In Search of Lost Time, Sodom and Gomorrah 2

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까만 하늘에 별빛이 쏟아지는 저녁무렵, 우유빛 은하수는 기억속 영롱한 그대의 눈빛에 투영되어 나의 차가운 밤을 장식하고, 차분하게 내려앉은 대기는 내 마음의 일기日氣를 동요해 그대를 떠올려 그리며 터울대게 한다. 모질은 계절풍은 위태로운 정념을 식혔으나 가슴은 그대의 숨결같이 간절한 외마디 절규에 점점 울려갔고, 연민과 조롱과 갈증과 청량과 애수와 환희로 격렬했던 하루의 종점에서 하늘에서 내리는 새하얀 백설가루들은 이제는 아득한 그대와 나의 추억의 황야를 포근히 덮는다. 수척한 좁다란 하루는 꿈이라도 포근한 봄바람을 바램은 그망없으나, 쑥-대강은 전전반측 잠 못 이뤄 호접몽은 정녕 어이 꾸나. ‘다이몬드 안에 오리온이 숨어있어. 아니 달빛아래Artemis 오리온을 찾아낸게 쌍둥이란 말이냐. 아니 신탁으로 포로키온과 시리우스가 황소를 쫓는 그를 발견한거지. 아니 날이 어두워지자 에릭토니우스가 그를 수레에 실고 리겔로 내달리던 중이야.’

 

“생명의 수수께끼는 아직 해독되지 않았다. 그리고 나는 지구상에 등장한 최후의 포유동물들이 그 애끓는 수수께끼를 밝혀내기 전에 태양이 식어 버리지 않을까 염려한다. 카할” 

 

“어떤 세균은 유전자를 손상시킬 만한 양의 우주선cosmic rays에 노출되고도 살 수 있으며, 핵발전소나 멸균된 통조림 속에서 번식하는 세균도 있다. 남극의 사막인 드라이밸리에서 보란듯이 살아가고, 수백만 년동안 얼어 있는 시베리아의 영구동토층에서 언 채로 지내기도 하며, 고무장화도 녹일 정도의 강한 염기성 호수나 산성 온천에서 끈질기게 생명을 이어가는 세균도 있다. v” 열수분출공은 지각에서 마그마로 인해 데워진 뜨거운 물이 해저 깊은 곳이나 온천처럼 뜨거운 물과 가스가 솟아나오는 굴뚝같은 구멍을 말한다. 과학자들에게 생명의 기원에 대한 단서를 제공하는 것은 해저의 알칼리성 열수공alkaline hydrothermal vent이라는 곳으로, 화산성 열수공volcanic hydrothermal vent 혹은 블랙 스모커black smoker와는 다르다. 오늘날은 물론이고 초기 지구에 흔했을 것으로 추측하는 알칼리성 열수공은 난류의 발생이 적다. 열수공에서 나온 알카리성 액체는 태양계의 기본 구성 단위이자 지구에서 가장 흔한 감람석이라는 광물과 반응하여 수소 성분을 높이고 열을 발생하게 하며, 차가운 바닷물과 만나 광물질은 침전되며 차츰 암석 기둥을 형성해 나간다. 과학자들은 수소가 이산화탄소를 만나는 이같은 구조물은 생명의 구성 유기분자를 만들기 알맞은 장소라고 보고 있다. 생명의 기본단위인 유기분자는 탄소와 수소의 조합으로 만들어진다. 양성자가 풍부한 산성인 바닷물과 양성자가 빈약한 알카리성 열수공 액체가 천연의 배터리 형태로 구배gradient를 만들어 CO2와 수소 사이의 반응에 동력을 공급하여 복잡한 분자나 RNA를 만들었을 것이다. 일례로 황세균sulphur bacteria와 같은 경우, i 열수공에서 나오는 황화수소 기체에서 뽑아낸 수소를 이산화탄소와 결합하여 유기물질을 만들 수 있다고 한다. 이러한 초고온성 미생물은 역자이라아제reverse gyrase 효소 때문에 높은 온도에서도 견딜 수 있으며, 빛을 통해 에너지를 만들지 않고 지각에서 분출된 액체에서 녹은 기체로부터 에너지를 얻는다. 실제로 1970년 지질학자 잭 콜리스는 갈라파고스 중앙해령의 열수분출공에서 박테리아와 비슷한 고세균archaea을 발견했고, 고세균과 박테리아를 먹고사는 서관충tube worm도 발견했다. ii 그리하여 비로소 핵산이 단핵세포로, 이중나선의 핵산은 생명체의 구조와 기능을 결정하는 유전자로 진화하게 된다. 고분자 유기물질인 단백질을 만드는 정보는 DNA에 저장되어 있어서 DNA는 단백질이 없으면 만들 수 없고, 단백질 없이는 새로운 DNA를 만들 수 없으나 RNA가 단백질처럼 접힐 수 있고 반응을 촉매할 수 있다는 사실이 발견되면서 최초의 생명체는 RNA 분자로 구성되었을 것이라고 보고 있다. 데이비드 디머는 생명체가 연못이나 호수의 가장자리처럼 습한 곳과 건조한 곳의 경계에서 발생한다고 주장했으나, 다윈의 ‘따뜻한 작은 연못’ 가설을 토대로 화산 지대의 따뜻한 연못에서 실험해본 결과 검증에 실패했다. iv 한편 그의 연구팀은 주기적으로 습기가 변하는 지역의 지질이 세포벽 형성을 촉진함을 입증했다. iv 또한 그레이엄 케인스 스미스는 점토층의 결정이 원시적 형태의 복제이며, 여기서 발달한 분자가 생명체로 이어졌다고 주장했다. “화학적인 배열은 순전히 우연히 일어난 것으로 보인다. 단백질을 이루는 아미노산 배열에는 뚜렷한 패턴이 발견되지 않는다. 마찬가지로 유전 정보에 해당하는 DNA에도 특별한 패턴은 없다. 모두 무작위인 것처럼 보인다. 만일 물리학과 화학 법칙이 물질에서 생명이 탄생하는 기이한 일이 일어나도록 아주 잽싸게 중요한 역할을 했다면 분자 구조가 최종 결과물로 나타나지는 않았으리라. 물리학과 화학 법칙은 DNA 염기쌍이나 아미노산 배열에는 전혀 무관심하며, 특정분자 배열을 선호하는 방향으로는 작용하지 않는다. iii” 자연 발생하는 아미노산의 대부분은 L형이며 당류는 D형이다. 그리고 L형 아미노산을 이용해 자연적으로 생성되는 단백질을 왼손잡이성 단백질이라고 하고, D형 아미노산을 이용하는 단백질을 오른손잡이성 단백질이라고 한다. 그러나 생물의 몸에 존재하는 아미노산은 모두 L형으로 몸속의 효소는 L형과 D형의 아미노산 가운데 L형만을 사용한다. 과학자들은 탄소를 기반으로 하는 외계생명체가 존재한다면 카이랄성을 지닐 수 있다고 생각하여 1976년 화성 착륙선인 바이킹호에서 이 실험을 진행하려 했으나 비용 문제로 제외되고 말았다. 한편 바이킹호는 LR 실험에서 방사성 이산화탄소의 표식을 발견했으나 뚜렷한 결론없이 화성에서 생물이 검출되지 않았다는 결말을 내리고 만다. [참고.인용: 「생명의 도약」, 닉 레인 i, 「거의 모든 것의 기원」, 그레이엄 로턴, 「모든 것의 기원」, 데이비드 버코비치 ii, 「침묵하는 우주」, 폴 데이비스 iii, 「단백질이란 무엇인가」, 후지모토 다이사부로, 「엔드 오브 타임」, 브라이언 그린 iv, 「미토콘드리아」, 닉 레인 v]

질소, 탄소, 산소, 수소가 결합하여 DNA와 RNA의 성분인 핵염기를 만든다. 생명체는 물, 포도당, 지방산, 아미노산, 뉴클레오티드로 이루어져 있다. 생명의 복잡한 메커니즘에 필요한 필수 10원소로는 탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 철 등이 있다. 그리고 자연계의 동식물이 존재하는데 필수인 29원소는 수소, 리튬, 붕소, 탄소, 질소, 산소, 플루오린, 소듐, 마그네슘, 규소, 인, 황, 염소, 칼륨, 칼슘, 바나듐, 크로뮴, 망가니즈, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 비소, 셀레늄, 브로민, 스트론튬, 몰리브데넘, 아이오딘 등이다. 산소, 규소, 철과 같은 무거운 원소들은 초신성에서 만들어지는 데, 블랙홀의 활동이 적으면 초신성의 폭발이 너무 빈번하고 블랙홀의 활동이 너무 많으면 초신성의 출현이 드물기 때문에 적당한 블랙홀의 활동이 중요하다. iv 수소와 헬륨 다음으로 태양계에서 흔한 알파 입자로 이루어진 물질은 지구와 생명체를 구성하는 탄소, 산소, 실리콘, 마그네슘, 칼슘, 철 등으로, 탄소와 같은 경우 알파 입자 연쇄 반응에서 가장 먼저 생성되고 결합 능력도 뛰어나서 다양한 화합물을 조합할 수 있다. 인체의 18%는 탄소이며, 우리 몸에는 10²⁷개의 탄소 원자가 존재한다. i 따라서 외계생명체가 발견된다면 탄소에 기반을 둔 생명체일 가능성이 높다. (그리고 우리는 우주적인 진화적 수렴evolutionary convergence을 확인하는 행운을 누릴지도 모른다. 하지만 상대는 유전자 변형으로 내장감각계통을 인지하거나 자율신경계통을 마음대로 조절할 수 있을지는 모른다.) i 그런데 생명체를 구성하는 기본적인 요소인 대기와 물은 어디서 온 것인가. 모든 생물학자가 생명에 필수적이라고 동의한 것이 바로 물인데, 물은 분자들을 모아서 화학반응이 일어나도록 유도한다. 모든 물질의 74%를 차지하는 수소는 우주에서 매우 흔한 원소이며, 3번째로 흔한 산소는 모든 물질의 1% 가량을 차지한다. 2011년 7월 APM 08279+5255 은하에서 120억 년 동안 존재해온 지구 바닷물의 140조 배나 되는 양의 물이 발견되었다. 한편 태양계의 원시 행성들은 대기를 이룰 만한 재료가 없었으나 현재 지구를 포함, 금성과 화성은 얇기는 하지만 대기층을 확보하고 있다. 우주에서 떠돌던 미생물 포자가 지구에 전달되어 생명이 기원했다는 범종설panspermia은 후기 버니어 가설Late Veneer hypothesis에 속하는 데, 시생누대에 발생한 운석 융단폭격과 태양계 바깥에서 날아온 혜성이 지구에 물, 이산화탄소, 그리고 휘발성 물질을 보내주었다는 이론이다. 국제우주정거장에서 우주 환경에 노출된 박테리아가 15~45년을 존속하고 8년을 생존할 수 있었다는 실험을 보면 터무니없는 이야기는 아니다. ii 후기 버니어 가설의 문제는 혜성의 정상적인 수소에 대한 중수소의 비율이 지구보다 더 커야하고 질소의 동위원소 함유량도 다르기 때문에 둘 사이 화학적 성분에 차이가 있어야 한다는 점이다. i 또 다른 이론은 내생기원설Endogenous Origin로, 과거 지구를 구성했던 소행성과 미행성체들이 이미 물과 이산화탄소를 내부에 숨기고 있었다는 이론이다. 과거 마그마의 바다가 굳기 시작할 때 바위의 표면에서 수화된 미네랄의 형태인 물과 바위의 내부에 탄산염 형태로 존재하던 이산화탄소는 수증기와 같은 휘발성 기체로 맨틀에 갇혀있다가 압력이 낮아지면서 어느 순간 화산을 통해 지구 표면으로 방출되었다는 것이다. i 대기압이 60기압이였던 지구에서 이산화탄소는 물과 바위에 조금씩 스며들기 시작했고, 한때 300도였던 지구의 표면 온도가 조금씩 내려가면서 물의 양은 서서히 증가했다. 더 많은 이산화탄소가 녹는 과정에서 온실효과는 점점 사라지고 지구의 온도는 점점 더 내려가 지질판의 운동이 활발해져 비로소 생명이 살수있는 조건이 만들어졌던 것이다. i 광자가 엽록소 같은 색소를 포함한 세포에 도달하여 물분자를 양성자와 산소로 분해하여 이를 화학 에너지로 사용하는 과정을 광합성이라고 하는데, 지표면에서 최초로 번성한 원핵생물인 남세균cyano-bacteria는 광합성을 통해 이산화탄소와 물을 포도당으로 변환하고, 부산물로 산소를 만드는 세균이다. 그리하여 균류, 아마바, 짚신벌레와 같이 파트너와 DNA를 섞었다가 나눠 갖는 감수분열로 번식하는 복잡한 진핵세포가 등장한 것은 20억 년 전이다. 모양을 자유로이 바꿀 수 있는 진핵세포는 다른 생명체를 잡아먹음으로써 영양분을 얻는데, 이같이 고세균과 박테리아가 서로를 흡수하는 공생관계를 세포낸공설endoymbiosis라고 한다. [참고.인용: 「모든 것의 기원」, 데이비드 버코비치 i, 「Frontiers in Microbiology」, Akihiko Yamagishi ii, 「과학오디세이 유니버스」, 안중호 iv, 「경이로운 우주」, 브라이언 콕스, 「인간의 우주」, 브라이언 콕스, 앤드루 코헨]

생명이 유지되기 위해서는 산소가 있어야 하는데, 산소를 만드는 광합성은 시아노박테리아와 녹조류와 녹색식물에서만 일어난다. 그런데 고세균 중에서는 광합성을 하는 종류가 발견되지 않았고, 세균 중 광합성을 하는 것은 시아노박테리아 뿐이다. 화석증거를 토대로 생명의 기원은 38억 5000만 년 전인데 광합성이 시작된 시기는 35~27억 년 전 사이로, 발효와 광합성 사이에 중간단계는 발견되지 않았고 생명체가 에너지 공급원인 광합성없이 어떻게 10억 년을 살 수 있었는지 학자들은 가설을 세운다. 원시진핵생물가설은 톰캐벌리어-스미스가 내놓은 생물진화가설로, 고세균이 세포핵을 지닌 원시진핵생물로 진화한 후 세균을 잡아먹었으나 세균이 소화되지 않고 공생하며 에너지를 제공하여 미토콘드리아로 진화했다는 것이다. 수소가설은 월리엄 마틴과 미클로스 뭘러가 내놓은 생물진화가설로, 원시지구에는 산소가 희박했는데 메탄생성고세균이 수소와 이산화탄소를 제공하는 세균과 공생하여 미토콘드리아로 진화했다는 것이다. 최근 미토콘드리아가 없는 생물이 발견되었는데 하이드로게노솜과 비슷한 세포소기관이 들어있었고, 이는 산소가 희박한 환경이 조성되자 미토콘드리아가 하이드로게노솜으로 퇴화되었다고 보고 있다. 닉 레인은 산소호흡말고도 황산염이나 질산염, 또는 철을 이용하는 다른 형태의 호흡도 있다고 「산소: 세상을 만들어낸 분자」에서 밝히고 있다. 미토콘드리아는 작은 세포기관으로 생명에게 필요한 에너지를 ATP형태로 생산한다. 이처럼 미토콘드리아의 진화는 딱 한 번의 우연한 사건, 즉 “한 단순한 세포가 또 다른 단순한 세포를 습득한 사건 i”에 의해 발생했다고 믿고 있다. 세포는 40억 년 동안 거의 변하지 않았는데, 말하자면 단순한 생명체는 필연적이였으나, 복잡한 생명체, 즉 진핵생물의 진화는 놀랄만큼 희박하고 우연적이며 기적적인 사건이라는 것이다. 단순한 세포가 수억 년동안 복잡한 세포로 진화했다면 그 중간에 해당하는 여러 종류의 세포들이 존재했어야 하는데 아직까지 발견되지 않았다. ‘습격’ 외 다른 학설로는 ‘발효’가 있는데, 닉 레인은 파스퇴르의 ‘산소가 없는 생명현상’을 반대한다. 발효가 일어나기 위해 12개의 효소가 필요한데 세포에게 에너지 제공수단으로서 발효, 즉 원시 스프primordial soup는 ‘환원 불가능한 복잡성’irreducibly complexity을 갖추었다는 것이다. 환원 불가능한 복잡성이란 진화론을 반대하고 지적설계 ii를 주장하는 것이다. 세포의 습격사건은 우연이다. 하지만 미토콘드리아의 진화는 ¨이론¨을 위한 필연이다. 따라서 우연에서 비롯된 관찰자는 필연이다. [참고.인용: 「거의 모든 것의 기원」, 그레이엄 로턴 i, 「미토콘드리아」, 닉 레인, 나무위키 ii]

유럽우주기구ESA의 허셜 우주망원경이 오리온성운의 빛을 분석한 결과, 생명활동에 필수적인 물, 이산화황, 메탄올, 시안화수소, 포름알데히드, 디메틸에테르 등의 탄소 화학물이 발견됐다. 또한 1969년 오스트레일리아 빅토리아주에 45억 년이나 된 탄소질구립운석carbonaceous chondrite 하나가 떨어졌는데, 과학자들은 이 머치슨 운석에서 74종의 아미노산을 발견했다. 그 중 단백질을 구성하는 아미노산인 글리신, 알라닌, 글루탐산 등등을 발견했는데, 이는 우주에 유기화합물이 많다는 증거가 된다. 네이처 아스트로노미의 연구에 따르면 생명의 중요한 구성 요소 그리신과 비슷한 다른 아미노산들이 성간 구름interstellar clouds이 별이나 행성을 형성하기 전에 성간 구름에서 만들어질 수 있다고 밝혔다. 우주탐사선 로제타는 추류모프-게라시멘코 혜성을 비행하던 중 혜성의 후광 영역에서 글리신과 인을 탐지하기도 했다. 현재까지 발견된 아미노산은 약 500개에 달한다. 그러나 인체에서 발견되는 단백질의 기본 단위인 아미노산은 20개에 불과하다. 생물의 몸을 구성하는 단백질의 기본 구성 단위인 아미노산으로는 발린, 류신, 이소류신, 리신, 트레오닌, 페닐알라닌, 메티오닌, 히스티딘, 트립토판, 글루타민, 아스 파르 테이트, 글루탐산 염, 아르기닌, 알라닌, 프롤린, 시스테인, 아스파라긴, 세린, 글리신, 티로신이 있다. 예를 들어 세포 하나가 100개의 아미노산으로 구성되어 있다면 20개의 아미노산이 조합해 하나의 세포를 만들 수 있는 경우의 수는 2¹⁰⁰⁰가 넘는다고 한다. 그리고 진화를 거치는 수많은 아미노산의 조합과 외향적인 생체 기관들은 생존을 위협하거나 도움이 되지 않는 경우 배제되었고, 생명의 현상은 물리법칙과 환경의 제한을 받을 수 밖에 없었다. 한마디로 생명의 가능성은 원숭이가 셰익스피어의 희곡을 칠 확률과 같다. 허나 생명의 진화가 무작위적이며 우연히 발생했다고 믿는 진화론자들은 시간만 충분히 주어지면 어떤 일이라도 일어날 수 있다고 확신한다. 하지만 아직 우리는 생명 현상을 설명할 이론을 발견하지 못했다. 프레드 호일 경은 다음과 같이 말한다. “눈을 가린 10⁵⁰ 명의 사람들(이것은 10만×10억×10억×10억×10억×10억 명의 사람들에 해당하는 숫자로, 이들이 어깨동무를 하고 서 있다면 지구를 가득 채우고도 남을 것이다)이 루빅 큐브Rubik cube를 하나씩 들고 그것들을 아무렇게나 돌리기 시작하여 우연히 모두 다 맞추었을 확률을 상상해 보자. 그러나 이 확률은 생명체를 구성하는 많은 고분자물질들biopolymers 중에 단지 하나가 우연히 생겨날 확률 정도와 같은 것이다. 이 지구의 원시 스프primordial soup에서 고분자물질들 뿐만이 아니라, 하나의 살아있는 세포를 작동시킬 수 있는 프로그램이 우연히 생겨났다는 개념은 명백하게 ‘고도의 난센스nonsense of a high order’ 이다.” 호일은 탄소가 별 속에서 만들어지려면 탄소의 에너지 준위인 약 7.68MeV가 있어야 한다고 예측했는데, 핵물리학자 윌리엄 파울러는 연구를 통해 그의 예측이 옳았음을 증명한다. i 그 후 호일은 한 강연에서 탄소와 산소의 에너지 준위가 서로 정밀하게 조정되지 않았다면 산소와 탄소는 생명의 출현에 필요한 비율을 갖지 못했을 것이라고 주장한다. [참고.인용: 「우리는 모두 별에서 왔다」, 윤성철, 「경이로운 우주」, 브라이언 콕스, 「유행, 신조 그리고 공상」, 로저 펜로즈]

지구의 나이는 약 45억 년이며, 생명은 이 기간 중 38억 년 동안 존재했다. 35억 년에서 38억 년 사이에 출현한 ‘현존하는 모든 생명의 공통 조상’을 LUCA라고 한다. 생명의 기원 후 수 억년이 흐른 38억 년 전 세균에서 광합성 반응이 일어났고, 25억 년 전부터 진핵생물이 등장했으며, 12억 년 전부터 유성 생식이 발생했고, 5억 년 전부터 유성생식이 시작됐으며, 6억 년 전부터 여러 개의 세포로 이루어진 다세포 생물이 출현하기 시작했다. 그리고 인류는 0.0003% 동안 지구를 차지했다. “20억 년 정도만 시간을 거슬러 올라가면 생명은 지금과는 아주 다른 모습이었을 것이다. 20억 년의 세월 대부분 동안 지구는 분명 살아있었지만, 생명체는 지극히 초기 수준으로 머물고 있었다. 세균, 그리고 겉으로는 비슷해 보이지만 실제로는 아주 다른 자매 영역domain인 고세균archaea밖에 없었다. 복잡한 생명체라고 해봐야 스트로마톨라이트Stromatolite나 미생물 매트microbial mat 같은 미생물의 군체가 고작이었다. 식물도, 동물도 없이 그저 바위, 강, 바다만 황무지처럼 펼쳐져 있었다. ii” 지질학자는 화석 분석 결과와 접목된 암석의 방사성연대결정법로 지질학적 연대를 결정하기도 하고, 퇴적암과 화성암에서 들어난 지구 자기장의 기록을 사용하는 고지자기연대측정법으로 지질연대표를 작성하기도 한다. 그리고 이 지질연대표를 사용하여 생명의 긴 역사를 4개의 누대로 구분하였는데, 지구의 생명이 진화하기 시작한 시기를 ‘하데스누대’라고 하고 최초의 광합성 생명이 출현한 것이 ‘시생누대’다. 태양계의 나이가 46억 년이라는 것은 40억 년 전 지구에 떨어진 운석, 즉 소행성이 지표면이나 바다에 떨어진 것을 분석하여 얻은 결과로, 이 시기를 시생대라고 한다. 대부분의 생명들은 바다에만 존재했고, 30억 년 이상 모든 생물은 바다에 살았다. 그리하여 원생생물이 빠르게 번성한 시기가 ‘원생누대’로 최초의 진핵생물이 등장하였다. 이 세 누대, 즉 순서대로 하데스누대, 시생누대, 원생누대를 합해 선캄브리아기precambrian이라고 부른다. 그리고 다세포성 진핵생물이 빠르게 번성한 시기를 선캄브리아기 뒤에 곧바로 등장하는 ‘현생누대’라고 부른다. 하데스누대에는 대기에 산소O2가 없고 지구에 운석이 지속적으로 쏟아졌으며, 생명은 아직 출현하지 않았다. 생명의 기원으로 원핵생물이 번창한 시기는 시생누대에 들어서면서다. 4번째 누대인 현생누대는 고생대, 중생대, 신생대로 나뉘어진다. 고생대에 들어서 다세포동물이 급속하게 번성하고 최초의 어류, 곤충류, 양서류, 양치류, 그리고 파충류가 번생했다. 캄브리아기의 생물대폭발시기인 5억 4200만 년 전에까지는 단세포생물들이 주를 이루었으나, 곧 다세포생물이 등장하기 시작했다. “다세포식물과 다세포동물은 세포집단cellular colony이 형성되던 무렵에 처음으로 탄생했다. 세포집단은 동일한 세포들이 여러 개 모인 단순 집합이고, 다세포생물은 각기 다른 임무를 수행하는 여러 개의 세포들로 이루어져 있다(우리 몸의 근육과 두뇌, 뼈, 눈 등도 다세포 유기체이다). 원핵생물이 모이면 기껏해야 사상체filament나 미생물 매트microbial mat밖에 만들 수 없지만, 단세포 진핵생물이 모이면 볼복스volvox(구형을 이룬 채 떠다니는 녹조류 집단)나 점규류lime mold와 같이 다양한 집단을 구성할 수 있다. 그러므로 단세포 진핵생물이 다세포 유기체로 업그레이드된 것은 진화론적 관점에서 볼 때 당연한 수순이었다. iii” 세포들이 집단을 이루어 자신의 임무를 각자 따로 수행하는 것이 진화에 도움이 되었던 것이다. 그리고 그 다음으로 찾아온 것이 공룡이 살았던 중생대다. 인류가 진화하기 시작한 것은 현생누대의 마지막인 신생대인데, 이 당시 기후는 차갑고 건조했으며 빙하기가 반복됐다. 대기의 O2 농도는 생명의 진화에 강력한 영향을 주었다. 대기 중 O2가 증가하면서 최초의 광합성 세균, 최초의 호기성 세균, 최초의 진핵생물, 최초의 다세포 진핵생물, 최초의 척삭동물이 차례대로 등장했으며, 고생대 폐름기 말쯤 현재보다 거의 50%나 높은 O2 농도의 환경에서 거대 비행곤충류가 등장했다. 나무가 진화한지 얼마되지 않았을 시기에는 목질을 분해할 생명체가 존재하지 않아 나무들은 장수할 수 있었고, 그리하여 산소 농도가 급속히 올라갔다. ii 고생대 폐름기 다음은 공룡이 등장한 중생대로 대기의 산소 농도가 급격히 하락하면서 최초의 현화식물이 등장했다. [참고.인용: 「생명의 원리 2판」, Hill, Sadava, Hill, Price, 「거의 모든 것의 기원」, 그레이엄 로턴 ii, 「모든 것의 기원」, 데이비드 버코비치 iii, 「침묵하는 우주」, 폴 데이브스, 「인간의 우주」, 브라이언 콕스, 앤드루 코헨]

In Search of Lost Time, Part 2 中

 

 

The Tree of Life - Gustav Klimt

 

 “삶은 죽음에 저항하는 기능들의 총체이다. 「삶과 죽음에 대한 생리학적 연구」, 비샤”  

 

자크 모노의 주장처럼 생명의 체계는 순전히 우발적인 운명의 결과일까, 아니면 생명이 ‘우주의 심오한 조화의 결과로 등장’ii하였을까. 생명이 우주의 결과라면 생명의 기원은 어떠한 의미를 가지고 있을 것이 분명하고, 우리는 생명의 이론을 통해 삶 속 우연과 필연을 가늠할 수 있다.

 

“따라서 진화에는 우발성의 몫이 크다. 적응한, 또는 차라리 창안된 형태들은 대부분 우발적이다. 원초적 경향이 이러저러한 상보적 경향들로 분리되어 진화의 분기된 노선(계통)들을 창조하는 것도 우발적이고, 이러저러한 장소와 시기에 마주친 장애물에 대해서는 상대적이다. 정지와 후퇴 현상도 우발적이다. 적응들도 크게 보면 우발적이다. EC 255, 「창조적 진화」, 베르그손”  

 

과학자들이 보는 생명체란 7가지 요건을 갖추어야 한다. ₁우선 여러 가지 환경 변화에 맞춰 생명 현상을 유지하는 항상성을 가져야 하고, ₂생물체를 이루는 세포라는 기본 단위로 조직되어 있어야 하고, ₃대사 작용에 따라 섭취한 물질을 에너지로 전환하는 활동과, ₄크기·무게·부피가 증가해야 하고, ₅변이와 같이 환경의 변화에 맞추어 적응해야 하고, ₆어떠한 작용이나 자극에 반응하며, ₇디옥시리보 핵산이나 리보 핵산처럼 자신을 복제할 수 있는 생식 능력을 갖추어야 한다. 그리고 생명체를 구성하는 4가지 분자는 단백질, 탄수화물, 지질lipid, 핵산이 있다. 단백질은 아미노산에 펩타이드 결합을 하여 생긴 여러 아미노산들을 말하고, 탄수화물은 탄소·수소·산소들로 이루어진 유기 화합물이며, 지질은 지방, 왁스, 스테롤 같은  물에 녹지 않고 유기 용매에 녹는 유기 화합물이고, 핵산이란 유전자 암호를 스스로 복제하거나 증식하는 고분자 물질이다.

 

생명이란 자율성(autonomy), 번식(reproduction), 대사(metabolism), 영양(nutrition), 복잡성(complexity), 조직화(organization), 성장과 발달(growth and development), 정보함량(information content), 하드웨어/소프트웨어 뒤얽힘(hardware/software entanglement), 영구성과 변화(permanence and change)와 같은 조건들을 충족시켜주어야 한다. ii 생명은 운동(Movement), 호흡(Respiration), 감각(Sensitivity), 성장(Growth), 번식(Reproduction), 배설(Excretion), 영양(Nutrition)이라는 특징을 들어내고 있다. 생명의 기원에 있어 미토콘드리아는 ATP를 터득하여 일부는 다른 세포 안에 기생하는 세포로 발전했고, 그리하여 숙주 세포는 이 세균이 만드는 ATP를 주 에너지 원으로 활용하면서 미토콘드리아는 영구히 자리를 잡게 되었다. i

 

“생명은 마치 자기 자신이 일반관념이라도 한 것처럼, 유와 종의 관념이기라도 한 것처럼, 마치 자신이 유한수의 구조의 도면을 따르기라도 하는 것처럼, 마치 자신이 생명의 일반적 속성들을 만들어내기라도 한 것처럼 그렇게 작업하고 있다. PM 58, 「사유와 운동」, 베르그손”

 

생명의 가능성

 

• 목성의 위성 중 하나인 유로파는 얼음으로 덮여 있는데, 유로파가 목성을 돌면서 발생하는 조석 변형력으로 온도가 올라간 대양이 존재할 수 있다고 한다. 유로파의 얼음층을 깊기 때문에 매우 어둡고, 외부 유기물질로부터 격리되어 산소 또한 없다. iii “지구에는 태양광이 필요 없으며, 지표면 광합성 작용으로 생성되는 산소나 유기물과도 전혀 상관없는 미생물 생태계가 우리가 알고 있는 것만도 3개가 있다. 이런 혐기성 화학합성생태계 중 2개는 지표면 밑 화산암에서 일어나는 암석-물 반응에서 나오는 수소를 소비하는 메탄 생성 미생물을 기반으로 하며, 나머지 하나는 지하 심층부 방사능으로 만들어지는 화학 에너지를 사용하는 황 환원 박테리아를 기반으로 한다. iii” 

• “어떤 생명체는 강한 자외선과 우주방사선cosmic radiation을 견디기도 한다. 아타카마Atacama 사막의 극도로 건조한 지역의 암염 돔salt dome에서 발견되는 시아노박테리아 종은 물 부족 상태에서 강산화성 물질과 염분을 견디면서 자란다. 시아노박테리아는 지구의 극한 환경에서 자랄 수 있는 대표적인 종이다. iii” 

• “타이탄의 환경에서 나타나는 물리적 작용과 화학적 작용에 대한 우리의 지식에 기초하면, 생명체가 존재한다고 해도, 그 환경에서 이용 가능한 원소의 종류가 적어서 환경의 복잡성과 생태계가 제한될 것으로 생각할 수 있다. 이 제한은 액체 용액의 낮은 온도로 더 심해질 수 있으며, 이 액체 용액이 거의 용해할 수 없는 상황을 초래할 수도 있다. 이런 한계를 고려하면, 타이탄 표면에서 액체 안에 사는 생명체가 존재한다고 해도 그 생명체는 단순한 종속영양생물heterotroph(지구의 식물과는 달리 자신에 필요한 양분을 만들어낼 수 없는 생물)일 수 있으며, 대사 작용이 느리고, 유전적.대사적 복잡성이 제한돼 있어 적응도 느릴 수 있다. 또한 타이탄 표면에 액체 메탄과 에탄이 널리 퍼져 있어, 대사작용에 필요한 간단한 분자들도 타이탄 환경에 널리 퍼져 있을 수 있지만, 구조적.유전적 시스템에 필요한 복잡한 유기물질을 얻거나 합성하기 어려울 수도 있다. 형성되는 생명체 군집도 생태적으로 단순할 수 있다. 극한 추위와 건조한 환경에서 발견되는 지구의 미생물 생태계와 아마 비슷할 수도 있다. 생명체 존재 면에서 타이탄 환경의 이점은, 유기물질 형태의 양분(주로 아세틸렌과 수소)이 하늘에 얼마든지 있고, 생체 분자 분해 측면에서 화학적으로 해를 끼치지 않는 (물과 대조되는) 비극성 용매가 있으며, 표면에 자외선이나 이온화 방사선이 없고, 낮은 온도로 열분해율이 낮다는 데 있다. 타이탄은 아마도 1차 생산자와 포식자가 없는 간단한 영양 시스템만을 가졌을 수 있다. 광합성은 원소가 다양하지 않고, 따라서 유전적으로도 다양하지 않다는 제한 하에서 나타나는 복잡성을 뛰어넘을 수도 있지만, 양분은 얼마든지 있다. 상상할 수 있는 간단한 저온 생명체 형태와 군집은 에너지를 매우 적게 필요로 하고 천천히 자랄 것이다. 타이탄의 생명체는 간단할 수도 있지만, 그 생명체가 유전 시스템을 가졌고 다윈 진화론을 따른다면, 또 다른 생명이 시작되는 분명하고 매력적인 예가 될 것이다. iii” 

• “생명체 존재의 첫 번째 핵심적인 필요조건은 제대로 된 구성요소가 있어야 한다. 생명체를 이루는 요소는 수소, 일산화탄소, 암모니아 분자다. 이 요소들은 우주가 생성하는 과정에서는 양이 풍부했기 때문에, 행성이 형성될 때 그 행성 안에 분명히 존재했을 것이다. 두 번째 핵심적인 필요조건은 물 또는 특정 액체다. 이 액체들은 분자의 농축과 움직임을 위한 매질을 제공해 분자들이 서로 반응할 수 있게 해준다. 초기 화성에 물이 풍부했다는 증거는 엄청나게 많다. 인공위성이 찍은 지형 사진을 보면, 화성 표면에는 강, 시내, 호수, 삼각주, 내해가 있었다는 것을 보여주는 무늬들을 발견할 수 있다. 우주선들은 점토광물을 포함하는 암석 여러 세대가 화성 전체에 걸쳐 분포한다는 것을 발견했다. 점토광물은 고여 있는 대량의 물이 침전시켰을 것이 확실한 물질이다. 화성 착륙선과 탐사치가 보내온 근접 촬영 사진을 보면, 사충리로 된 성충암, 물에 닳은 자갈과 조약돌이 있는 것을 반박하기 어렵다. 또한 이 하류 작용은 수백, 수천만 년 동안 화성 표면에 물이 안정적으로 존재했다는 것을 뜻하기도 한다. iii” 
• “‘극한을 좋아하는’ 생명체는 극한생물extremophile이라는 포괄적 용어로 표현할 수 있으며, 박테리아나 고세균 같은 단세포 유기체로 부터 펭권이나 완보동물tardigrade(물곰) 같은 다세포 유기체까지 다양한 형태로 존재한다. 완보동물은 크기가 0.5mm도 안 되는 미세한 반투명 동물로, 다리가 8개가 달린 판다가 장갑을 두른 것처럼 생겼다. 지구 어디에서나 발견되며, 모두 5번의 집단 멸종에서 살아남았으며 방사선이 많은 우주의 진공 상태에서도 살아남은 유기체다. 외계 생명체 탐사에 유용한 특정 유형의 극한생물은 호열균thermophile(열을 좋아하는 생물), 호냉균psychrophile(추위를 좋아하는 생물), 호염균halophile(염분을 좋아하는 생물), 호압균barophile(높은 압력 아래에서 사는 생물), 호산균acidophile(낮은 pH, 즉 산성인 조건에서 사는 생물), 호염기균alkaliphile(높은 pH 범위에서 사는 생물), 무산소성균anaerobe(산소 없이 사는 생물)이 있으며, 그 외에 극한 방사선을 견딜 수 있는 생물들이 있다. 이런 유기체들은 모두 태양계 다른 행성의 가혹한 환경을 견딜 능력이 있다. 물론 이 유기체들이 실제로 견딜지 그렇지 않을지는 여전히 대답이 필요한 문제다. iii” 

• “방사능에 강한 돌연변이의 예로 마이크로코커스 라디오듀란스Micrococcus radiodurans 종을 들 수 있는데, 이 미생물은 핵발전소의 원자로를 식히기 위해서 사용되는 냉각수 속에서 발견되었다. iv” 

 

A 2016 (metagenomic) representation of the tree of life using ribosomal protein sequences

 

[참고.인용: 「뉴 코스모스」, 데이비드 아이허, 「생명이란 무엇인가」, 폴 너스 i, 「생명의 기원」, 폴 데이비스 ii, 「외계생명체에 관해 과학이 알아낼 것들」, 닉레인 iii, 「마이크로코스모스」, 린 마굴리스, 도리언 세이건 iv]

[추가 도서: 「생명과학 사전」, 오이시 마사미치, 「생명과학을 쉽게 쓰려고 노력했습니다」, 박종현, 「잔혹한 진화론」, 사라시나 이사오, 「바이텔 퀘스천 생명은 어떻게 탄생했는가」, 닉 레인, 「동물철학」, 장 바티스트 드 라마르크, 「동물철학」, 한스 베르너 인겐시프, 「생성으로 생명을 사유하기」, 베르그손]

 

“한적한 밤 산책하다 보면 어김없이 생각나는 얼굴. 반짝이는 별을 모아 그리는 그런 사람. 좁다란 길 향기를 채우는 가로등 빛 물든 진달래꽃. 이 향기를 그와 함께 맡으면 참 좋겠네. 보고 싶어라 그리운 그 얼굴 물로 그린 그림처럼 사라지네. 보고 싶어라 오늘도 그 사람을 떠올리려 산책을 하네. 대기는 차갑게 감싸고 생생하게 생각나는 그때. 안타까운 빛나던 시절 뒤로하고 가던. 보고 싶어라 그리운 그 얼굴 물로 그린 그림처럼 사라지네. 보고 싶어라 오늘도 그 사람을 떠올리려 산책을 하네. 따뜻한 손 그리고 그 감촉 내가 쏙 들어앉아 있던 그 눈동자. 그 마음 아무것도 바라지 않고 사랑을 주던 그가 보고 싶어 지네. 그리운 그 얼굴 물로 그린 그림처럼 사라지네. 보고 싶어라 오늘도 그 사람을 떠올리려 산책을 하네. 오늘도 산책을 하네. 오늘도 산책을 하네. 산책” 

 

그대의 두 귀에 퐁롱거리는 새들의 노래소리가 울리고, 그윽한 그대의 두 눈에 나린 별들이 총총히 빛나며, 그대의 하얀빛을 띤 엷고도 붉은 두 입술은 으레 천사의 말을 속삭이고, 다소곳한 그대의 두 손은 조용히 푸른 희망을 나누며, 가벼운 그대의 두 다리가 자유롭게 세상의 중심을 찾아갈 때, 비누 향 그대의 순백한 피부는 붉은 태양아래 찬연히 빛나고, 여린 그대의 어깨에 사나래가 자라고, 어린 그대는 라온하제를 꿈꾸며, 갓 그대로부터 자라난 아련나래는 하늬와 여우별을 지나 상상의 나래를 활짝 펼 것입니다. - for my valentine

 

순수 한국말 

 

포롱거리다: 작은 새가 가볍게 날아오르는 소리 
나린: 하늘이 내린
사나래: 천사의 날개
라온하제: 즐거운 내일 
아련나래: 예쁘고 아름다운 날개 
하늬: 서쪽에서 부는 바람 
여우별: 궃은 날 잠깐 났다가 숨는 별