[함께 읽는 과학도서] 천천히 곱씹으며 느리게 읽기 <지구의 짧은 역사> 2부

“ 산소가 없는 환경에서 살아가던 생명체가 얕은 바다로 올라오면서 태양 에너지를 이용해 영양물질을 만드는 광합성 작용을 습득했다. 광합성은 태양 에너지와 물 분자, 이산화탄소를 이용해 탄수화물과 같은 영양물질은 만들고, 부산물로 산소를 방출한다. 시아노박테리아가 번성하자 산소량이 증가했다. 혐기성(嫌氣性, anaerobic) 생명체만 있던 당시의 지구에 산소는 모든 것을 태워 버리는 유독 기체였다. 시아노박테리아 때문에 지구는 조금씩 산소로 오염됐고, 산소를 싫어하는 혐기성 미생물은 대부분 멸종됐다. 산소가 간단한 분자들을 산화시켜 에너지원을 없앴기 때문이다. 이는 지구 최초의 대규모 멸종 사건이었다. 약 25억 년 전 바닷속 산소의 양이 급증했고, 산소는 바닷물 속에 녹아 있는 금속 원소를 산화시키는 데 사용됐다. 바닷물에는 여러 가지 금속 원소가 녹아 있었는데 철이 가장 많았고, 산소와 결합한 철은 바다 밑으로 가라앉아 층층이 쌓여 호상철광층(縞狀鐵鑛層, Banded Iron Formation)*이 됐다. 이 철광층은 현대 인류에게 철을 제공하는 주요 자원인데, 그 형성에 생물의 진화가 관여한 것이다. 미국 미시간주에 있는 21억 년 전의 호상철광층에서 생소한 진핵세포(eukaryotic cell) 생물이 발견됐다. 그리파니아(Grypania)라는 이 화석은 진핵세포 생물로는 가장 오래된 화석이다. 캐나다에서도 진핵생물로 추정되는 화석들이 계속 발견됐다. 원생누대(Proterozoic Eon) 중기에 접어들면서 생물의 크기가 커지고 화석도 많아졌다. 캐나다에서 발견된 현재의 홍조류와 비슷한 화석이 가장 오래된 다세포 생물의 기록이다. 원생누대 마지막 시기에 속하는 호주의 에디아카라 언덕에서 발견된 화석은 해파리처럼 얇고 부드러운 생물 화석이다. 어떤 것은 크기가 1m를 넘는데도 순환기관은 없다. 비슷한 시기에 단단한 껍질을 가진 생물이 처음 등장했다. 클라우디니테(Cloudinidae)라고 불리는 수 센티미터 크기의 석회질 껍질로 된 화석이 세계 각지에서 발견됐다. *철이 많은 층과 실리카 물질이 많은 층이 교대로 나타나는 철광층. 세계 곳곳에서 발견되는 철광석의 약 60%를 차지한다. ”

“ 과거의 공기 중 산소 함유량을 어떻게 알아낼까? 가장 간단한 방법은 그 당시의 공기를 조사하는 것인데, 다행히 당시의 공기가 보존된 곳이 있다. 수십만 년 전의 시기는 남극이나 북극에 쌓인 얼음에 갇힌 공기를 분석해 알아낸다. 더 오래된 시기는 광물을 이용한다. 광물은 다양한 형태의 결정*을 만드는데, 작은 공간이 남는 경우가 있고, 그 안에는 결정이 만들어질 당시의 공기가 들어 있다. 이 공기 방울은 광물과 함께 수십억 년을 지낸다. 이 공기의 양은 아주 적지만 성분을 분석하기에는 충분하다. 광물 안에 있는 방사성 동위원소를 분석하면 광물이 만들어진 시기를 알 수 있다. 과학자들은 이런 방법으로 수십억 년 동안의 지구 대기 중 산소 함유량의 변화를 알아냈다. *결정은 원자나 분자 등이 주기성을 가지고 규칙적으로 배열된 형태의 물질이다. ”

“ 산소 방출 광합성 생물의 수가 주기적으로 감소한 것은, 국지적인 물에 공급되는 철이 주기적으로 소진되었기 때문일 것이다. 계절의 순환에 의해 저층수가 솟아올라 철 공급량을 회복시키면, 광합성 생물의 수는 다시 증가했다. 철 공급이 회복되기 전까지, 산소 방출 생물들은, 오늘날 그들의 후손이 그러는 것처럼, 무산소 광합성으로 대사체계를 바꾸었다. 이런 주기적 변화 때문에 철띠층은 여러 겹의 얇은 층으로 나타난다. ”

“ 가장 완벽하게 탐사된 고대 크라톤은 남아프리카 위트워터슬란드(Witwatersland) 지역 기반에 있는 캅발(Kaapwaal) 크라톤이다. 그 지역은 인류가 발견한 금 전체의 절반(4만 톤)을 안겨주었기 때문에 철저하게 발굴되었다. 금은 호철성이다. 즉 철을 좋아한다. 금 광상은 매픽 암석을 이루는 철 및 망간과 관련이 깊다. 1880년대 위트워터슬란드 지역에 골드 러시가 시작된 이래, 캅발 크라톤 위에 놓인 암석 - 그 암석은 최초 30억 년에 걸쳐 크라톤 위에 형성되었다 -은 총 굴착 깊이 12킬로미터에 이를 정도로 철저하게 파헤쳐졌다. 덕분에 우리는 지구의 역사와 생명의 진화를 무료로 볼 수 있게 되었다. ”

“ 스페인어에는 바다를 지칭하는 여성형 명사도 있고 남성형 명사도 있다. 즉 ‘라 마르(la mar)’라고도 하고 ‘엘 마르(el mar)’라고도 한다. 그런데 산티아고는 바다를 언제나 여성으로 간주해 ‘라 마르’라고 부른다. “장미는 어떤 다른 이름으로 불러도 아름다운 그 향기는 변함없다.”라고 하는 윌리엄 셰익스피어의 말에 속아 넘어가서는 안 된다. 한 대상을 어떠한 이름으로 부르느냐에 따라 그 대상에 대한 태도가 달라지게 마련이다. (중략) 한편 산티아고의 반대편에는 신세대에 속하는 젊은 어부 중 몇몇이 있다. 자연과 조화와 균형을 이루면서 살아가는 산티아고와 달리 그들은 바다를 ‘라 마르’로 부르지 않고 어디까지나 남성으로 간주해 ‘엘 마르’라고 부른다. 같은 어촌에 살면서 똑같이 고기잡이를 해도 젊은 어부들의 태도는 이렇게 사뭇 다르다. (중략) 그것은 곧 세계관의 차이요 자연에 대한 태도의 차이라고 할 수 있다. (중략) 젊은 세대의 어부들과는 달리 산티아고는 좀처럼 인간(주체)과 자연(객체)을 대립적인 관계로 보지 않는다. 그에게 인간은 어디까지나 자연의 일부요, 좀 더 과학적으로 말하자면 생태계의 소중한 구성원일 뿐이다. 인간과 자연은 마치 육체와 영혼의 관계처럼 서로 떼어서 생각할 수 없다. 육체를 영혼에서 분리하는 순간 사멸하듯이 인간도 자연에서 분리되자마자 그 존재 이유를 상실하게 되기 때문이다. ”