장거리 선수 가운데 무다리를 보셨나요? 무릎을 기준으로 아래쪽이 얇고 길수록 중장거리에 유리한 건 역학적으로 당연한 결과입니다.”
이대택 교수는 살틴 박사팀의 연구결과를 긍정적으로 평가했다. 황영조 선수나 이봉주 선수도 한국인 보통 체형과 달리 다리가 날씬하고 긴 편이다.
한편 케냐 선수들의 근육에는 젖산을 분해하는 효소의 농도가 높다는 사실도 밝혀졌다. 그만큼 에너지 활용 효율이 높은 것이다. 살틴 박사는 “외부자극, 즉 맹훈련이 유전자의 발현을 변화시킬 수 있으므로 효소의 농도가 높은 것이 유전적 요인인지 훈련의 결과인지 확실히 알 수는 없다”면서도 “나는 유전적 요인이라고 생각한다”고 덧붙였다.
그렇다고 모든 종목이 타고난 육체적 능력에 좌우되는 것은 아니다. 격투기나 구기처럼 상대가 있어 상황을 전혀 예측할 수 없는 경기에서는 정신력과 전술 등 많은 요인이 승부를 좌우한다. 육상종목 대부분에서 우리나라 선수가 본선도 나가보지 못하는 반면 유도, 레슬링, 축구 등에서 강세를 보이는 이유다.




“위대한 운동선수는 생리적인 변종이다.”
영국 브루넬대 스포츠과학자인 크래이그 샤프의 말이다. 1964년 올림픽 크로스컨트리스키 금메달리스트인 핀란드의 이에로 멘티란타는 적혈구생성인자(erythropoietin)의 유전자에 돌연변이가 있는 것으로 확인됐다. 적혈구생성인자는 적혈구의 생성을 조절하는 단백질이다. 스포츠과학자들은 멘티란타의 놀라운 스태미나가 이 유전자의 돌연변이로 적혈구 생성 능력이 일반인에 비해 훨씬 커졌기 때문으로 믿고 있다. 많은 스포츠과학자들은 운동능력과 관련된 유전자가 수백개는 존재할 것으로 추정하고 있다.
최근 연구자들은 뛰어난 운동선수와 보통 사람의 유전자 차이를 본격적으로 조사하기 시작했다. 그 결과 운동 능력과 관계가 큰 유전자가 하나둘 밝혀지고 있다. 1998년 영국 런던대의 몽고메리 교수팀이 ‘네이처’에 발표한 ‘안지오텐신변환효소’(ACE)가 대표적인 예다. ACE는 효소활성이 높은 D형과 낮은 I형이 있다. 염색체는 쌍으로 존재하므로 우리는 II형, ID형, DD형 3가지 유전자형 가운데 하나를 갖는다.





몽고메리 교수팀은 7천m 이상의 고산을 무산소로 오른 경험이 있는 산악등반가 25명을 선발해 건강한 일반인 1천9백명과 ACE 유전자를 비교했다. 그 결과 일반인들은 II형이 25%, ID형이 50%, DD형이 25%였다. 그러나 극한의 지구력을 가진 산악등반가들은 II형을 지닌 사람이 DD형보다 5배 정도 많았다.
이 결과에 대해 이대택 교수는 “II형은 지구력이 필요한 운동 능력과 밀접한 관련이 있다”며 “우리나라와 일본의 중장거리 선수를 대상으로 이 유전자형을 조사한 결과 거의 II형인 것으로 밝혀졌다”고 덧붙였다. DD형 유전자를 갖고 태어난 사람이 지구력이 필요한 종목을 택할 경우 똑같이 훈련을 받아도 뒤에 처질 확률이 높은 것이다.



남녀차이 좁혀지지 않아
스포츠에서 남녀가 ‘자웅’을 겨루는 장면은 좀처럼 보기 어렵다. 탁구나 배드민턴의 혼합복식처럼 함께 뛰는 종목이 있지만 이를 남녀대결이라고 할 수는 없다. 대부분의 경우 여성의 체력이 남성을 따라잡지 못한다. 기록 경기를 토대로 볼 때 여성은 남성의 90% 수준이다. 0.1% 차이로 승패가 엇갈리는 경기에서 10% 차이는 함께 뛸 수 없는 수치다. 그렇다면 여성은 남성과 대등할 수 없는 운명인가.

“그렇다고 봐야 합니다. 예를 들어 키와 몸무게가 같을 경우 여성은 남성에 비해 체지방 비율이 더 높습니다. 힘을 내는 근육의 비율이 낮다는 얘기죠.”
이대택 교수의 설명이다. 근육 자체만 떼어놓고 보면 남녀차이가 없겠지만 체형과 몸의 조성이 힘을 내는데 불리하다는 것이다. 남녀의 몸이 이처럼 서로 다르게 만들어진 원인은 호르몬 때문이다. 남성호르몬인 테스토스테론은 근육의 힘과 산소 소모능력을 높인다. 개인차는 있지만 남성의 테스토스테론 수치는 여성에 비해 적어도 10배 더 높다. 그 결과 젊은 남성의 경우 최대 산소 소모능력이 분당 약 3.5리터인 반면 여성은 2리터에 불과하다. 따라서 여성의 경우 남성호르몬 같은 약물을 쓰면 놀라운 효과를 얻을 수 있다. 1970, 80년대 동구권 여자선수들이 각종 세계기록을 갈아치우며 메달을 휩쓴 것도 약물복용 때문인 것으로 밝혀졌다. 도핑검사가 강화된 1990년대 들어 여자경기에서 세계기록이 급감한 사실이 이를 입증한다.


올림픽에서 남녀가 '자웅'을 겨루는 유일한 종목인 승마.

그렇다면 적어도 스포츠에서만은 여성은 남성보다 열등한 것일까. 반드시 그렇지는 않다. 힘을 기준으로 보면 그렇지만 유연성은 여성이 월등히 앞선다. 남성 리듬체조를 상상해보면 눈살이 찌푸려지는 이유다. 집중력과 정교한 동작이 필요한 분야도 사실상 남녀차이가 크기 않다. 사격이나 양궁이 그런 분야다.



‘유전자 도핑’ 시대 오나
“작정하고 새 약물을만드는 화학자가 분석자보다 늘 한발 앞서기 마련입니다.”
반(反)도핑 활동을 하고 있는 영국의 화학병리학자 비비안 제임스의 말이다. 첨단 분석기기가 개발돼 있지만 교묘히 신종 약물을 복용하는 선수를 잡아내기가 쉽지 않은 것이다. 그런데 올림픽에서 도핑테스트를 전담하고 있는 세계반도핑기구(WADA)에게 새로운 고민거리가 생겼다. 유전자 도핑이 그것이다.
유전자 도핑이란 근육의 성장을 촉진하는 유전자를 직접 근육 속에 주사해 근육을 키우는 방법이다. 황당한 얘기 같지만 의외로 가능성이 높다. 자연계에서 돌연변이로 근육이 이상발달한 경우가 보고됐고 동물실험에서 근육형성 관련 유전자를 변형시켜 근육을 강화시킨 사례가 있기 때문이다.


근육의 성장을 억제하는 아이어스태틴 유전자에 돌연변이가 생겨 근육이 지나치게 발달한 소.

6월 24일자 ‘뉴잉글랜드 의학저널’에는 어른에게서나 볼 수 있는 불뚝불뚝한 팔과 다리를 갖춘 5세가 채 안된 한 어린이의 사례가 소개됐다. 독일 베를린에서 태어난 이 아이의 근육은 동년배보다 크기가 2배나 됐다. 원인은 인체에서 근육의 성장을 적절히 억제하는 단백질인 마이어스태틴을 만드는 유전자에 돌연변이가 생긴 것.
7년 전 미국 존스홉킨스대 연구원들이 쥐의 세포에서 마이어스태틴 유전자를 변형시킴으로써 ‘슈퍼마우스’를 만든 적이 있었는데, 인간에게서 동일 유전자가 비슷한 효과를 발휘한다는 점이 임상적으로 처음 밝혀진 것이다.
과학자들은 이 유전자가 근육위축증 등 각종 난치성 근육질환을 치료하는 데 사용될 수 있다고 전망했다. 하지만 다른 한편 운동선수들이 이 유전자를 주입해 근력을 향상시킬 가능성이 있다는 점을 우려했다. 이른바 ‘유전자 도핑’ 시대가 열릴 수 있다는 것.
서울대 생명과학부 김선영 교수는 “생쥐를 상대로 근육을 강화시키는 유전자를 주입한 결과 불과 이틀 만에 근육에서 새로운 단백질이 생성됐다는 보고가 있다”며 “만일 올림픽 선수가 적혈구를 증가시켜 산소공급을 늘리거나 근력을 강화시키는 유전자를 투여한다면 현재의 도핑 검사로는 도저히 찾아낼 수 없을 것”이라고 말했다. 유전자의 구조는 사람마다 거의 동일하기 때문에 ‘내 것’과 ‘남의 것’을 구별할 수 없기 때문이다.
세계반도핑기구는 이미 연구자들에게 유전자 도핑을 막을 방법을 연구하도록 촉구하고 있다. 그러나 일부 과학자들은 차기 올림픽부터는 유전자 도핑이 본격적으로 도입될 것으로 보고 있다.




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