삼엽충이 고생대 바다에서 성공한 가장 큰 이유는 바로 세상을 볼 수 있게 되었기 때문이다. 우리는 눈을 개발했다. 눈이 생기기 전 고생대 동물의 삶은 매우 힘들었다. 동물들은 오로지 촉각과 화학적 신호에 의존해 먹이를 찾고 위험 요소를 피했다. 솔직히 말하면 찾고 피하는 게 아니라 거의 우연에 의존해야 했다. 입을 벌리고 다니다가 누군가 입에 들어오면 맛있게 먹고, 내가 누군가의 입에 들어가면 재수 없게 죽는 거였다. 우리 삶에는 목표라는 게 없었다. - P295
자연사에 새로운 장이 시작되었다. 생명에게 눈이 열리자 각자의 삶에 목표가 생기기 시작했다. 우리는 누구로부터 도망가고 누구를 쫓아가야 하는지 한눈에 깨달았다. 눈이 새로운 우주를 우리에게 선사했다. 모든 것이 바뀌었다. 세상이 갑자기 선명하고 활기차게 보였다. 멀리서 다가오는 포식자를 볼 수 있었고, 돌 틈에 숨어 있는 작은 먹이를 쉽게 찾을 수 있었다. 심지어 눈을 통해 동료들과 신호를 주고받을 수도 있었다. 생명의 색깔과 모양이 다양해졌다. 그리고 점점 커지기 시작했다. 눈이 등장하자 생명의 다양성이 폭발적으로 증가했다. 생명의 빅뱅이 일어났다. - P295
137억 년 전 빅뱅으로 우주가 탄생했다. 그런데 빅뱅은 또 있었다. 지구 바다라는 우주에서 5억 4100만 년 전 또 한 차례의 빅뱅이 일어난 것이다. 생명의 대폭발이다. 약 5340만 년 정도 지속된 캄브리아기 동안 진화가 전례 없는 대폭발을 일으켰다. 생명체는 이전에는 볼 수 없었던 속도로 더욱 다양하고 복잡해졌으며, 그 이전에는 상상하지 못했을 정도로 빠르게 진화했다. - P296
한 생명체가 새로운 형질과 적응을 진화시키면 경쟁자와 포식자도 이를 빠르게 따라잡았다. 운동과 반동, 혁신과 반혁신의 지속적인 수레바퀴가 도는 것 같았다. 어느 날 우리가 몸을 더 잘 보호하는 방법을 발견했다고 생각해 보라. 더 단단한 껍질을 만들거나 빠르게 움직이는 새로운 방법을 개발했다. 하지만 포식자들은 곧 우리의 방어를 우회하는 방법을 알아낸다. 모든 존재가 더 빠르고, 더 똑똑하고, 더 전문화되도록 강요받는 것이다. - P296
캄브리아기 폭발로 인해 새로운 신체 구조와 형태의 생명체가 많이 등장했다. 생물은 껍질과 외골격 같은 단단한 부분을 개발해 더 튼튼해졌다. 튼튼하다는 것은 포식자로부터 안전하다는 것을 뜻할 뿐만 아니라 더 커질 수도 있다는 것을 의미한다. 더불어 이동과 감각 능력이 발전하고 먹이 전략이 더 복잡해졌다. - P297
눈이 생기기 전에는 생명이 단순했다. 하지만 캄브리아기에는 더 복잡한 생명체가 등장했다. 분절된 몸, 관절이 있는 팔다리, 복잡한 입이 있는 생물들이 등장했고, 각 생물은 환경과 생활 방식에 맞게 독특하게 적응했다. - P297
할루키게니아 Hallucigenia : 길이는 0.5~3.5센티미터, 화석을 처음 발견했을 때 마치 환각hallucination을 보는 것 같다고 해서 붙은 이름이다. 등과 배에 가시가 나 있는데 처음에는 어디가 앞이고 뒤인지, 또 어디가 위이고 아래인지 구분하지 못했다. 머리가 달린 화석을 찾지 못했기 때문이다. - P299
눈의 탄생은 시작에 불과했다. 눈은 새로운 생명체가 폭발적으로 증가해 지구 생명의 미래를 형성하는 연쇄 반응을 촉발했다. - P301
눈이 없던 시절 바다의 동물들도 빛의 세기가 변하는 것은 알 수 있었다. 빛의 세기에 반응하는 눈은 있었던 것이다. 이 세포가 수백만년에 걸쳐 더욱 전문화되고 복잡해졌다. 그러다 지구 역사상 처음으로 동물 하나가 눈을 떴는데, 그게 바로 나(삼엽충)다. - P301
눈은 수정체, 망막, 홍채 같은 구성 요소가 함께 작용하면서 시력을 만들어내는 복잡한 구조다. - P302
"쉽게 흉내 낼 수 없는 이 모든 기능을 감안할 때, 눈이 자연 선택을 통해 형성된다는 것은 대단히 터무니없는 일처럼 보인다." _찰스 다윈《종의 기원》 - P302
과학은 "모른다"라는 고백에서 시작한다. 다윈은 고백에서 그치지 않았다. 다윈은 눈의 복잡성이 진화이론을 포기할 핑곗거리가 아니라 계속해서 고심해야 할 도전 과제로 보았다. - P302
다윈의 자연 선택 이론은 작고 유익한 변화가 오랜 기간 쌓여서 복잡한 형질로 진화한다는 점진주의에 기초하고 있다. 그러나 눈의 복잡성은 이 개념을 거스르는 것처럼 보였다. - P303
다윈의 주요 관심사 중 하나는 눈의 진화에 있어 그럴듯한 중간 단계를 찾아내는 것이었다. 각 단계는 기능적이어야 하고 생명체에 선택적 이점을 제공해야 했다. 완벽하지 않고 어정쩡하게 부분적으로만 형성된 눈이 어떻게 유리할 수 있는지, 그리고 자연 선택을 통해 각 발달 단계가 어떻게 보존될 수 있는지를 설명하는 것이 과제였다. - P303
다윈은 자연 선택이 어떻게 목적에 완벽하게 적응한 기관을 만들어낼 수 있는지 의문을 가졌다. 이렇게 복잡한 기관이 의도적인 설계 없이 생겨날 수 있다는 생각은 거의 상상할 수 없는 일처럼 보일 정도였다. 이러한 우려에도 다윈은 눈의 진화가 자신의 이론에서 극복할 수 없는 문제라고 생각하지 않았다. 그는 자신의 의구심에 대해 몇 가지 요점을 제시했다. - P303
다윈은 현생 생물의 눈의 복잡성 수준이 다양하다는 점에 주목했다. 요즘도 단순한 빛에 민감한 세포부터 척추동물의 복잡한 카메라 같은 눈까지 자연계에는 다양한 수준의 눈이 존재한다. 이러한 다양성은 서로 다른 수준의 시력을 제공하는 수많은 중간 형태가 존재할 수 있는 진화 경로를 보여주는 것이다. - P303
또한 다윈은 빛에 대한 감도나 움직임을 감지하는 능력이 조금만 향상되어도 생존에 상당한 이점을 제공할 수 있다고 주장했다. 따라서 눈의 진화에 있어 각 중간 단계는 유익할 수 있으며 자연 선택의 대상이 될 수 있는 것이다. - P304
다윈은 오랜 기간에 걸쳐 누적된 변화의 힘을 강조했다. 작은 점진적 개선이 쌓여서 매우 복잡한 구조를 만들어낼 수 있다. 단순한 감광 패치를 점진적으로 개선하면 결국 잘 발달된 눈을 만들 수 있다. - P304
다양한 형태의 눈이 고도의 복잡성을 지니게 된 배경은 단순하다. 지구에는 태양에서 날아온 빛이 매 순간 빗발치듯 쏟아지기 때문이다. 빛은 색이 있는 물질에 부딪히면 더 이상 나아가지 못하고, 물질을 구성하는 분자는 형태가 바뀌는데, 이 과정에서 약간의 에너지를 방출한다. 그 에너지는 어떤 식으로든 세포에 영향을 주고 여기서 시각이 시작된다. - P304
우리(삼엽충) 눈이 처음부터 고도로 발달한 것은 아니었다. 처음에는 빛에 민감한 패치에 불과했다. 낮인지 밤인지, 또 그림자가 머리 위로 지나가는지, 그게 포식자일 가능성이 큰지 정도만 알려주었다. 하지만 환경이 더욱 경쟁적으로 변하면서 더 나은 시야가 필요해졌고, 더 나은 눈을 가진 개체만 살아남게 되었다. 그게 진화다. - P305
빛은 빅뱅의 순간부터 있었다. 하지만 캄브리아기 이전에는 눈이 존재하지 않았기 때문에 빚은 큰 구실을 하지 못했다. 그러나 일단 눈이 생기고 나자 가장 큰 선택압력으로 작용했다. - P306
생존을 위한 먹이 동물의 첫 번째 법칙은 잡아먹히지 않는 것이다. 먹이는 대개 눈이 양쪽에 있다. 선명한 상을 형성하지는 못해도 넓은 시야를 확보할 수 있다. - P306
포식자의 첫 번째 생존 원칙은 먹는 것을 최우선으로 두는 것이다. 포식자나 경쟁자에 대한 걱정은 그다음이다. 사냥을 위해서는 정확한 거리 측정이 필요하다. 이들은 한 쌍의눈을 앞쪽에 배치했다. - P306
눈이 모든 것을 바꾸었다. 모든 동물은 빛에 적응해야 했다. 벌레 같았던 동물들은 갑옷을 두르고, 경고색을 과시하고, 위장 형태와 위장색을 띠거나, 추적하는 적을 따돌릴 수영 실력을 갖춰야 했다. - P306
눈의 기원이 하나가 아니라 여럿인 것이다. 삼엽충이나 갑오징어나 사람의 눈은 진화의 다른 시점에 각각 별개로 진화한 것이다. - P307
눈의 발달은 단순히 주변 환경을 인식하는 능력의 향상 그 이상이었다. 그것은 새로운 차원의 존재로 가는 관문이었다. 눈을 통해 우리는 주변 환경을 더 꼼꼼하게 탐색하고, 먹이를 더 효율적으로 찾고, 포식자를 더 성공적으로 피할 수 있게 되었다. - P308
눈의 탄생은 단순한 적응이 아니라 혁명이다. 이 한 번의 진화적 혁신은 일련의 변화를 촉발해 생물 다양성과 복잡성을 폭발적으로 증가시켰다. 포식자는 더 효과적인 사냥꾼이 되었고, 먹잇감은 더 나은 방어력을 개발했으며, 새로운 생태적 틈새가 생겨났다. - P308
돌이켜 보면 우리가 얼마나 멀리 왔는지 놀라울 따름이다. 단순히 빛에만 민감했던 세포에서 오늘날의 복잡한 눈까지, 진화의 여정은 적응과 혁신의 힘을 증명하는 증거다. 한 걸음 한 걸음 앞으로 나아갈 때마다 새로운 가능성이 열린다. 우리가 앞으로 나아가면서 한 가지 확실한 것은 생명은 놀랍고, 놀라운 방식으로 계속 진화할 것이라는 점이다. - P309
"포스가 늘 당신과 함께하길 May the Force be with You!" 여기서 포스Force란 무엇일까? 영화 <스타워즈>의 정의로운 제다이 기사에 따르면 포스, 즉 힘은 ‘미디클로리안‘이라는 물질의 산물이다. 미디클로리안은 모든 세포에 들어 있으며 현미경으로 겨우 볼 수 있는 작은 생명체다. 모든 제다이는 미디클로리안과 서로 도움을 주고받는 공생 관계에 있다. 미디클로리안이 없으면 생명은 존재할 수 없으며, 제다이와 함께할 포스도 없다. - P310
나(미토콘드리아Mitochondria)는 독자 여러분의 세포 안에 있는 작지만 강력한 에너지 발전소다. - P311
약 38억 년 전 지구의 바다 어느 구석에서 루카LUCA가 등장했다. 왠지 <스타워즈>의 등장인물 같은 이 이름은 ‘Last Universal Common Ancestor‘, 즉 ‘지구에 사는 모든 생물의 공통 조상‘을 말한다. 이후 루카로부터 두 가지 생물 역域이 등장한다. 세균역과 고세균역이 바로 그것. - P311
갑자기 ‘역‘이 등장해서 당황했을지도 모르겠다. 별것 아니다. 카를 폰 린네의 분류법 ‘종-속-과-목-강-문-계‘ 앞에 가장 큰 영역이 하나 더 있는 것이다. 그러니까 ‘종-속-과-목-강-문-계-역‘이다. - P312
루카에서 세균細菌, Bacteria과 고세균古細菌, Archaea 이 생겨났다. 여기서 고古가 앞에 붙어 있다고 고세균이 세균보다 더 구식인 생명이라고 오해하지 말자. 고세균은 어떤 점에서는 세균과 닮아 있고 어떤 점에서는 오히려 인간 세포와 닮아 있다. 세균과 고세균은 모두 단 하나의 세포로 된 단세포 생물이며 원핵생물이다. - P312
원핵생물이란 세포 설계도에 해당하는 DNA를 보관하는 핵막이 없고, 미토콘드리아 같은 다양한 세포 소기관이 없는 생물을 말한다. - P312
원핵생물밖에 없던 시절 대부분의 세균은 혐기성 세균이었다. 혐기성이란 ‘공기를 혐오하는 성질‘이라는 뜻이다. 여기서 공기는 산소를 뜻한다. 즉 혐기성 세균은 산소를 사용하지 못하므로 발효를 통해 에너지를 얻는데, 발효는 산소호흡보다 에너지 효율이 매우 낮다. - P312
나(미토콘드리아)는 원래 호기성 세균이었다. 호기성이란 ‘공기, 즉 산소를 좋아하는 성질‘이라는 뜻이다. 호기성 세균은 산소호흡을 하기 때문에 높은 효율로 에너지를 생산한다. 발효가 2개의 생활에너지ATP를 생산할 때 산소호흡은 32개의 생활에너지를 생산한다. - P312
혐기성 세균이 호기성 세균을 곁에 두는 것은 결코 나쁜 일이 아니었다. 산소는 혐기성 세균이 에너지를 생산하는 데는 도움도 되지 않으면서 유전자와 단백질을 파괴하고는 한다. 그런데 호기성 세균이 곁에 있으면 그들이 산소를 처리해 주니까 생존에 유리했다. 항상 그런 것은 아니다. 사용할 수 있는 환경 자원이 별로 없을 때는 곁에 있는 호기성 세균을 삼켜 먹기도 했다. 일단 배를 곯을 수는 없으니까 말이다. - P313
혐기성 세균은 높은 산소 농도 환경에서도 자기 안의 호기성 세균이 산소를 처리해 주어서 안전했으며 호기성 세균이 만든 풍부한 에너지를 사용할 수 있게 되었다. 호기성 세균 역시 생존을 위한 여러 작용은 혐기성 세균에게 떠맡긴 채 자신은 에너지 생산에만 집중하면 되니 이득이었다. 혐기성 세균과 호기성 세균의 공생이 시작된 것이다. 호기성 세균은 혐기성 세균에 들어가면서 미토콘드리아로 이름을 바꿨다. - P313
원핵세포의 공생은 한 차례만 일어난 게 아니다. 여러 세균과 고세균이 공생에 참여했다. 그들은 이제 더 이상 세균이나 고세균이 아니었다. 공생체는 전혀 새로운 생물이 되었다. 즉 진핵생물이 탄생한 것이다. - P314
세균의 공생 증거는 현대까지 그대로 남아 있다. 핵막안에 있는 핵 DNA와 미토콘드리아 안의 DNA는 전혀 다르며, 모계를 통해서만 유전된다. - P314
원핵세포는 하나의 주머니로 구성된 세포다. DNA도 세포질 안에 떠돌아다닌다. 세포질 안에서 모든 일이 다 일어난다. 핵막이 없기 때문이다. 그래서 원핵세포라고 한다. 이에 반해 진핵세포는 이름이 말해주듯이 진짜 핵이 있다. 유전자가 주머니 안에 따로 보관되어 있는 것이다. 그 주머니를 핵막이라고 한다. 핵막이 있으면 진핵세포다. - P314
진핵세포는 세포 안에 핵막과 미토콘드리아 외에도 주머니 형태의 여러 소기관이 있다. 소포체, 골지체 같은 것들이다. 각 소기관은 각자의 역할이 있다. 소기관은 원래는 개별적인 세균 또는 고세균이었으나 공생하게 된 것이다. - P314
모든 생물의 공통 조상인 루카에서 세균과 고세균이 나왔고, 각자 다른 길을 가던 세균과 고세균이 함께하면서 페카FECA가 등장했다. First Eukaryotic Common Ancestor‘, 즉 ‘최초의 진핵생물의 공통조상‘이다. 드디어 루카에게서 3개의 역, 즉 세균역, 고세균역, 진핵생물역이 모두 생겼다. 이때가 대략 20억 년 전이다. - P315
내(미토콘드리아)가 에너지를 풍부하게 생산하자 진핵생물은 아예 세포 수를 늘려 나갔다. 세포 소기관의 전문화에 만족하지 않고 세포의 전문화에 나선 것이다. 단세포 생명의 시대에서 다세포 생명의 시대가 열렸다. 이때가 대략 15억 년 전이다. - P315
한 생명체를 구성하고 있는 여러 세포는 위치에 따라 역할이 달라졌다. 세포가 이동, 감각, 방어, 섭식 등 다양한 전문성을 띠게 되었다. 세포 수가 점점 늘어나자 전문성 있는 세포들의 체계가 고도화되었다. 같은 역할을 하는 세포가 모여 조직이 되고, 조직이 모여 기관이 되었다. - P315
조류藻類, 곰팡이, 더 나아가 장차 동물과 식물로 진화할 채비를 했다. 다양한 진핵생물이 출현함으로써 생명의 서식지는 심해에서 높은 산봉우리까지 확대된다. 물론 이것은 앞으로 수억 년이 더 지난 다음에 일어날 일이다. 하지만 그 시작점에 바로 내가 있다. 이 모든 것이 미토콘드리아 덕분이다. - P315
생명의 초기 역사에 섹스란 없었다. 암컷과 수컷이 없었다는 말이다. 모든 생식은 무성생식이었다. 먹고살 만하면 분열했다. 세포 하나가 둘이 되었다. 하나가 둘이 되든, 둘이 넷이 되든 유전적 차이는 없다. 후손이 생기는 것도 아니었다. 하나가 둘이 되는데 누가 부모이고 누가 자식이겠는가? 지루한 자기 복제만 반복되었다. - P317
진핵생물이라고 해서 무성생식이 불가능한 것은 아니었다. 하지만 유성생식은 진화적으로 회복탄력성과 다양성이라는 이점을 제공했다. 따라서 진화 과정에서 자연은 유성생식을 하는 개체를 선택하게 되었다. 하지만 그 이점이 어디 거저 생기겠는가? 엄청난 비용이 들었다. - P317
이분법은 비용이 들지 않는다. 누굴 애써 만날 필요가 없다. 잘 보이려고 애를 쓸 필요도 없고 선물을 주거나 그 짝을 놓고서 다른 개체와 목숨을 건 결투를 벌일 필요도 없다. 그냥 자기 혼자 복제하면 그만이다. 매우 경제적이고 안전한 번식법이다. - P317
유성생식은 비용이 많이 든다. 우선 두 개체가 만나야 했다. 이 넓은 세상에서 마주치기란 쉽지 않다. 마주쳤다고 해도 서로의 마음에 들기도 쉽지 않으며, 곁에는 경쟁자가 있기 마련이다. - P317
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