이제 우리는 우주의 나이가ㅡ적어도 가장 최근에 부활한 우주가ㅡ약 150억~200억 년되었다는 사실을 안다. 이것은 ‘대폭발‘ 또는 ‘빅뱅‘이라고 불리는 시점에서부터 계산한 우주의 나이다. - P60
최근에 알려진 우주의 가장 정확한 나이는 137억년이다. - P60
우주가 처음 생겼을 때에는 은하도 별도 행성도 없었다. 생명도 문명도 없이, 그저 휘황한 불덩이가 우주공간을 균일하게 채우고 있었을 뿐이다. 대폭발의 혼돈으로부터 이제막 우리가 깨닫기 시작한 조화의 코스모스로 이어지기까지 우주가 밟아 온 진화의 과정은 물질과 에너지의 멋진 상호 변환이었다. - P60
우리 인류야말로 우주가 내놓은 가장 눈부신 변환의 결과물이라고 할 수 있을 것이다. 인류는 대폭발의 아득히 먼 후손이다. 우리는 코스모스에서 나왔다. 그리고 코스모스를 알고자, 더불어 코스모스를 변화시키고자 태어난 존재이다. - P61
나는 천지를 창조하신 신께 나 자신을 온전히 맡기는 수밖에 없다. 그분은 먼지에서 너희 모두를 창조하셨다. - 《코란》40장 - P63
지상의 생물들은 모두 유기 화합물, 즉 탄소 원자가 결정적 역할을 하는 복잡한 미세 구조의 유기 분자들로 이루어져 있다. - P64
별들 사이의 광대한 암흑 속에는 기체, 티끌 그리고 유기 분자로 이루어진 성간 구름, 즉 성간운星間雲이 떠돌아다닌다. 성간운을 전파 망원경으로 관측하면 그 안에서 수십 가지의 유기 분자를 쉽게 발견할수 있다. 성간운에 유기 분자가 풍부하다는 사실은 생물의 기본 물질이 우주 어디에나 존재할 것이라는 예측을 가능케 한다. 생명의 기원과 진화는 시간만 충분히 주어진다면 하나의 우주적 필연인 것이다. - P65
지상의 모든 생물들은 서로 밀접하게 연결돼 있다. 같은 유기화학적 원리가 지상의 생물들을 지배하고 있다. 또한 그들은 오랜 세월 동안 같은 진화의 코드를 통해서 변신해 왔다. 따라서 지구의 생물학은 철저하게 제한적일 수밖에 없다. 지구 생물에게는 단 한 가지의 생물학만으로 충분하다. 생물학을 음악에 비유해 볼 때, 지구 생물학은 단성부單聲部, 단일 주제 형식의 음악만을 우리에게 들려준다는 말이다. - P67
우주 생물이 들려줄 음악은 외로운 풀피릿소리가 아니라 푸가일 가능성이 높다. 우리는 우주 음악에서 화음과 불협화음이 교차하는 다성부多聲部 대위법 양식의 둔주곡을 기대한다. 10억 개의 성부로 이루어진 은하 생명의 푸가를 듣는다면, 지구의 생물학자들은 그 화려함과 장엄함에 정신을 잃고 말 것이다. - P67
인간은 수천 년 동안 어떤 종의 식물과 동물은 잘 키우고, 또 어떤 것들은 죽여야 할지를 신중하게 선별해 왔다. - P71
인간은 자신이 바람직하다고 여기는 특정 형질의 품종들만을 선택적으로 번식시켰다. 예를 들어 목양견牧羊犬이 필요하면 똑똑하고 충성스러우며 양떼를 잘 지킬 줄 아는 개를 골라 양치기에 필요한 유전 형질을 조장하는 쪽으로 키웠다. 떼를 지어 사냥하는 개는 양 몰이에 많은 도움이 됐을 것이다. 엄청나게 커진 젖소의 젖은 우유와 치즈에 대한 인간 욕심의 반영이다. - P71
현재 우리가 즐기는 알이 굵은 옥수수의 조상도 터무니없이 왜소했을 것이다. 현대 옥수수의 왜소했던 조상은 수만 세대를 거치는 동안에 사람의 입맛에 맞도록 그리고 사람에게필요한 영양분을 많이 갖추도록, 인간에 의해서 번식이 조절되어 왔다. 그 결과 이제는 인간의 도움 없이는 번식할 수 없는 처지로까지 옥수수의 유전 형질이 변형돼 버렸다. - P71
헤이케게, 목양견, 젖소, 옥수수 등에서 볼 수 있는 인위 도태의 핵심은 식물과 동물의 외형적 특성과 행동 형질 들이 그대로 유전된다는 점이다. 이유가 무엇이든 간에 인간은 특정 변종의 번식을 조장하고 다른 변종의 번식을 억제해 왔다. 전자는 우점종이 되어 마침내 크게 번성했지만 후자는 그 수가 크게 줄거나 혹은 멸종에 이르렀다. - P72
인간이 동식물의 새로운 품종을 만들 수 있을진대, 자연이라고 그렇게 못할 이유가 어디 있겠는가. 자연적으로 유전 형질이 변하는 과정을 우리는 자연 도태natural selection 혹은 자연 선택이라고 한다. - P72
화석에 남겨진 생명 진화의 기록에서 우리는 한때 번성했던 종들이 지금은 흔적도 없이 사라진 경우를 허다하게 보게 된다. - P72
시계가 있으면 그 시계를 만든 자가 반드시 있게 마련이다. - P76
오히려 화석 기록들은 위대한 설계자가 저지른 시행착오의 과거와 그의 미래 예측 능력에 숨어 있던 한계를 적나라하게 보여 주는 것이다. 이러한 한계는 위대한 설계자에게 결코 어울리는 속성이 아니다. (냉정하고 변덕스러운 기질의 설계자라면 괜찮겠지만 말이다.) - P77
(초파리Drosophila melanogaster의 학명에는 검은색 몸체에 이슬을 좋아하는 생물이라는 뜻이 있다.) - P77
진화의 비밀은 죽음과 시간에 있다. 환경에 불완전하게 적응한 수많은 생물들의 죽음과 우연히 적응하게 된 조그마한 돌연변이를 유지하기 위한 충분한 시간 말이다. 유리한 돌연변이 형태들이 서서히 축적되기 위한 긴 시간이 바로 진화의 비밀이다. - P79
단지 70년밖에 살지 못하는 생물에게 7000만 년이 도대체 무슨 의미를 갖겠는가? 그것은 100만분의 1에 불과한 찰나일 뿐이다. 하루 종일 날갯짓을 하다 가는 나비가 하루를 영원으로 알듯이, 우리 인간도 그런 식으로 살다 가는 것이다. - P79
지구는 대략 46억 년 전에 성간 기체와 티끌이 응축된 구름 속에서 만들어졌다. 화석 기록을 통해서 우리는 최초의 생명이 대략 40억 년 전 원시 지구의 바다나 연못에서 태어났다고 알고 있다. 최초의 생물은 오늘날의 단세포 생물만도 못한 것이었다. 단세포 생물은 고도로 정교한 형태를 구비한 어엿한 생물이다. 생명의 첫 걸음은 이보다 훨씬 보잘것없는 수준에서 시작했다. - P80
원시 지구 대기의 주성분은 수소 원자를 여러 개 가진 간단한 구조의 분자들이었다. 이 분자들은 태양에서 복사된 자외선과 번개의 전기 방전을 통해서 쉽게 해리되었다. 분자에서 떨어져 나온 작은 원자와 분자들이 우연히 재결합하면서 더 복잡한 물질로 만들어졌다. 이렇게 생성된 화학 반응의 부산물들은 바다나 연못에 용해됐으며, 거기에서 점진적으로 더 복잡한 일종의 ‘유기물 수프‘와 같은 물질로 서서히 변해 갔다. 마침내 수프에 들어 있던 다른 종류의 분자들을 바탕으로 하여 스스로를 비슷하게 복제할 수 있는 새로운 분자가 아주 우연하게 만들어졌다.
이렇게 해서 앞으로 모든 지상 생명 현상의 주인공 구실을 하게 될 디옥시리보핵산 doomyribonucleic acid 분자, 다시 말해 DNA의 원형이 탄생하게 된 것이다. - P80
DNA는 나선형으로 꼬인 긴 사다리와 비슷한 구조를 하고 있다. 사다리의 가로대는 각각 서로 다른 네 종류의 분자들로 이루어져 있다. 그것들이 바로 유전자 코드를 기술하는 네 가지 부호이다. 사다리의 가로대를 뉴클레오티드 nucleotide 라고 부르며 그 가로대들이 모여서 주어진 생물을 만드는 데 필요한 설계도, 즉 유전 설계도를 이룬다. - P81
지구상 모든 형태의 생물들은 각각 그 형태에 맞는 설계도를 갖고 있다. 그러나 설계도들은 모두 앞에서 이야기한 네 개의 문자만으로 구성되어 있다. 다시 말해 같은 언어로 씌어 있다. 유기체의 종류마다 유전 형질이 다른 이유는, 유전 설계도가 비록 같은 언어로 씌어 있지만 그 내용이 각기 다르기 때문이다. - P81
돌연변이는 뉴클레오티드의 변화에서 초래되고 변화된 형질은 다음 세대에 그대로 전해진다. 즉 돌연변이는 순종을 생산한다. 뉴클레오티드에 일어나는 변화는 무작위적이다. 그래서 태어난 돌연변이들의 거의 대부분이 비기능성 효소들을 만들게 되므로, 돌연변이는 대부분의 경우 결과적으로 해롭거나 치명적이다. 그러므로 이로운 돌연변이가 발생하려면 오랜 세월을 기다려야 한다. - P81
뉴클레오티드는 폭이 겨우 1센티미터의 10만분의 1에 해당하는 지극히 작은 물질이다. 이렇게 작은 물질에서 일어난 변화들 중에서 지극히 일부의 경우가 이로운 돌연변이를 유발하고 진화의 원동력으로 작용한다. - P81
자기 복제 기술을 완전히 터득한 분자들이라야 생명 현상이란 건물을 구축하는 데 쓰일 벽돌의 역할을 제대로 수행할 수 있다. - P81
특정 기능들을 수행할 수 있는 분자들이 한데 모여서, 일종의 분자 집합체인 최초의 세포가 만들어졌다. - P82
오늘날 식물 세포는 엽록체라고 불리는 분자들로 이뤄진 아주 작은 공장들을 갖고 있다. 엽록체 공장은 햇빛, 물, 이산화탄소를 탄수화물과 산소로 바꾸는 광합성 작용을 한다. - P82
혈액 속에는 미토콘드리아 mitochondria라 불리는 또 다른 종류의 분자 공장이 있다. 이 공장에서는 주어진 생물이 섭취한 음식물에 산소를 첨가하여 에너지를 추출하는 작업을 한다. 현재는 이 공장이 식물과 동물의 세포 안에 존재하지만, 한때 독립된 세포로 독자 활동을 했던 시기가 있었다고 믿어진다. - P82
약 30억 년 전 단세포 생물이 세포 분열 후 두 개의 독립된 세포로 되지 못하고 그대로 붙어 있는 것들이 생기기 시작했다. 이유는 돌연변이때문이었으리라. 이것이 최초의 다세포 생물이 태어나는 과정이었다. 우리 몸을 구성하는 세포 하나하나가 실은 공동의 이익을 위해서 모듬살이를 하는 일종의 생활 공동체인 셈이다. 이 공동체는 한때는 각각 독립적으로 존재하던 부분들이 모여서 만들어진 것이다. 사람은 100조 개가량의 세포로 구성되어 있다. 그러니까 사람 한 명 한 명은 수많은 생활 공동체가 모여서 만들어진 또 하나의 거대한 군집인 셈이다. - P82
성性은 대략 20억 년 전부터 생긴 듯하다. 그 전에는 새로운 종의 출현이 무작위적 돌연변이의 축적을 통해서만 가능했다. 유전 설계도의 글자를 한 글자씩 바꾸어 돌연변이를 만들고 그것을 또 시험해야 했으므로, 진화는 고통스러우리만큼 느리게 진행될 수밖에 없었다. 그러나 성의 출현과 함께 두 개의 생물은 자신들이 가진 유전 설계도를 문단씩, 혹은 여러 쪽씩, 심지어는 몇 권씩 통째로 서로 교환할 수 있게 되었다. 그리고 자연은 이렇게 해서 생긴 새로운 종을 선택이라는 체로 다시 걸러냈다. 결국 성적 결합에 관여할 줄 아는 생물들은 선택되었고 반면에 성에 무관심한 것들은 빠르게 사라졌다. 이것은 20억 년 전 미생물들에게만 주어졌던 선택 사항이 아니다. 오늘날 우리 인간들도 DNA 조각들을서로 교환하는 일에 온 정성을 쏟으며 살아간다. - P83
10억 년 전쯤부터 식물들이 협동 작업을 통해 지구 환경을 엄청나게 변화시키기 시작했다. 그 시절 바다를 가득 메운 단순한 녹색 식물들이 산소 분자를 생산하자마자 자연히 산소가 지구 대기의 가장 흔한 구성 물질 중 하나가 되었다. 원래 원시 지구의 대기는 수소로 가득했다. 이렇게 해서 지구 대기의 성질이 근본적으로 바뀌었다. 생명 현상에 필요한 물질이 그때까지는 비생물학적 과정을 통해서 만들어졌으나, 산소 대기의 출현으로 지구 생명사의 신기원이 세워진 것이다. - P83
산소는 유기 물질을 잘 분해한다. 사람은 산소를 좋아하지만, 산소는 무방비의 유기물에게는 근본적으로 독이나 다름없다. 지구 대기가 산화력이 강한 대기로 성격이 바뀌자, 생물의 역사상 최대의 위기가 당시 생물들에게 닥쳐왔다. 산소의 분해력에 대처할 수 없던 생물들은 무더기로 사라져야만 했기 때문이다. - P83
지구 대기의 질소는 산소보다 화학적 활성도가 많이 떨어지기 때문에 훨씬 무해한 분자이다. 그렇지만 지구 대기에 질소가 유지되는 과정에도 생물이 크게 간여하고 있다. 지구 대기의 99퍼센트가 생물 활동에 그 기원을 두고 있다고 해도 과언이 아니다. 그러므로 ‘파란 하늘은 생물이 만든 것‘이라고 주장할 수도 있는 것이다. - P84
생명의 탄생 이후 40억 년의 거의 대부분 기간 동안, 지구의 생명계는 바다를 가득 채우고 있던 청록색의 조류藻類 들이 지배했다. 대략 6억 년 전부터 조류의 독과점 체제에 금이 가기 시작했고 이때부터 새로운 형태의 생물들이 폭발적으로 지구에 나타났다. 이것이 바로 캄브리아기 대폭발 Cambrian Great Explosion 이라고 불리는 사건이다. - P84
지구가 만들어지자마자 생명이 탄생했다고 해도 크게 잘못된 표현은 아니다. 그러므로 생명의 출현은 지구와 같은 행성의 환경에서 쉽게 일어날 수 있는 화학 반응들의 필연적 결과일 것이다. - P84
최근의 연구 결과에 따르면 최초의 생물이 지구상에 출현한 시기는 37억 년 전이라고 한다. 태양계의 나이가 46억 년이므로 태양계가 형성되고 9억 년 후에 생명이 나타나기 시작했다는 계산이 나온다. 9억 년은 태양계 나이의 20퍼센트에 해당하는 짧은 기간이다. - P84
그러나 생물은 30억 년이나 되는 긴긴 세월을 녹조류 수준에 그대로 머물러 있어야만 했다. 지구 생명이 특화된 기관들을 갖추고 체구가 큰 유기체로 진화하기가 생명의 출현 그 자체보다 훨씬 더 어려웠던 모양이다. 그러므로 우리가 외계 행성들을 탐사하다 보면 동물이나 식물이 서식하는 곳보다 미생물의 세상을 더 흔하게 발견하게 될 것이다. - P84
지금으로부터 5억 년 전쯤 지구에는 삼엽충이 엄청나게 많이 살고 있었다. 오늘날의 곤충과 비슷한 그들은 아름다운 동물이었다. 그중에는 해저에서 무리를 지어 사냥하면서 살아가는 종들도 있었다. 삼엽충들은 편광을 감지할 수 있는 수정체의 겹눈을 가지고 있었다. - P85
오늘날 지구에서는 살아 있는 삼엽충을 찾아볼 수 없다. 이미 2억 년 전에 모두 멸종한 것 같다. 한때 지구상에 번성했던 동식물들 중에는 이렇게 완전히 사라진 예가 많이 있으며, 현재 지구에서 볼 수 있는 생물들이 물론 과거에 모두 존재했던 것은 아니다. 오래된 암석과 화석 가운데 우리와 같은 동물들은 눈을 씻고봐도 찾을 수가 없다. 종들은 잠깐 나타나 그럭저럭 살다가 완전히 멸종하고는 한다. - P85
세포의 구조나 생화학적 특성 등에서 달성될 수 있는 굉장히 어려운 진화가 외적 형태에까지 즉각적으로 반영되는 것은 아니다. 그러나 불행하게도 화석은 우리에게 외적 형태만 보여 준다. - P86
1000만 년 전에 인간과 아주 비슷한 생물이 처음으로 나타났으며 그들이 진화함에 따라 뇌의 크기도 현저하게 커졌다. 그리고 그 후, 그러니까 지금으로부터 겨우 수백만 년 전에 최초의 인간이 나타났다. - P86
나무는 햇빛을 생존의 동력으로 삼는 아름답고 위대한 기계이다. 땅에서 물을 길어 올리고 공기 중에서 이산화탄소를 빨아들여 자신에게 필요한 음식물을 합성할 줄 안다. 그 음식의 일부는 물론 우리 인간이 탐내는 것이기도 하다. 합성한 탄수화물은 식물 자신의 일들을 수행하는 데 필요한 에너지의 원천이 된다. - P87
궁극적으로 식물에 기생해서 사는 우리 같은 동물은 식물이 합성해 놓은 탄수화물을 훔쳐서 자기 일을 수행하는 데 이용한다. 우리는 식물을 먹음으로써 탄수화물을 섭취한 다음 호흡으로 혈액 속에 불러들인 산소와 결합시켜 움직이는 데 필요한 에너지를 뽑아낸다. 그리고 우리가 호흡 과정에서 뱉은 이산화탄소는 다시 식물에게 흡수돼 탄수화물 합성에 재활용된다. - P87
동물과 식물이 각각 상대가 토해 내는 것을 다시 들이마신다니, 이것이야말로 환상적인 협력이 아니고 또 무엇이겠는가? 이것은 지구 차원에서 실현되는 일종의 구강口腔 대 기공氣孔의 인공 호흡인 것이다. 그리고 이 위대한 순환 작용의 원동력이 무려 1억 5000만 킬로미터나 떨어진 태양에서 오는 빛이라니! 자연이 이루는 협력이 그저 놀랍기만하다. - P87
알려진 유기 분자의 수는 100억 개가 넘지만, 이 중에서 생명 현상의 필수 요원으로 활동하는 것은 약 50종뿐이다. 동일한 조합의 분자들이 여러 가지의 기능을 발휘하는 데 반복해서 사용된다. 분자들의 조합이 하나의 모듈 module로 쓰이는 것이다. 그러므로 지구 생명은 주어진 기능을 수행하는 데 최대의 경제성을 유지하는 아주 영리한 존재이다. - P88
지구에서 볼 수 있는 모든 생명 현상의 뿌리에는 세포의 화학 반응을 조절하는 단백질 분자와 유전 설계도를 간직한 핵산이 있다. 더욱 놀라운 사실은 본질적으로 같은 단백질 분자와 핵산 분자가 모든 동물과 식물에 공통적으로 관여한다는 점이다. 그러므로 생명 기능이라는 관점에서 볼 때 참나무와 나는 동일한 재료로 만들어졌다고 해도 무리가 없다. 좀 더 먼 과거로 거슬러 올라간다면 동물인 나와 식물인 참나무의 조상은 같다. - P88
|