[동아엠앤비] 과학이슈 하이라이트 Vol. 07 생명과 진화

[동아엠앤비 - 뭉치북스]

과학이슈 하이라이트 Vol. 07

생명과 진화

지은이 과학동아 편집부 ǀ 발행일 2024년 9월 30일

체제 188*257㎜, 200쪽, 무선제본 ǀ 정가 18,000원 대상 독자 청소년

분류 청소년 > 자연과학 > 생명과학 > 생물학

자연과학 > 생명과학 > 유전자/진화/바이러스

자연과학 > 생명과학 > 생태학/환경학

ISBN 979-11-6363-890-2 (43470)

■ 책 소개

자연발생설부터 외계인기원설까지

다양한 생명의 탄생 이야기

과학이슈 하이라이트는 최신 과학이슈를 엄선하여 기초적인 지식에서 최근 연구 동향에 이르기까지 상세한 설명과 풍부한 시각 자료로 ‘더 깊게, 더 넓게, 더 쉽게’ 전달하는 화보 느낌의 교양 도서이다. 이번 주제는 생명의 탄생과 진화이다. 다윈의 『종의 기원』 이야기는 물론이고 인간이 생물학적, 사회적, 과학적으로 어떻게 진화해왔는지, 멸종된 생물에는 어떤 것이 있는지, 원시인들은 어떤 삶을 살았을지까지 흥미롭고 신기한 읽을거리를 가득 담았다.

이 책은 5개의 단원으로 구성되어 있다. 첫 번째 단원은 ‘생명의 탄생’으로 자연발생설부터 외계인기원설까지 생명의 탄생에 대한 여러 가설을 접함은 물론 코로나 팬데믹으로 친숙해진 단어인 DNA와 RNA에 대한 기초이론까지 구체적으로 읽어볼 수 있다. 따라서 융합형 과학 교과서의 훌륭한 보조 자료로써, 교사는 물론 호기심 많은 학생들의 욕구를 충분히 만족시켜 주리라 생각된다.

다윈의 진화론이

과학과 사회에 끼친 영향

두 번째 단원은 ‘세상을 바꾼 진화론’이며 다윈의 진화론이 과학과 사회에 끼친 영향을 다루고 있다. 이 책의 주된 독자층인 청소년 입장에서 볼 때 학교 교육 과정에서는 생물의 출현이나 대멸종에 관한 논란의 가능성이 있는 여러 학설은 교과서의 한정된 지면 등의 이유로 관련 내용을 충분히 담지 못하고 있다. 하지만 과학이슈 하이라이트 『생명과 진화』는 지금까지 축적된 과학 데이터베이스에서 뽑아낸 다양한 자료들을 ‘학생들의 창의적 사고를 기르는 기회’를 충분히 제공할 수 있도록 구성하였다.

자연 선택에 의한 진화에서 과학 기술에 의한 진화로,

‘21세기 진화론’이란?

세 번째 단원 ‘진화의 증거’는 진화론을 뒷받침하는 여러 사례를 다룬다. 교과서에서 접할 수 없는 다양하고 풍부한 진화의 증거들을 일목요연하게 정리한 단원은 이 책의 백미라고 할 수 있다. 네 번째 단원인 ‘인류의 진화’는 아무리 오랜 시간이 지나도 유인원이 인간이 될 수 없다는 흥미로운 이야기부터 현생 인류 탄생을 둘러싼 여러 쟁점에 이르기까지 인류의 진화와 관련된 귀중한 정보들로 가득 차 있다. 마지막 단원인 ‘21세기의 진화론’은 지금까지의 진화가 오랜 시간 자연의 선택에 의해 이루어져 왔다면, 앞으로의 진화는 과학 기술의 힘으로 유전자에서 진화의 법칙을 찾아낸다는 미래 지향적 내용 등으로 구성되어 있다.

■ 추천사

현생 인류는 다른 종에 비해 유전적 다양성이 매우 적은 편이다. 아종 또한 존재하지 않는다. 그만큼 진화학적 관점에서 완성된 종이라 할 수 있다. 이제 인류는 생물학적 진화를 넘어 지식과 기술에 의한 진화를 이루어야 할 시기를 맞이한 것이다. 생명과 진화의 역사를 폭넓게 다루고 그 미래를 예측하는 이 책이야말로 우리 청소년들이 새로운 인류로 진화하기 위해 꼭 읽어야 할 교양서라 하겠다.

- 김훈기 홍익대학교 교양과 교수

이 책은 다윈의 『종의 기원』부터 인류의 역사, 멸종된 동물들이나 진화론의 사회학적 분석 등 다양한 이론과 시각적 자료로 진화론을 설명해주고 있다. 이러한 자료들은 교과과정에서 미처 다루지 못한 내용들이기에 교과서와 상호보완적인 교재로서의 가치가 매우 높다. 영재 교육에 활용하는 것은 물론이고 세상을 바라보는 시각을 넓히기 위한 계기로서 모든 이에게 일독을 권장한다.

- 황신영 이화여자대학교 영재교육원 연구원, 과학교육 박사

■ 차 례

펴내는 글

I 생명의 탄생

생명은 어떻게 만들어졌나

• 지구 생명은 스스로 탄생했다

• 자연발생설에서 외계인기원설까지

• 바다에서 성생된 아미노산

• DNA보다 앞선 RNA

• 또 하나의 대안, 우주기원설

II 세상을 바꾼 진화론

1. 다윈과 진화론

▶ 찰스 다윈의 비글호 항해기

• 의사 집안의 미운 오리

• 역사상 가장 위대한 과학 여행기

• 다윈과 갈라파고스

• 비글호의 여정

2. 진화론이 과학과 사회에 끼친 영향

▶ 19세기 과학혁명의 출발점 『종의 기원』

• 진화의 과학적 근거로 등장한 자연선택

• 『종의 기원』에 대한 다양한 반응들

• 새로운 진화론의 서문을 열다

• 여러 학자들의 생생 인터뷰 ①

▶ 사회 곳곳에 흐르는 다윈의 향기

• 경제학의 관점에서 본 진화론

• 인간은 원래 ‘기부 천사’일까

• 진화론과 사회과학, 절반의 동거

• 여러 학자들의 생생 인터뷰 ②

▶ 진화론을 알아야 세상이 보인다

• 세상을 바라보는 시각의 변화

• 인간 존재를 다시 생각하다

• 수로 밀어붙인다

III 진화의 증거

1. 눈으로 보는 진화

• 눈앞에 펼쳐지고 있는 자연 선택의 증거들

• ‘순식간에’ 일어난 변화

• 인간도 ‘선택’받는다

• 세상을 바꾸는 소리 없는 변화

• 다윈도 깜짝 놀랄 부리의 진화

• 공중제비의 유래

• 손보다 섬세한 산까치 부리

2. 다양한 동물의 진화

• 깃털 공룡이 말하는 조류 진화의 비밀

• 마침내 밝혀진 새의 기원

• 날지 못하는 깃털 공룡

• 하늘 날기 전부터 출현한 깃털

• 그들은 왜 큰 몸집을 택했나

• 이순신 동상만 한 사람 등장할까

• 거대동물의 멸종

• 지금은 사라진 그때 그 동물들 ①

• 지금은 사라진 그때 그 동물들 ②

• 지금은 사라진 그때 그 동물들 ③

• 지금은 사라진 그때 그 동물들 ④

• 명작에 출현했던 공포의 거대 동물들

• 진화는 진보인가, 아닌가

IV 인류의 진화

1. 인류의 기원

• 침팬지는 진화해도 인간이 될 수 없다

• 오랑우탄·고릴라·침팬지

• 유인원이 인간이 될 수 없는 이유

• 인류는 어디서 발생했는가

• 네안데르탈인에서 호모 사피엔스로 진화

• 미토콘드리아 유전자의 비밀

• 아프리카설은 완벽한가

2. 인류 진화의 발자취

• 아프리카를 떠난 최초 인류의 화석 발견

• 의심 받는 완전대체론

• 당신은 호모 사피엔스 100%인가?

• 다시 쓰는 인류의 진화

• 현생 인류 탄생 둘러싼 10가지 쟁점

3. 네안데르탈인의 일기

• 2만 4000년 전, 네안데르탈인

• 석기를 이용한 사냥

• 5개 정도 모음의 정교한 발음 구사

• 빙하기 피해 동굴 속 집단생활

• 스페인 지브롤터 고람동굴, 마지막 네안데르탈인

4. 비대칭의 진화

• 손의 비대칭은 인류 진화의 원동력

• 손의 비대칭 뇌의 비대칭

• 오른손, 왼손잡이 결정의 유전학

• 우연히 선택된 비대칭

V 21세기의 진화론

1. DNA와 진화

• 시험관에서 이뤄지는 DNA 진화

• 바이러스보다 앞서가는 치료제

• 생명의 기원과 유전자 비밀 밝혀줄 핵심 분자 RNA

• RNA와 효소의 합성어 리보자임

• 응용 가능성 높은 유전자 억제 기능

• 유전 물질 DNA 확인

• 에이버리의 변환 원리 연구

2. 개정판 『종의 기원』

• 유전자에서 찾는 21세기판 진화 법칙

• 초파리와 사람이 공통으로 가진 ‘호메오박스’

• 인간에게만 존재하는 ‘레고블록’은?

• 여러 학자들의 생생 인터뷰 ③

3. 미래, 인류의 진화

• 유전공학으로 탄생할 미래 신한국인

• 한쪽이 발달하면 다른 쪽은 기형

• 인공 진화 기술로 유전자 대량 생산

• 진화의 분자 메커니즘

• 100억 배 다양한 유전자 생성

4. 마음도 진화의 산물

• 디자인의 진화심리학

• 과학으로 벗겨본 남녀 탐구생활 ① 쇼핑

• 과학으로 벗겨본 남녀 탐구생활 ② 싸움

• 이성에게 동안이 사랑받는 이유

• 이성의 취향은 번식력의 상징

• 문학-콩쥐에 관한 진실

• 정치-대통령 눈물의 파장

• 경제-이유 있는 과시와 허세

외부 필진

5ㅂ기5· 102

4

■ 책 속으로

그러나 이러한 연구 결과로 자연발생설이 수그러들지는 않았다. 생쥐나 구더기는 자연적으로 생겨나지 않지만 미생물들은 자연발생한다는 주장이 새롭게 제기된 것이다. 그것은 눈에 보이지 않는 미시 세계를 보여 주는 현미경의 등장 때문이었다. 현미경은 효모를 첨가하지 않았는데도 포도주가 발효되고, 삶아 놓은 고기가 썩어가는 과정을 보여 주었다. 자연발생설에 대한 길고 지루한 논쟁은 1861년 프랑스의 미생물학자 루이 파스퇴르(1822~1897)에 의해 끝이 났다. 그는 고니의 목을 닮은 주둥이를 가진 플라스크를 만들어 공기는 통하되 박테리아는 들어갈 수 없게 했다. 그리고 플라스크에 영양액을 넣고 열을 가한 후 식혀 놓았다. 그 결과 고니목 플라스크 안에는 어떤 미생물도 자라지 않았다(파스퇴르가 고니목 플라스크 안에 넣어둔 영양액은 100여 년이 넘도록 썩지 않았다고 한다). 과학자들은 파스퇴르의 실험으로 자연 발생설이 더 이상 고개를 내밀지 않을 것이라고 생각했다. 그런데 의외의 분야에서 자연 발생설이 부활했다.

p12 지구 생명은 스스로 탄생했다

1832년 2월 비글호는 브라질 산살바도르에 도착했다. 이곳에 며칠을 보내던 어느 날 다윈은 바닷가에서 가시복어의 생태를 관찰하게 됐다. “이 물고기는 거의 구형으로 몸을 팽창시키는 기묘한 힘을 가지고 있다. 프랑스 비교해부학자 퀴비에(1769~1832)는 이 상태에서 어떻게 헤엄칠 수 있는지 궁금하게 생각했다. 관찰해보니 이 물고기는 직선으로 전진할 수 있을 뿐 아니라 가슴지느러미를 이용해 회전을 했다. 이 물고기가 몸을 팽창시키면 껍질을 덮고 있는 돌기들이 일어서 뾰족하게 된다. 알랜 박사는 상어 뱃속에서 살아 있는 가시복어를 본 적이 있다고 말했다. 또 상어의 위와 옆구리를 뚫어서 상어가 죽은 적도 있었다고 한다. 그렇게 작고 연한 물고기가 크고 무서운 상어를 죽일 줄이야.”

p26 역사상 가장 위대한 과학 여행기

1997년 시작된 과학자들의 온라인 공동체인 ‘에지’(www.edge.org)에서는 2018년까지 매년 초 ‘올해의 문제’를 제시하고 세계 여러 과학자에게서 답을 듣는 기회를 가졌다. 다소 뜬금없는(?) 질문에 매년 100명을 훌쩍 넘는 과학자들이 진지하게 자신의 생각을 내놓고는 했다. 2005년 질문은 “당신이 증명할 수 없음에도 불구하고 진리라고 믿고 있는 것은 무엇입니까?”였다. 당시 이 질문에는 과학자 120명이 참여해 자신의 생각을 펼쳤다. 그중 한 사람이었던 『이기적 유전자』의 저자 리처드 도킨스의 대답은 이랬다. “나는 이 우주 어디에서든 모든 지성, 모든 창조물, 그리고 모든 설계가 (찰스) 다윈이 말한 자연 선택의 직접적이고 간접적인 산물임을 믿는다. 다윈적 진화의 시기가 지나면 설계는 그 후에 일어난다. 설계는 진화에 앞서 일어날 수 없으며, 따라서 우주의 배후 원리일 수 없다.”

p40 경제학의 관점에서 본 진화론

제비는 이런 놀라운 비행 솜씨 덕분에 날아다니는 벌레들을 공중에서 사냥할 수 있다. 그런데 아무리 비행 고수라도 부리가 좁고 많이 벌어지지 않는다면 벌레를 놓치기 쉬울 것이다. 조류학자인 국립환경과학원 박진영 박사는 “제비의 부리는 옆에서 보면 짧지만 정면에서 보면 넓적하게 생겼고 크게 벌릴 수 있어 벌레를 잡을 수 있는 확률을 높였다.”며 “부리 옆에는 빳빳한 털이 나 있어 비행 중에 여기에 걸린 날벌레들도 잡아먹을 수 있다.”고 설명했다. 최근 도심에서 제비를 볼 수 없는 것도 이런 먹이 포획 습성 때문이다. 제비가 맘껏 날 수 있는 공터가 점점 줄어드는 데다 물웅덩이나 수풀 같은 날벌레 서식처가 거의 사라져 결국 제비가 떠나게 된 것.

p66 공중제비의 유래

하지만 크기의 진화 방향이 어떤 종 ‘스스로의 결정’에만 의존하는 것은 아니다. 환경 요인 역시 무시할 수 없다. 예를 들어 차가운 기후에서 포유류와 같은 정온 동물의 몸집은 더 커져야 한다. 체온을 유지하기 위해서는 큰 몸뚱이가 유리하기 때문이다. 반면 변온 동물은 따뜻한 기후에서 몸집이 더 커진다. 몸집이 커지면 외부 열을 차단하기에 그만큼 유리하다. 척추고생물학자들은 거대 초식 공룡이 온화한 기후 덕분에 울창한 수풀에서 쉽게 먹잇감을 구할 수 있어 몸집이 커졌을 것으로 보고 있다. 몸집이 커지면 소화 기관도 길어져 소화를 돕는 박테리아가 활동할 수 있는 충분한 시간을 벌 수 있기 때문이다. 현존하는 파충류 역시 충분한 환경만 뒷받침된다면 지금보다 몸집이 더 커질 가능성이 그만큼 높다.

p78 그들은 왜 큰 몸집을 택했나

하지만 영화나 소설에 나오는 거대 동물 모두를 두려워할 필요는 없다. 대부분은 상상 속에서 탄생했기 때문이다. 조앤 롤링의 『해리포터』 시리즈에 나오는 대왕거미 ‘아라고그’와 커다란 뱀 ‘바실리스크’도 그렇다. 아라고그가 ‘새를 잡아먹는 거미’인 타란툴라라는 주장도 있지만, 타란툴라는 주로 곤충이나 쥐, 새를 사냥하며 크기도 30cm 안팎으로 1m를 넘지 않는다. 몇몇 종을 제외하고는 사람에게 무해한 독을 가지기 때문에 타란툴라를 애완동물로 키우기도 한다. 용처럼 생긴 머리, 갑옷처럼 단단한 살갗, 눈을 마주치기만 해도 사람을 돌처럼 굳게 한다는 바실리스크는 오래전부터 유럽의 전설이나 신화에 자주 등장했다. 지구상에 존재하는 동물 가운데 굳이 비슷한 걸 찾자면 아나콘다(6~10m)인데, 제아무리 커다란 아나콘다라도 먹잇감을 돌로 만들지는 못한다.

p93 명작에 출현했던 공포의 거대 동물들

연구팀은 네안데르탈인의 게놈을 유럽, 아시아, 아프리카, 멜라네시아 등 4개 지역 5명의 현대인의 게놈과 비교해 봤다. 그 결과 아프리카인을 제외한 나머지 현대인의 게놈에서 네안데르탈인 고유의 유전자가 1~4% 정도 발견됐다. 분자유전학을 이용한 고인류학에서는 약 20년 전부터 미토콘드리아나 성염색체의 특정 유전자(이를 ‘마커 유전자’라고 부른다)가 지역별로 어떻게 변하는지를 추적해 종의 이동이나 확산 경로를 밝히는 연구를 진행해 왔다. 이번 연구를 이끈 스반테 패보 막스플랑크연구소 진화인류학부장은 “같은 원리를 이용해 네안데르탈인과 유라시아인의 이동 경로를 추적한 결과, 약 8만~5만 년 전 중동 지역에서 혼혈이 일어났다고 보는 것이 가장 합리적이라는 결론을 내렸다.”고 밝혔다.

p121 아프리카를 떠난 최초 인류의 화석 발견

맥마누스 교수는 “우세한 손을 결정하는, 즉 운동 영역의 위치를 결정하는 데 관여하는 유전자가 언어 영역뿐 아니라 뇌의 비대칭 전반에 관여할 것”이라고 말했다. 예를 들어 뇌의 한쪽에만 놓이는 영역이 12가지 있다고 하자. DD형인 사람은 12가지 모두 교과서에 나오는 표준 자리에 놓여 있을 것이다. 즉 언어 영역과 운동 영역은 좌뇌에, 공간분석 영역과 색채 인식 영역은 우뇌에 자리한다. DC형인 사람은 75%인 9개 정도는 제자리에, 3개는 반대 위치에 놓이게 된다. 뇌 구조가 다소 바뀌는 셈이다. CC형의 경우는 대략 절반이 바뀌게 된다. 표준인 DD형과는 뇌 구조가 많이 다른 것이다.

p145 손의 비대칭 뇌의 비대칭

그러나 이런 가설은 자연계에서 자가 복제 기능을 할 수 있는 리보자임이 아직 발견되지 않아 논란의 여지를 남기고 있었다. 하지만 1990년 미 콜로라도대의 골드 박사가 행한 실험을 통해 상황은 바뀌었다. 그는 ‘셀렉스’라는 시험관 내 진화 기법을 통해 다양한 기능을 가진 RNA를 실험실 차원에서 합성하는 데 성공했다. 이어 1996년 미국 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 바텔 박사는 비록 인위적 진화 기법으로 만든 RNA이지만 놀랍게도 자기 복제 기능을 가진 RNA를 합성하는 데 성공했다.

p159 RNA와 효소의 합성어 리보자임

하지만 진화론은 인간이 그런 식의 합리성을 결코 진화시키지 않았다고 반론한다. 인간의 두뇌가 계산 능력이 탁월한 슈퍼컴퓨터로 진화했더라면 지금의 나는 결코 존재하지 않았을 것이다. 그런 두뇌도 엄청나게 복잡하고 변화무쌍한 환경 속에서 수많은 불완전한 정보를 처리하기에는 역부족이기 때문이다. 마치 태풍이 도시 전체를 휩쓸고 지나간 지 2분이 흘렀는데 아직도 태풍의 출현 가능성을 계산하고 있는 슈퍼컴퓨터처럼 말이다. 인간 두뇌의 사고 능력은 결코 그런 식으로 진화할 수 없었다.

p198 경제-이유 있는 과시와 허세

■ 출판사 리뷰

융합형 과학 교과서 보조 자료이자

진화의 신비를 그려낸 교양서!

‘개정 과학과 교육과정’의 고등학교 과학은 과학적 소양을 바탕으로 하는 수준 높은 창의성과 인성을 골고루 갖춘 인재 육성을 목표로 한다. 특히 현대 문명과 사회를 이해하는 데 필요한 과학 개념을 통합적으로 이해하며 자연을 과학적으로 탐구하는 능력을 기르고, 과학 지식과 기술이 형성되고 발전하는 과정을 이해하는 것이다. 또 자연 현상과 과학 학습에 대한 흥미와 호기심을 기르고 일상생활의 문제를 과학적으로 해결하려는 태도를 함양하며, 과학·기술·사회의 상호 작용을 이해하고, 과학 지식과 탐구 방법을 활용한 합리적 의사 결정을 기른다는 것을 목표로 하고 있다. 하지만 아무리 자세한 설명과 풍부한 그래픽, 구체적인 자료를 함께 담았다 하더라도 한정된 지면이 주는 제약을 극복할 수 있는 방법은 없다. 결국 표현은 집약적일 수밖에 없고 그래픽이나 자료의 양과 질에도 한계가 있을 수밖에 없다.

이로 인한 어려움은 교사와 학생 모두 똑같이 느끼게 된다. 교사들은 교과서 내용과 밀접한 관계가 있으며 교사의 궁금함과 학생들의 질문에 답할 수 있는 내용으로 채워진 충실한 보조 자료를 찾고 있지만, 적합한 것을 찾기란 쉽지 않은 일이다. 학생들도 마찬가지다. 내용의 이해는 물론 여러 평가를 준비하기 위해 교과서와 수업의 부족한 부분을 보완할 수 있는 보조 자료가 필요하기 때문이다. 이에 교과서 출판사 및 교육청 등에서 여러 학습 보조 자료를 내놓고 있지만 융합형 과학 교과서가 담고 있는 내용을 감안한다면 교사와 학생의 필요를 만족시키기가 어려운 것이 현실이다. 그렇기 때문에 전문 과학 잡지인 《과학동아》와 같이 충분한 데이터베이스를 바탕으로 교과서를 뒷받침할 수 있는 자료를 검색, 분석하여 교수 학습 보조 자료를 내는 것이 융합형 과학 교육에 꼭 필요할 수 있다.

36년간 발행된 《과학동아》의 노하우를 집약한 과학이슈 하이라이트 Vol.7 『생명과 진화』는 교과서의 ‘생명의 진화’ 단원에 해당하는 풍부한 자료와 학생들의 눈높이에 맞는 구성을 목표로 했다. 여러 생명들의 탄생과 진화에 얽힌 흥미롭고 재미있는 이야기로 시작해 현생 인류가 자연 선택의 진화를 넘어선 과학 기술에 의한 진화로 바뀌어 가는 모습까지 우리가 꼭 알아야 할 내용을 충실하게 담았다. 다양한 사진과 삽화를 통해 인류를 포함한 생명의 진화에 대해 학습하고자 하는 학생과 알찬 수업자료를 찾고 있는 교사에게 귀중한 자료가 될 것이다.