지구상에서 생명의 진화는 언제 시작되었을까?
일부 화석들이 가리키는 대로 일부 과학자들은 일찍이 39억 년 전에 생명이 처음 나타난 것으로 봅니다. 이는 지구가 형성된 지 불과 5억 년 이후이므로 과학자들은 생명이 어떻게 그렇게 빨리 형성될 수 있었는지에 대해 곤혹스러워합니다.
진화론에서는 유기체가 환경에 적응하고, 돌연변이를 통해 좀 더 적응할 수 있는 후손을 진화시켰다고 말합니다. 그렇지만 초기 생명에서 유전자들은 어떻게든 자유롭게 교환되었으며 따라서 유전자를 교환하는 다양한 유기체들의 공동체가 진화했습니다. 이는 박테리아가 빠르게 유전자를 교환한 이래 지금까지도 여전한 사실입니다. 이 정보가 중요한 이유는 모든 생명이 연관되어 있고 상호 의존하는 정도를 밝혀주기 때문입니다.
초기 지구는 말 그대로 딴 세상이었습니다. 산소가 없고, 바다는 뜨거웠으며, 대기 압력과 혜성 및 운석들의 끊임없는 충돌로 숨 막히는 곳이었습니다. 최초의 생명이 우주에서 왔든 지구상의 성분에서 출현했든 우리가 아는 건 이것입니다.
첫째, 39억~19억 년 전 사이에 시안기를 함유한 박테리아cyanobacteria가 출현하여 우리의 행성을 변화시켰다는 것입니다. 이 박테리아가 빛과 물, 이산화탄소를 산소와 유기물질로 전환시켰습니다. 대기 중의 산소는 6억 년 전까지만 해도 현재의 수준에 도달하지 못했습니다. 둘째, 최초의 생명을 어떻게 규정하든 그것은 고도의 적응력을 갖춘 미생물을 생산하도록 진화되었다는 것입니다. 최초의 생명과 유기체들은 화학물질 주머니로서 재생과 같은 생명의 단순한 기능만 했을 뿐입니다.
초기의 모든 생명은 단세포, 즉 전기화학 에너지를 일으킬 수 있는 화학물질 주머니로 구성된 미생물이었던 것으로 보입니다. 오늘날 박테리아는 좀 더 커다란 박테리아 내에서 발견됩니다. 이는 약 15억 년 전 무슨 일이 일어났는지에 대한 실마리로서, 단세포들이 주머니 안에 주머니를 지닌 유기체로 진화된 것입니다. 이 새로운 주머니인 세포핵은 미생물의 DNA를 둘러싼 세포막입니다.
그 외의 세포막 같은 구조들도 나타났습니다. 세포 내에 있는 이런 상이한 종류의 주머니들은 분리될 수 있었습니다. 재생조직을 수용한 세포핵 에너지를 생산하는 성분을 가진 미토콘드리아mitochondria[세포 소기관의 하나로 세포호흡에 관여하며, 호흡이 활발한 세포일수록 많은 미토콘드리아를 함유하고 있음], 햇빛과 이산화탄소, 물을 당糖과 산소로 전환하는 분화된 화학물질들을 품은 엽록체가 그것입니다. 세포 내에 있는 이런 주머니들의 결과로 생명은 좀 더 복잡해졌습니다.
미토콘드리아와 엽록체들은 포획된 미생물들에서 생겨났습니다. 현대 DNA 분석이 가리키는 대로 미토콘드리아가 되는 본래의 박테리아는 대부분의 유전자들을 숙주인 세포핵에게 기증까지 합니다. 박테리아는 진화하면서 복합적인 유기체가 되었습니다. 그 같은 내부의 주머니들과 함께 유기체들은 수백 수천의 미토콘드리아가 양성자 펌프를 통해 에너지를 생산하기 때문에 박테리아보다 수천 배나 커질 수 있었습니다.
진화된 화학물질 주머니들을 가진 단세포 유기체들이 지속적으로 밀집하여 군체群體를 이루었습니다. 현대의 아메바들은 여전히 이런 특징, 즉 점균류slime mold로 밀집하는 능력을 가지고 있습니다. 세포 안에 있는 기능이 분화되면서 주머니들은 좀 더 복잡한 유기체가 되었으며, 세포다발은 좀 더 정교한 생물이 되었습니다.
이러한 생물이 약 10억 년 전에 발달한 것입니다. 그것은 세포다발을 감싸는 줄기 같은 구조로 되어 있습니다. 이것이 다른 많은 세포들을 가진 좀 더 복잡한 유기체로 진화했는데, 이 유기체의 세포는 박테리아보다 수천 배나 큽니다. 이 유기체들은 특화된 다양한 세포자루들을 가졌으며, 각 화학물질 자루는 특화된 기능들을 수행했으며, 그 결과 장기organ들과 몸체의 여러 부분들이 생겨났습니다. 단순한 몸체의 윤곽이 입과 창자, 젤라틴 모양의 몸체로 나타났습니다. 한 예가 대합조개로서 이것은 7억2천만 년 전에 생겨났습니다. 대합조개는 뇌의 초기 형태까지 갖고 있습니다.
5억4,400만 년 전까지만 해도 동물의 진화는 천천히 진행되었습니다. 이 시기 지구에는 오직 세 과divisions(혹은 유형types)의 동물만 있었는데, 이 과를 필라phyla[동물 분류상의 문門phylum의 복수. 계界kingdom와 종류class/kind 사이의 분류군을 말함]라고 합니다. 이런 속도로는 인간과 같은 복잡한 유기체로의 진화를 설명하기가 어려울 것입니다.
그렇지만 5억4,400만 년 전부터 백만 년 동안에 필라의 수가 3에서 38로 급증했습니다. 이는 고고학자들이 캐나다와 세계 각지에서 새로운 동물이 급증한 것을 보여주는 화석의 발견으로 알아낸 사실입니다. 찰스 다윈은 이런 급증이 자신의 진화론을 거스르는 잠재적 증거를 보여주는 것임을 알고 당황해했습니다. 19세기에서 20세기에 걸쳐 이 미스터리는 과학자들을 계속 난처하게 만들었으며, 만족할 만한 이론이 나오지 못했습니다. 그 후 21세기가 시작될 무렵 매우 그럴 듯해 보이는 한 이론이 제기되었습니다.
옥스퍼드 대학의 연구자 앤드루 파커Andrew Parker는 저서 『눈 깜빡할 사이에 In the Blink of an Eye』(2003)에서 생명 형태가 급증한 건 가장 최근에 분화된 세포자루인 눈을 가진 생물들에서 비롯되었음을 이론화했습니다. 동물들은 환경을 분별하는 데 단지 감각과 화학적 수용체에 의존하기보다 제한적이지만 시각을 가졌습니다. 시각은 먹이를 쉽게 포획하고 포식자들을 미리 경계할 수 있게 해주었습니다. 눈은 또 생명체들이 시각적으로 배우고 서로 모방하게 해주었습니다. 5억4,300만 년 전에 발생한 가장 유용한 감각, 시각이 발달하면서 우리가 만들어지게 되었습니다. 그때까지 생명은 다섯 가지 주요 사건을 겪었습니다.
첫째, 여전히 미스터리이지만, 지구상에 생명이 시작된 것이고, 둘째, 세포핵과 그 외 세포기관이 형성되었으며, 셋째, 다세포 생물이 부상했고, 넷째, 뇌와 같은 기관이 분화되었으며, 마지막으로 눈이 생겨난 것입니다.
앤드루 파커의 이론은 하나를 제외하고 모든 의문에 응답하는 것처럼 보입니다. 그 하나는 무엇이 눈의 진화를 유발했을까 하는 것입니다. 우리는 알지 못합니다. 종종 과학은 하나의 수수께끼를 풀고 또 다른 수수께끼를 발견하곤 합니다.
진화에 대해 일부 종교단체들은 하나의 생명 형태가 다른 생명 형태로 진화한 것을 증명해줄 두 종 사이의 ‘사라진 고리missing links’를 요구했습니다. 예를 들면 바다 생물이 육지에 적응한 증거를 요구했습니다. 2006년에 그런 고리가 발견되었습니다. 과학자들은 약 3억8,500만 년 전에 살았던 사지가 있는 물고기 같은 화석을 발견한 것입니다.
2억5,100만 년 전 화석에 의하면 가장 극적인 대량 멸종사건이 발생했습니다. 육지와 바다에 살던 모든 종의 95%가 전멸했습니다. 공룡은 약 6,500만 년 전에 멸종했는데, 소행성이 지구와 충돌하여 기후 변화가 일어나고 식물이 파괴되었기 때문입니다.