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

“ 광합성이라는 요리에서 요리사는 엽록소다. 나무에 있는 엽록소 중 가장 흔한 종류는 '엽록소 a'와 '엽록소 b'다. 이 두 종류의 엽록소는 빨간색과 파랑-보라색 빛을 효과적으로 흡수한다. 태양은 가시광선 영역을 중심으로 양 끝의 자외선과 적외선 영역을 포함한 넓은 파장대의 빛을 지구로 내뿜는데, 이 빛을 받은 나뭇잎은 무지개의 끝에 해당하는 빨간색과 파랑-보라색 빛을 흡수해 광합성 재료로 쓰고, 나머지 빛은 내보낸다. 이때 방출되는 빛을 우리 뇌는 초록색으로 인지하기 때문에 나뭇잎이 초록색으로 보이는 것이다. 나뭇잎은 초록색이지만 사실 초록색 빛을 배척한다. 자신이 가장 싫어하는 빛으로 자신의 색이 결정된다니, 참 슬픈 일이다. 엽록소는 왜 초록색을 싫어할까? ”

“ 엽록소는 금속 원자를 포함하고 있다는 점에서도 특별하다. 엽록소에는 무려 100개가 넘는 원자가 있지만, 엽록소 a의 분자식에서 볼 수 있듯 꼬리에 붙은 마그네슘Mg 원자 덕분에 광합성을 할 수 있다. 게다가 엽록소의 수많은 분자 안에는 또 수많은 전자가 '갇혀' 있다. 그래서 엽록소의 전자는 레이저의 전자처럼 고전역학이 아닌 양자역학을 따른다. 양자역학에 대한 현학적 이야기가 워낙 많지만 벌써 겁먹지는 말자. 전자의 행동은 자유의지를 가진 인간의 행동보다 평범하다. 사실 양자역학은 그저 전자같이 아주 작은 녀석들의 행동을 정확한 수치로 설명하기 위한 이론일 뿐이다. '역학'은 '그 행동을 예측할 수 있다'는 말과 같다. 오히려 인간은 이상한 행동도 많이 하고, 그것을 전혀 예측할 수 없어 당황스러울 때도 자주 있지 않은가. 만약 '인간행동역학'이라는 이론이 정립되면 양자역학보다 수십, 수백 배는 더 복잡하고 어려울 것이다. 바코드스캐너의 레이저에서 살펴보았듯 양자역학에 따르면 원자와 분자에 '갇힌' 전자는 불연속적인 값의 에너지를 갖는다. 이를 에너지층이라고 한다. 엽록소 분자에 있는 마그네슘 원자가 다른 원자들과 상호작용하며 엽록소 안의 에너지층 간격을 결정한다. 이렇게 결정된 에너지층 간격이 빨간색과 파랑-보라색 빛의 에너지에 해당하기 때문에 나뭇잎은 이 두 개의 빛을 가장 강하게 흡수할 수 있는 것이다. ”

“ 여기까지가 나뭇잎이 초록빛을 띠게 된 원리다. 그렇다면 아예 처음부터 시작해 보자. 엽록소가 초록빛을 띠도록 만들어진 이유는 과연 무엇일까? 솔직히 말하자면 거기까지는 나도 잘 모른다. 태초부터 거듭된 진화의 결과일 수도 있고, 초록빛을 좋아했던 조물주의 설계일 수도 있고, 광합성을 할 수 있는 식물이 최초로 등장했을 때 그 식물 주변에 마그네슘이 풍부했기 때문일 수도 있다. 지금은 그저 이 초록빛을 즐기면 될 것 같다. 탄소 배출과 미세먼지 등 대기 오염이 심각한 문제로 손꼽히는 요즘 같은 때, 이렇게 우거진 숲이 잘 보존되고 있다는 사실만으로도 참 감사한 일 아닌가. ”

“ 그런데 한 가지 신기한 것은, 진보라고 생각되는 것이 사실은 퇴행에서 비롯된 것일 수도 있다는 점이다. 식물 상태에서 동물로 이행하는 과정은, 적어도 초창기에는, 새로운 기관의 생성보다는 기존 기관의 소멸로 인하여 가능했기 때문이다. 광합성 능력과 그에 다른 무기 영양 능력의 소멸은 동물로 하여금 식물을 잡아먹는 포식자의 지위를 갖게 했다. 식물이 지니고 있는 무성 생식력의 소실로 말미암아 동물은 한 가지 성만 갖게 되었고, 식물의 견고성을 보장해주는 셀룰로오스성 막의 손실 또한 동물의 이동성을 가능하게 했다.이런 현상에 비추어, 동물 세포는 원래 병들거나 비정상적인 식물 세포였다고 주장하는 사람들도 있다. 세포가 견고성을 상실함으로써, 동물은 이동할 수 있게 되었다. 바꿔 말하자면, 먹이를 찾아다닐 수 있게 됨으로써 동물은 무기 영양능력 소멸로 인한 불편함을 보상받을 수 있었다. 모든 일은 서로 연관이 되게 마련인데, 동물이 지니는 이러한 이동성은 동물이 암컷 또는 수컷이라는 단일성을 가진다는 특성과 밀접하게 관련을 맺고 있다. 생식 세포만이 독자적으로 다른 생식 세포를 찾아 이동하는 것이 아니라 그 생식 세포의 임자가 직접 움직이게 되자 교배의 가능성이 급증했으며, 따라서 새로운 부류도 등장하게 되었다. 실제로 동물의 종류는 식물의 종류에 비해 훨씬 다양하다. 비록 자주 언급되지는 않지만, 동물의 세계와 식물의 세계를 뚜렷하게 구분짓는 또 한 가지 특징이 있다. 최초의 동물이 물가로 빠져나와 대기를 호흡하며 육지에 둥지를 틀기 전까지, 지구는 침묵 속에 잠겨 있엇다. 들리는 소리라고는 화산이나 온천의 폭발음, 시냇물 흐르는 소리, 급류가 용트림하는 소리 등 물리적이고 내륙적인 소리가 고작이었다. 아니, 대기의 소리라고 하는 것이 더 정확하다. 당시의 소리는 바람의 숨결이 전부였다. 바다를 동요시키는 것도 바람이었고, 구름을 모아 천둥 번개를 동반한 소나기를 내리게 하는 것도 바람이었으며, 나무들끼리 부딪치게 만드는 것도 바람이었기 때문이다. 그런데 동물의 출현 이후로는 울음소리, 지저귐 소리 등, 이전과는 다른 종류의 소리들이 지구에 등장했다. 동물은 자기 내부 중심에 원초적인 생명 발생 환경을 간직(바닷물처럼 짠 림프액과 혈액)하고 있는 것과 마찬가지로, 바람까지도 자기 안에 지니고 있기 때문에, 그 바람을 소리를 집중적으로 관장하는 통로를 따라 몸 밖으로 내보낸다. 이렇게 해서 소리와 그에 따른 소란스러움이 태초의 침묵과 평화를 대체했다. … 이유야 어찌 되었든, 일단 동물의 출현으로 가닥을 잡게 되자, 이 변화의 과정은 거듭 새로워졌다. 초식동물에서 육식동물이 태어났으며, 육식동물은 자기를 만들어준 초식동물을 잡아먹었고, 이렇게 해서 초식동물보다 더욱 강력한 육식동물이 태어나게 되자 초식동물과 마찬가지로 그들 또한 초강력 육식동물들에게 잡아먹히는 신세를 면할 수 없었다. 이 사슬은 인간에게까지 이르는데, 인간이야말로 자기를 먹여 살리는 지구의 모든 생명을 파괴할 수 있는 유일한 포식자이다. ”