(19-20)
물리학자이면서 수학자이자 가톨릭 성직자이기도 한 르메트르는 강연장에서 당시의 물리학자들이 고민하기 시작한 우주의 진화라는 주제로 강연을 할 예정이었다. 흰색 깃이 달린 검은 사제복을 입은 그는 고해성사를 받으려는 듯이 연단에 올라 신학에 위험할 정도로 다가서는 아이디어를 제시했다. 그는 우주 전체가 아주 작은 “원시 원자(primeval atom)”로부터 폭발하는 순간을 발견했다고 밝혔다.
(27)
일반 언론은 그의 이론을 좋아했다. <모던 메커닉스>는 “하나의 원자가 폭발하면서 우리 우주의 모든 태양과 행성이 등장했다”고 경탄했다. 그러나 물리학자에게는 그런 아이디어가 그저 터무니없고, 가증스러운 것이었다. 캐나다의 존 플라스켓은 그런 주장을 “어떤 근거도 없이 겆잡을 수 없게 되어버린 추론의 사례”라고 비판했다. 르메트르의 옛 스승인 에딩턴도 그것을 “혐오스럽다”고 했다. 우주가 팽창하고 있다는 사실을 인정한 그에게도 르메트르의 주장은 지나친 것이었다. 그는 언제나 존재했던 우주를 믿고 싶어했다.
(44)
반물질이 우리의 일상생활과 아무런 상관도 없다고 생각하는 사람들에게는 양전자가 생각보다 익숙한 입자라는 사실이 흥미로울 것이다. 우리 몸에는 신경 신호를 방출하는 등의 역할을 하는 분자에 비록 적은 양이기는 하지만 자연적으로 존재하는 방사성 포타슘이 들어 있다. 그런 포타슘 원자 중에서 약 0.001퍼센트가 매일 붕괴하면서 양전자를 방출한다. 체중이 약 70킬로그램인 사람의 몸에서는 하루에 거의 4,000개의 양전자가 만들어진다. 그러나 양전자는 오래 존재하지 않는다. 양전자는 재빠르게 전자를 만나서 붕괴하고, 그 흔적으로 작은 방사선을 남긴다.
(58)
비금까지 과학의 역사에서 우리가 관찰을 통해서 알아낸 모든 사실에 따르면, 우리와 우리가 알고 있는 모든 물질은 빈 공간 이외에 전자, 쿼크, 글루온이라는 단 세 가지 기본적인 입자로만 이루어져 있다. 질량이 없는 힘 입자인 글루온은 쿼크들을 서로 달라붙게 해서 양성자와 중성자를 만들도록 한다. 어떤 의미에서 우리는 30,000,000,000,000,000,000,000,000,000(30옥틸리언)개의 전자와 더 많은 수의 쿼크, 그리고 쿼크들을 서로 달라붙도록 해주는 수많은 글루온의 집합이다.
(67-68)
페인의 발견은 별이 어떻게 활동하는지에 대한 우리의 관점을 완전히 바꿔놓았다. 별이 대체로 수소와 헬륨으로 되어 있다는 사실을 알게 된 연구자들은 별이 어떤 연료를 태우느냐는 또 하나의 오래된 수수께끼도 풀 수 있게 되었다. 연구자들은 압력이 높은 별의 내부에서는 양성자가 1개인 수소 원자가 융합해서 양성자가 2개인 헬륨이 되는 과정에서 에너지를 방출한다는 사실을 알아냈다. 그것이 바로 우리의 태양이 열과 빛을 내는 방법이다. 페인 덕분에 과학자들은 새로운 이해를 근거를 결국 더 무거운 원소들이 어떻게 만들어지는지에 대한 신비를 해결할 수 있게 되었다. 그 답은 별의 내부에 있었다.
(90-91)
대체로 철로 되어 있는 우리 행성 중심부는 바깥 부분이 녹아 있었기 때문에 자전하는 지구와 함께 회전한다. 그 속에서 흐르는 전류가 지구 주위에 우리 눈으로는 볼 수 없는 거대한 자기장을 만든다. 대기권 바깥까지 확장되는 거대한 힘 장이 강한 에너지를 가진 우주선(cosmic ray)으로부터 우리를 지켜준다. 그런 힘 장이 없었다면 우리의 DNA는 작은 조작으로 부서졌을 것이다. 지구 자기장은 지구의 대기를 잘라내서 우주로 날려보낼 수 있는 또다른 위험 요소인 태양에서 오는 (주로 전자와 양성자로 구성된) 태양풍도 막아준다. 화성에서도 그런 일이 일어난다. 그러나 크기가 너무 작은 화성의 자기장은 태양풍 입자의 충돌을 막아줄 정도로 강하지 못하다. 그래서 화성의 대기는 우주 공간으로 날아갔다.“ 지구의 초기에 융용이 발생하지 않았더라면, 지구는 자기 보호막을 가지지 못했을 것이다.
그런 재앙이 역설적으로 우리에게는 행운이었다.
(107)
무엇보다도 물은 루이의 분자가 서로 만나고 뒤섞이는 우리 몸속의 바다에 해당하는 매질(媒質)이다. 역설적으로 그런 일은 물이 심한 약골이기 때문에 가능하다. 물 분자 사이의 결합은 아주 쉽게 끊어진다. 물 분자는 2개의 너그러운 수소 원자가 1개의 산소 원자에 불평등하게 결합해서 만들어진다. 더 무거운 산소는 가진 것을 너그럽게 나누지 않는다. 산소는 각각의 수소와 공유하는 전자를 자신에게 좀더 가까이 끌어당겨서 산소 쪽에는 약간의 음전하가 생기고, 수소 쪽에는 약간의 양전하가 생기게 만든다. 이웃한 음전하가 생기고, 수소 쪽에는 약간의 양전하가 생기게 만든다. 이웃한 분자의 산소와 수소 원자들이 가진 전하에서 내타나는 작은 차이가 수소결합이라고 부르는 약한 연합을 만들어서 액체의 물 분자가 서로 달라붙게 해준다.
(136)
우리 몸에 있는 지방과 탄수화물은 오로지 탄소, 수소, 산소로 만들어진 분자 사슬이다. 단백질은 탄소, 수소, 산소, 질소, 황으로 만들어지고 DNA는 탄소, 수소, 산소, 질소, 인으로 만들어진다. 그 6종의 원소는 우리 몸에 있는 모든 것의 거의 99퍼센트를 차지한다. 몸무게가 150파운드(68킬로그램)인 사람의 몸에는 산소 94파운드, 탄소 35파운드, 수소 15파운드, 질소 4파운드, 인 거의 2파운드, 그리고 황 0.5파운드가 있다.
그 종의 원소는 또한 우연히도 우주에서 가장 흔한 원소들이다.
(186)
대체로 증거가 너무 적어서 우리의 가장 오랜 세포 조상이 정확하게 어디에서 어떻게 등장했는지에 대한 의문은 여전히 해결되지 않은 채로 남아 있다. 지구의 생명이 화성에서 온 것인지, 아니면 우리 행성에서 왔는지, 특별한 행운이었는지, 생명이 우주 전체에 흔하게 존재할 정도로 그런 과정이 필연적인지에 대해서 확실하게 말할 수 있는 사람은 아무도 없다. 생명의 진화가 빨랐을까, 아니면 느렸을까? 우리는 생명 2.0일까? 초기 생명체 또는 생명 형태 중 하나(또는 여럿)가 우리가 조장이 지구를 식민지화하기 수백만 년 전의 무시무시한 충돌로 전멸했을까? 우리는 그 답을 알지 못한다. 그러나 지금까지 지구의 구석구석에서 발견되는 모든 생명이 하나의 혈통에서 비롯되었다는 사실은 확신할 수 있다. 우리는 모두 똑같이 독특한 기본 생화학을 공유하고 있다. 우리는 우리 DNA와 RNA에 똑같은 뉴클레오타이드와 우리 단백질에 똑같은 20종의 아미노산, 에너지를 생성하기 위해서 ATP를 사용하는 똑같은 방법을 가지고 있다.
(256)
광합성은 20억 년이 넘는 시간 동안 지구를 오로지 단세포 유기체만 서식하는 대륙과 바다를 가진 세계에서 온갖 종류의 활기찬 생명체로 가득한 녹색의 행성으로 변환시켰다. 광합성이 가져다준 변화의 규모에 감동하지 않을 수 없다. 남세균이 배출하는 독성 산소가 지구를 녹슬게 하고, 남세균의 경쟁자를 죽이거나 쫓아냈다. 남세균은 널리 퍼졌고, 엄청난 양의 로켓 연료인 산소를 대기 중에 배출했다. 갑자기 미토콘드리아로 가득 채워진 새로운 고성능의 세포가 등장했다. 그런 세포는 더 많은 에너지를 생산할 수 있었고, 더 많은 유전자와 단백질을 만들 수 있었고, 그 덕분에 생명은 폭발적으로 복잡해졌다. 그런 세포 중 일부는 광합성 공장인 엽록체의 도움으로 산소의 농도를 더욱 높은 수준으로 끌어올렸다. 이후에는 바다에서 사나운 포식자와 눈부신 생태계가 등장했고, 광합성 식물이 대륙을 녹색으로 바꿔놓기 시작했다.
(286-287)
사실 우리가 광합성을 통해서 우리 스스로 식량을 만들지 않는 이유를 알고 잎다면, 큰 나무를 살펴보기만 하면 된다. 광합성을 하는 엽록체가 우리에게 필요한 모든 에너지를 생성한다면, 엽록체가 우리에게 필요한 모든 에너지를 생산한다면, 엽록체가 나무가 우러진 면적만큼이나 넓은 공간을 차지해야 할 것이다. 단순히 엽록체로 피부로 모든 채운다고 하더라도 뛰거나, 먹이를 쫓아다니거나, 사냥감을 잡는 것은 물론이고 단순히 걸어 다니기에 필요한 동력도 얻지 못할 것이다. 식물이나 다른 동물을 먹으면 농출된 에너지를 쉽게 얻을 수 있다. 수렵과 채취를 하던 우리의 조상이 다음 끼니를 찾으러 수 킬로미터를 돌아다닐 수 있었던 것도 그 덕분이었다. 우리가 자유롭게 살고 있다고 느낄 수도 있겠지만, 식물에 의존하고 있다는 사실은 잊지 말아야 한다. 다시 말해서 만약 우리가 사라지더라도 식물은 잘 살 수 있을 것이다. 그러나 만약 식물이 사라진다면, 우리는 몇 주일이나 몇 달 이내에 지구에서 사라질 것이다.
(366)
완전히 성장한 후에도 지친 몸은 쉴 수 없다. 우리의 DNA는 여전히 끊임없이 움직인다(그리고 DNA의 양은 대단히 많다. 수조 개의 세포에 들어 있는 모든 DNA 가닥을 한 줄로 늘어놓으면 태양계 지름의 두 배에 달한다). 그중 일부는 유전자가 활성화될 수 있도록 끊임없이 풀어진다. 지금도 우리 몸의 모든 세포에서는 수천 개의 유전자에 해당하는 RNA 복사본이 만들어지고 있다. 달리기를 하거나, 역기를 들거나, 음식을 먹거나, 병에 걸리거나, 새로운 언어를 배울 때마다 새로운 단백질을 만드는 유전자가 활성화된다.
(384-385)
그것이 사실인지 아닌지에 상관없이, 미첼과 보이어의 메커니즘은 미토콘드리아가 어떻게 진화를 강력하게 촉진했는지 설명해준다. 린 마굴리스가 주장했듯이, 한 종류의 생물이 에너지를 특별히 효율적으로 생산하게 되기까지는 미생물이 지구를 지배했다. 그런 미생물 중 한 종이 다른 세포에 의해서 포획되었고, 그 후손은 가축화되었다. 그리고 이것이 바로 미토콘드리아였고, 그 나머지는 역사가 되었다. 그것이 바로 우리의 역사이다. 평균적으로 우리 몸의 세포 1개에는 1,000개에서 1만 개의 미토콘드리아가 들어 있다. 심장 근육 세포의 경우에는 미토콘드리아가 세포 부피의 약 35퍼센트를 차지한다. 미토콘드리아는 우리 세포 하나가 박테리아보다 수만 배나 더 많은 에너지를 낼 수 있게 해준다. 이러한 초강력 카페인의 도움으로 DNA는 리보솜이 더 많은 단백질과 효소를 생산하도록 하고, 세포를 활발한 활동의 장으로 만들 수 있게 해준다. 우리 몸에서는 매 초마다 과거의 박테리아 수천조 개가 세포막을 가로질러 양성자를 펴내서 ATP를 만드는 회전형 모터에 필요한 전기를 생산한다. 우리는 1분에 약 3분의 2파인트의 산소를 흡입해서 그런 모터를 계속 돌아가게 하고, 그 덕분에 미토콘드리아는 100와트 전구만큼의 에너지를 생성한다.
(392)
세포가 지나치게 손상되어 더 이상 복구할 수 없게 되면 어떨까? 그런 경우에 대한 대책도 마련되어 있다. 세포 전체를 파괴해서, 재활용할 수 있는 조작으로 잘게 쪼개 폐기하고 완전히 새로운 세포를 만든다. 평균적으로 우리는 10년마다 세포를 교체한다. 하루에 3,300억 개의 세포를 갈아치우는 셈이다. 열악한 환경에서 작동하는 세포가 더 자주 교체된다. 강한 산(酸)에 노출되는 내장의 세포는 손상이 발생할 가능성이 매우 커서 계획적인 자살을 통해 이틀에서 나흘마다 새로운 세포로 교체된다. 긁히거나 자외선에 노출되는 피부 세포는 한 달에 한 번 정도 교체된다. 혈류를 따라 돌아다니는 적혈구는 120일마다 교체된다. 매초마다 거의 350만 개의 적혈구를 새로 만들어야 한다는 뜻이다. 뼈와 같은 곳에 있는 다른 세포는 10년에 한 번 정도로 그 빈도가 낮다.