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

“ 이렇듯 우리는 심해에서 출발한 원소들의 발자취를 따라 해안으로, 강으로, 숲과 사바나를 지나 산악 지대에 이르기까지 지구 곳곳을 함께 여행할 수 있다. 수천 년, 아니 어쩌면 수백만 년이 걸릴 지질학적 여정도 단 한 번의 잠수와 척박한 암반을 향한 짧은 비행, 그리고 잭슨 폴록의 그림처럼 흩뿌려지는 배설물 관찰로 대신할 수 있다. 아이슬란드 지하의 지각판이 1년에 약 4센티미터씩 손톱이 자라는 속도만큼 천천히 움직인다는 사실을 떠올려 보면 그 차이는 더욱 선명해진다. 동물은 지구의 순환을 이끄는 심장이다. 나무가 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출하여 지구의 허파로 기능하듯 동물은 심해 협곡에서 질소와 인을 퍼 올려 산꼭대기로, 극지로, 열대로 펌프질하며 순환시킨다. 지구 곳곳에서 수많은 동물이 날고 달리고 헤엄치고 걷고 땅을 파며 이동한다. 고래·코끼리·들소·연어·바닷새와 같은 중대형동물은 영양분을 바다와 강, 산과 계곡, 초원과 외딴 화산섬까지 수백수천 킬로미터씩 옮긴다. 이런 장거리 여행자들은 세계를 잇는 동맥과 같다. 더 나아가 매미, 깔따구, 크릴 등의 무척추동물은 지구의 세포 조직에 영양을 공급하는 모세혈관이다. ”

“ 똥과 사체 또한 중요하다. 초식동물을 잡아먹은 육식동물의 배설물과 사체는 세상의 화학적 구성을 바꾼다. 때로는 존재만으로도 공포심을 자극해 환경을 변화시키는 동물도 있다. 생태계는 태어나 자라고 죽는 하나의 생명체이며, 죽은 뒤에도 생명의 그물망에 풍요를 더한다. 동물은 이 체계에 깊이 관여하며, 인류를 포함한 모든 생명이 의존하는 지구화학적 순환을 이끌어간다. 이 순환을 관찰하는 여정의 출발점으로 한때 완전히 척박했던 쉬르트세이만큼 적절한 곳도 없을 것이다. ”

“ 바닷새 번식지에 형성된 드넓은 풀밭에 다다랐을 때는 마치 전혀 다른 세상에 들어선 듯했다. 단단한 땅을 밟고 서자 마음이 놓였다. 용암 모래 속 오아시스 같던 그곳은 희미한 암모니아 냄새를 풍기며 우주에서도 보일 만큼 환한 초록빛을 터뜨리고 있었다. 무릎까지 자란 풀밭 가장자리에는 잎이 넓은 루멕스가 거의 나무처럼 크고 풍성하게 퍼져 있었다. 불과 20~30년 전만 해도 풀 한 포기 없던 곳이었다는 사실이 믿기지 않을 정도였다. 새똥이 없었다면 지금도 마찬가지였을 것이다. 그렇다면 질소가 대기가 아닌 바닷새에서 비롯되었다는 사실은 어떻게 알 수 있을까? 토양과 식물에 함유된 질소의 화학적 지문chemical signature, 곧 동위원소 구성을 분석한 결과, 식물과 토양에 포함된 질소의 약 90퍼센트가 바닷새에서 유래했으며, 나머지 10퍼센트만이 대기를 통해 들어온 것으로 나타났다. 바닷새들은 번식지 한가운데에 에이커당 연간 약 27킬로그램의 질소를 배출했다. 반면, 새가 머물지 않는 지역의 질소 유입량은 에이커 당 연간 0.5킬로그램에 불과했다.(참고로 일반적인 농경지에는 에이커당 약 45킬로그램의 질소 비료가 투입되며, 방목지나 건초 생산용 영년초지permanent grassland에는 에이커당 9~14킬로그램 정도 사용된다.) ”

“ 심해 생물은 빈약한 먹이, 햇빛이 전혀 없는 칠흑 같은 어둠, 차가운 해수, 높은 압력이라는 최악 조건에서 살아가야 하기에 우리가 흔히 접하는 생물과 크게 다릅니다. 제가 심해 생물 전문가도 아니고 심해 생물 연구도 많지 않기에 자세히 설명하기는 어렵지만 대체로 심해 생물은 적게 먹고도 살아갈 수 있도록 신진대사율은 낮고 남는 에너지는 지방으로 잘 축적할 수 있다고 합니다. 거대한 고래라도 한 마리 죽어 바다 깊이 떨어지면 그들에게는 에너지를 비축할 좋은 기회가 되는 것이겠죠. 예전에 심해에 떨어진 고래 사체가 얼마나 오랫동안 유지되는지 카메라를 설치해 촬영한 적이 있다는데 순식간에 사라졌다고 하더군요. ”

“ 심해저 생물은 무엇을 먹고 사나요? 중요한 질문입니다. 결국 생물은 먹어야 할 수 있으니까요. 심해는 먹을거리가 아주 부족한 환경입니다. 빛이 전혀 들어오지 않고, 수온도 매우 낮습니다. 그런데 매우 특수한 곳이 있습니다. 바로 열수 분출구 주변입니다. 열수 분출구에서는 황화합물 등 지구 내부에서 기원한 물질들이 쏟아져 나옵니다. 이런 물질들을 이용할 수 있는 생명체가 있다면 그 생명체들에게 열수 분출구는 척박한 환경이 아닌 사막의 오아시스 같은 곳일 겁니다. 그런 생명체가 있습니다. 고세균이라고, 뜨거운 온도도 거뜬히 견뎌내고 황화합물을 분해해 에너지를 얻는 미생물이 바로 그들입니다. 세균은 고온에 약한데 고세균은 고온에 강한 특징을 갖고 있죠. 이 고세균이 광합성을 하는 육상식물이나 플랑크톤과 비슷한 역할을 합니다. 황화합물을 분해해서 살아가는 고세균을 먹는 생물이 있고, 이 생물을 먹는 생물이 있고, 이런 식으로 열수 생태계가 형성됩니다. 열수 생태계는 태양에너지에 기반한 지표 생태계와 대비되는 새로운 생태계입니다. 20세기 새로운 발견 중 하나죠. 열수 생태계를 연구하면 원시 지구에서 초기 생명체가 어떻게 탄생했는지, 지구 외 행성에서 어떻게 생명체가 생존하는지에 대한 실마리를 얻을 가능성도 있습니다. 이와 같은 이론적 연구는 물론 극한 생명체에서 유용 물질 추출 등 실용적 연구도 가능합니다. ”

“ 스미스와 동료들은 이 새로운 심해 서식지를 고래낙하지whale fall로 명명했다. 스미스는 내게 이렇게 말했다. "고래 낙하를 이야기할 때 꼭 고려해야 할 점이 있어요. 고래가 가라앉는 지역은 먹이가 아주 부족한 곳이라는 사실입니다." 고래가 먹이 활동을 많이 하는 고위도 용승 지역과 달리, 심해에는 빛이 없고 광합성이 이루어지지 않아 영양분이 거의 없다. 심해에 존재하는 유기물은 대부분 해수면에서부터 가라앉은 미세한 입자, 부패한 세포, 미생물, 그리고 해양눈이라 불리는 형형색색의 응집체들이다. 하지만 이 정도의 유기물만으로는 심해의 밑바닥을 채우기에는 턱없이 부족하다. 심해저는 광활한 식량 사막food desert이나 다름없다. 그런데 고래 사체 한 구가 해저에 도달하면 이야기가 완전히 달라진다. 잠꾸러기상어, 심해 문어, 좀비벌레, 작은 단각류, 거대한 게, 말미잘, 그리고 아직 발견되지 않은 생물까지, 수백 종의 생명체에게 그것은 최고의 부동산이자 수년간 지속될 뷔페가 된다. 거대한 고래 한 마리의 사체가 도달한다는 것은 1000년 치의 생물량에 해당하는 해양눈이 하루아침에 쏟아져 내리는 것과도 같다. 스미스는 이렇게 설명했다. "먹이, 지질, 단백질 같은 청소동물이 소비할 수 있는 에너지원이 펑 하고 한순간에 터져 나오는 거예요." ”

“ 부드러운 살점은 즉시 먹이로 소비되지만, 단단하고 무기질이 풍부한 고래 뼈는 고래상어나 다른 대형 어류와 달리 오랜 시간 생명을 지탱하는 자원이 된다. 고래 뼈는 최대 70퍼센트가 지방인데, 미네랄이 풍부한 단단한 매트릭스에 둘러싸여 있어 미생물만이 그 속의 다공성 공간을 통해 침투할 수 있다. 스미스는 말을 이었다. "독립생활을 하는 미생물이나 조개, 홍합, 서관충의 조직에 기생하는 미생물들이 고래 뼈에서 매우 천천히 흘러나오는 황화합물과 고에너지 화합물을 먹고 살아갑니다. 그래서 고래 뼈는 유기물이 풍부한 암초 역할을 하게 되지요." ”

“ 자세히 들여다보면, 매우 기괴해 보이는 생명체들이 화산재에 뒤덮이면서 살던 모습 그대로 굳는 바람에, 경이로운 화석들이 수백 마리씩 모여 있는 것을 알 수 있다. 고생물학판 폼페이다. ”

“ 미스테이큰포인트 화석들에 몇 가지 특징이 안 보인다는 사실을 깨닫게 된다. 그 화석들은 입이 없으며, 돌아다니거나 먹이를 잡는 데 쓸 팔다리도 없다. 잘 발달한 소화계도 없었던 듯하며, 바닥이나 그 위에서 활발하게 움직인 종류도 거의 없어 보인다. ”

“ 털납작벌레의 표면을 이루는 세포들은 원생동물이 먹이를 먹는 것과 거의 흡사한 방식으로 먹이 알갱이를 삼킬 수 있고, 또 주변의 물이나 침전물에 있는 유기분자를 흡수할 수 있다. 필요한 산소는 확산을 통해 몸에 들어오며, 그래서 몸이 얇을 수밖에 없다. ”