지구상에서 가장 작고 많이 존재하는 생명체는 뭘까요. 가장 작고, 가장 많이 번성한 생명체, 박테리아입니다. 세균이라고 불리는 박테리아는 땅이나 물, 공기 같은 외부 환경뿐만 아니라 동물의 장이나 위에 기생하는 아주 작은 단세포 생물입니다.사람에게 질병을 일으키는 존재로만 알고 있지만 폐수 처리, 광석의 제련, 살충제나 플라스틱 분해는 물론 차세대 배터리의 원료 등에도 활용됩니다.

최근에는 흙 속에 유전자를 변형시킨 특수한 박테리아를 넣어 건축물 붕괴를 막아주는 ‘생각하는 토양’(Thinking Soil)까지 개발된다고 합니다. 생각하는 토양은 건축물이 지반에 가하는 압력에 자동으로 반응해 건물이 무너지지 않게 돕는 일종의 ‘스마트 흙’입니다. 쉽게 말하자면 지진이 발생하거나 지하수의 영향으로 토양이 약해지면 박테리아들이 흙 사이를 메우고 건축물이 쓰러지지 않도록 붙잡아두는 콘크리트 역할을 하는 겁니다.

생각하는 토양은 영국 뉴캐슬대학 연구진과 유전자 기술기업, 민간연구소 등이 공동으로 구상했습니다. 실린더 형태의 통 속에 흙을 넣고 사람이나 동물의 뱃속에 있는 위장관세균을 배양했습니다. 그런 다음 10기압의 압력을 가했다고 합니다. 박테리아도 생명체인지라 외부압력이 1기압 이상이면 납작하게 눌리다가 결국 터져버립니다. 그런데 압력이 3배 이상이 돼도 터지지 않고 오히려 활발하게 움직이는 박테리아가 있는 겁니다. 이런 박테리아를 골라 압력저항성을 갖게 하는 유전자 122개를 찾아냈습니다.

다른 박테리아들의 유전자를 압력저항성 유전자로 바꿔 실험했더니 이 박테리아들도 3~10기압에도 거뜬히 버티는 것을 발견했습니다. 연구진은 지반이 약해지는 부분에 박테리아들이 순간적으로 모여들어 땅을 단단하게 한다는 것도 확인하고, 미생물이 지반 압력에 반응하는 과정을 예측하는 컴퓨터 프로그램을 만들어내기도 했습니다.

생각하는 토양은 지난달 29일 미국 미시건주에서 열린 ‘컴퓨터를 이용한 건축설계 콘퍼런스’에 발표됐고 지난 4일 세계적인 과학저널 ‘사이언스’에서 ‘이번주 중요 뉴스’(Top Stories)로도 꼽혔습니다.

재미있는 것은 이런 놀라운 아이디어가 박사 학위를 가진 연구자나 교수들이 아닌 뉴캐슬대 학부생들에게서 시작됐다는 것입니다. 학생들은 지진에 힘없이 무너지는 건물들을 보면서 ‘콘크리트나 건물을 순간적으로 보완할 수 있으면 얼마나 좋을까’라는 고민을 했다고 합니다. 금이 간 건물의 콘크리트를 보수하는 ‘바실라필라’라는 세균을 만들 수 있다는 사실을 컴퓨터를 이용해 예측해 학교에서 열린 합성생물학 경진대회에서 발표했습니다.

발표를 듣던 연구팀 중 한 사람이 ‘바로 이거다’라고 생각했던 것이죠. 사실 연구진은 몇 년 전부터 토양의 압력변화에 반응하는 ‘바이오 시멘트’ 개발에 몰두했지만 돌파구를 찾지 못한 참이었다고 했습니다.

생물학과 건축학의 융합을 이끌어낸 ‘생각하는 토양’의 개발 과정은 우리에게 여러 가지를 시사합니다. 몇 년 전부터 우리 사회에서도 학문 간 경계를 없앤 융합과 통합 연구에 대한 목소리는 커지고 있지만 정작 성과는 눈에 띄지 않습니다. 융합 연구의 성과는 단순히 학문의 물리적 통합으로 가능한 것이 아니라 다소 황당한 생각까지도 받아들일 수 있는 깨어 있는 사고를 통한 화학적 반응에서 시작되는 것이 아닐까요.

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