[함께 읽는 과학도서] 천천히 곱씹으며 느리게 읽기 <지구의 짧은 역사> 3부

“ 풍요로웠던 화성 화성 탐사는 화성에도 지구와 같이 생명체가 있을지도 모른다는 일말의 기대와 함께 시작되었다. 화성 표면의 자세한 모습은 마리너 4호(Mariner 4) 이후, 바이킹(Viking), 패스파인더(Pathfinder) 등으로 이어지는 화성탐사선의 활약에 의해 드러나기 시작했다. 이들이 보내온 화성 표면의 모습은 황량하기 짝이없는 건조한 행성으로 어디에도 생명체의 흔적을 찾아볼 수 없을 것처럼 보였다. 이후 글로벌 서베이어(Mars Global Surveyor) 호, 오딧세이(Mars Odyssey) 등 우수한 관측 장비를 탐재하고 있는 궤도 탐사선이 화성 표면의 세밀한 사진을 전송해 오고 있으며, 2004년에는 오퍼튜너티와 스피릿(Opportunity & Spirit)으로 명명된 두 대의 쌍둥이 탐사 로봇이 화성 표면에 착륙하여 좀더 정밀한 사진과 분석 자료를 지구로 전송하였다. 최근의 얻어진 자료를 해석하여 알게 된 화성의 과거는 지금과는 매우 다른 모습인 것으로 해석되고 있다. 화성의 표면에서는 무엇인가 흐른 것과 같은 구조를 많이 볼 수가 있는데, 이들 중 일부는 용암이 흐른 흔적이거나 바람에 의해 만들어진 지형으로 보이지만, 일부는 물이 흐르면서 만든 지형일 가능성이 매우 큰 것들도 있다. 예를 들어 유럽의 화상 탐사선 마스 익스프레스(Mars Express) 호가 촬영한 그림 12-9의 구조는 지구의 강 하구에서 볼 수 있는 것과 유사한 구조를 보여주고 있다. 이 구조는 마치 여러 차례에 걸쳐 강에 물이 넘쳐 나면서 범람원이 형성된 것과 같은 복잡한 모양을 보여주는데 만약 물이 없었다면 어떻게 이런 구조를 만들 수 있는지 설명하기가 매우 곤란하다. ”

“ 화성에 보내진 쌍둥이 로봇, 오퍼튜너티와 스피릿의 착륙지점은 화성 표면에 있는 수많은 물의 흔적으로 생각되는 지점 중 두 장소를 주의 깊게 선정한 것이다. 먼저 오퍼튜너티가 착츅한 지점인 메리디아니 플라눔(Meridiani planum)은 궤도탐사선에 의해 회색의 적철석(Gray hematite, Fe2O3)이 다량 존재하는 것으로 밝혀진 곳이다. 화성에는 적철석이 풍부하게 존재한다. 적철석은 산화철의 일종으로 녹슨 철을 생각하면 될 것이다. 적철석은 작은 입자가 모여 있을 때는 붉은색으로 보이며 붉은 행성 화성의 색은 적철석이 풍부한 토양의 영향이 크다. 적철석이 큰 결정으로 성장하면 회색을 띠게 되는데, 이런 결정질 적철석이 생성되는 대표적인 환경이 물이 존재하는 곳이다. 따라서 메리디아니 플라눔은 과거 표면에 물이 존재했을 가능성이 큰 지역이다. 스피릿이 착륙한 구세브 충돌구(Gusev Crater)는 한쪽 벽이 또 다른 작은 충돌구에 의해 무너져 내려 있고 이 지점은 마치 고대의 강처럼 보이는 구조와 연결되어 있다(그림12-10). 따라서 구세브 충돌구는 과거 화성의 호수였을 가능성이 있는 곳이다. 기대를 저버리지 않고 두 대의 로봇은 이들 지역을 돌아다니면서 과거 화성 표면에 풍부했던 물의 존재를 증명할 수 있는 여러 가지 자료들을 지구로 전송해 왔다. 이들이 발견한 대표적인 물의 흔적을 살펴보자. ”

“ 먼저 로봇들은 화성 표면에 흔하게 자로사이트(jarosite)라는 황화광물을 발견하였다. 이 황화광물의 화학식에는 (OH) 성분, 즉 수분이 포함되어 있으며 자로사이트의 대표적인 생성 조건이 호수와 같은 곳에서 물이 증발하여 만들어지는 것이다. 둘째, 미항공우주국의 연구팀이 블루베리(blueberry)라고 명명한 수많은 작은 암석 구슬이 있다(그림12-11). 화성의 퇴적암 내에서 또는 그 주위 토양층에서 발견된 이 작은 암석 구슬은 결핵체(concretion)라 불리는 지구상의 퇴적구조와 매우 유사하다. 셋째, 물의 흐름에 의해 만들어진 것으로 보이는 작은 구조, 예를 들어 강이나 호수 또는 얕은 바다의 바닥에서 물결에 의해 만들어지는 사층리(cross bedding)로 보이는 구조나 마치 작은 수로처럼 보이는 구조 등이 포함되어 있다(그림12-11). 지금까지의 탐사 결과 과거 화성의 표면에는 매우 많은 양의 물이 있었다는 것은 사실인 것으로 보인다. 또한 액체 상태의 물이 표면에 존재할 수 있도록 과거의 화성은 지금보다 훨씬 더 따뜻한 행성이었을 것이다. 그럼 과연 그 많던 물이 어디로 갔을까? 화성이 점차 추워지면서 일부는 극관에 얼어 있으며, 또 일부는 지하수가 되어 숨어버린 후 얼어붙어 동토층을 형성했을 것이다. 또한 화성에 거듭된 충돌에 의해 증발한 후 상대적으로 약한 화성 중력 때문에 많은 양이 화성 대기에서 탈출했을지도 모른다. ”

“ 우리는 화성인? 많은 서구인들이 한때 화성에 지적 능력을 가진 생명체가 존재한다고 믿은 적이 있다. 1877년 화성이 지구와 가까워졌을 때 이탈리아의 천문학자 스키아파렐리(Giovanni Schiaparelli)는 망원경으로 화성을 관측하여 화성에 수많은 직선의 무늬를 발견하였고 미국의 천문학자 로웰(Percival Lowell)은 이를 화성인들이 만든 운하(Canals)라고 주장한 적이 있다. 이에 자극받아 영국의 공상과학소설가 웰즈(H.G. Wells)는 화성의 고등생명체가 지구를 침공한다는 내용의 <우주전쟁(The War of the World)>이라는 소설을 1898년 발표하였다. 이 소설 속에 묘사된 화성인 마치 문어와 같은 모습을 하고 있어 많은 사람들이 화성인 하면 문어 모양의 생명체를 떠올리곤 한다(그림 12-12). 마리너 탐사선 이후 수 차례의 화성 탐사 결과 화성에 지적 생명체가 없다는 것이 알려지긴 했지만, 과연 화성은 생명체가 전혀 존재하지 않는 또는 존재한 적이 없는 황폐한 땅일까? 지구에 생명체가 존재한다고 해서 반드시 다른 행성에도 생명체가 존재한다는 논리는 성립하지 않을지 모른다. 하지만, 지구에 생명체가 존재한다는 사실 자체가 다른 행성에도 생명체가 존재할 가능성을 무시할 수 없게 한다. 우리가 알고 있는 것과 유사한 생명체가 존재하기 위해서는 수많은 조건이 만족되어야 하며 지구는 그런 조건이 충족되어 있는 행성이다. 현재 태양계 내 어떤 곳도 지구와 같이 생명체에 적합한 환경은 없는 듯 하다. 하지만, 우리는 아직도 태양계에 대해 완전히 이해하고 있지 못하며, 더구나 과거의 태양계의 모습에 대해서는 모르는 것이 너무도 많다. 앞서 살펴본 최근의 연구결과는 화성이 과거 한때 물이 풍부했으며 좀더 따뜻한 행성이었다는 것을 보여주고 있다. ”

“ 생명체가 탄생하기 위해서는 유기물이 반드시 필요하며, 유기물은 높은 온도에서는 쉽게 파괴된다. 해이디언 시기의 지구(1장 ‘지구의 성장속도’ 참조)는 매우 높은 온도에 놓여 있어 유기물이 생성되기 어려웠을 것이며 생성된 유기물도 아마 대부분 파괴되었을 것이다. 유기물이 안정할 수 있었던 것은 아마 초기 수억 년이 지난 후 지표면의 온도가 내려가면서였을 것이다. 지구에 비해 작은 행성이며 태양으로부터 더 멀리 떨어진 화성은 지구에 비해 먼저 식기 시작했을 것이고 따라서 유기물이 안정할 수 있었던 시기도 더 빨랐을 것으로 생각된다. 따라서 만약 초창기의 지구와 화성이 모두 생명체를 탄생시켰다면 당연히 화성에서 먼저 생명체가 탄생했을 것으로 추측할 수 있다. 현재 우리는 약 20개의 화성에서 온 운석을 가지고 있다. 충돌이 매우 빈번했던 태양계 탄생 초창기에는 이보다 훨씬 더 많은 화성의 암석이 지구로 날아왔을 것이다. 초기의 화성에 이미 원시 생명체가 탄생했고, 생명력이 매우 강한 원시 화성 생명체가 화성에서 떨어져 나온 암석에 실려 지구로 왔을 가능성은 없을까? 지구로 옮겨온 화성의 원시 생명체가 지구에서 진화하고 번창하게 되었을 가능성을 생각할 수는 없을까? 만약 이런 일이 실제로 일어났었다면 우리는 스스로를 화성인이라고 불러야 할까? ”

“ 중력의 시대와 용광로 지구 태양계가 처음 생겨나던 46억 년 이전은 그야말로 중력의 시대였다. 질량이 있는 물체라면 모두 서로를 끌어당기는 힘, 중력(만유인력)이 작용한다. 우주 공간에서 덩치가 큰 운석을 중심으로 오랫동안, 꾸준히 크고 작은 운석과 먼지들이 서로 부딪치고 합쳐지며 거대한 형체를 갖추어 별과 행성 등의 천체들이 형성되었다. 지구 역시 자기 주변의 운석과 먼지들을 끊임없이 끌어당겼고, 그것들은 크고 작은 별똥이 되어 지구로 쏟아져 내렸다. 떨어지는 운석들의 에너지는 열에너지로 바뀌어 그대로 지구로 전달되었다. 이제 막 생겨난 원시 지구의 표면은 끊는 용광로 같았고 뭔가 발 디딜만한 단단한 것이 없었다. 뜨거운 지구는 약 5억 년에 걸쳐 천천히 식어 갔다. 이리저리 뒤섞여 있던 물질들이 무거운 것은 아래로, 가벼운 것은 위로 올라가면서 서로 자리 잡기 시작했다. 표면 온도가 100도 아래로 떨어지면서 드디어 공중에 떠다니던 수증기가 응결하여 구름을 형성했고, 비가 내렸다. 지형이 낮은 곳은 물이 고여 바다가 되었다. 지구가 비로소 바다와 육지로 나뉘기 시작한 것이다. ”

“ 생명의 등장과 생태계 순환의 시작 구름이 생기고 비가 내리기 시작했다는 건 단순한 사건이 아니다. 비가 내리면서 물은 공기 중에 떠도는 이산화탄소, 메테인 등의 기체를 붙잡아 땅으로 운반했다. 땅 사이를 흐르는 물은 돌들을 쪼개고 깎으면서 속에 들어 있는 갖가지 것들을 바다로 운반했다. 그렇게 수억 년 동안 물을 통해 배달된 온갖 물질이 뒤섞인 가운데 생명의 재료들도 바다로 모여들었다. 그 바다의 원시 수프에서, 어느 날 생명의 태동이 시작되었다. 안타깝게도 이 시기에 존재했던 생명의 모습을 찾아볼 수 있는 정보는 거의 없다. 은생이언, 말 그대로 그것은 생명의 율동이 숨겨진 시기였다. 시기적으로 확인할 수 있는 최초의 생명체는 38억 년 전에 탄생했다. 단세포 원핵생물로 아주 작아서 눈으로 볼 수 없는 세균과 고세균이었다. 미국의 고생물학자 스티븐 굴드의 말처럼, 이들은 생명 역사상 가장 오래된 고참일 뿐 아니라 오늘날까지 가장 성공적인 번영을 누리는 생명들이다. ”

“ 이들은 ‘극한’이라는 수식어가 붙는 환경에서도 너끈히 살아남는다. 데이노코쿠스 라디오두란스(세균의 일종)는 사람에게 치명적인 방사능의 3000배에 해당하는 수치를 견딜 수 있다. 극호염균은 미국 그레이트 솔트 호수같이 염도가 높은 환경에서 산다. 할로박테리아의 단백질과 세포벽은 염분의 농도가 아주 높은 환경에 적합하여 염분의 농도가 9퍼센트 이하로 떨어지면 살 수 없다. 극호열균은 90도에 달하는 황산 온천에 산다. 보통 이 정도의 고온에서는 DNA가 이중나선 형태로 존재하지 못하고 대부분의 단백질이 변성되기 때문에 거의 모든 생물체의 세포는 사멸한다. 하지만 극호열성 생물은 DNA와 단백질이 높은 온도에도 안정한 형태로 적응하여 이러한 상황을 견뎌 낸다. 세균과 고세균은 무엇이든 먹어 치웠다. 동물의 소화기관 속에 공생하는 세균들은 좀처럼 분해되지 않는 식물의 셀룰로오스를 분해시킨다. 뿐만 아니라 돌 속에 들어 있는 철, 황, 망간을 먹고, 석유를 먹는다. 심지어 방사능 물질인 우라늄을 먹기도 한다. 이들은 세상의 모든 쓰레기와 사체를 분해시켜 다시 자연으로 돌려보내는 분해자이다. 분해된 것들은 다시 생명에게 흡수되고 합성되어 몸을 이룬다. 몸이 죽어 쓰러지면 분해자들은 이것을 다시 해체시켜 돌려보내는 거대한 순환의 바퀴를 돌린다. 세균과 고세균은 생명의 시작점에서부터 현재의 지구 생명 시스템을 발전시키고 유지하는 데 크게 기여한 숨은 공로자들이다. ”