＜거의 모든 것의 역사＞ 독서 요약

[조우제]

이 책은 우주, 지구, 생명, 인간에 관한 과학의 역사입니다. 영국 잉글랜드 북부 더럼주의 명문대학교인 더럼대 총장을 역림한 빌 브라이슨이 지었고, 서강대 화학과 명예교수인 이덕환이 옮겼다. 2022.10.17 까치글방 발행, p.592, 25,000원. 42년생 조우제가 이 책을 읽고 7차례에 걸쳐 요약하는 데에 총 40일이 걸렸습니다.

<거의 모든 것의 역사> 독서 요약

제1부 우주에서 잊혀진 것들

-우주는 시간도 공간도 없는 “특이점(또는 초끈)”에서 단 한 번의 진동인 “빅뱅”에 의해서 상상을 초월할 크기로 팽창했고, 최초의 3분 동안에 우주에 존재하게 될 모든 물질의 98%가 만들어졌다.

-우주에 존재하는 모든 물질의 98%가 빅뱅에 의해서 만들어졌지만, 그 물질들은 헬륨, 수소, 리튬과 같은 가벼운 원소들일 뿐이다. 탄생 직후 터져 나온 기체 덩어리에서는 우리 존재에 결정적인 역할을 하는 탄소, 질소, 산소와 같은 무거운 원소들이 만들어지지 않았다. 여기서 문제가 되는 것은, 그런 원소들이 만들어지기 위해서는 빅뱅이 일어날 때와 같은 정도의 열과 에너지가 필요하다는 사실이다. 그런 원소들은 어디서 온 것일까?

-우주는 모든 방향으로 빠르고 균일하게 팽창하고 있다. 이런 사실로부터 우주가 한 점에서 시작되었을 것이라고 예상했고, 따라서 종말이 있을 가능성도 짐작했다.

-미항공우주국(NASA)은 최첨단인공위성으로 얻은 관측 자료를 근거로 2003년 우주의 나이가 137억 년이라는 신뢰할 수 있는 결과를 발표했다.

-지구에서 맨눈으로 볼 수 있는 별은 모두 합쳐서 6000개 정도이고, 그중에서도 한곳에 서서 볼 수 있는 것은 2000개 정도에 불과하다. 쌍안경으로는 5만 개 정도, 2인치 망원경으로는 30만 개 정도를 볼 수 있다. 16인치 망원경으로는 별이 아니라 5만 개에서 10만 개 정도의 은하를 볼 수 있다.

-우리 태양계는 암석 행성인 수성, 금성, 지구, 화성과 기체 행성인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성과 그리고 암석과 얼음 덩어리들이 모여 있는 카이퍼벨트(명왕성을 포함한 왜소행성들의 집합)가 있고, 또한 제일 바깥에는 가스와 혜성들이 떠도는 광활한 우주 공간인 “오르트 구름”이 있다.

-지구에서 태양까지의 거리는 1억 5000만km(=1AU)이다. 지구에서 카이퍼벨트까지는 40AU이고, 오르트 구름까지는 5만AU이다. 참고로 달까지는 38만 4000km이다. 우리 태양계에서 가장 가까운 별은 “켄타우로스”이고, 거기까지 가려면 4.3광년이 걸린다.

-45억 5000만 년 전에 지름 약 240억km 정도인 거대한 기체와 먼지 덩어리의 소용돌이가 뭉쳐져서 태양계가 되었다. 이들은 서로 충돌하여 부서지기도 하고 합쳐지기도 하다가 지구가 만들어졌다. 시카고대학에서는 1949년에 방사성탄소연대측정법을 개발하여 지구의 나이가 45억 5000만 년이라고 밝혀 모든 사람이 합의하게 되었다.

-처음 녹아 있는 지구의 주변에는 떠다니는 파편들과 끊임없이 충돌하고 있었는데, 그런 상태에서 화성 정도 크기의 천체가 지구에 충돌하면서 퉁겨져나간 파편에서 우리의 유일한 위성인 달(月)이 만들어졌다. 그다음 5억 년 동안 어린 지구에는 혜성과 운석과 다른 천체의 파편들이 끊임없이 쏟아졌는데, 그 덕분에 바다를 채울 물과 생명 탄생에 필요한 성분들이 생기게 되었다.

제2부 지구의 크기

-지구 회전에 의한 원심력으로 적도에서의 둘레가 극지방을 연결한 둘레보다 43km 더 불룩하다. 적도에서의 지구의 한 바퀴(둘레)는 4만km이다.

-지구의 회전 속도는 적도 지방에서는 시속 1666km 정도로 매우 빠르고, 극지방으로 가면 점차 느려진다. 런던이나 파리에서는 시속 960km 정도가 된다.

-오늘날 일반적으로 지질시대를 (1)선캄브리아기(지구생성-5억 7000만 년 전) (2)고생대(-2억 2500만 년 전) (3)중생대(-6500만 년 전) (4)신생대(-현재까지) 등 4대로 나누면서, 고생대를 캄브리아기→오르도비스기→실루리아기→데본기→석탄기→폐름기로, 중생대를 트라이아스기→쥐라기→백악기로 세분화하고 있다.

-원소주기율표에 수소는 양성자 1개로 원소번호 1이고, 우라늄은 양성자 92개로 원소번호 92이다. 오늘날 대략 120개 정도의 원소가 알려져 있는데, 그 중에서 92개는 자연에 존재하는 것이고, 나머지는 실험실에서 만들어진 것이다.

제3부 새로운 시대의 도래

○거시적 우주에 대한 이해를 돕기 위해서는 상대성이론(중력)을 알아야 한다. 아인슈타인의 “특수상대성이론”(1905년)은 빛의 속도가 일정하고 절대적이라는 사실을 밝힌 것이다. E=mc²이라는 유명한 방정식은 그 논문의 보충자료에 들어있었다. 또 그의 “일반상대성이론”(1915년)은 등속도가 아닌 가속도에 빛이 장애물을 만나면 어떻게 될 것인가를 10년 동안 연구하여 발표한 것인데, 그 내용은 시간과 공간은 절대적인 것이 아니라 관찰자와 관찰되는 대상 모두에게 상대적인 것이며, 속도가 빨라질수록 그 차이는 더욱 커진다는 것이다. 우리의 일상생활에도 중력은 작용하고 있지만 알아차리기에는 어렵다. 그러나 우주에 존재하는 빛과 우주 자체(은하와 항성과 행성)의 경우에는 엄청난 결과를 초래한다. 우리가 일상적으로 경험하는 상대성의 효과는 소방차의 사이렌 소리가 먼 곳에서는 작게 들리는 것이다.

○미시적 원자에 대한 이해를 돕기 위해서는 양자물리학(양자역학)을 알아야 한다. 모든 원자는 전기적으로 양전하를 가진 양성자와 음전하를 가진 전자, 그리고 전하를 가지지 않은 중성자의 3종으로 구성되어 있고, 양성자와 중성자는 원자핵에 뭉쳐져 있으며, 전자는 그 바깥에 퍼져 있다. 수소는 1개의 양성자, 헬륨은 2개의 양성자, 리튬은 3개의 양성자를 가지고 있다. 중성자는 일반적으로 양성자 수와 같지만, 양성자 수에 중성자 1-2개를 더하면 동위원소(同位元素)가 된다. 동위원소란 원자의 양성자수는 같으나 중성자수가 달라 질량이 다른 원소들을 말한다. 원자의 핵을 향해서 중성자를 발사하면 “핵분열”의 파괴적인 과정이 시작된다.

-양성자와 중성자보다도 더 작은 “입자(소립자)”들은 6종의 쿼크, 6종의 렙톤, 6종의 보손으로 구성되어 있고, 이들 소립자에 작용하는 힘은 강력과 약력과 전자기력의 3가지이다. 쿼크들은 글루온이라는 입자들에 의해 결합되어 있고, 쿼크와 글루온이 합쳐져서 양성자와 중성자를 비롯한 원자의 핵을 구성하는 물질이 된다. 렙톤은 전자와 중성미자를 말한다. 중성미자(中性微子)란 전하가 없으며 질량이 거의 없는 소립자의 한 종류이다. 쿼크와 렙톤을 합쳐서 “페르미온”이라고 한다. 보손은 입자들이 질량을 가지게 하기 위해 추상적으로 도입된 것이다.

-양자역학에서 전자는 파동으로도 설명할 수 있는 입자이고, 소립자들의 짝들은 상당히 멀리 떨어져 있더라도 상대방이 무엇을 하고 있는가를 즉시 알아차리는 “스핀”의 성질을 갖고 있으며, 광자는 어떤 경우에는 입자처럼 행동하지만 어떤 경우에는 파동처럼 행동한다.

-행성과 은하를 이해하기 위해서는 중력으로 설명해야 하지만, 입자들의 수준에서는 (1)양성자들이 서로 뭉쳐서 원자핵을 만들 수 있도록 하는 강력과, (2)방사성 원소의 붕괴 속도를 조절하는 등의 미묘한 역할을 하는 약력으로 설명된다. 약력이라도 중력보다는 강하다. 그러나 강력과 약력은 원자 수준의 아주 좁은 범위까지만 그 영향을 미친다. (3)전자기력은 전하를 띤 입자 사이의 상호작용을 담당하고 전기장과 자기장의 거동을 지배하는 힘이다.

○지질학자들의 “판구조론”에 의하면, 지구의 표면은 8-12개의 대형판과 20개 정도의 작은 판으로 구성되어 있고, 그런 판들은 서로 다른 방향과 속도로 움직이고 있다고 한다. 태평양은 점점 좁아지고, 지중해는 사라질 것이며, 대서양은 미세한 차이로 점점 멀어지고 있다고 한다.

제4부 위험한 행성

-화성과 목성 사이에는 10억 개가 넘을 것으로 추정되는 암석 덩어리들이 느슨하게 띠를 이루어 공전하고 있다. 이들 소행성 중 어느 하나라도 지구에 충돌할 가능성은 없을까? 만약 대형 운석이 우리 지구를 향해서 돌진해온다면, 돌, 흙, 가스로 무시무시한 어둠이 퍼지면서 사람들은 바람에 넘어지고 파편에 사정없이 얻어맞게 될 것이며, 엄청난 규모의 지진과 해일과 화재가 발생하여 전리층 교란으로 통신 시설은 무용지물이 될 것이고, 햇볕은 차단되어 식물 성장의 사이클이 파괴되는 종말과 같은 광경이 펼쳐질 것이다.

-지구 표면에서 지구 중심까지의 거리는 6370km이다. 지질학자들은 지구는 (1)암석으로 이루어진 바깥쪽의 지각(지표→40km) (2)뜨겁고 끈적끈적한 암석으로 된 맨틀(→2890km) (3)액체 상태의 외핵(→5150km) (4)고체 상태의 내핵(→6370km)의 4개 층으로 구분하고 있다. 맨틀은 지구 부피의 83%, 질량의 65%를 차지하고 있다. 지구 중심의 온도는 태양 표면 온도와 비슷한 섭씨 4000-7000도 정도일 것으로 짐작한다. 외핵은 유체이고 전기모터와 같이 회전하기 때문에 지자기(地磁氣)가 발생하는 곳이다. 자기장(磁氣場)에 의한 보호막이 없으면 우주에 가득한 우주선(宇宙線)이 우리 몸속으로 쏟아져 DNA를 못 쓰게 만들어버릴 것이다. 우주선이 대기권 상층부의 입자들과 충돌하면 오로라가 발생하기도 한다.

-지금까지 발견된 생물 중에서 가장 뜨거운 곳에서 사는 것은 섭씨 113도의 해저분출구의 벽에 붙어서 사는 “피플로부스 푸마리”다. 지구상에서 생명이 살기에 가장 혹독한 환경이라도 액체인 물과 약간의 화학물질이 있는 곳이라면 생명체는 발견할 수 있다.

제5부 생명, 그 자체

○지구 생명의 조건 : 우리 인간은 4억 년 전에 바다에서 육지로 올라와 산소로 호홉하면서 살기로 한 생물종이다. 적응성에 관한 한 인간은 정말 형편없다. 사막에서의 더위와 혹한의 추위에도 대책이 없다. 우리가 살 수 있는 면적은 바다를 포함해 지구 전체의 4%, 육지 전체 면적의 12%에 불과하다.

-지구가 태양에 너무 가까웠더라면 타버렸을 것이고, 너무 멀리 있었더라면 모든 것이 얼어붙어 생물이 살지 못했을 것이다. 또 지구 내부에 뜨겁게 녹아 있는 마그마(맨틀과 외핵)가 없었다면 생물은 살 수 없다. 지구 내부에서 나오는 기체 덕분에 대기가 유지되고, 우주선을 막아주는 자기장도 그곳에서 만들어진다. 만약 지구가 완벽하게 편평했더라면 지구의 모든 곳은 4km 깊이의 물로 덮어버렸을 것이다. 그리고 대부분의 행성들에는 아주 작은 위성들만 있는데, 지구의 위성인 달(月)은 지구 지름의 1/4 이상이나 될 정도로 제법 큰 편이다. 그 큰 달이 중력으로 안정화시켜주는 덕분에 지구가 적당한 기울기와 속도로 자전을 할 수 있도록 해주고 생물이 성공적으로 생존할 수 있게 해주고 있다.

-인체의 구성에는 수소와 산소와 탄소가 필요하다. 탄소는 단백질과 DNA를 만든다. 탄소가 없으면 우리는 존재할 수 없다. 또 헤모글로빈을 만들기 위해 철이 필요하고, 비타민 B12를 만들기 위해 코발트가 필요하며, 포타슘(칼륨)과 약간의 소듐(나트륨)도 신경에 좋다. 그리고 몰리브데넘, 망가니즈, 바나듐도 몸속의 효소를 만드는 데에 꼭 필요하다. 아연이 알코올을 산화시켜주는 것도 다행한 일이다.

-우리는 지구가 제공하는 환경에 적응하도록 진화했다. 산소는 가연성(可燃性)이 아니고 다른 물질이 타는 것을 도와줄 뿐이다. 만약 산소가 가연성이라면 불을 켤 때마다 주위에 있는 공기 중의 산소를 모조리 태워버릴 것이다. 셀레늄과 플루토늄은 조금만 섭취해도 치명적이고, 비소는 너무 많이 먹으면 죽는다. 납은 강한 독성을 나타낸다.

-우리를 찾아오는 외계인이 지구가 이상향이라고 생각할 가능성은 거의 없다. 우리에게 유익한 음식에는 그들을 죽음에 이르게 할 수 있는 물질이 있을 수 있기 때문이다.

○대기는 우주선(宇宙線)과 전하를 가진 입자들, 그리고 자외선과 같은 것들을 흡수하거나 비껴가도록 하기 때문에 고마운 존재이다. 대기에 감속효과가 없다면 빗방울마저도 우리를 기절시킬 것이다. 대기는 위쪽으로 200km까지 올라간다.

-대기층은 4부분으로 나누어진다. (1)대류권 : 적도에서는 지표면에서 16km 정도이고, 온대지방에서는 10-11km 정도인데, 대기 질량의 80%를 차지하고 있다. 충분한 양의 온기와 산소를 가지고 있다. (2)성층권 : 태풍의 구름이 편평하게 펼쳐지는 곳이 대류권과 성층권의 경계이다. 지상 10km 높이에서의 기온은 영하 60도이고 그곳에 가려면 산소 공급 장치가 꼭 필요하다. (3)중간권 : 중간권에 이르면 섭씨 영하 90도로 떨어진다. (4)전리권(열권) : 80km 정도의 높이에 있는 열권에서는 공기가 너무 희박하고 기온이 섭씨 1500도까지 올라간다.

-땅에 붙어살아야 할 인간이 대기의 끝까지 올라갈 필요는 없다. 너무 높은 곳에 올라가면 편두통, 피로, 어지러움, 의식장애, 탈수증, 동상, 식욕저하 등의 기능 장애를 겪게 된다. 높은 곳에 사는 사람들은 수천 년을 지내면서 산소를 더 많이 흡입할 수 있도록 적혈구가 1/3 가까이 늘어나도록 진화했다.

-태양은 대기의 분자들에게 에너지를 준다. 그 결과 분자들은 더 바쁘게 움직이고 서로 충돌하면서 열을 교환한다. 태양에서 오는 열이 모든 곳에 균일하게 분배되지 않기 때문에 지구상에 기압의 차이가 생긴다. 대기는 그런 불균형 상태로 있을 수 없기 때문에 이곳저곳을 돌아다니며 평형을 이루려고 한다. 바람은 단순히 공기가 균형을 회복하려는 노력일 뿐이다.

-오늘날의 태양은 태양계가 처음 생겼을 때보다 25%나 더 밝게 불타고 있다. 그렇다면 지구는 훨씬 더 뜨거워졌어야만 했는데, 우리 지구는 아무런 영향을 받지 않고 있다. 그 이유는 해양생물들이 이산화탄소를 흡수, 단단한 껍질을 만들어 탄소를 가두어둠으로써 탄소가 대기 중으로 다시 증발해서 위험한 온실기체로 축적되는 것을 막아주기 때문이다. 불행하게도 경솔한 인간은 엄청난 양의 탄소를 대기 중으로 방출해서 탄소순환과정을 방해하고 있다.

○물은 모든 곳에 있다. 감자의 80%, 소의 74%, 박테리아의 75%가 물이다. 인간의 65%가 물로 되어있고, 소금은 아주 작은 양만 필요하다. 우리 조직 속에 들어있는 염과 광물질은 바닷물과 비슷하지만, 이상하게도 우리는 그 바닷물을 마시지 못한다. 소금을 너무 많이 먹으면 탈수 때문에 오는 마비, 의식불명, 뇌손상, 신장 기능 장애 등 대사과정에 위기상황이 온다.

-물 중 97%는 바다에 있다. 태평양은 대서양과 인도양보다 300m 더 깊다. 지구 표면의 60%는 바다이므로 지구(地球)가 아니라 수구(水球)가 더 적절하지 않을까? 물 중 나머지 3%는 민물인데, 그 대부분은 빙하로 존재한다. 0.036%만이 강과 호수와 바다 등에 있고, 겨우 0.001%만이 구름이나 수증기로 존재한다. 얼음의 90%는 남극에 있고, 나머지의 대부분은 그린란드에 있다. 남극에서의 얼음의 두께는 3km나 되지만, 북극에서는 4.5m에 불과하다. 태평양은 지구의 자전에 의한 원심력으로 서쪽의 해수면이 약 45m 정도 더 높다.

○생명의 기원 : 인체에는 100만 가지 정도의 단백질이 들어 있다. 흔한 단백질의 하나인 콜라겐은 1055개의 아미노산을 정확한 순서로 연결해야 한다. 자연에서는 생명과 관련된 화학 반응들이 실제로 아주 흔한 일이지만, 인간의 실험에서는 그런 반응을 흉내 낼 수 없다. 불가능하다. 이러한 사실은 인간은 생명에 대해 확실하게 알아낼 수가 없다는 뜻이다.

-지구의 표면이 딱딱하게 굳어진 후의 생명의 역사는 38억 5000만 년 전이다. 생명은 조건이 적당하기만 하면 어느 곳에서나 출현할 수 있는 물질의 자연스러운 발현이다.

-지금까지 살았던 모든 식물과 동물들은 모두 동일한 원시생물에서 시작되었다. 그런 원형질 덩어리가 스스로 갈라져서 후손을 만들어낸 것이다. 한 생명으로부터 아주 작은 양의 유전물질이 다음 생명에게로 전해졌고, 그 이후로는 그런 일이 한 번도 멈춘 일이 없었다. 그것이 바로 우리 생물 모두가 창조되는 순간이었다. 생물학자들은 그 순간을 “대탄생(Big Birth)”이라고 한다.

○작은 세상(미생물의 세계) : 박테리아는 우리 주위에 상상도 할 수 없을 정도로 엄청나게 많이 존재한다. 피부 전체에 1조 마리, 소화기관에 400종의 100조 마리가 넘는다. 콧구멍, 머리카락, 눈썹, 눈물 속, 이빨에도 살고 있다. 사람의 몸에는 1경(京) 개의 세포가 있는데 박테리아는 10경(京) 마리나 있다. 그러므로 박테리아는 인체의 중요한 구성요소이다.

-박테리아는 물을 정화하고, 비타민을 합성하고, 섭취한 것을 당(糖)으로 바꿔주며, 모든 것을 부패하게 해주고, 외래 미생물과 싸워 물리쳐주기도 한다. 공기 중의 질소를 빼앗아서 유용한 아미노산으로 변환시켜주는 일도 해준다. 무엇보다도 조류(藻類)를 비롯한 작은 미생물들이 엄청난 양의 산소를 생산해 우리가 숨을 쉴 수 있도록 해준다.

-미생물(微生物)은 현미경으로 볼 수 있는 크기의 생물로, 균류(菌類)·세균류(細菌類)·원생생물·조류(藻類)·리케차·바이러스 등이 포함된다. 미생물은 펄펄 끓는 곳과 남극대륙의 차가운 곳, 바다의 깊은 곳, 바위 속은 물론, 지구의 땅속에도 지표면보다 더 많은 미생물들이 철, 황, 망간 등을 먹으면서 살고 있다.

-태고의 세계에서는 20억 년 동안 박테리아 정도의 생물체가 유일한 생명이었다. 그 후 10억 년이 지나는 사이에 남조류인 “시오노박테리아”가 물을 빨아들여 수소를 섭취하고 폐기물인 산소를 뿜어내는 광합성의 방법을 발명했다. 이때 다른 생물들은 산소의 독성에 깜짝 놀랐을 것이다. 남조류들은 점차 조금 더 끈적끈적해졌고 작은 입자들이 단단한 구조를 만들었는데, 그것이 바로 살아 있는 돌인 “스트로마톨라이트”이다. 호주 북서부 해안에서 쇠똥처럼 생긴 스트로마톨라이트를 볼 수 있다.

-생명이 진화하는 데에 오랜 세월이 걸린 이유는 대기 중에 충분한 양의 산소가 있을 때까지 기다려야 했기 때문이다. 산소의 농도가 짙어지자 박테리아들은 서로 침략하고 포획되어 갑작스럽게 핵과 세포소기관을 가진 복잡한 “미토콘드리아”가 나타났다. 식물에서는 엽록체(葉綠體)를 만들어서 광합성을 했다. 미토콘드리아는 모래알 정도 크기에 10억 개의 미토콘드리아가 들어갈 정도로 아주 작다. 미토콘드리아는 산소를 이용해 영양분으로부터 에너지를 방출시킨다. 그러므로 생물체가 흡수한 모든 영양분은 미토콘드리아를 먹여 살리는 데에 사용된다. 그들은 박테리아처럼 생겼고, 박테리아처럼 분열한다.

-이제 새로운 형태의 세포는 핵이 없는 원핵세포(原核細胞)에서 핵이 있으면서 1만 배까지 커지고 DNA가 1000배나 더 많은 진핵세포(眞核細胞)로 발전했다. 이제 세상은 식물처럼 산소를 배출하는 생명체와 인간처럼 산소를 소비하는 생물체의 2종류가 지배하게 되었다. 그런 후 10억 년이라는 오랜 세월이 걸려서 더욱 독특한 마술로 “다세포 생물”을 만들어냈다.

-미생물은 대부분 인간에 대해 중립적이거나 긍정적이지만, 1000종 중 1종 정도가 인간에게 독성을 나타낸다. 발열과 오한, 염증, 말라리아, 황열, 댕기열, 뇌염 등을 발생시켜 사망하게 하기도 한다. 바이러스들은 새롭고 놀라운 형태로 느닷없이 세상에 출현했다가 갑자기 사라지는 기막힌 능력도 가지고 있다. 미생물은 거의 어떤 조건에서도 생존할 수 있다. 환경이 좋지 않을 경우에는 대사과정을 중단한 채로 환경이 좋아질 때까지 기다린다.

○지구 생명의 역사 : 모든 생물은 삼배엽성(三胚葉性)이다. 정자에 의해 수정되어 만들어지는 배(胚)는 분할과정에서 (1)피부와 신경계가 될 외배엽 (2)순환계와 근육, 골격 등이 될 중배엽 (3)그리고 소화계와 허파, 배설계가 될 내배엽을 형성하고 있다.

-45억 5000만 년 지구의 역사를 하루라고 친다면, 최초의 단세포 생물은 새벽 4:00시경에 출현했다. 그러나 그로부터 16시간 동안은 아무런 발전이 없었다. 그 후 저녁 8:30분에 마침내 해양생물이 처음 등장했고, 저녁 8:50분에 최초의 “에디아카라 동물군”이 등장했다. 에디아카라는 입, 항문, 소화시킬 내장도 없는 이배엽성 생물이다. 밤 9:40분에 삼엽충이 헤엄을 치며 등장했고, 이어 바위에 붙어사는 갑각류들이 나타났다. 밤 10:00시 직전에 식물이 느닷없이 출현, 그 직후에 육상동물이 나타나기 시작했다. 지구는 온화한 기후 덕분에 밤 10:24분이 되면서 거대한 숲으로 덮였고, 처음으로 날개가 달린 곤충이 등장했다. 공룡은 밤 11:00 직전에 등장하여 45분 정도 무대를 휩쓸다가 밤 11:39분에 사라지면서 포유류의 시대가 시작되었다. 인간은 밤 11:59:43초에 나타났다. 그 때 지구에는 운석이나 혜성이 지구에 충돌하여 끊임없이 불꽃이 번쩍였고, 대륙은 서로 충돌하여 산들이 솟아오르고 바다가 형성되었으며, 빙하가 커졌다가 줄어들기도 했다.

-생물은 육상에서 살기 위해 해부학적으로 엄청난 변화를 겪어야 했다. 척추를 가져야 했고, 물이 아닌 산소를 마시는 방법을 갖추어야 했다. 바닷속에는 무엇이나 먹어치우는 난폭한 포식동물이 출현하여 많은 생물들이 물 바깥에서 살길을 찾아야 할 필요성이 더 절실했다.

-육상 생물이 번성했던 데본기와 석탄기의 산소 농도는 오늘날의 20%보다 훨씬 높은 35%였기 때문에 놀라울 정도로 크게 자랄 수 있었다. 한편 커다란 동물들의 공격을 피해 날아다니는 방법을 배우게 된 것이 곤충들이다. 그때에는 나무와 식물들도 엄청난 크기로 자랐고, 잠자리들은 까마귀 정도의 크기로 자랐다. 지구에 고등생물이 출현한 것은 “캄브리아 폭발”에서부터였다고 하지만, 새로운 생물종이 갑자기 나타난 것이 아니라 몸집이 커졌던 시기였다. 공룡이 사라진 후에 포유류의 몸집이 놀랍도록 커졌다.

-대략 4억 년 전에 육상동물이 처음 등장한 이후로 양서류와 파충류, 그리고 거북의 시대를 거쳐 원시 포유류로 진화했다. 공룡의 위협으로 파충류는 대부분 사라졌지만, 일부는 굴을 파고 들어가 살았는데 생쥐보다 큰 것은 거의 없었다. 그로부터 1억 5000만 년을 기다린 2억 5000만 년 전부터 우리 포유류의 시대가 시작되었다.

-지구의 역사에는 순서대로 (1)오르도비스기(-4억 4000만 년 전)→(2)데본기(-3억 6500만 년 전)→(3)폐름기(-2억 4500만 년 전)→(4)트라이아스기(-2억 1000만 년 전)→(5)백악기(-6500만 년 전)의 5차에 걸친 대규모 멸종과 함께 수를 헤아리기 어려운 소규모의 멸종사건이 있었다. 가장 큰 멸종사건은 폐름기였다. 지구에 존재했던 생물 종 중에서 99.9%는 우리와 함께 살고 있지 않다.

-멸종의 원인은 지구 온난화와 냉각, 해수면의 변화, 바다에서의 산소 고갈, 전염병, 해저에서 대량 방출된 메탄가스, 운석과 혜성의 충돌, 초대형 태풍, 거대한 화산 폭발과 이에 따른 바닷물의 상승, 비극적인 “태양플레어” 등이다. 태양플레어는 갑자기 강한 자외선, 우주선, X선을 동반한 섬광의 고에너지 입자들이 태양에서 쏟아져 엄청나게 많은 생물들이 불에 타서 죽게 되는 현상을 말한다. 멸종사건에도 불구하고 몇몇 종들은 번성했다. 어둡고 적대적인 세상에서는 작고, 온혈이고, 야행성이고, 아무것이나 먹을 수 있고, 조심성이 많은 동물들이 훨씬 유리했다. 우리는 오랜 세월 동안 우리의 선조가 끊임없이 멸종의 위기를 피할 수 있었기에 지구에 존재하게 되었다는 사실은 분명하다.

-스웨덴의 린네는 동물을 포유류, 파충류, 조류, 어류, 곤충류, 그리고 여기에 속하지 않은 많은 벌레들을 연형동물(蠕形動物)로 하여 모두 6부류로 나누었다. 과학자들 중에는 지구상의 동물과 식물 중에서 아직도 97%는 발견되지 않고 있을 것이라고 했다. 사실 대부분의 생물은 매우 작아서 발견하기가 어렵다. 한줌의 흙을 움켜쥐면 진균류, 담균충, 편형동물 등 미확인 미생물이 100억 마리나 들어있을 것이다. 지구의 모든 지표면과 지하와 바다를 샅샅이 헤치면서 찾는다는 것은 거의 불가능에 가깝다.

○모든 것이 단 하나의 세포에서 시작된다. 첫 번째 세포가 둘로 분할되고, 둘이 넷이 되는 일이 계속된다. 그런 분할이 47회만 반복되면 1경(京) 개의 세포가 생기게 되면서 인간으로 태어날 준비가 끝난다.

-1개의 세포에는 2만 종의 단백질이 있고, 적어도 1억 개가 넘는 분자가 들어있다. 리소좀, 엔도좀, 리보솜, 페르옥시솜 등을 비롯한 온갖 크기와 모양을 가진 수백만 종의 단백질들이 역시 수백만 종의 다른 것들에 충돌하고 신호를 주고받으면서 배고픔을 알고, 영양분을 전달하고 영양분에서 에너지를 추출하며, 머리카락이 자라도록 하고, 뇌가 작동하도록 하며, 구조를 만들고 수선하며, 노폐물을 제거하고, 위협에 방어하는 등의 평범한 일들을 수행한다. 우리는 세포들에게 경이와 감사를 표해야 한다.

-단백질 종류는 20만 종이지만 그 중 기능을 알고 있는 것은 2%에 불과하다. 대기오염물질인 일산화탄소는 우리 몸에서 생산되어 혈액의 흐름, 세포의 에너지 수준 조절, 암세포 등의 병원체 공격, 후각의 조절, 심지어 음경의 발기를 도와준다. 폭발물인 나이트글리세린은 협심증의 심장 통증을 완화시켜주고 혈관벽의 근육을 이완시켜 혈액이 보다 자유롭게 흐를 수 있도록 해준다.

-세포들은 (1)세포막 (2)유전정보가 들어있는 핵 (3)그 사이에 바쁜 일이 일어나고 있는 세포질로 구성되어 있다. 세포 속의 단백질은 매초 수십억 번까지 회전하고 맥박 치며 서로 충돌하는 엄청난 속도로 움직이면서 분자를 만들고 또 만든다. 대부분의 세포는 1달 이상 사는 경우는 드물지만, 간세포는 몇 년 동안 살아 있을 수도 있다. 그러나 어느 한 조각도 9년 이상 된 것은 아무것도 없다.

-세포에서 가장 신비로운 사실은 평생 동안 모든 것이 잘 관리된다는 점이다. 그러기 위해서 세포들은 인슐린, 아드레날린, 여성 및 남성 호르몬과 같은 화학물질들이 외딴 곳에 있는 갑상선이나 내분비선에서 정보를 운반해오고 모든 세포들과 교신해서 서로 조화롭게 움직이도록 한다. 대부분의 세포는 죽어야할 때가 되면 죽는다. 감염이 되면 격렬하게 죽는다. 임무를 부여받지 못하면 저절로 자살한다.

-세포의 움직임 어느 부분에서도 사고(思考)의 과정은 찾아볼 수 없지만, 우리 몸이 잘 유지되도록 세포들은 저절로 스스로 알아서 임무를 수행한다. 즉, 각 세포들은 놀라울 정도로 전문적인 일을 스스로 알아서 수행하고 있다는 것이다.

○영국의 찰스 다윈은 1859년 <종의 기원>에서 생물은 오랜 세월에 걸쳐 “자연선택”에 의해 진화한다는 이론을 발표했다. 이 이론은 환경적응력이 높은 개체들이 생존하고 번식하여 그 자손이 더 많아지는 현상을 말하는데, 이 과정에서 변이가 발생해 개체들은 서로 다른 특징을 가지게 되고 이것이 종의 진화를 이끌어나가는 원동력이 된다는 것이다. 즉, 변이된 유전자가 환경 적응성이 높은 경우에는 해당 유전자가 더 많은 개체에게 전파된다는 것이다.

-그는 진화론을 발표하면서 모든 생물이 공통된 조상으로부터 발생하며, 모든 생물이 서로 연관되어 있다는 생각을 제시했다. 이러한 생각은 생물 다양성과 종의 변화를 설명하는 중요한 열쇠가 되었다.

○생명의 물질 : 사람들의 유전자는 신비하게도 99.9%는 똑같다. 0.1%의 작은 차이가 우리에게 개성을 부여한다. 세포의 핵 속에는 모(母)에게서 받은 23개와 부(父)에게서 받은 23개의 총 46개의 복잡한 덩어리로 되어있는 “염색체”가 있다. 그리고 당신의 몸에 있는 거의 모든 세포들은 같은 짝의 염색체를 가지고 있다. 염색체는 생명에게 필수적인 과정인 단백질 생성에 관여할 뿐만 아니라, 유전의 핵심이다.

-염색체는 당신을 만들고 유지시켜주는 데에 꼭 필요한 완전한 지시사항을 가지고 있으며, “데옥시리보핵산(DNA)“이라는 실 모양으로 생긴 작고 신기한 화합물로 되어 있다. 우리 몸속의 거의 모든 세포의 하나하나에 대략 1.8m에 이르는 엄청나게 많은 DNA가 들어있다. DNA의 97%는 비유전적인 것으로 아무 의미 없는 사슬일 뿐이고, 그런 사슬 중간의 여기저기에 결정적인 기능을 조절하고 체계화하는 부분이 들어있는데, 그것이 바로 ”유전자“들이다.

-유전자는 인체를 움직이는 지침서의 일종으로 단백질을 만드는 개별적인 지침에 해당한다. DNA분자의 모양은 나선형 계단이나 꼬인 줄사다리와 비슷한 이중나선인데, 구조의 골격은 데옥시리보스라는 일종의 당(糖)이고, 나선 모양의 분자 전체는 핵산(核酸)이기 때문에 “데옥시리보핵산(DNA)”이라고 부르개 되었다.

-DNA의 가장 중요한 특성은 복제의 방법인데, 한쪽 사슬만 가지고 있으면 언제나 필요한 짝을 찾아서 다른 사슬을 쉽게 만들 수 있다. 실제로 자연에서 일어나는 일은 바로 그런 것이다. 그런데 100만 번에 한 번 정도는 잘못된 자리에 들어가는 경우가 생기는데, 이런 경우를 “염기 다양성=스닙(Snip)”이라고 한다. 우리 모두의 유전자는 99.9%는 똑같지만, 0.1%가 다르다는 사실은 스닙에 의해서 설명된다. 스닙은 일반적으로 아무런 문제를 일으키지 않지만, 가끔씩 병에 걸리거나, 보호기능이 우수한 색소를 만들기도 하고, 높은 곳에 사는 사람들에게 적혈구 세포를 더 많이 만들어주기도 하며, 집단 전체에 누적되어 두드러진 개성을 가지게 하기도 한다.

-스위스의 연구자들이 인간의 DNA를 초파리의 세포에 넣어주었더니 초파리들은 그것이 마치 자신의 유전자인 것처럼 받아들인다는 사실을 밝혔다. 인간 유전자의 90%는 쥐의 유전자와 관계가 깊다. 우리도 쥐와 같이 꼬리를 만드는 유전자를 가지고 있지만 발현이 되지 않을 뿐이다. 5억 년 이상 공통의 조상을 가지고 있지 않았던 두 생물이 마치 자매인 것처럼 유전물질을 서로 바꿀 수 있다는 사실이 확인된 것이다.

-우리 인간의 염색체는 46개이고, 유전자는 풀과 비슷한 35000개이다. 35000개의 유전자들은 각각 독립적으로 작용하는 것이 아니고, 협력과 연합작용에 의해서 활동한다. 그러므로 일부 중요한 유전자를 파괴해도 다른 유전자들이 그 틈을 채워준다. 유전체는 우리가 무엇으로 만들어졌는가를 알려주기는 하지만, 어떻게 작동하는가에 대해서는 아무것도 알려주지 않는다.

-우리 인간도 38억 5000만 년에 걸친 오랜 세월 동안 점진적으로 조절, 변이, 그리고 행운의 수선 결과일 뿐이다. 놀랍게도 우리는 유전적으로 초파리나 채소에 더 가깝다. 바나나에서 일어나는 화학적 기능의 거의 절반 정도가 근본적으로 인간의 몸에서 일어나는 기능과 똑같다. 그러므로 모든 생명체는 하나이다.

제6부 우리의 미래

○빙하의 시대 : 지구의 역사에는 오랜 옛날부터 빙하기와 온화한 기후가 번갈아 나타났다. 지구가 정말 완전히 얼어붙었다면 어떻게 다시 따뜻해졌을까? 그것은 바로 지구의 뜨거운 내부가 구원해주었다. 화산폭발은 엄청난 양의 열과 기체를 쏟아내면서 캄브리아 폭발과 같은 현상이 있게 되었다. 현대 인류가 등장한 이후 지난 250만 년 동안에 지구에는 적어도 17차례의 극심한 빙하기가 있었던 것으로 보인다.

-지난번 빙하기가 절정에 이르렀던 2만 년 전에는 지구 육지의 약 30% 정도가 빙하에 덮여있었다. 오늘날도 지구의 10%는 빙하에 덮여있다. 지구는 또다시 약 1만 2000년 전에 있었던 대빙하기가 끝나고 그때부터 빠른 속도로 더워지기 시작했지만, 신드라이아스기라는 추운 기간이 갑자기 찾아와 1000년 동안 맹공격 후 다시 온도가 올라갔다.

-기후는 이산화탄소 농도의 증가와 감소, 대륙의 이동, 태양의 활동 등을 비롯한 많은 요인들에 의해 결정된다. 지난 50년 동안 수온은 2.5도나 올라갔고, 남극대륙을 비롯한 대륙빙은 놀라울 정도로 붕괴되기 시작했다. 우리가 두려운 것은 앞으로 추위로 얼어 죽게 되는 시대를 맞이할 것인지, 푹푹 찌는 더위의 시대가 찾아올 것인지를 알 수 없다는 것이다.

○신비로운 이족동물 : 생명체로서 우리 역사의 99.99999%는 침팬지와 같은 조상을 공유했다. 그런 후에 대략 700만 년 전에 새로운 존재가 아프리카 열대 밀림에서 벗어나 광활한 사바니 지역을 돌아다니기 시작했다. 그들이 바로 500만 년 동안 세계를 지배하던 “오스트랄로피테쿠스”들인데 모두가 똑바로 서서 걸을 수 있는 사람종이었다. 그들은 초기 인류들과 함께 살았음에도 불구하고 아주 간단한 도구마저도 사용했다는 흔적이 없다. 300만 년 전에서 200만 년 전의 기간 동안에 아프리카에는 6종의 초기 인류가 공존했던 것으로 보이는데, 그 중 하나만이 살아남았다. 호모가 바로 그들이다.

-일반적으로 호모는 호모 에렉투스에서 시작되어 우리에 해당하는 호모 사피엔스에 이르게 되었다고 한다. 그 사이에 5-6종의 호모족이 있었다고 믿고 있다. 호모 에렉투스는 약 180만 년 전에서부터 대략 2만 년 전까지 살았다. 그 이전에 살았던 모든 종은 유인원과 같은 특성을 지녔고, 그 이후에 출현한 모든 종은 인간과 같은 특성을 지녔다. 불을 사용했고, 복잡한 도구를 만들었으며, 집단생활의 흔적이 있고, 늙고 병든 동료를 돌보았으며, 강력하고 재빠르고 재능이 있는 것으로 보였다.

-확실한 사실은 100만 년 전보다 훨씬 오래전의 어느 시기에 비교적 현대 인류와 가까운 새로운 직립원인이 아프리카를 떠나서 용감하게 지구 전체로 퍼져나갔다는 것이다. 그곳의 사람들은 호수가 말라버리고, 동아프리카 지구대 전체가 오늘날처럼 덥고 살기 어려운 곳으로 바뀌기 시작하면서 그곳에서 사라졌다.

○아프리카에는 돌도끼를 밟지 않고는 걸을 수 없는 곳이 있는데, 그 도구는 아무런 쓸모가 없는 것이었는데 그것은 호모 에렉투스였을 것으로 짐작할 뿐이다. 그러나 탄자니아 올두바이 계곡의 도구는 물건을 자를 수 있는 것이었고, 그것보다 더 발전된 도구로는 프랑스 북부 아미엥에서 발굴된 아슐리안 도구가 있었다. 동남아와 중국 전체에서는 올두바이 도구들만 발견되었고, 유럽과 중동에서부터 오늘날의 방글라데시 부근까지는 아슐리안 도구가 발견되었다. 이러한 발견으로 인류는 2차례에 걸쳐 아프리카를 떠났다는 주장을 하는 학자들도 있다. 우리로 진화하게 된 초기의 현대 인류가 10만 년쯤 전에 아프리카를 떠나올 때는 아슐리안 도구가 첨단기술의 산물이었던 것이다.

-1947년 캘리포니아대학의 버클리연구진은 147명의 DNA분석을 통해 해부학적으로 현대 인류가 출현한 것은 지난 14만 년 전 아프리카에서 살았고, 오늘날의 모든 인류는 그 집단으로부터 유래되었음을 밝혀냈다.

○지난 5만 년 동안 인간이 가는 곳이면 어디에서나 엄청난 수의 동물들이 사라졌다. 자동차만한 거북, 6m 정도의 왕도마뱀, 75cm의 날지 못하는 도도새, 10톤의 거대한 짐승 스텔라바다소, 테즈메니아 호랑이, 캐롤라이나 쇠앵무새, 꿀빨기 멧새류의 크레이트 핀치, 바트만 휘파람새 등과 그 외의 많은 생물종이 영원히 인간의 곁을 떠났다.

-1890년부터 미국 뉴욕주에서는 퓨마를 잡아오면 보상금을 지급한 이후로, 많은 주와 나라에서 이러한 제도를 시행하여 수많은 동물종이 사라졌다. UN은 1995년에 지난 400년 동안에 멸종된 동물은 500종이 조금 안되고, 식물은 650종이 조금 넘는다고 발표했다. 이런 사실은 생명의 역사와 감시를 인간에게 맡기면 안된다는 것을 말해준다.

-그러나 우리가 확실하게 알고 있는 것은 지구가 하나뿐이라는 사실과 상황을 충분히 개선할 수 있는 생물도 단 하나뿐이라는 것이다. 이제 겨우 인간은 이러한 사실을 깨닫기 시작했다. 긴 인간의 역사에서 무수한 역경과 행운이 있었지만, 우리는 이제 종말이 찾아오지 않도록 하기 위해 행운 이상의 노력으로 그 비결을 찾아내야만 한다. (끝)