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

“ 고대 황철석과 석고의 황 동위원소를 상세히 분석하면, 24억 년 전보다 더 이전에는 대기의 화학적 과정이 지구의 황 순환에 주된 역할을 하다가, 그 이후에는 중단되었음을 알려준다. 화학적 모델은 이 상세한 동위원소 흔적이 대기의 산소 농도가 극도로 낮을 때에만 생길 수 있음을 시사한다. 현재의 1/100,000보다 낮을 때다. ”

“ 지구 표면에는 25억 년 전의 이 거대한 변화가 표현되어 있었다. 생명은 시생대 초기에 혐기성 세균의 형태로 시작되었지만, 광합성 세균은 시생대 중기에 나타났고 원생대가 되어서야 번성했다. 광합성 세균은 산소를 내뿜었다. 대기가 바뀌었다. 대양도 바뀌었다. 바다 속에는 물에 잘 녹는 제1철이 풍부했는데, 주로 20억 년에 걸쳐 배출된 용암에 의해 바다 속으로 들어왔다. 이제 산소가 추가되면서, 제1철은 제2철로 바뀌었다. 물에 녹지 않고 밀도가 높은 제2철은 진흙 같은 형태로 석출되어 바다 밑바닥에 가라앉았고, 석회 진흙과 이산화규소 진흙, 그 밖의 다른 바다 속 퇴적물과 결합해 호상철광층banded-iron formation이 되었다. 전 세계에 걸쳐 형성된 호상철광층은 쇠못이 되고, 자동차가 되고, 대포가 되었다. 이것이 바로 미네소타 메사비산맥의 철이며, 오스트레일리아 해머슬리 분지의 철이고, 미시간과 위스콘신과 브라질의 철이다. 전 세계에서 지금까지 채굴된 철은 90퍼센트 이상이 선캄브리아 시대의 호상철광층에서 나왔다. 이 철의 연대는 지금으로부터 25억~20억 년 전이다. 환원된 대기에서 산화된 대기로의 전이, 그리고 그와 관련해서 일어난 대양의 화학적 성질의 급격한 변화, 즉 철을 만들어낸 변화는 대단히 특별하다. 그 사건은 결코 반복되지 않았다. 지구에서 그런 일은 다시 일어나지 않았다. ”

“ 즉, 세계는 산소가 활용 가능해진 순간부터 극적으로 변했다. GOE에는 '산소 대학살'이라는 별명도 있다. 무산소 환경에서 살아가던 생물들에게 O₂와 같은 반응성이 큰 분자의 출현은 죽음을 의미했다. 오늘날 저산소 활경에 적응한 이런 세균과 미생물은 물이 고인 호수 밑바닥이나 흑해와 같은 해양 분지처럼 산소가 거의 없는 곳에서 살아야만 한다. 그러나 23억 년 전까지는 이런 생물들이 지구를 지배했다. 대기 중에 산소가 풍부해지면서 이 생물들은 실로 대학살을 당했고, 산소가 풍부한 환경에서 살아갈 수 있는 미생물들이 세상을 차지했다. 그러면 중요한 의문이 하나 생긴다. 지구의 대기는 어디에서 산소를 얻었을까? 그 해답은 명백하다. 바로 광합성이다. 광합성은 남조세균이라고도 불리는 시아노박테리아에서 처음 일어났고, 그 후 마침내 '진정한' 진핵 조류가 진화하면서 식물에서도 광합성이 일어났다. 한 가지 중대한 수수께끼는 바로 대학살 시기다. 시아노박테리아 화석은 35억 년 전의 것도 알려져 있고 심지어 38억 년 전에도 이 세균이 살았을 가능성이 있지만, GOE는 23억~19억 년 전에 일어나기 시작했다. 처음에는 시아노박테리아가 만들어낸 산소의 양이 보잘 것 없어서 지구에 그다지 큰 영향을 주지 못했을까? 시아노박테리아는 다량의 산소를 생산했지만 대부분 지각의 암석에 갇혀 있었던 것일까? 그렇다면 지각의 암석이 (BIF처럼) 산화되다가 결국 산소가 너무 많아져서 지각 속의 저장고가 포화 상태에 이르자 산소가 방출되었을 것이다. 아니면 23억 년 전에 진정한 진핵 조류가 진화하면서, 훨씬 더 커진 세포에서 훨씬 더 많은 양의 산소가 만들어졌을 수도 있다. 진정한 조류만이 지구를 가득 채울 정도로 많은 양의 산소를 생산할 수 있고, 크기가 훨씬 작은 시아노박테리아는 그럴 수 없었을지도 모른다. 이유가 무엇이든지, 이 논쟁에서 논란과 추측이 난무하며 합의된 해답은 없다. 분명한 것은 17억 년 전 이후엔 진정한 진핵 조류가 어디에나 있었고, 대기의 약 1퍼센트 또는 그보다 많은 양의 산소가 지구의 산소 균형을 영원히 바꿔놓았다는 점이다. ”