2.칼세이건의 코스모스.우주라는바다...
저는 항상 지구의 생명을 보고 의문을 가졌습니다.
다른 항성 주위를 공전하는 수많은 행성에도
우리처럼 생명이 살고 있을까요?
그들은 지구의 생명형태와 닮아있을까요?
아니면 전혀 다른 모습일까요?
그들은 어떤 물질로 부터 나타났을까요?
이렇게 거대고 드넓은 은하에서
어떤 것을 생명이라 부를 수 있을까요?
생명이 넘치는 우리 지구를 보면,
또 갖가지 생명 형태를 탐구하다보면
한가지 질문에 다다르게 됩니다:
우리는 누구인가?
지구상에 살고 있는 모든 생명은 유기 분자로 되어있습니다.
고도로 복잡한 지극히 작은
탄소 원자 구조입니다.
우주의 적막한 어둠속에 떠도는
거대한 가스와 먼지구름속에도
유기분자가 존재하는데
이 속에서는
새로운 별이 탄생하는 과정이 진행되고 있습니다.
아마도 그 표면은 유기분자로 가득할 것입니다.
이들 유기분자는 생명의 재료이긴 하지만
생명체가 되지는 않을 것입니다.
적절한 환경이 되어야 생명체로 발전할 수 있습니다.
우주전체에 이런 유기체가 아주 많이 있습니다.
이들은 우주 어디에서나 같은 화학작용으로 만들어집니다.
아마도...
적절한 환경에서 충분한 시간이 지나면 필연적으로 생명이 나타나고 발전할 것입니다.
어떤 행성은 생명이 태어날 수 있는 환경이 아닐 수 있으며
어떤곳에서는 생명이 나타나고 사라져 갈 것입니다.
아니면 가장 단순한 생명형태로도 발전하지 못할 지도 모릅니다.
그리고 우주 저편 어딘가에는
우리보다 더 발전된 문명과 지능을 갖춘 생명이 살고 있을지도 모릅니다.
지구상의 모든 생명은 서로 밀접한 관계를 가지고 살고 있습니다.
지구상의 생명은 특정한 유기화학작용과 특정한 진화의 결과입니다.
지구의 생물학은 그런면에서 특정한 경우에 제한되어있다고 할 수 있습니다.
생물학자들은 수많은 생명의 가능성중에
한가지만을 연구하고 있습니다.
저 넓은 우주에 우리만이 유일한 생명일까요?
아니면 수많은 여러 형태의 생명이 살고 있을까요?
이 푸른 행성에서 우리가 태어나고 자라났습니다.
생명이 없던 때도 있었지만
우리 지구엔 현재 생명이 살고 있습니다.
생명이 어떻게 나타나게 되었을까요?
유기 분자가 어떻게 만들어질 수 있었을까요?
어떻게 생명이 나타나서
그 자신의 생명의 기원을 찾을 수 있을 정도로
정교하고 복잡한 존재까지 될 수 있었을까요?
자, 이제 지구의 생명에 대한 이야기를 해 보도록 하겠습니다.
옛날 옛적에
12세기의 일본은
헤이케라는 무사집단이 지배하고 있었습니다.
그때 헤이케의 우두머리는 앤토쿠라는 7살짜리 꼬마였습니다.
그냥 명목상 일본의 왕이었습니다.
그의 할머니 니이가 그를 보호하고 있었지요.
그시대에 헤이케는 또다른 무사집단인 겐지와
기나긴 피비린내나는 전쟁을 하고 있었습니다.
그들은 서로 왕권의 정통성을 주장하며 싸웠습니다.
1185년 4월 24일,
다누우라라는 섬에서 그들은 최후의 결전을 벌입니다.
이 전투에서 헤이케는 수적으로나 전술적으로 밀려서
결국 완전히 지고 말았습니다.
살아남은 헤이케 전사들은 스스로를 바다에 던져 자살했습니다.
왕의 할머니였던 니이는
적에게 잡히지 않기 위해 결심을 하게됩니다.
'헤이케 이야기'에 다음과 같은 이야기가 나옵니다:
"어린 왕이 할머니에게 물었습니다.
'어디로 가는거예요?'
그녀는 눈물을 흘리며 어린 왕을 위로했습니다.
그녀는 눈물을 흘리며
어린 왕의 작고 어여쁜 손을 모으게 했습니다.
그는 먼저 동으로 몸을 돌려
그들의 신 이쎄에게 작별을 고하고
다시 서쪽으로 몸을 돌려
부처에게 기도했습니다.
니이는 어린 손자를 끌어안고 말했습니다:
'저 깊은 바다속에 우리 왕국이 있을것이야'
그리고는 손자와 같이 바다에 몸을 던졌습니다."
다누우라 전쟁의 패배로
헤이케의 30년간의 일본 지배가 끝나게 됩니다.
헤이케는 역사에서 완전히 사라졌습니다.
43명이 살아남았습니다만 모두 여자였습니다.
그들은 꽃을 팔거나
근처 바닷가 어부들의 허드랫일을 도우며 살게 되었습니다.
이들과 그 후손들은
다나우라 전투를 기념하는 날을 정해 축제를 벌였습니다.
오늘날까지 매년 5월 24일에
그들의 자손들은 아카마 신사에서
수장된 어린왕 앤토쿠를 기리는 제사를 지내고 있습니다.
그곳에서 그들은 헤이케 전사들의 삶과 죽음을 기념하는 행사를 하는 것입니다.
그런데 이 이야기에는 이상한 뒷이야기가 있습니다:
어부들이 말하길
헤이케의 무사들이 게의 모습으로 환생해서
바다밑에 살고 있다는 겁니다.
그곳 바다에는 등껍질에 이상한 모양을 한 게들이 살고 있습니다.
그 모양은 마치
험상궂은 얼굴을 한 고대 일본의 무사얼굴을 연상시킵니다.
어부들은 이 헤이케 게를 잡아도 먹지 않습니다.
그들은 다나우라 전투에서의 불행한 사건을 생각하며
게를 다시 바다로 되돌려보냅니다.
이 전설에는 재미난 문제가 있습니다.:
어떻게 무사의 얼굴모양의 게가 나타게 되었을까요?
어떻게 그렇게 되었을까요?
그 답은 인간이 그런 모양을 만들었다고 할 수 있습니다.
그렇지만 어떻게?
다른 많은 형질과 마친가지로 게의 등껍질 모양은 유전됩니다.
그러나 인간도 마찬가지지만 게에게도 서로다른 유전 형질이 있습니다.
자, 이 게의 머나먼 조상게를 상상해보겠습니다.
사람 얼굴을 아주 조금 닮은 게가 나타나났다고 칩시다.
다나우라 전투보다 아주 오래전에도
어부들은 인간얼굴 모양의 게를 먹기는 꺼림찍했을겁니다.
어부들이 인간얼굴 모양의 게를 바다로 되돌려 보내면서
그들은 선택의 과정을 되풀이한 것입니다.
만약 여러분이 보통 등껍질의 게라면
아마도 인간은 여러분을 먹어버릴겁니다. :)
그러나 등껍질이 조금이라도 사람을 닮았다면
인간은 여러분을 다시 바다로 돌려보낼것이고
여러분은 여러분을 닮은 자식게를 낳을 것입니다.
그런 어부-게의 관계로
많은 세대가 지나면 결국
무사 얼굴 모양과 더 많이 닮은 등껍질의 게만이 선택적으로 살아남을 것입니다.
이렇게해서, 그냥 사람얼굴도 아니고
그냥 일본인 얼굴이 아닌
무사 얼굴 등껍질게가 생기게 된겁니다.
이것은 게가 원해서 된것이 아닐것입니다.
선택은 외부의 조건에 의해 이루어졌습니다.
사무라이 얼굴을 닮을수록, 살아남을 가능성이 높아지는겁니다.
그래서 결국, 무사얼굴 모양의 게가 아주 많아졌습니다.
이런 과정을 인공도태(artificial selection)라고 합니다.
헤에케게의 경우는
어부의 의식적인 선택에 영향을 받았습니다.
확실히 게의 의사와는 관계없는 것이었지요.
인간은 수천년 동안
식물과 동물에서 이러한 의도적인 선택을 해왔습니다.
우리 주위에 많은 가축과 과일, 채소들이 있습니다.
그것들은 어데서 왔을까요? 야생에서 사유롭게 살던 그들이
스스로 농장에서의 안락한 삶에 적응했을까요?
아닙니다.
그들은 거의 모두가 우리 인간에 의해 만들어진겁니다.
말이나 소, 쌀이나 헤이케게에 적용된
인공도태의 핵심은 다음과 같습니다:
많은 형질이 유전되어 번성합니다.
인간은 어떤 형질은 계속 재생산되도록 하고
어떤 형질은 재생산되지 못하도록 억제합니다.
그래서 선택된 형질은 결국 계속 남고
선택되지 않은 형질은 점점 사라지고 결국 없어질 것입니다.
그런데 이러한 인공도태에의한 변화가
겨우 몇천년동안 이루어진 것이라면
10억년간 계속된 자연선택(natural selection)의 결과는 어떤것일까요?
그것은 이세상의 모든 아름다움과 생물학적 다양성으로 나타났습니다.
생명은 오래전부터 있어왔습니다.
인간에의해 만들어진 가축이나 채소같은것도 있지만
오래된 바위에도 생명의 흔적이 있습니다.
화석의 증거가 명백히 보여줍니다.
한 때 수많은 종류의 생명이 살았으며
지금은 완전히 사라졌다는 사실을요.
현재 살고있는 종류보다 멸종한 종이 더 많습니다.
그들은 진화의 과정중에 사라져 버렸습니다.
이녀석은 6억년 전에 나타난 삼엽충(trilobite)이라는 놈입니다.
이들은 3억년동안이나 지구상에 살았지만
모두 사라졌습니다. 한마리도 남지 않았습니다.
그런데 이런 오래된 바위에는 인간이나 가축의 화석은 없습니다.
우리들은 아주 최근에 나타났기 때문이지요.
진화는 사실입니다.
절대 이론이 아닙니다.
진화는 지금도 계속되고 있습니다.
자연선택이라는 진화의 과정을 밝혀낸것은
다윈(Charles Darwin)과 월레스(Alfred Russel Wallace)였습니다.
진화가 어떻게 이루어지는지 보죠.
자연은 생명으로 넘칩니다.
수많은 생명이 태어납니다만 살아남을 수 있는건 적습니다.
환경에 적응하지 못한 종들은 살아남을 수 없습니다.
아니면 아주 조금만 살아남죠.
잘 적응할 수 있도록 유전형질에 갑작스런 변화가 생긴 어떤 종들은 살아남아 번성합니다.
환경은 더 잘 살아남을 수 있도록 돌연변이한 종들을 선택합니다.
이렇게 서서히 변화한 결과가 쌓여서 새로운 종의 기원이됩니다.
이러한 자연선택과 진화론 때문에
많은 사람들이 논쟁에 빠졌습니다.
우리 조상들은
생명의 복잡함과 아름다움을 보았고
자연이라는 디자이너가 만들어낸 결과를 봐왔습니다.
가장 단순한 미생물도
여기보이는 복잡한 시계보다 더 복잡합니다.
게다가 이 시계는 스스로 만들어지거나
할아버지 시계로부터 서서히 진화히지도 못합니다. :)
시계는 시계쟁이가 만들어냅니다.
이것에서 부터 원자가 서로 만나
민들레같은 것이 될 수 있을 것 같지는 않아보이는군요.
이러한 자연의 과정이야 말로
인간이 생물학을 통해 밝혀내고자 하는 것입니다.
그러나 다윈과 월레스가 밝혔던것처럼
다른 방법이 있습니다.
모든 생명에 적용되는 원칙이지요.
영겁의 시간동안 계속되어 생명을 더욱 풍요롭게 한 자연선택이라는 것입니다.
기나긴 생명의 과정을 이해하기 위해서
우주전체의 시간을 우리의 1년으로 압축해 보겠습니다.
우주의 시작은 1월 1일입니다.
1달은 100억년이 조금 넘습니다.
우주 1년의 2/3가 지나서야 지구가 생겨났습니다.
우리가 알고있는 생명의 역사는 아주 짧습니다.
우주달력의 오른쪽 아래 작은 흰점에 보이는 것 처럼
12월 31일의 마지막 몇초간만이 기록되어있을 뿐입니다.
우주의 많은곳에서 여러 방법으로 생명이 번성하겠지만
지구에서의 생명은 어느정도 전형적인 과정을 겪었을 것입니다.
그러나 지구에서의 세세한 생명의 역사는
아마 은하 전체에서도 특이한 형태일 것입니다.
시간과 죽음, 그것이 진화의 비밀입니다.
긍정적인 돌연변이가 서서히 축적될 수 있는 시간과
생명이 죽음으로써 새로운 종이 나타날 수 있는 여지를 줍니다.
우주 달력의 9월쯤에 지구상에 생명이 나타났습니다.
지구에 여전히 외부로부터 여러 물질이 모여들던 때입니다.
저기 보이는 달과 비슷한 모양이었을지도 모르겠네요.
지구의 나이는 450억년 정도입니다.
우주 달력의 9월 14일쯤에
성간 가스와 먼지가 뭉쳐져서 만들어졌습니다.
화석의 기록에 의하면 생명은 한참 후에 나타납니다.
9월 25일 경인데
아마도 원시 지구의 바다와 같은 곳에서 태어났을 것입니다.
첫 생물체는 단세포생물보다 더 단순한 모양이었습니다만
그것은 이미 대단히 복잡한 생명형태였습니다.
아니, 첫 생명의 탄생은 보다 소박했습니다.
분자수준의 형태였을 것입니다.
번개와 태양에서온 자외선이
수소로 가득한 원시 지구대기를 때렸습니다.
분자조각들은 자연히 재결합해서 점점더 복잡한 분자가 되었습니다.
이렇게 만들어진 여러종류의 복잡한 분자들은 바다물에 녹아들어
유기체의 수프같은 모양이 되었습니다.
그리고 서서히 점점더 복잡해졌습니다.
그러던 어느날, 우연히
우연히 유기체 수프의 다른 재료를 이용해
자기자신의 복사판을 만들어낼 수 있는 분자가 생겨났습니다.
이것이 DNA의 조상이었습니다.
지구의 모든 생명의 기본이되는 유기체입니다.
DNA는 4개의 다른 부분으로 이루어져있는데, 뉴클리오타이드(nucleotide)라고 부릅니다.
이것은 유전정보를 구성하는 4개의 문자입니다.
유전을 위한 언어라 할 수 있습니다.
DNA의 나선형 계단을 이루는 각각의 뉴클리오타이드는
여기 이 모델에서 다른 색으로 표시되어 있습니다.
유기체가 다르면 그안의 유전정보도 다릅니다.
이것이 유기체들이 서로 다른 이유입니다.
돌연변이는 뉴클리오타이드에 변화가 생기는것인데,
유전정보의 버그라고 생각하면 됩니다.
돌연변이는 임의로 생기는 것이기 때문에 유전정보를 망치게됩니다.
그래서 다음세대에 해가 됩니다.
그런데 아주 드물게는
우연히도 원래 유전정보도다 더 나은 정보가 되어 이로인해 유기체가 진화하게 됩니다.
DNA는 여기 보이는 모델보다 10억배정도 작습니다.
여기 사과처럼 보이는 덩어리들 하나하나는 원자입니다.
과학적 방법을 통하지 않고서는
생명을 이루는 이 작은 조직을 볼 수조차 없는거지요.
10억년쯤 전에
DNA의 조상이 분자를 조작해서 자기자신의 복사본을 만들어 냈습니다.
그때는 포식자가 없었기 때문에 세상은 생명의 물질로 가득했습니다.
바다와 웅덩이는 이러한 분자들로 가득찼습니다.
태초의 정원이라 할 수 있습니다.
이러한 자기복제와 돌연변이, 자연선택를 통해서
미생물의 진화는 계속되었습니다.
특별한 기능을 하는것들 끼리 모여서
집단을 이루었는데, 이것이 최초의 세포였습니다.
그리고 마침내 다른 유기체를 먹기 시작했습니다.
그리고 이 즈음해서, 태양빛을 이용해 스스로의 재료를 만들수 있는 식물형태가 나타나서
곧 바다가 푸르게 변했습니다.
그리고 단세포 식물이 모여서서
최초의 다세포 생물이 나타났습니다.
11월 초에 또다른 중요한 사건이 있었는데,
암수의 구분이 생긴겁니다. 어떤 세균에서 우연히 나타났습니다.
12월 1일쯤에, 푸른 식물체가
엄청난 양의 산소와 질소를 대기중으로 뿜어냈습니다.
우리의 대기는 생명이 만들어낸 것입니다.
그리고 12월 15일쯤에 갑자기
수많은 새로운 생명형태가 폭발적으로 늘어났습니다.
이 사건을 캄브리아 폭발(Cambrian explosion)이라 부릅니다.
화석의 증거를 통해서 지구가 형성된 후 얼마 안되어 생명이 나타났다는 것을 알아냈습니다.
이 사실은 우주 전체에 셀수 없이 많이 있을 지구형 행성에서도
비슷한 화학적 과정의 필연적 결과로 생명이 나타날 수 있음을 말해줍니다.
그러나 지구에서는 거의 40억년 동안이나 조류(藻類)보다 더 발전한 형태가 나타나지 않았습니다.
생명 그자체의 시작보다도
더 복잡한 형태의 생명 형태가 나타나기는 더 어렵다는 이야기죠.
그렇다면 은하계에 존재하는 많은 행성들엔
미생물로 가득할지는 몰라도
식물이나 지적 생물 같은 더 큰 존재는 상당히 드물것입니다.
12월 18일쯤에 어마어마한 수의 삼엽충이 바다밑을 기어다녔고
형형색색의 껍질을 뒤집어 쓴
오징어처럼 생긴 생물이 온 바다를 헤엄쳐다녔습니다.
우리는 그 후의 자세한 변화를 그려볼 수 있습니다.
최초의 어류와 척추동물이 12월 19일에 나타났습니다.
12월 20일에 식물이 육지위로 오르기 시작했습니다.
12월 22일에 최초의 날개달린 곤충이 하늘을 날았습니다.
또한 이날에 최초의 양서류가 나타났는데
폐어(肺魚)같은 생물이
물속과 육지에서 동시에 살 수 있었습니다.
인류의 직접 조상이 바닷가 어딘가에 살기 시작했습니다.
12월 23일에 최초의 나무와 파충류가 나타났습니다.
이 둘은 진화의 놀라운 결과입니다.
우리 인간은 그들 파충류중 어떤 종의 후손입니다.
12월 24일에 공룡이 나타났습니다.
많은 종류의 공룡이 살았습니다.
그들은 한때 지구의 주인이었죠.
많은 공룡이 두발로 서서 걸었으며, 상당히 영리했습니다.
거대한 도마뱀들이 정글을 누볐습니다.
공룡들이 눈치채지 못하는사이 새로운 종이 나타났습니다.
힘없이 무기력한 작은 생물이
수줍은 첫등장을 준비하고 있었던것입니다.
12월 26일에 최초의 포유동물이 나타났고
그 다음날 최초의 조류(鳥類,새)가 나타났습니다.
그러나 여전히 지구는 공룡이 지배하고 있었습니다.
그러다 갑자기, 지구상의 모든 공룡이 한순간에 사라졌습니다.
이유는 모릅니다. 그러나 이것만은 알 수 있습니다:
1억 6천만년 동안 살아왔을지라도 그것이 생존을 보장하진 않는다는것을.
지구상에 최초의 꽃이 필 때쯤 공룡은 사라졌습니다.
12월 30일에 사람과 조금이나마 닮은 최초의 생명체가 나타났습니다.
그들은 두뇌가 굉장히 컸습니다.
그리고 결국, 12월 마지막날 저녁때쯤
겨우 백만전 전에
최초의 인간이 우주 달력에 모습을 드러냈습니다.
인간의 역사 기록은
겨우 우주 달력의 마지막 10초만을 기록하고 있습니다.
자, 우리 조상이 어떻게 생겼는지 더 가까이 가보죠.
단순해진 화학적 환경으로 인해
우리 지구의 역사는 새로운 순간을 맞이하게 됩니다.
원시 바다에는 수많은 분자가 있었습니다.
어떤것은 물을 좋아했지만 어떤것은 물에 약했습니다.
이들은 서로 모여서
비누방울같은 원형 껍질을 이루어 그 안쪽을 보호했습니다.
이 거품 안쪽에 DNA의 조상이 자리를 잡았으며
결국 최초의 세포가 생겨났습니다.
수억년이 지나 식물이 나타나 산소를 내뿜었습니다.
그러나 이 가지에서 인간이 되지는 않았습니다.
산소를 흡수해 호흡하는 박테리아가 나타난건 10억년 후입니다.
세포핵을 가진 세포가 생겨났으며
아메바처럼 생긴 이런 생물이 결국 식물이 되었습니다.
세포들이 모여 집단을 이루어
바깥쪽과 안쪽 세포가 서로다른 역할을 하며
바다 밑바닥에 붙어
바닷물에서 영양분을 걸러 섭취했습니다.
그리고 촉수가 나타나 먹이를 직접잡아
원시적인 입에 집어넣었습니다.
이 보잘것없는 우리의 조상에서
내부에 기관을 가지고 가시같은 피부로 무장한 동물이 나왔습니다.
우리의 친척인 불가사리 같은것들이요.
그러나 우리는 불가사리에서 오지 않았습니다.
5억 5천만년전 쯤에
먹이 조각을 걸러서 먹을 수 있는
새열(gill slit)이 나타났습니다.
진화의 한 가지는 별벌레아재비류(acorn worms)로 발전했으며
다른 가지는 새끼때 자유롭게 바다를 헤엄칠 수 있는 생물로 발전했습니다.
그러나 그들은 어른이 되어서는 다시 바다밑 바닥에 붙어 살았습니다.
어떤것은 속이빈 튜브같은 생물이 되었지요.
그러나 다른것들은 바다를 헤엄칠 수 있는 형태를 계속 유지했고
등뼈 비슷한것을 가지고 자유롭게 헤엄쳤습니다.
우리의 조상이 이제 나옵니다.
5억년쯤 전에 턱이 없고 먹이를 걸러먹으며 살았던 어류로
칠성장어(lampreys) 처럼 생겼습니다.
작은 물고기에서 서서히 눈과 턱이 생깁니다.
그들은 서로 잡아먹기 시작했습니다.
빨리 헤엄치는놈이 살아남는거죠. 지느러미가 발달했습니다.
턱으로 먹이를 잡을 수 있기 때문에, 먹이를 걸러 잡던 틈이 숨쉬는 목적으로 사용됩니다.
이렇게해서 현대의 어류가 나타나게 됩니다.
여름동안에 늪지와 웅덩이가 말라붙어서
다음에 비가올 때까지 숨쉴 수 있도록 원시적인 폐를 가진 물고기가 나타납니다.
그들의 뇌는 점점 커졌습니다.
비가 오지 않으면 다른 늪지로 이동하는것이 더 손쉽습니다.
그것은 아주 중요한 적응형태였습니다.
최초의 양서류가 나타납니다. 아직 지느러미같은것이 달려있습니다.
양서류는 물고기처럼 물속에 알을 낳았습니다만 천적에게 먹히기 쉬운 곳이었습니다.
그러나 곧 대단한 것이 발명됩니다:
딱딱한 껍질을 가진 알을 땅위에 낳았습니다. 땅위에는 아무도 없었거든요.
파충류와 거북은 아직도 그렇게 살고 있습니다.
많은 파충류들이 다시는 바다로 돌아가지 않았습니다.
어떤것들은 공룡이 되었습니다.
공룡의 한 종이 깃털을 발달시켜 아주 조금 날았습니다.
오늘날, 유일하게 남은 공룡의 후손이 바로 새들입니다.
거대한 공룡들은 다른가지에서 발달합니다.
어떤것은 지구상에서 가장 커다란 살육자였습니다.
그러나 6억 5천만년전에 그들은 사라졌습니다.
한편, 공룡의 조상은 다른 방향으로 진화해갔습니다.
작고 보잘것없는 존재였습니다.
그들은 어미의 뱃속에서 새끼를 키웠지요.
공룡멸종 후에 수많은 다른 형태가 나타납니다.
새끼들은 태어났을때는 아주 허약했습니다.
예를들어 유대류중에 웜뱃(wombat)같은것 말이죠.
그리고 포유류는 새끼때 살아남는 법을 배워야했습니다.
그들의 뇌는 아직도 커지고 있습니다.
이 뾰족뒤쥐(shrew)같은것이 모든 포유류의 조상입니다.
이 가지중 하나가 나무에 올라 손재주를 기르고
시력을 기르고 커다란 뇌를 갖게 되었습니다.
그리고 주위환경에 호기심을 가지게 되었지요.
어떤것은 개코원숭이가되었는데 그것은 우리 인간의 가지는 아닙니다.
유인원과 인간은 아주 최근에 분리되었습니다.
모든 면에서 인간과 유인원은 거의 다른점이 없습니다.
침팬지와 다르게 인간의 조상은 똑바로 서서 걸었습니다.
양손을 자유롭게 사용할 수 있었지요.
우리는 점점 똑똑해졌고, 말을하기 시작했습니다.
인류와 가까운 여러 가지들이 최근 100만년동안 다 사라졌습니다.
두뇌와 양손을 가진 우리들만이 살아남았습니다.
우리들과 태고시절 최초의 세포와는 끊을 수 없는 실타레로 엮여있습니다.
다시한번 보도록 하죠.
40억년의 인간 진화를 40초로 압축 해봤습니다.
이것이 태고의 유기체가
40억년간의 진화끝에 나타난 모습입니다.
우리 인간은 원래 가지에서 뻗어나온 작은 가지와 같이
진화의 결과로 나왔습니다.
각각의 가지들은 자연선택에 의해서 분리된 것입니다.
오늘날 지구상에 살고 있는 동식물 모두가
우리 인간과 같이 엄청난 진화의 역사의 결과입니다.
인간은 진화의 어느 한 가지위에 있습니다.
그러나 인간은 40억년동안 이루어진
모든 가지의 미래에 영향을 끼치고 있습니다.
얼마나 멋진 나무입니까.
우리 인간은 이속에서 자라고 그들과 함께합니다.
우리는 나무에 자연스러운 친근감을 가지고 있습니다.
나무는 광합성을 합니다.
태양빛을 수확하는거죠.
그들은 태양의 선물을 이용합니다.
저기 있는 나무를 보십시요.
태양을 향해 경쟁적으로 뻗어있는 모습입니다.
그러나 우아하고 아름답습니다.
지구상에는 엄청난 수의 나무가 있습니다.
그런데 그들이 놀랍도록 정교하고 능률적인 존재라는 사실을 보지못하고
하찮은 존재라고만 생각하는 위험한 사람들이 있습니다.
그들은 태양빛을 받아 움직이는 멋지고 아름다운 기계입니다.
땅에서 수분을 얻고, 공기중에서 이산화탄소를 흡수하여
그것을 음식으로 바꿉니다.
이곳은 식물 박물관입니다.
런던의 큐에 있는 왕립 보태닉 정원입니다.
모든 식물은 그자신의 에너지 원천으로 탄수화물을 사용합니다.
그리고 우리 동물은 식물에 붙어사는 기생충과 같죠.
우리는 그들의 탄수화물을 훔쳐서 우리일에 써먹습니다.
식물과 그들의 열매를 먹음으로써
얻은 탄수화물과 호흡으로 얻은 산소를 결합하여
우리의 혈액에 공급합니다.
이러한 화학적 상호작용을 통해서 뽑아낸 에너지로 우리가 움직일 수 있는거죠.
이러한 과정을 통해서 우리는 이산화탄소를 배출하고,
식물은 그것을 이용해 탄수화물을 만들어냅니다.
얼마나 놀라운 협력관계 입니까.
식물과 동물은 서로가 배출한 가스를 이용합니다.
모든 과정이 풍부한 태양광선에 의해 이루어지죠.
그러나 동물이 없더래도 이산화탄소는 존재합니다.
식물이 우리를 필요로 하는 것 보다 더 우리는 식물이 필요합니다.
지구상에는 비슷하게 생긴 생물이 많습니다.
어떤것들은 겉으로 보기에도 비슷합니다.
인간에겐 다섯개의 튀어나온 부분이 있습니다.
머리, 팔 둘, 다리 둘이죠.
오리도 그렇죠...
튀어나온 부분의 용도가 완전히 같지는 않지만 말이죠.
문어나 지네같은 것들은 전혀 다른 모습입니다.
다른행성의 어떤 존재는 전혀 엉뚱한 모양일지도 모릅니다.
이러한 생물의 유사성은 분자수준의 깊은 곳에서도 찾을 수 있습니다.
세상에는 수백억 종류의 유기분자가 있습니다.
그런데 그중에 겨우 50가지 정도만이
생명작용을 위해 사용됩니다.
살아있는 모든 생명체의 여러 정교한 기능들이
같은 50가지의 유기체만을 가지고 구현됩니다.
그리고 지구상 생명체의 아주 깊은곳
유전정보를 가지고 핵산이 나선형을 이루고 있는
세포의 화학작용을 관장하는 단백질 수준으로 가보면
지구상의 모든 동물과 생물을 이루는
이러한 분자가 완전히 똑같다는 것을 알게됩니다.
이 떡갈나무나 저나 똑같은 재료로 되어있습니다.
거꾸로 되짚어보면, 우리는 모두 한 조상에서 나온것입니다.
그때문에 모든 생물의 화학작용이 비슷한것이죠.
이제 이러한 기본적인 생명현상을 탐구해 봅니다.
생명의 깊은곳, 분자들의 세계를 조사해보겠습니다.
세포핵으로의 여행입니다.
우선 세포가 필요하네요.
제가 1조개쯤 가지고 있습니다.
제가 조금만 내놓겠습니다.
제가 무심코 손가락을 찔렀지만
이 아주 작은 세계에서는 엄청난 일이 일어납니다.
수백만개의 적혈구가 원래 길에서 벗어납니다.
그러나 그들 거의 대부분은 온몸을 돌아다니며
구석구석에 산소를 배달합니다.
살아있는 세포 안으로 들어가보면
은하계나 별들의 세계처럼
이곳도 그나름대로 복잡하고 아름답습니다.
적혈구 사이에 백혈구가 있습니다.
세균의 침입을 막아 저를 보호해주는 림프구(lymphocyte)입니다.
그들은 주름진 표면에서 항체를 만들어냅니다만
그 안쪽은 다른 세포와 같습니다.
세포막 안으로 들어가 보겠습니다.
여기 모든것들은 나름의 기능을 가지고 있습니다.
이 검푸른 덩어리는 심부름꾼 분자가 효소를 생산하는 공장입니다.
효소는 세포의 화학작용을 통제하는데 쓰입니다.
심부름꾼 효소는 세포핵 사이사이를 돌아다니며 작업합니다.
세포가 어떤 작용을 할지,
어떻게 자신을 복제할지에 대한 모든 정보가 핵속에 숨겨져 있습니다.
세포핵 속으로 들어가 보겠습니다.
이 복잡하게 얽혀있는 목걸이처럼생긴 것이
핵산입니다. DNA죠.
인간이 어떻게 만들어졌는가를 알 수 있는 모든 정보가
여기 DNA분자속에 생명의 언어로 기록되어 있습니다.
DNA의 이중 나선형 구조입니다.
원자라 부르는 1000억개의 조각으로 이루어진 기계입니다.
은하에 셀수없이 많은 별이 있는것 만큼
DNA분자 하나 안에도 엄청난 양의 원자가 들어있습니다.
여기 밝게 보이는것처럼 세포핵의 배열은
세대와 세대를 지나면서 이루어진 것입니다.
세포핵의 순서를 바꿈으로써
유전정보를 바꿀 수 있습니다.
DNA는 매우 정확하게 자기자신을 복제해야합니다.
DNA의 복제는 이중나선을 분리하면서 시작됩니다.
이 작업은 되꼬는 효소(unwinding enzyme)가 하게됩니다.
푸른색으로 보이는 이 효소는 정교한 수술도구처럼
DNA 이중나선을 이루던 화학적 결속을 끊습니다.
보이는것 처럼 효소는 DNA를 둘로 갈라냅니다.
분리된 나선은 각각 다른쪽을 복제합니다.
이때 특별한 효소의 도움을 받습니다.
핵의 안쪽에는 많은 뉴클리오타이드가 존재합니다.
효소는 그것을 잡아서 정확한 곳에 끼워넣습니다.
이중 나선구조의 핵산이 복제되는 것입니다.
세포속의 DNA가 복제될 때 매초 수십개의 뉴클리오타이드가 붙게 됩니다.
수천개의 효소가 DNA핵에 작용합니다.
맞지않는 뉴클리오타이드를 잡게되면
효소는 그것을 버리게 되는데
이것을 교정이라 부릅니다.
아주 드물게 교정이 잘못되서
엉뚱한 뉴클리오타이드가 붙게되는 경우가 있습니다.
이때에 유전정보에 알수없는 변화가 생깁니다.
이렇게해서 돌연변이가 생기는 것이죠.
이 효소는 아주 작은 분자지만
뉴클리오타이드를 잡아서 정확한 순서로 정확한 자리에 붙입니다.
교정할 줄도 알고...
이것은 지구상 모든 생명의 세포 복제에
아주 기본적인 역할을 책임지고 있습니다.
효소와 DNA그 자체는 놀라운 힘을가진 분자 기계입니다.
모든 생명체 안에서 이러한 분자들이
핵산이 정확히 복제될 수 있도록 바삐 움직입니다.
피부에 작은 상처가 나면 몸속에서는 경보가 울리고
혈액은 강하게 뭉쳐 덩어리를 이루어 응고되어
혈액이 다시 정확히 흐를 수 있도록 합니다.
이과정에 매우 섬세한 균형이 이루어집니다:
너무 많이 응고되면 혈류가 막혀버릴 것이고,
너무 적게 응고되면 아주 작은 상처에도 출혈 과다로 죽을것입니다.
이러한 균형은 DNA의 명령을 받은 효소에 의해 이루어집니다.
이 아래에 우리 몸속의 방역반인 백혈구가
여기저기 돌아다니며 침입자 박테리아를
둘러싸서 게걸스럽게 삼키고 있습니다.
이러한 백혈구의 소탕작전은 우리몸의 치유과정입니다.
이것또한 DNA의 통제를 받고 있습니다.
이들은 우리몸의 일부지만, 이상하게 생겼군요.
모든 세포의 안쪽에
정교하게 진화한 분자기계가 들어있습니다.
핵산과 효소, 세포구조들.
모든 세포는 자연선택의 승리자입니다.
그리고 우리몸은 수조개의 세포로 되어있습니다.
우리 각각의 몸은 세포의 모임입니다.
우리의 몸은 작은 우주입니다.
인간의 DNA는 10억개의 뉴클리오타이드로 구성된 꼬인 사다리 모양입니다.
다른 많은 뉴클리오타이드의 조합이 가능하지만 그것은 무의미합니다.
쓸모없는 기능을 하는 단백질을 만들어낼 뿐이이지요.
오직 상당히 적은 핵산 분자만이
우리의 복잡한 생명형태에 이롭게 작용합니다.
그렇지만, 핵산이 조합되는 경우의 수는 엄청나게 많습니다.
아마 우주 전체의 원자의 갯수보다 많을겁니다.
인간의 앞으로의 진화방향의 가능성은
지금껏 살아왔던 인간의 숫자보다도 훨씬 많다는 것을 의미합니다.
인간의 개발되지 않은 잠재력은 무한한 것입니다.
인간이 진화하면서 쌓아왔던 유전정보 보다
더 좋은 기능을 할 수 있는 핵산의 조합이 있을 수 있습니다.
우리가 더 나은 인간이 될 수 있는
뉴클리오타이드의 배열 방법을 아직은 모릅니다.
미래에는 우리가 원하는 대로 뉴클리오타이드를 배열해서
우리가 바라는대로의 인간 형질을 만들어 낼 수 있을것입니다.
기대되면서도 한편으론 불안한 미래입니다.
우리 인간은 나무와는 매우 다르게 생겼습니다.
우리는 확실히 나무와는 다르게 세상을 보고 있습니다.
그러나 저아래 깊은곳, 생명의 본질은
우리는 근본적으로 나무와 동일합니다.
나무와 인간은 모두 유전물질로 핵산을 이용하며,
나무와 인간은 모두 세포의 화학작용을 조절하기위해 단백질을 효소로 사용합니다.
그리고 무엇보다도, 나무와 인간은 모두
단백질 정보를 담고 있는 핵산을 이용하고 있습니다.
어떤 나무라도 저의 유전정보를 읽을 수 있습니다.
이 놀라운 유사성은 어디에서 오는것일까요?
우리가 어째서 나무의 친척일까요?
다른 행성의 생명도 단백질을 이용할까요?
같은 단백질을? 같은 핵산을? 같은 유전정보를?
나무나 사람, 아귀, 점균류나 박테리아등
지구상의 모든 생명이
옛날옛적 지구 40억년 전의
한 생명의 기원으로 부터 나온 후손이라는 것이 일반론 입니다.
자 그럼...
생명의 유기체가 어떻게 생겨났을까요?
코넬대학의 한 연구실에서
원시 지구와 비슷한 환경이 되도록 가스와 물을 넣고
에너지를 공급했습니다.
그리고 생명의 재료가 만들어지는지 관찰했습니다.
그런데, 원시의 대기는 어떤성분이었을까요? 보통 공기였을까요?
현재의 보통 공기를 가지고 실험하면
실험은 실패합니다.
단백질이나 핵산이 만들어지긴 커녕
스모그만 만들어집니다. 이건 퇴보죠.
실험은 왜 실패했을까요?
오늘날의 공기에 산소가 들어있기 때문입니다.
산소는 식물이 만들어 냅니다.
생명의 기원 이전에는 식물이 있을리 없지요.
실험에는 산소가 들어가선 안됩니다.
그렇게되면 원시대기가 아니기 때문입니다.
그것이 말이 되는것이 우주를 이루는 물질 거의 대부분이 수소거든요.
수소는 산소와 아주 잘 반응합니다.
지구의 중력으로는 수소가스를 잡아둘 수 없어서
우주밖으로 날아가버리고 아주 적은 양만 남습니다.
그러나 40억년 전 지구의 대기는
수소가 많이 포함된 가스로 가득 차 있었습니다.
메탄, 암모니아, 수증기들이죠.
이것들이 우리가 실험에 사용할 가스입니다.
저의 동료 케리(Bishun Khare)가 아주 조심스럽게
가스들을 플라스크에 불어 넣습니다.
이런 종류의 실험을 1950년대에
밀러(Stanley Miller)와 유리(Harold Urey)가 했었습니다.
가스들이 커다란 반응용기에 들어갔습니다.
원시의 태양처럼 자외선을 비출 수도 있습니다만
이 실험에서 우리는
원시 지구의 대기처럼
번개를 일으킬 것입니다.
겨우 몇시간이 지났는데도 반응용기의 안쪽에는
갈색 반점들이 생겨났습니다.
이것은 아주 많은 종류의 복잡한 유기분자들로
이 안에는 단백질과 핵산의 재료가 포함되어 있습니다.
적절한 환경이 되면 이 재료들은 스스로 뭉쳐서
단백질이나 핵산을 닮은 분자가 됩니다.
심지어 이 핵산들은 스스로의 복제를 만들 수도 있습니다.
이 반응용기 안엔 생명의 가능성이 가득합니다.
물론 아직 생명 형태는 아니지만요.
현재까지는 이런 종류의 원시 지구의 대기 실험에서
생명체가 나타나는 것을 확인하지는 못했습니다.
생명의 기원과 유전자 정보의 기원에 대해서 연구할 것이 아주 많이 남아있습니다.
그러나 우리는 겨우 30년간 실험을 해왔을 뿐이죠.
자연은 40억년간 해온 실험입니다만... :)
우연히도, 실험에 사용된 재료는 지구에만 특별히 있는 재료가 하나도 없습니다.
실험에 사용한 가스나 에너지는
우주 전체에 아주 흔한 것들입니다.
그래서 이런 화학 반응의 결과로 확실히
우주공간에 있는 유기체나
운석속에 있는 아미노산 같은것이 될 것입니다.
비슷한 화학작용이 은하계의 수많은 행성에서 일어날 것입니다.
이런 유기체 덩어리가 얼마나 쉽게 만들어지는지 보십시요.
우주는 생명의 분자로 가득차 있는 것입니다.
그러면
다른 세상의 생명의 어떻게 생겼을까요?
지구의 화학적 환경과 완전히 같은 같은 환경일 지라도
제가 생각하기에는
아마도 지구의 유기체와 비슷한 것이
만들어지진 않을 것입니다.
진화 과정의 추측 불가능한 성질 때문에
우리가 아는 것과는 전혀 다른 어떤 생물체가 태어날 것입니다.
목성과 같은 세상을 상상해 보죠.
대기는 수소와 헬륨, 메탄, 수분, 메탄으로 가득차 있어서
유기 분자들이 천국의 꿀물처럼
하늘에서 쏟아질 것입니다.
밀러-유리의 실험과 비슷한 환경이죠.
그런 세상에도 생명이 있을 수 있을까요?
그런데 그곳은 매우 특이한 환경입니다. 대기가 매우 불안정하고
그 아래 깊은곳은 매우 뜨겁습니다.
주의 하지 않고 밑으로 내려가다간 당신은 통닭이 되버립니다.
거기서 간신히 살아남았다 해도
돌풍이 당신을 높은곳으로 끌어올려 얼어죽게 할 것입니다.
이 생물은 매우 작습니다. 우리는 이것을 싱커라 부릅니다.
코넬대학의 물리학자인 샐피터(E.E. Salpeter)와 제가
목성과 같은 세상에서 있을 수 있을 법한 생명형태를
상상해서 그려 본 것입니다.
거대한 풍선형태의 생물이 그안에 많은 가스를 담고
또는 그 안쪽을 따뜻하게 해서
하늘에 둥둥 떠다닐 수도 있습니다.
그들은 대기의 유기분자를 섭취할 수도 있고
햇빛을 이용해 스스로 에너지를 만들 수도 있겠죠?
우리는 이 생물을 플로터라고 부릅니다.
우리는 수킬로미터 크기의 플로터를 상상했습니다.
가장 큰 고래보다도 훨씬 크고
도시만한 크기의 생물이죠.
우리는 그들이 커다랗게 무리짓고 있는 모습을 상상했습니다.
구름의 바다속에서 상승기류쪽에 모여있습니다.
이런 생물체도 있을 수 있습니다: 헌터
헌터는 빠르고 기동성이 좋습니다.
그들은 플로터를 잡아 유기물질을 섭취하며
플로터의 수소를 취합니다.
그러나 그곳에 헌터의 수는 적습니다.
모든 플로터를 잡아먹으면 그들 자신도 멸망하기 때문이죠.
물리학자나 화학자들은 그런 생명형태가 가능할 수도 있다고 했습니다.
그림을 그려보니 제법 실제 할 수도 있을 법 합니다만
자연은 우리의 상상력을 따라줄 만큼 호락호락하지 않습니다.
은하계에 생명이 사는 행성이 수없이 많을 지라도
헌터나 플로터, 싱커같은 생물이 있을법한 행성은 거의 없을 것입니다.
생물학은 과학이기 이전에 역사입니다.
현재를 알기 위해선 과거를 이해해야 합니다.
현재는 생물학으로써의 이론이나 역사로써의 이론도 명확히 존재하는 것이 없습니다.
그 이유는 하나입니다:
우리 인간에게는 너무나 복잡하고 어렵기 때문입니다.
그러나 우리는 다른 여러 경우를 이해함으로써
우리자신을 더 잘 이해할 수 있습니다.
그것이 얼마나 크거나, 또 작아도 상관없습니다.
외계의 생명체에 대한 연구를 통해서
좀더 편견없는 생물학을 발전시킬수 있을 것입니다.
그것을 통해서 또다른 생명의 가능성을 알 수 있을것입니다.
우리는 지구라는 행성에서의 생명만을 봐왔습니다.
그러나 지금 보는것처럼, 우리는 최초로
우주의 생명에대한 진지하고 과학적인 접근을 시작했습니다.
현재 우리는 생명의 기원에 대해 좀 더 많은 것을 알아냈습니다.
RNA를 기억하시나요?
세포핵에서 유전정보를 운반하며
세포가 심부름꾼으로 사용하는 핵산입니다.
이 RNA가 단백질처럼 화학작용을 통제할 수 있고
게다가 단백질이 할 수 없는
자기 복제까지 할 수 있다는것을 알아냈습니다.
현재 많은 과학자들이 지구에 최초로 나타난 생명형태가
RNA분자가 아니었나 생각하고 있습니다.
40억년전에 하늘에서 떨어져 생명 기원의 주요 재료가 되었을 것입니다.
혜성에 수많은 유기 분자가 있다는것이 밝혀졌고
그들은 원시 지구에 수많은 유기체를 뿌렸습니다.
공룡의 멸종에 대한 이야기도 있습니다.
그외에 거의 모든 종들이 6억 5천만년 전에 멸종했습니다.
그때 커다란 혜성이 지구와 충돌했습니다.
그 충돌로 먼지가 온지구를 뒤덮어 추워지고 어두워졌을 것이며
이때문에 모든 공룡이 죽었을 것입니다.
그러나 작고 털가죽이 있는 포유류가 살아남아 우리의 조상이 되었을 것입니다.
이런 거대한 재앙이 다른시대에 다시 일어날 가능성이 있습니다.
이것이 사실이라면, 혜성은 우리들에게 생명과 죽음을
동시에 가져다 준다는 이야기입니다.