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

“ 열수 생물이라고 하면 대부분의 사람이 아무런 감흥을 느끼지 못할 수도 있을 것 같다. 그러나 사실 생각해보면 심해에 생물이 산다는 것은 놀라운 일이다. 적어도 19세기 중반까지는 과학계에서 심해저에는 생물이 거의 없으리란 의견이 지배적이었다. 생명체가 살아가기 위해서는 먹을 것이 필요한데, 수천 m 심해 바닥에 사는 생물들에게까지 돌아갈 몫의 먹이가 거의 없을 것이라고 생각했기 때문이다. 생태계의 구성 원리를 생각해보면 납득이 가는 추론이다. 육지의 식물은 햇빛을 이용한 광합성을 통해 살아간다. 초식 동물이 식물을 먹고, 육식 동물이 초식 동물과 다른 육식 동물을 잡아먹음으로써 생태계가 형성된다. 바다의 경우도 비슷한데, 광합성을 통해 생존하는 식물성 플랑크톤이 바다 위를 떠다니고 일부 해양 생물이 이 플랑크톤을 먹는다. 그리고 이 생물을 다른 생물이 먹음으로써 해양 생태계가 꼬리에 꼬리를 물고 형성되는 것이다. 그런데 햇빛은, 지역에 따라 편차를 보이기는 하지만 그래도 깊어봐야 100m 이상을 투과할 수 없다. 따라서 식물성 플랑크톤은 이보다 더 깊은 곳에서 살아남지 못한다. 이보다 깊은 곳에 사는 생물은 능동적으로 표층의 플랑크톤을 먹거나 다른 해양 생물을 잡아먹을 수 있어야 생존할 수 있다. 생물이 생존하기 위해서는 능동적으로 다른 생물을 잡아먹지는 못하더라도, 최소한 죽어서 떨어지는 사체라도 주워 먹을 수 있는 환경이 필요하다. 표층에서 멀어질수록 먹이 구하기가 점점 어려워질 것은 자명하고 따라서 수천 m 깊이의 심해 환경은 생존에 매우 불리할 수밖에 없다. 따라서 과학자들이 생각하기에 심해저는, 빛도 없고 생명체도 귀하고 퇴적물만이 두껍게 쌓여 있는 사막 같은 환경일 수밖에 없었던 것이다. ”

“ 탄산칼슘으로 만들어진 관은 나미비아의 5억 4,100만~5억 4,700만 년 된 석회암에서 처음 발견되었지만, 그 뒤로 전 세계에서 발견되었다. 이는 그 시기에 동물에게 광물로 된 뼈대가 생겨났음을 가리킨다. 그런 갑옷은 만들려면 에너지가 들지만, 포식자가 늘어날 때에는 더할 나위 없이 중요한 생존에 기여하므로 지출한 이상으로 보상을 받는다. ”

“ 당시의 생물들에게 '산소가 없는 환경'은 처음부터 자연스러운 상황이었다. 당연히 이들은 에너지를 만들 때 산소를 사용하지 않았다. 지금도 우리의 장 속이나 흙 속, 혹은 깊은 바다 속처럼 산소가 없는 환경에서는 이런 초기 지구 생물처럼 산소 없이 호흡하는 생물들이 여전히 존재한다. 그리고 우리는 이들을 이용해서 술을 만들고, 식초를 만든다. 포도당을 분해해서 알코올을 만드는 효모가 그렇고, 알코올을 이용해서 아세트산을 만드는 초산균이 그러하다. 심지어 우리 몸도 산소 없이 호흡할 때가 있다. 아령이나 케틀벨을 들고 '무산소' 운동을 할 때 우리 근육은 난리가 난다. 단시간에 근육에게 요구하는 에너지가 너무 많은 것이다. 그래서 미토콘드리아에 미처 산소를 다 공급하지 못하면 근육세포는 세포질 내에서 포도당을 분해해 얼마 되지 않는 에너지라도 짜내어 쓴다. 이때 분해된 결과물인 피루브산pyruvic acid을 젖산lactic acid으로 만들어 보관하기 때문에 세포 내에 젖산이 쌓이게 된다. 위급할 때 쓰기 위해 우리의 먼 선조가 가르쳐준 무산소호흡의 비법을 세포들은 아직 간직하고 있는 셈이다. ”

“ 이들의 눈은 렌즈, 즉 수정체로 방해석을 쓴다. 참으로 신기한 일이 아닐 수 없다. 방해석은 원래 복굴절로 유명한 광석이다. 글씨를 방해석을 통해서 보면 두 개로 나뉘어 보인다. 빛은 횡적 파동인데 진행방향에 수직인 모든 방향으로 진동한다. 이중 서로 수직이 되는 두 방향이 방해석에서 굴절되는 정도가 달라 잘못 인쇄된 글씨처럼 이중으로 겹쳐 보이는 것이다. 그러나 오직 특정한 방향으로 들어오는 빛만은 복굴절이 일어나지 않는데 방해석의 결정이 형성되는 결정축 방향이 그것이다. 물론 이게 가능하려면 방해석 렌즈를 그 기하학적 방향에 맞추어 자라게 해야 한다. 그리고 삼엽충은 5억 년 전에 그렇게 했다. 그것도 하나가 아니라 모든 낱눈마다 그렇게 만들어낸다. 삼엽충은 절지동물처럼 여러 개의 낱눈이 모인 겹눈을 가지고 있는데 이 수천 개의 낱눈의 렌즈를 모두 빛이 들어오는 방향과 방해석렌즈의 결정축을 맞추어 만들어낸 것이다. ”

“ 이러한 추측은 1977년 미국의 유인 잠수정 앨빈호가 수심 2,000m가 넘는 동태평양 갈라파고스 중앙 해령 열수 분출구 주변에 서식하는 수많은 생물들을 발견함으로써 깨지게 된다. 이 생물들은 그때까지 알고 있던 해양 생물들과는 전혀 다른 특성을 보였고, 종류도 다양했다. 그런데 이 생물들은 어떻게 열악한 심해 환경 속에서 생존해온 것일까? 그 열쇠는 바로 중앙 해령이라는 환경에 있다. 중앙 해령은 해양 지판이 갈라지는 곳인데, 이 과정에서 맨틀이 상승하고, 그 일부가 녹아 만들어진 마그마가 중앙 해령을 통해 분출된다. 그리고 중앙 해령의 깨진 틈으로 침투한 바닷물이 마그마에서 나오는 뜨거운 열로 인해 끓어올라, 여기저기에서 열수가 뿜어져 나온다. 그러면 열수 분출구 주변에 왜 수많은 생명체들이 서식할 수 있는 것일까? 열수 분출구 주변에 심해 생물들을 위한 먹이가 풍부하기 때문이다. 열수는 중앙 해령에서 막 생성된 뜨거운 해양 지각을 순환하면서 많은 광물질들을 녹여내는데, 과학자들은 열수에 포함되어 있는 다량의 황(S)화합물이 고온성 미생물들의 에너지원이 되고 있음을 밝혀냈다. 이 고온성 미생물을 먹이로 하는 생물이 열수 분출구 주변에 모이고, 또 이 생물을 먹는 다른 생물들이 모여드는 것이다. 육상 생태계와 해양 표층 생태계가 태양 에너지를 중심으로 형성된 것이라면, 심해의 열수 생태계는 지구 내부 에너지를 중심으로 한 특수 생태계인 셈이다. 심해저라는 지구 최대의 사막, 중앙 해령은 그 한가운데 샘솟는 오아시스이다. ”

“ 나중에야 과학자들은 그곳의 외관에 속았다는 사실을 알게 되었다. 사실 이 열수공들은 갑각류, 벌레, 달팽이들이 모두 모여 사는 보금자리였다. "그렇지만 크기가 엄지손가락만 하고 투명한 생물들이죠." 켈리가 설명했다. 눈에 잘 띄지 않는 이 동물군은 굴뚝의 틈새과 구멍이나 해초처럼 흔들리는 흰색 세균 가닥들 위에 숨어 있었다. 그뿐 아니라 탑의 안쪽에도 놀라운 것이 또 있었다. 바로 얇은 고세균 층이었다. 고세균을 뜻하는 아르케이archaea는 '아주 오래된 것'을 뜻하는 그리스어 단어에서 유래된 말이다. 이 미생물군은 지구상에서 가장 원시적이고도 수수께끼 같은 생물들이다. 또한 극한의 환경에서도 번성하는, 가장 강하고 적응력이 뛰어난 생물이기도 하다. 만약 어떤 장소가 특별히 춥거나 덥거나, 산성이거나 알칼리성이거나, 산소가 없거나 독성을 띤다면, 즉 극도로 혹독한 환경이라면, 인간은 바로 목숨을 잃겠지만 어떤 종류의 고세균은 분명히 그곳을 마음에 들어할 것이다. 고세균은 미생물계의 어디에나 존재하지만 1977년이 되어서야 분자생물학자 칼 워즈에 의해서 발견되어(처음에는 이 발견으로 비판을 받았다) 세균(1영역), 진핵생물(2영역 : 곰팡이, 식물, 동물 등 세포 속에 핵이 있는 생물)과 함께 생명의 세 번째 영역으로 분류되었다. 너무도 오래되고 이상한 생물인 고세균은 예상을 뛰어넘는 다양한 능력을 가지고 있어서 이제 많은 과학자들은 복잡한 생명의 탄생 과정에 그들이 핵심적인 역할을 했으며, 진핵생물에게도, 즉 인간에게도 고세균 조상이 있었을지 모른다고 믿는다(특히 고세균 로키Lokiarchaeota가 우리와 가장 먼 친척일 가능성이 있다. 이 놀랍도록 기이한 미생물군은 그린란드와 노르웨이 사이의 수심 2,340미터 해저에 있는 "로키의 성Loki's Castle"이라는 열수공 지대에서 발견되었다). ”