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

“ '경사 부정합(먼저 쌓인 지층과 나중에 쌓인 지층이 평행이 아닌 부정합-옮긴이)'이 커다란 시간 간격이나 공백을 나타낸다는 사실을 처음 알아챈 사람은 제임스 허턴이었다(그림16). 사실, 그는 스코틀랜드의 유명한 시카포인트Siccar Point에서 처음 경사 부정합을 발견하기도 전에 그 존재를 확신했다. 허턴을 열렬하게 지지했던 존 플레이페어John Playfair는 경사 부정합의 중요성을 재빨리 알아차리고 "시간의 심연을 너무 깊이 들여다보면 정신이 아찔해진다"라고 말했다. 아무래도 허턴이 친구에게 경사 부정합이 만들어지려면 상상할 수 없을 만큼 오랜 시간이 걸린다는 사실을 확실하게 이야기한 듯하다. 우선, 부드러운 퇴적물이 새로운 퇴적물 아래에 깊이 파묻혀야 한다. 그래야 암석으로 변할 뿐만 아니라 땅 아래의 막대한 압력을 받아서 모양이 바뀔 수 있다. 압력 때문에 휘어진 암석은 이제 똑같이 맹렬한 힘을 받아 산맥으로 융기해야 한다. 그런 후 천천히 침식되어서 해수면 높이까지 내려오면, 마침내 난폭한 썰물과 파도에 깎여나간다. 그러므로 경사 부정합은 거대한 암석 순환이 끝났다는 사실을 나타낸다. 하지만 암석이 다시 침강되면 새로운 퇴적 순환이 이어질 수 있다. 테드베리캠프의 쥐라기 퇴적물도 같은 과정을 거쳐서 암석으로 변했다. 이 사실은 아래층에서 암석 순환이 발생하고 나서 매장과 융기, 침식이라는 순환이 적어도 한 번 더 일어났다고 말해준다. 아마 알프스산맥을 형성한 대륙판 충돌과 관련 있을 것이다. 허턴은 이 같은 경사 부정합을 관찰하고 무한해 보이는 지구 역사에서 순환이 쉼 없이 이어졌다는 사실을 인식했다. ”

“ 우리는 공룡이 멸종했다고 생각하곤 하지만, 앞서 제시한 공룡의 정의를 받아들인다면 그 생각은 옳지 않다. 우리는 동네에서 살아 있는 공룡들을 본다. 참새, 지빠귀, 비둘기가 그렇다. 조류가 공룡 조상의 후손이라는 개념은 150년 전 T. H. 헉슬리에게로 거슬러 올라간다. 그는 다윈을 가장 열렬히 지지한 인물이었다. 1868년 헉슬리는 이렇게 썼다. "파충류에서 조류로 가는 길은 공룡을 거친다. ……근원인 앞다리에서 날개가 자라났다." 헉슬리는 특히 조류의 뼈대와 트라이아스기 말과 쥐라기 초의 지층에서 발견되는 작은 공룡인 코엘로피시스Coelophysis의 뼈대 사이에 보이는 해부학적 유사성에 주목했다. ”

“ 공룡은 지금도 살고 있다! 덜 부화한 병아리의 엉덩뼈부터 발가락까지 몸의 뒤쪽 마지막 4분의 1 부분의 전체 크기가 확 커져서 골화되어 그 모습 그대로 화석이 될 수 있다면, 그것은 조류와 파충류 사이를 잇는 과도 과정의 마지막 단계가 되어줄 것이다. 그 형질들을 공룡과 결부시키지 못하게 가로막을 것이 전혀 없을 테기 때문이다. - 토머스 헨리 헉슬리, <공룡류 파충류와 조류 사이의 유연관계를 더욱 뒷받침해주는 증거> 다윈의 책이 세상에 나오고 불과 두 해 뒤인 1861년, 독일 남부 바이에른주 졸른호펜의 석회암 채석장에서 놀라운 화석이 하나 발견되었다. 졸른호펜 채석장은 결이 지극히 고운 석회암 판석이 나오기 때문에 오래전부터 채석이 되어온 곳이었다. 예로부터 출판사는 이 판석을 산으로 부식새김해서 석판화를 그려 책 삽화를 만들었다. 이따금 이 석회암에서는 놀라울 만큼 정교한 상태로 보존된 화석이 출토되기도 했다. 꼬마 공룡인 콤프소그나투스(<쥬라기공원>의 인기스타 '콤피')도 그 가운데 하나였고, 상태가 훌륭한 첫 익룡류 화석 몇 점도 발견되었다. 그런 곳에서 1860년에 깃털의 인상화석이 발견되었고, 그로부터 여섯 달 뒤에 인부들은 뼈는 공룡 같은데 깃털이 달려 있는 특이한 생물의 부분 골격을 발견했다. 두말할 것 없이 이 화석은 큰 파문을 일으켰고, 런던의 대영박물관은 가장 높은 액수를 불러서 다른 박물관들을 제치고 그 표본을 확보했다. 표본이 런던에 도착하자마자(소장된 장소의 이름을 따서 아직도 '런던 표본London specimen'이라고 부른다) 대영박물관 학예연구사였던 리처드 오언 - '공룡Dinosauria'이라는 이름을 지은 사람 - 이 서술할 책임을 맡았다. 그보다 앞서 그 표본은 이미 시조새Archaeopteryx('고대의 날개'라는 뜻)라는 이름으로 불리고 있었고, 오언도 기본적으로 그걸 새라고 서술하기는 했으나, 공룡이 가진 모든 형질들이 그 골격에 담겨 있음을 보지 않을 수 없었다. 그러나 저명한 생물학자 가운데에서 진화론에 반발한 마지막 인물 가운데 한 사람이었던 오언은 이 화석을 그 친척들과 결부시키려 하지 않았다. ”

“ 하지만 오언의 맞수였던 토머스 헨리 헉슬리 - 이 무렵에 그는 '다윈의 불독'이 되어 말과 글로 다윈의 이론을 지지하고 있었다 -는 시조새에서 보이는 그 공룡 형질들을 놓치지 않았다. 현생 조류를 처음으로 해부학적으로 연구한 사람들 가운데 하나이자 콤프소그나투스 같은 공룡도 여럿 연구한 헉슬리는 시조새가 새와 공룡 사이를 이어주는 훌륭한 '빠진 고리'임을 놓치지 않고 알아보았다. 1863년에 왕립학회 연단에서 했던 유명한 발표회에서 헉슬리는 조류가 공룡에서 유래했으며, 비조류형nonavian 공룡과 조류만 공유하는 35개 특징을 열거했다(이 가운데 17개는 지금도 현대 고생물학자들이 사용하고 있다). 1887년에는 이보다 훨씬 상태가 좋은 화석이 발견되었다. '베를린 표본Berlin specimen'이라고 하는 이 시조새 화석은 알려진 표본 12개 가운데 보존 상태가 가장 좋다. 그 즈음에 이르러 독일인들도 시조새의 중요함을 개닫게 되었다. 그래서 독일의 기업가들이 그 표본을 구입해서 다른 나라로 넘어가지 않도록 했고, 지금은 베를린 자연사박물관Museum für Naturkunde에 전시되어 있다. 이 표본은 제2차 세계대전의 폭격에도 무사했다. 나는 런던 표본과 베를린 표본의 원본을 모두 가까이에서 보았다. 그토록 놀랍고 역사적 가치를 가진 화석을 사진이나 주물이 아니라 실물로 보러 가는 것은 성배를 찾아 순례하는 것과 다를 바가 없다. 헉슬리가 애쓰기는 했으나, 또 다른 고생물학자인 해리 고비어 실리Harry Govier Seeley가 이의를 제기하면서 공룡-새 가설은 인기가 시들해졌다. 1926년에 예술가인 게르하르트 하일만Gerhard Heilmann은 공룡보다 더 원시적인 지배파충류(당시에는 '테코돈트thecodont'라고 불렀다)에서 새들이 기원했다는 생각을 내놓았고, 그 뒤로 반 세기 동안 이 생각이 지배적인 견해가 되었다. 헉슬리의 가설을 반박할 만한 증거가 하일만에게는 많지 않았으나, 새들과 핏줄사이에 있을 만한 공룡, 곧 우리가 아는 수각류 공룡 가운데에는 쇄골이나 빗장뼈를 가진 것이 하나도 없으나, 모든 새들에서는 빗장뼈들이 합쳐져 '차골wishbone-'-깃을 칠 때 중요한 '용수철' 구실을 한다 -이 되었다는 주장을 내세웠다.(그런데 그 뒤로 수많은 수각류 화석에서 빗장뼈가 발견되면서 이 반론은 사라졌다. 빗장뼈는 연약한 뼈이기에 보존되는 경우가 드물 뿐이었다.) 물론 이는 순진한 조상숭배에 지나지 않는다. 하일만이 지배파충류에 속한 것들(에우파르케리아 같은 녀석들)을 후보로 선호한 까닭은 단순히 모든 공룡에 비해 더 원시적이기 때문일 뿐이었다. 헉슬리가 입증했던 공룡과 새가 가진 형질들 사이의 파생적 유사성을 하일만이 모두 무시해버린 까닭은, 당시 대부분의 고생물학자들이 공룡을 덩치 크고 고도로 분화한 동물로 생각했기에 이 거대한 육상동물에서 새가 기원했다고 상상할 수 없었던 탓이 컸다. 그뿐 아니라, 새들이 가지에서 가지로 활공하다가 비행이 진화했다는 각본('나무에서 내려오다 날기trees down' 가설)도 하일만의 생각에 영향을 주었는데, 덩치 큰 육서성 공룡은 이 각본에 들어맞지 않았던 것이다. ”

“ '새는 공룡' 가설은 그 뒤로 내내 인기 없는 가설로 남아 있다가, 1970년대에 예일대학교의 고생물학자 존 오스트롭John Ostrom(내 좋은 친구였는데 2005년에 세상을 떴다)이 유럽에 있는 표본들을 다시 살피면서 상황이 바뀌었다. 네덜란드의 테일러스박물관Teylers Museum에서 1855년에 익룡으로 잘못 동정되었던 표본을 하나 찾아낸 오스트롬은 표본을 더욱 면밀히 살핀 결과 희미한 깃털 인상이 있음을 보았고, 또 하나의 시조새 표본임을 알게 되었다. 한편 1951년에 발견된 아이히슈테트 박물관Eichstätt Museum의 표본은 졸른호펜의 공룡인 콤포소그나투스로 잘못 동정된 채로 있다가, 그로부터 20년 뒤에 F.X. 마이어Mayr가 그 표본에서 깃털 인상을 찾아냈다. 작은 공룡과 시조새가 그처럼 쉽게 혼동된다는 사실이 바로 오스트롬에게 계시가 되어주었다. 그는 헉슬리의 가설을 다시 살려냈고, 그 가설을 더욱 확실히 뒷받침해줄 증거 목록을 길게 추가했다. 1960년대에 오스트롬은 고도로 분화한 공룡 데이노니쿠스Ceinonychus(영화 <쥬라기공원>에서 '벨로시랩터'라고 했던 공룡)를 발견해서 서술했는데, 그 공룡이 최초기 조류와 해부학적으로 놀라울 만큼 비슷한 구조를 보여준다는 사실도 '새는 공룡'이라는 생각에 힘을 실어주었다. 처음에 오스트롬이 논문들을 발표한 이후로 '새는 공룡' 가설을 둘러싸고 여러 해 동안 논란이 극심했으나, 얼마 가지 않아 그 가설을 뒷받침하는 증거가 압도적으로 쌓이면서 논란은 금방 해소되었다. 이 가설을 뒷받침하는 분화된 공유-파생 형질이 수백 개에 이르는데(Gauthier 1986), 경쟁하는 가설 가운데 뒷받침하는 형질이 이만큼은커녕 몇 개라도 있는 이론은 하나도 없다. 그 얼마 되지도 않는 데이터에 설득당한 고생물학자들은 극소수에 지나지 않는다(1퍼센트 미만). 특히 조금 있다가 잠깐 살펴보게 될 화석인 깃털 다린 비조류형 공룡 화석이 중국에서 발견되면서 추가 확 기울었다. '새는 공룡이 아니다'고 주장하는 그 소수의 학자들에게는 '새는 공룡이다'는 가설과 겨룰 만큼 힘 있는 증거의 뒷받침을 받는 가설이 전혀 없으며, 그들의 주장을 이루는 것은 그저 새와 공룡에서 모두 나타나는 형질 몇 개를 골라 흠을 잡으려 하는 게 대부분이다. 그들은 그 몇 개 말고는 압도적인 수의 나머지 대부분의 형질들을 전혀 언급하지 않는다. 사실 그들은 분지학을 사용하지도 않고 분지학을 이해하지도 못하는 것처럼 보이는데, 이것도 문제가 된다. 또 하나 문제가 되는 것은, 비행의 기원을 '나무에서 내려오다가 날게 되다'로 설명하는 가설에 집착하는 탓에, 육서성 공룡이 '땅을 달려 올라가기gound up'를 하다가 비행을 진화시켰다는 상상을 그들이 하지 못한다는 것이다. 켄 다이얼Ken Dial(2003)은 그들이 비행의 기원으로 '나무에서 내려오기'에 역점을 두는 것이 잘못임을 보여주었다. 추카 자고새chukar parrtidge처럼 가파른 비탈을 뛰어서 올라갈 때에 날개의 양력을 사용할 뿐 비행용으로 사용하는 일은 거의 없는 새들이 많이 있다. 공룡(밑에서 곧 보게 되겠지만, 이미 깃털로 단열을 했다)이 가파른 비탈을 더 쉽게 올라가기 위해 이런 신체 구조를 만들어낼 수 있었을 것이고, 그러다가 잠깐씩 활공을 하게 되었을 테고, 그러다가 마침내 진정으로 하늘을 날게 되었을 것임을 쉽게 볼 수 있다. 그러나 진화론적인 각본을 쓰려면, 그 소수의 학자들처럼 분석해서는 안 된다. 마땅히 여기에서도 과학자들은 과학의 규칙을 준수해야 하고, '그럴 뿐이다' 식의 이야기가 아니라 긍정적인 증거로 잘 뒷받침을 받는 대안적 가설을 내놓아야 한다. 마크 노렐Mark Norell(2005: 215~229)이 자세히 들려주다시피, 널리 받아들여지는 가설에 대해 저들이 가하는 공격은 대부분이 터무니없는데다가 종종 자기 모순적인 저격으로 끝날 뿐이며, 직접 대안적 가설을 제시하는 일이 없다. 그런 점에서 그들은 창조론자들과 닮았다. 창조론자들은 해당 주제에서 자잘한 것 하나를 골라 공격만 할 뿐, 나머지 증거들은 전혀 거론하지 않기 때문이다. ”

“ 맨틀을 구성하는 물질은 무엇일까? 맨틀을 직접 볼 수 없기 때문에 어떤 물질로 구성되어 있는지를 상상하기란 매우 어렵다. 다양한 연구 결과 적어도 맨틀 상부를 구성하는 대표적인 암석은 감람암으로 밝혀져 있다. 감람암의 감람은 올리브 열매에서 그 명칭이 유래했다. 감람암의 70%를 구성하는 광물인 감람석Olivine은 형태가 동글동글하고 색깔은 녹색이라 올리브 열매와 매우 유사하기 때문이다. 핵에 상대적으로 더 가까운 부분, 맨틀 하부가 어떤 암석으로 되어 있는지에 대해서는 아직 논란이 많지만 대체로 감람암과 화학 조성은 비슷하되 물리적 특성은 다른 암석일 것으로 추정하고 있다. ”

“ 지각은 화강암과 현무암, 맨틀은 감람암으로 구성 이와 같이 지진파 연구로 밝혀진 지구의 3개 층들은 각각 어떤 물질들로 구성되어 있을까? 지각의 경우 대륙과 바닷물 아래 지각을 구성하는 물질이 각각 다르다. 대륙의 경우 최상층은 대부분 토양, 식물, 모래로 덮여 있지만, 조금만 깊이 들어가 보면 대체로 '기반암'으로 불리는 단단한 암석층이 나타난다. 대륙을 구성하는 기반암은 매우 다양하지만 화강암에 가까운 암석이 가장 많다. 대륙을 구성하는 물질의 평균적인 특성은 화강암과 유사하다고 해도 크게 틀리지 않을 것이다. 대륙 지각에 비해 바다 아래 지각은 직접적으로 볼 수 없기 때문에 상상하기 어렵다. 일단 바다 아래 지각의 최상층은 강물과 대기, 그리고 생물의 사체에서 기원한 퇴적물로 주로 구성되어 있다. 퇴적물을 뚫고 들어가면 딱딱한 암석층이 나타나는데 이 암석층은 대륙을 구성하는 화강암과는 확연히 구분되는 현무암질임이 밝혀져 있다. 현무암은 제주도 현무암을 연상하면 이해가 쉬울 것이다. 대륙 지각을 구성하는 암석과 해양 지각을 구성하는 암석이 서로 다른 것은 기원이 다르기 때문이다. .... 우리가 경험하는 지구의 표면이 지각에 해당하는데 사실 지각은 지구 전체에서 차지하는 비중이 1% 미만으로 그 비중이 매우 낮다. 맨틀은 부피로 보면 지구의 84%, 질량으로 계산하면 60%를 차지하고 있어 그 비중이 가장 높다. 핵은 부피로는 약 15% 정도인데 질량으로 따지면 약 39%를 차지한다. 단순한 숫자들로만 봐도 맨틀에 비해 핵이 훨씬 무거운 물질로 구성되어 있음을 알 수 있을 것이다. 실제로 외핵은 대부분의 철과 약간의 니켈로 구성된 액체 금속이다. 지각은 맨틀보다 평균 질량이 낮기 때문에 지각 -> 맨틀 -> 핵으로 갈수록 질량이 커진다는 사실을 확인할 수 있다. 지구 내부로 갈수록 밀도가 커진다는 것은 지구의 삼중 구조가 안정적임을 의미한다. 바깥에 더 무거운 것이 있다면 지구는 붕괴될지도 모른다. 우리는 지구의 가장 바깥 부분만을 직접적으로 경험할 수 있을 뿐이다. 우리는 대부분 육지 위에서 살며 공기를 호흡하고 바다의 영향을 받는다. 그런데 지구 깊은 곳에 있는 맨틀과 핵은 대체 우리 삶에 어떤 영향을 미치고 있는 것일까? 지각-맨틀-핵의 구조가 보여주는 지구의 모습은 기본적으로 정적이다. 그러면 표면에서 경험하는 지각, 바다, 대기 모두가 맨틀이나 핵과 무관한 것일까? 실제 지구의 안에서는 우리가 보고 경험할 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 일들이 일어나고 있으며, 이런 일들은 우리가 살고 있는 바깥 환경과도 밀접하게 연결되어 있다. 이 책에서 논하고자 하는 '판구조'는 지구가 정적이 아니라 역동적으로 순환하고 있음을 보여주는 구조이다. 판구조론은 지구의 안과 밖의 상호작용에 대한 이론이다. 지구에 대한 역동적인 모델인 판구조론은 대륙이동설로부터 잉태되기 시작했다. ”