하리하라의 영화 카페 학교는 아이들이 안전하게 지낼 수 있는 곳이어야 하기에, 학교에서 일어나는 사건은 더욱 우울하다. 어느 중학교에서 우등생이자 재미있는 아이로 유명한 베리가 방과 후에 빈 화장실에서 총을 맞고 숨지는 일이 벌어진다.

이 불행한 사건의 수사를 맡은 CSI팀은 현장을 조사하면서, 훌륭한 학생으로 알려져 있던 베리가 실상은 힘 없고 약한 급우들을 잔인하게 괴롭히고 있었다는 사실을 알게 되고, 베리에게 괴롭힘을 당했던 학생의 복수극이라고 의심하게 된다. 하지만 수사 과정에서 이들은 모두 혐의를 벗게 되고, 수사는 다시 원점으로 돌아간다.

이에 CSI팀의 일원인 워릭은 테스트용으로 제공 받은 새 기계가 이 사건에 도움이 될 것으로 생각한다. 그 기계란 일종의 ‘전자코’로 현장에 남아 있는 냄새 속에 포함된 화학물질을 분석해주는 것이었다. 워릭은 이 기계를 이용해 범행 현장이었던 남학생용 화장실에 여성의 향수 성분이 남아 있다는 것을 알아낸다.

최신 전자코 기계의 성능은 놀라워서 이 기계는 향수의 성분 분석을 통해 그 향수가 어느 회사의 어떤 브랜드 제품인지를 밝혀낸다. 사건이 일어난 학교에서 그 브랜드의 향수를 쓰는 사람은 금방 드러났고, 이에 범인은 순순히 자신의 범행을 자백한다.

- CSI, 라스베가스 시즌8의 한 에피소드 중에서


이 에피소드에서는 ‘냄새’가 매우 중요한 사건의 실마리가 됩니다. 범인은 여성이었기에 남자 화장실에 당당하게 들어갈 수 없었고, 이에 화장실 문 안쪽에 숨어서 베리가 혼자 화장실에 남을 때까지 끈질기게 기다렸던 것입니다.

이 과정에서 10대 남학생들만이 이용하는 중학교 화장실에 여성의 향수 냄새가 남게 되었고, 뛰어난 전자코가 이를 감지해 범인을 찾아냈던 것이죠. 이 에피소드를 접하면서 문득 ‘냄새’라는 것의 개념에 대해 다시 한 번 생각하게 되었습니다.

냄새와 후각

인간에게는 세상을 인지하는 다섯 가지 경로가 있습니다. 바로 시각, 청각, 촉각, 미각, 그리고 후각의 오감(五感)입니다. 이들은 환경에서 전해주는 여러 가지 자극들을 감지하여 인식합니다.

눈은 빛을 감지하고, 귀는 소리를 감지합니다. 피부는 물리적 자극과 온도를, 혀와 코는 화학물질을 감지하고 이를 분류하지요. 특히나 이 중에서 화학물질을 감지하는 능력은 생명체라면 거의 모두 가지고 있는 기본적인 감각입니다. 가장 하등한 생물체인 박테리아조차도 특정한 화학물질을 구별하여 반응하는 것으로 알려져 있습니다.

예를 들어 짚신벌레는 진한 식염수를 떨어뜨리면 피하고, 약한 산성 용액 쪽으로는 몰려드는 것으로 알려져 있는데, 이는 짚신벌레가 식염수와 산 용액 속에 든 분자들을 인식할 수 있는 능력이 있다는 것을 이야기합니다. 이는 후각기관을 사용해 냄새를 구별하는 고등동물의 경우와는 조금 다른 형태를 보이지만, 기본적으로 화학분자를 인식해 구별하는 능력이라는 점에서는 같습니다.

미생물의 화학물질에 대한 이런 반응을 주화성(chemotaxis)라고 하는데, 세포 하나에 불과한 단세포 생물조차도 냄새를 맡을 수 있기에-화학물질을 구별할 수 있어- 흔히 우리는 후각을 가장 원시적인 감각이라고 말하기도 하지요.

냄새란 무엇인가

지금 이 글을 쓰고 있는 중, 벽에 걸어놓은 자동향분사기가 향을 뿜어내었습니다. 지난번에 샀던 향은 ‘후레쉬한 레몬향’이라는 설명서와는 달리 표백제를 연상시키는 냄새가 나서 곧 바꾸어버렸습니다. 표백제 냄새가 나는 향은 왠지 속을 거북하게 하고 두통을 일으켰으니까요.

하지만 이번에 새로 산 ‘부드러운 피치향’은 괜찮습니다. 제법 달콤한 복숭아향이 나는 것이 기분이 좋아지게 하거든요. 제가 산 두 가지 스프레이 향은 기본적으로 과일향, 즉 레몬과 복숭아 향이었습니다. 하지만 이 스프레이 향 속에는 레몬과 복숭아 성분이 들어 있지 않지요. 들어 있는 것은 레몬과 복숭아 속에 들어 있는 천연물질을 모방해 만든 인공 합성향입니다.

우리가 흔히 일상생활에서 접하는 향은 실제 향이 아닌 경우가 많습니다. 방향제뿐 아니라, 가공된 음식물과 화장품, 향이 나는 섬유유연제나 정전기 방지제 등에는 거의 모두 인공적으로 합성된 착향료들이 들어 있습니다. 이런 인공화학물질들이 우리의 코에 향긋하게 느껴지는 것을 이해하기 위해서는 후각이 자극을 인식하는 과정을 알아야 합니다.

냄새란 휘발성이 있는 화학 분자들이 공기를 타고 떠다니다가 호흡기로 들어오면, 코 안쪽의 점막에 있는 후각 수용기들을 자극해서, 이 자극들을 인식한 후각 수용체들이 뇌의 후각영역에 있는 후각 망울에 신호를 전달해 그 종류를 구별하는 과정입니다. 즉, 공기 중에 떠다니는 화학물질들이 인간의 코 속으로 들어와 그 안에 있는 후각 신경을 자극할 때 일어나는 것입니다.

인간의 경우 코 점막에는 약 1천 종류의 유전자에 의해 형성된 후각수용체들이 500만개 정도 존재한다고 합니다. 하지만 후각 수용체의 종류는 1천 개이지만, 인간이 구별할 수 있는 냄새의 종류는 3천~1만 개에 달합니다. 그래서 학자들은 인간의 경우 1종류의 후각수용체가 각각 2~3가지 냄새를 구별할 수 있는 능력을 가지고 있다고 생각합니다.

사실 사람은 후각이 그리 발달한 종은 아닙니다. 인간의 후각수용체는 약 500만개에 종류도 1천 종류 정도 되는 데 비해, 개의 후각 수용체는 무려 2억2천만 개나 되고 그 종류도 월등히 많습니다. 따라서 개는 인간에 비해 월등하게 냄새를 잘 맡을 수 있습니다.

이 차이는 마치 구형 휴대폰에 달린 32만 화소짜리 카메라로 찍은 사진과 1천만 화소의 고화질 디지털 카메라로 찍은 사진의 퀄리티 차이를 비교하면 이해가 쉽습니다. 실제 사람과 개의 후각 능력의 차이는 이보다 훨씬 더 크지만 말이에요.


앞서 말했듯이 개가 냄새를 잘 맡는 것은 인간과 비교할 수 없을 만큼 많은 후각 수용기를 많이 가지고 있기 때문입니다. 또한 화학물질의 특성상 공기보다는 물 속에서 더 잘 인식할 수 있기 때문에 개의 코 끝은 늘 축축하게 젖어 있습니다. 코가 마르면 개는 냄새를 잘 맡지 못한답니다.

생명체에 있어서 냄새를 인지한다는 것은 결국 각종 화학물질들은 인식하고 구별할 줄 안다는 것으로 이는 생존, 특히 섭취 가능한 먹이를 인식하는 가장 기본적인 방법이기 때문에 매우 중요합니다.(이 점에서 후각과 미각은 기본적으로는 같은 개념입니다. 미각은 고등동물들에게 나타나는 감각이기 때문에, 하등동물의 경우 화학물질을 인식하는 능력을 후각이라고 생각하면 됩니다)

그림1을 참조해서 인간의 후각 매커니즘을 살펴보면, 앞서 말했듯 인간의 코 안쪽 점막에는 1천 종류의 후각 수용체가 약 500만개 정도 퍼져 있습니다. 공기 중에 떠다니던 화학물질들이 인간의 들숨을 타고 코 안으로 들어오면 후각 수용체에 달라붙게 됩니다.

이때 화학물질과 수용체 사이는 마치 열쇠와 자물쇠 구조와 같아서 어떤 화학물질이 어떤 수용체에 달라붙을지는 그 화학물질과 수용체의 구조(예를 들어 ★ 모양의 화학물질은 ☆모양의 구멍이 뚫린 수용체에만 달라붙을 수 있다고 생각하면 됩니다)에 달려있습니다.

이렇게 하나의 화학물질이 특정한 수용체에 달라붙게 되면, 후각수용체는 활성화되어 후구(olfactory bulb)에 신호를 전달하게 됩니다. 후구는 대뇌의 앞쪽 아랫부분에 위치하는 납작한 타원체 모양의 기관입니다.

인간의 경우 길이 약 11mm 정도로 전체 뇌에서 차지하는 부분이 매우 적지만, 쥐 등의 하등동물의 경우 이 후구 부분이 상당히 발달해 있답니다. 후각 수용체에서 온 신호는 후구의 사구체(glomerulus) 부분으로 모여서 다시 대뇌로 전달됩니다. 그리고 대뇌에서 이 신호를 받아 냄새를 인식하고 어떤 냄새인지 구별하는 역할을 하는 것이지요.

위의 두 박사는 이 과정의 매커니즘을 규명하고, 인간의 유전자를 조사해 인간에게는 약 1천여 개의 후각 유전자가 있어서, 1천 종류의 후각 수용체를 만들 수 있다는 것을 밝혀냈던 것입니다. 그러나, 인간은 실제로는 이보다 더 많은(약 3천~1만 가지) 종류의 냄새를 인식할 수 있답니다.

그리하여, 인간의 후각 유전자는 1개가 2~3가지의 냄새를 맡을 수 있으며(예를 들면 □ 모양의 구멍 안에, ■ 모양뿐 아니라, ▤, ▥, ▨ 모양도 들어갈 수 있다는 뜻입니다), 2~3개의 후각 유전자가 연합한 것은 또 다른 냄새로 인식될 수도 있기 때문에 유전자의 종류보다 훨씬 더 많은 냄새를 인식할 수 있다는 것입니다.

인간이 두 발로 서서 걷게 되면서, 코가 땅 위에서 떨어진 만큼 인간의 후각도 쇠퇴했습니다. 이후에 연구된 바에 따르면, 이 1천 개의 후각 유전자 중에서도 실제로 기능하는 것은 375개 정도이며, 나머지는 기능이 퇴화된 것으로 알려져 있습니다.

인간은 시각이 매우 발달하면서 많은 정보를 시각에 의존하고 있기 때문에 상대적으로 후각의 기능이 퇴화된 것으로 추측하고 있습니다만, 그렇다고 해서 후각이 중요하지 않은 것은 아닙니다. 예를 들어 뭔가 좋지 않은 냄새-음식물 쓰레기나 곰팡내 등-가 나면 하루 종일 기분이 나쁘고 집중할 수 없는 경험들은 해보았을 거예요. 그리고 요즘 들어 후각은 우리가 미처 인식하지 못할 뿐, 우리 삶의 많은 것을 결정하는 역할을 한다는 보고가 나오고 있답니다.

냄새의 현대적 변신, 전자코

고전 탐정소설을 보면, 범인이 범죄 현장에 떨어뜨린 유류품의 냄새를 개에게 맡게 하여 범인을 추적하게 하는 장면이 나오곤 하지요. 위에서 얘기했듯이 개의 후각은 매우 민감해서 지금도 많은 개들이 마약 탐지, 인명 구조, 지뢰 정찰, 질병 진단 등의 임무에 그 훌륭한 코를 빌려주고 있습니다. 이러한 개들의 뛰어난 후각을 모방하여 개발되고 있는 분야가 전자코 (electronic nose)에 대한 연구랍니다.

전자코는 특정 냄새를 갖는 화학물질을 인식하도록 만들어진 일종의 센서입니다. 전자코는 원래 군사적인 목적에서 개발이 진행되었다고 해요. 지난 2001년 개발된 미국 노매딕스 (Nomadics)社의 지뢰 탐지용 전자코 피도(Fido)가 그 대표적인 예입니다.

피도는 1997년부터 미국 국방부가 2천500만 달러의 예산을 지원하여 만들어낸 전자코로서, 지뢰를 구성하는 화약의 냄새를 인식하여 지뢰탐지에 뛰어난 효과를 보입니다. 즉, 지뢰를 제거하기 위한 활동 중에 일어나는 안타까운 희생을 덜어주는 데 냄새가 단단히 한몫하는 셈이지요.

또한 요즘 들어 전자코는 군사 영역뿐 아니라 의학 쪽으로도 발을 넓혀, 진단 의학 분야에 커다란 역할을 수행하고 있습니다. 사람에게서 나는 냄새만으로 병을 진단할 수 있다는 사실을 아시나요? 많은 의사들이 환자의 숨결 속에 묻어나오는 냄새만 맡아도 무슨 질병인지 진단할 수 있다고 충고합니다.

예를 들어 만성 축농증 환자는 치즈 냄새, 당뇨병 환자는 연한 아세톤 냄새나 과일 냄새, 신장병이 있는 사람은 소변 냄새, 간에 이상이 있는 사람은 썩은 달걀 냄새가 나는 등 나름대로의 독특한 냄새가 나서 병을 진단하는 데 도움을 준다고 해요.

조금 업그레이드된 진단의학용 전자코는 이보다 훨씬 더 민감한 것으로 보통 사람들이 미처 인식하지 못하는 냄새를 맡아서 질병을 가려낼 수 있습니다. 영국 과학 전문지 ‘뉴 사이언티스트(www.newscientist.com)’에 실린 카라도 디 나탈레(Carrado Di Natale) 박사의 연구에 의하면, 소리없는 살인자 암의 진단에도 전자코가 유용할 수 있음을 알게 됩니다.

디 나탈레 박사는 폐암환자의 숨결에 섞여 나오는 독특한 알케인과 벤젠 유도체를 인식할 수 있어 복잡하고 번거로운 폐조직 생검(조직 샘플을 직접 채취하여 검사하는 것)을 하지 않고도 폐암 환자를 진단할 수 있다고 합니다. 그리고 마지막으로는 전자코는 앞서 이야기한 드라마의 에피소드에서 지적한 것처럼 범죄 수사에도 이용될 수 있답니다.

잃어버린 세계, 그러나 다시 찾아가는 세계

후각은 지금껏 원시적인 감각, 관능적이고 감정적인 감각으로 치부되어 이성적이고 정돈된 현대 과학의 이미지와는 맞지 않는다는 느낌이 지배적이었습니다. 게다가 인간의 경우 오랜 세월 진화하는 과정을 거쳐 후각이 많이 퇴화되었기에 더욱 그랬었죠.

그러나 후각은 우리가 잊고 있었을 뿐, 결코 잃어버린 감각이 아니었습니다. 요즘 들어 웰빙 문화의 확산과 함께 유행하는 온갖 종류의 아로마 요법들을 보면, 이제 우리는 잊고 있었던 냄새와 후각의 파워를 다시금 실감하는 것이 아닌가, 라는 생각이 들기도 합니다.

게다가 첨단의학과 군사학, 범죄학 분야에서 활용되는 모습을 보면 더욱 그렇다는 생각이 듭니다. 무심코 지나쳤던 냄새 속에 이러한 비밀이 숨겨 있다니, 세상은 놀랄 만한 일이 많다는 생각이 드네요.