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아, 여러분, 안녕하세요. 오늘은 좀 흥미로운 주제로 이야기를 풀어볼까 해요. 음, 바로 생명의 기원, 아주 거창하죠?
1953년에 스탠리 밀러라는 시카고 대학원생이 아주 기발한 실험을 했어요. 마치 옛날 원시 바다를 흉내 낸 물이 담긴 플라스크 하나, 그리고 초기 지구 대기를 닮은 메탄, 암모니아, 황화수소 같은 가스 혼합물이 담긴 플라스크 하나, 이렇게 두 개를 연결해서 전기 스파크를 팍팍 튀겨댔대요. 번개를 흉내 낸 거죠.
몇 주 지나니까 플라스크 안의 물이 누렇게, 황록색으로 변하면서 아미노산, 지방산, 당, 뭐 이런 유기 화합물이 막 생겨났다는 거예요. 밀러의 지도 교수였던 해럴드 유리는 노벨상 수상자였는데, 엄청 기뻐하면서 "야, 하나님도 분명 이렇게 했을 거야!"라고 했다네요.
당시 뉴스에서는 마치 병만 잘 흔들면 생명이 뿅 하고 튀어나올 것처럼 보도했지만, 아시잖아요? 세상일이 그렇게 간단하지만은 않다는 거. 반세기가 넘는 연구가 더 진행됐지만, 아직 우리는 1953년 그때만큼이나 생명 합성과는 거리가 멀어요. 오히려 더 멀어졌다고 해야 할까요? 과학자들은 초기 대기가 밀러와 유리의 가스 혼합물처럼 생명 탄생에 딱 맞춰 준비된 게 아니라, 질소랑 이산화탄소 혼합물처럼 훨씬 덜 활발한 상태였을 거라고 생각하거든요.
누군가가 좀 더 어려운 조건의 가스로 밀러의 실험을 다시 해봤는데, 아주 기본적인 아미노산 하나 정도밖에 못 만들었다고 해요. 근데 사실 아미노산을 만드는 게 문제가 아니에요. 진짜 문제는 바로 단백질이죠.
아미노산을 쭉 연결하면 단백질이 되는데, 우리 몸에는 단백질이 진짜 어마어마하게 많아요. 정확히는 아무도 모르지만 아마 백만 종류는 될 거라고 하는데, 각각이 다 작은 기적과 같아요. 단백질은 확률적으로 존재할 수가 없거든요. 단백질을 만들려면 아미노산을 특정 순서대로 배열해야 하는데, 마치 단어를 만들 때 글자를 순서대로 배열해야 하는 것처럼요. 문제는 아미노산 글자로 된 단어가 엄청나게 길다는 거죠.
예를 들어 '콜라겐'이라는 단백질을 만들려면 1055개의 아미노산 분자를 정확한 순서대로 배열해야 해요. 그런데 중요한 건, 여러분은 콜라겐을 만들지 않잖아요? 콜라겐은 그냥 알아서 만들어지는 거예요. 여러분의 지시 없이, 스스로! 여기서부터 불가능이 시작되는 거죠.
솔직히 말해서, 1055개의 아미노산 분자가 콜라겐처럼 배열될 확률은 거의 제로예요. 불가능한 일이죠. 얼마나 불가능한지 이해하려면 라스베가스 슬롯머신을 상상해보세요. 그것도 엄청 크게! 27미터 높이로 확대해서 보통 세네 개 있는 릴 대신 1055개의 릴을 넣고, 각 릴에 20개의 기호를 넣는 거예요. (각 기호는 흔한 아미노산을 나타내겠죠?) 그럼 그 1055개의 기호가 맞는 순서대로 배열되려면 손잡이를 몇 번이나 당겨야 할까요? 글쎄요, 아마 아무리 당겨도 안 될 거예요.
릴 수를 200개로 줄여도, 즉 단백질 분자가 보통 가지고 있는 아미노산 분자 수만큼 줄여도 모든 200개 기호가 특정 순서대로 배열될 확률은 10의 마이너스 260제곱이에요. 그 숫자는 우주에 있는 모든 원자 수보다 훨씬 더 크답니다.
결론적으로, 단백질은 정말 복잡한 존재예요. 헤모글로빈은 146개의 아미노산 분자로 이루어져 있어서 단백질 치고는 작은 편인데도, 아미노산 배열 방식은 10의 190제곱 가지나 된대요. 케임브리지 대학교 화학자 맥스 페루츠는 23년, 거의 직장 생활을 통째로 바쳐서야 이 수수께끼를 풀 수 있었죠. 단백질 분자 하나라도 대충 만드는 건 정말 불가능해 보여요. 천문학자 프레드 호일은 "마치 회오리바람이 고물상을 휩쓸고 지나간 자리에 완벽하게 조립된 보잉 747 여객기가 남겨진 것과 같다"고 비유했죠.
그런데 우리가 이야기하는 단백질은 수십만, 어쩌면 백만 종류나 되고, 각각이 다 독특하고 여러분의 건강과 행복에 필수적이에요. 여기서부터 더 깊은 이야기가 시작되죠. 단백질 분자는 제 역할을 하려면 아미노산 분자를 올바른 순서대로 배열하는 것뿐만 아니라, 화학적 접힘 과정을 거쳐서 특정 모양으로 접혀야 해요. 이렇게 복잡한 구조를 만들어도, 단백질 분자는 스스로 복제하지 못하면 아무 소용이 없어요. 그걸 하려면 DNA(데옥시리보핵산)가 필요해요. DNA는 복제 전문가예요. 몇 초 만에 자기 복사본을 만들지만, 그 외에는 아무것도 못하죠.
그래서 우리는 모순에 빠져요. 단백질 분자는 DNA 없이는 존재할 수 없고, DNA는 단백질 없이는 아무것도 할 수 없어요. 그럼 이 둘이 서로 돕기 위해 동시에 생겨났을까요? 만약 그렇다면, 와우! 정말 대단한 일이죠!
게다가, 막이 없으면 DNA, 단백질, 다른 생명 요소들을 감싸서 보호할 수 없어요. 원자나 분자는 혼자서는 생명을 이룰 수 없어요. 여러분 몸에서 원자 하나를 떼어내면 그건 그냥 모래알처럼 아무 생명이 없어요. 수많은 원자가 모여서 영양분이 풍부한 세포 안에 있어야만 이 물질들이 생명이라고 부르는 놀라운 춤에 참여할 수 있죠. 세포가 없으면 그냥 흥미로운 화학 물질일 뿐이에요. 하지만 화학 물질이 없으면 세포는 아무 의미가 없죠. 데이비스가 말했듯이 "모든 것이 다른 모든 것을 필요로 한다면, 분자 사회는 어떻게 처음 생겨났을까요?" 마치 부엌에 있는 재료들이 갑자기 모여서 스스로 케이크를 굽고, 필요하다면 그 케이크가 분열해서 더 많은 케이크를 만드는 것과 같아요. 그래서 우리는 생명을 기적이라고 부르는 게 당연한 거죠. 우리는 이제 겨우 이해하기 시작했을 뿐이니까요.
그렇다면, 무엇이 이 놀라운 복잡성을 만들어냈을까요? 음, 어쩌면 그렇게 놀랍지 않을 수도 있어요. 겉으로 보이는 것만큼요. 예를 들어, 그 놀라운 단백질 분자를 생각해볼까요? 우리가 보는 기적적인 배열은 형성된 후에 나타나는 걸 수도 있어요. 만약 슬롯머신 릴 중 일부를 제어할 수 있다면, 마치 볼링 게임에서 유리한 핀을 조종하는 것처럼요? 다시 말해서, 단백질이 한 번에 만들어지는 게 아니라 천천히 진화하는 거라면 어떨까요?
여러분이 사람을 만드는 모든 재료, 탄소, 수소, 산소 등등을 물과 함께 용기에 넣고 흔들면 완벽한 사람이 튀어나온다고 상상해보세요. 정말 믿을 수 없는 일이겠죠? 음, 그게 바로 호일과 다른 사람들, 그리고 많은 창조론자들이 주장하는 거예요. 그들은 단백질이 스스로 만들어졌다고 믿죠. 하지만 단백질은 그렇게 만들어지지 않았고, 그렇게 만들어질 수도 없어요. 리처드 도킨스가 그의 책 "눈먼 시계공"에서 말했듯이, 아미노산이 덩어리로 모이게 하는 어떤 점진적인 선택 과정이 있었을 거예요. 아마 세 개의 아미노산 분자가 어떤 간단한 목적을 위해 결합하고, 시간이 지나면서 비슷한 작은 그룹들이 충돌해서 어떤 개선점을 "발견"하는 과정이 있었을지도 모르죠.
이런 생명 관련 화학 반응은 실제로 흔해요. 스탠리 밀러와 해럴드 유리처럼 실험실에서 만들 수는 없겠지만, 우주는 그걸 아주 쉽게 해내요. 자연에서 많은 분자들이 모여서 긴 사슬을 만들고, 그걸 중합체라고 부르죠. 설탕 분자가 모여서 전분을 만들고, 결정체는 복제, 환경 자극에 대한 반응, 복잡한 패턴 등 생명체처럼 보이는 일을 많이 하죠. 물론, 생명 자체를 만들지는 않지만, 복잡한 구조가 자연스럽고, 자발적이고, 완전히 신뢰할 수 있는 일이라는 걸 계속 보여주는 거죠. 어쩌면 우주 전체에 생명이 엄청나게 많을 수도 있고, 아닐 수도 있지만, 질서 정연한 자발적인 집합은 부족하지 않아요. 대칭적인 눈송이에서부터 토성의 아름다운 고리까지 모든 것에 존재하죠.
자연은 사물을 모으는 데 너무나 열심이라서 많은 과학자들은 생명이 우리가 생각하는 것보다 훨씬 불가피하다고 믿고 있어요. 벨기에 생화학자이자 노벨상 수상자인 크리스티앙 드 뒤브의 말처럼요. "조건만 맞으면 물질의 특성은 반드시 발현된다." 드 뒤브는 그런 조건이 각 은하에서 약 백만 번 정도 만날 수 있다고 믿고 있죠.
물론 우리에게 생명을 부여하는 화학 물질에 특별한 건 없어요. 여러분이 다른 생명체를 만들고 싶다면, 금붕어든, 상추든, 사람이든, 탄소, 수소, 산소, 질소, 이렇게 네 가지 원소와 소량의 다른 것들, 주로 황, 인, 칼슘, 철만 있으면 돼요. 30가지 이상의 혼합물을 섞어서 설탕, 산, 다른 기본적인 화합물을 만들면 어떤 생명체든 만들 수 있어요. 도킨스가 말했듯이 "생명체를 만드는 물질에 특별한 건 없어요. 생명체는 분자들의 집합일 뿐이고, 다른 모든 것과 똑같아요."
결론적으로 생명은 놀랍고, 만족스럽고, 심지어 기적적일 수도 있지만, 완전히 불가능한 건 아니에요. 우리가 반복적으로 우리 자신의 존재를 통해 그걸 증명하고 있잖아요. 물론 생명 기원에 대한 많은 세부 사항은 여전히 설명하기 어렵죠. 여러분이 책에서 읽어본 생명에 필요한 조건에는 항상 물이 포함돼요. 다윈이 생각한 생명의 기원지인 "작은 연못"에서부터 지금은 일반적으로 생각하는 생명의 기원지인 해저 열수 분출구까지요. 하지만 그들은 단량체를 중합체로 만드는 반응, 즉 생물학에서 "탈수 축합"이라고 부르는 반응을 간과했어요. (단백질을 만들기 시작하는 과정이죠.) 중요한 생물학 논문에서 좀 불편하게 말하듯이 "연구자들은 질량 작용의 법칙 때문에 원시 바다나 다른 수성 매체에서 그런 반응은 에너지 측면에서 유리하지 않다고 동의한다." 설탕을 물 한 잔에 넣고 각설탕이 되기를 바라는 것과 같아요. 일어나서는 안 되는 일이지만, 자연에서는 어떻게든 일어났죠. 이 모든 화학 과정이 어떻게 일어났는지, 그 질문은 이 책의 목적을 벗어나는 거죠. 우리는 이것만 알면 돼요. 단량체를 물에 적시면 단량체가 중합체가 되지 않아요. 생명을 만들 때 빼고요. 왜 그런 일이 일어났을까요? 왜 그런 식으로 일어났을까요? 그건 생물학에서 풀리지 않은 큰 문제 중 하나죠.
최근 수십 년 동안 지구과학 분야에서 놀라운 발견이 많았는데, 그중 하나는 생명이 지구 역사 초기에 생겨났다는 거예요. 1950년대까지만 해도 생명은 6억 년 이상 존재하지 않았다고 생각했지만, 70년대에는 몇몇 용감한 사람들이 아마 25억 년 전에 이미 생명이 있었을 거라고 생각했죠. 하지만 지금은 38억 5천만 년 전이라는 사실이 확실해졌고, 정말 놀라운 일이죠. 지구 표면이 고체로 굳어진 게 약 39억 년 전이니까요.
스티븐 제이 굴드는 1996년 뉴욕 타임즈에서 "우리는 이처럼 빠른 속도에서 박테리아 수준의 생명이 적절한 조건이 있는 행성에서 진화하는 것은 '어렵지 않다'고 추론할 수밖에 없다"고 말했고, 다른 자리에서도 "생명이 생길 수 있게 되자 화학적으로 불가피한 일이 되었다"고 결론지을 수밖에 없다고 했죠.
사실 생명이 너무 빨리 나타나서 어떤 권위자들은 뭔가 도움이 있었을 거라고 생각해요. 아마 큰 도움이 있었을 거라고요. 초기 생명이 우주에서 왔다는 생각은 오랫동안 존재했고, 때로는 역사를 빛내기도 했죠. 1871년에 켈빈 경은 영국 과학 진흥 협회 회의에서 "생명의 씨앗은 운석에 의해 지구로 옮겨졌을 수 있다"고 제안하기도 했어요. 하지만 그 생각은 극단적인 견해로 여겨졌는데, 1969년 9월의 어느 일요일에 바뀌었죠.
그날, 수천 명의 호주인들이 굉음을 듣고 동쪽에서 하늘을 가로지르는 불덩이를 봤어요. 불덩이는 이상한 소리를 내고, 어떤 사람들은 메틸화 알코올 냄새, 어떤 사람들은 역겨운 냄새가 난다고 했죠. 불덩이는 머치슨 상공에서 폭발했고, 5kg이 넘는 돌덩이들이 비처럼 쏟아졌어요. 머치슨은 멜버른 북쪽 굴번 밸리에 있는 600명의 작은 마을이었죠. 다행히 다친 사람은 없었어요. 그 운석은 탄소질 콘드라이트라는 희귀한 종류였고, 마을 사람들은 90kg 정도를 수거하는 데 도움을 줬죠. 시기도 완벽했어요. 불과 두 달 전에 아폴로 11호가 달에서 가져온 암석 한 자루를 들고 지구로 돌아왔기 때문에 전 세계 실험실이 외계 암석을 간절히 기다리고 있었거든요.
머치슨 운석은 45억 년 전의 것이고, 아미노산이 흩뿌려져 있었는데, 총 74가지나 되고, 그중 8가지는 지구상의 단백질과 관련이 있었어요. 2001년 말, 운석이 떨어진 지 30년이 넘어서 캘리포니아 에임스 연구 센터는 머치슨 운석에 폴리올이라는 복잡한 설탕도 들어 있다고 발표했어요. 그런 설탕은 이전에는 지구 밖에서 발견된 적이 없었죠.
1969년 이후, 몇 개의 탄소질 콘드라이트가 더 지구 궤도로 들어왔는데, 2000년 1월에 캐나다 유콘 지역의 태기시 호수 근처에 떨어진 것이 대표적이죠. 북미 지역 많은 사람들이 그 모습을 봤는데, 그것 역시 우주에 유기 화합물이 풍부하게 존재한다는 걸 증명해줬어요. 지금은 핼리 혜성이 약 25%가 유기 분자로 이루어져 있다고 생각하고 있어요. 만약 그런 운석이 지구처럼 적절한 장소에 자주 떨어진다면, 여러분은 생명에 필요한 기본적인 요소들을 갖게 되는 거죠.
범종설, 즉 생명이 외계에서 왔다는 이론에는 두 가지 문제가 있어요. 첫째, 생명이 어떻게 생겨났는지에 대한 질문에 답하지 못하고, 책임을 다른 곳으로 미루는 거죠. 둘째, 범종설의 가장 존경받는 지지자들조차 때로는 추측의 영역으로 넘어가요. DNA 구조를 발견한 두 사람 중 하나인 프랜시스 크릭과 그의 동료 레슬리 오겔은 "똑똑한 외계인이 고의로 지구에 생명의 씨앗을 뿌렸다"고 주장했죠. 그리빈은 이 견해를 "과학적 지위의 가장자리에 있다"고 평가했는데, 다시 말해서 노벨상 수상자가 제기한 견해가 아니었다면 터무니없다고 여겨졌을 거라는 거죠. 3장에서 언급했듯이 프레드 호일과 그의 동료 찬드라 위크라마싱헤는 외계가 생명뿐만 아니라 독감이나 흑사병 같은 많은 질병도 가져왔다고 주장하면서 범종설의 영향력을 더욱 약화시켰죠. 생화학자들은 그런 견해를 쉽게 반박할 수 있어요.
무엇이 생명의 시작을 야기했든, 그런 일은 단 한 번 일어났어요. 그건 생물학에서 가장 특별한 사실이고, 어쩌면 우리가 아는 가장 특이한 사실일지도 몰라요. 식물이든 동물이든, 살아있는 모든 것들은 같은 원시적인 경련으로 거슬러 올라갈 수 있어요. 아주 먼 과거, 어느 순간에 작은 화학 물질 주머니가 꿈틀거렸고, 생명이 시작됐죠. 영양분을 흡수하고, 가볍게 맥동하고, 짧은 존재를 경험했죠. 그런 일들이 이전에도 일어났을 수도 있고, 여러 번 일어났을 수도 있어요. 하지만, 그 조상 주머니는 또 다른 특별한 일을 했죠. 스스로를 둘로 나누어서 후손을 만든 거예요. 작은 유전 물질이 하나의 생명체에서 다른 생명체로 옮겨졌고, 그 후로 계속 이어져 왔고, 멈추지 않았죠. 그건 우리 모두를 만든 순간이었어요. 생물학자들은 가끔 "대탄생"이라고 부르죠.
매트 리들리는 "세상의 어디를 가든, 동물이든 식물이든 벌레든 이름 모를 것이든, 살아있기만 하면 같은 사전을 사용하고, 같은 코드를 안다. 모든 생명은 가족이다."라고 말했죠. 우리는 모두 같은 유전적 속임수의 결과예요. 그 속임수는 거의 40억 년 동안 대대로 전해져 내려왔고, 마침내 인간 유전학을 조금 배우고, 엉성한 효모 세포를 조립할 수도 있게 되었죠. 그러면 진짜 효모 세포는 마치 자기 종족인 것처럼 작동하도록 내버려 둘 거예요. 아주 현실적인 의미에서, 그건 실제로 자기 종족이니까요.
생명의 여명, 혹은 생명과 아주 비슷한 것은 친절한 동위원소 지구화학자 사무실 책장에 놓여 있어요. 그녀의 이름은 빅토리아 베넷이에요. 그녀의 사무실은 캔버라에 있는 호주 국립대학교 지구과학부 건물에 있죠. 베넷 여사는 미국인이고, 2년 계약으로 1989년에 캘리포니아에서 호주 국립대학교로 왔다가 그 후로 계속 머물렀죠. 2001년 말에 그녀를 방문했을 때, 그녀는 눈에 띄지 않고 무겁고 큰 돌을 건네줬어요. 그 돌은 줄무늬가 있는 흰색 석영과 회녹색 사휘석이라는 물질로 이루어져 있었죠. 그 돌은 그린란드의 아킬리아 섬에서 가져온 거예요. 1997년에 그 섬에서 아주 오래된 암석이 발견됐는데, 그 암석은 38억 5천만 년 전의 것이고, 지금까지 발견된 가장 오래된 해양 퇴적물을 대표하죠.
"우리는 여러분이 들고 있는 것 안에 미생물이 있는지 확신할 수 없어요. 그걸 알아내려면 깨뜨려야 할 거예요." 베넷이 나에게 말했어요. "하지만, 그것은 과거에 가장 오래된 생명이 발굴되었던 것과 같은 광상에서 왔기 때문에 그 안에 생명이 있었을 가능성이 높아요." 아무리 주의 깊게 찾아봐도 진정한 미생물 화석은 찾을 수 없어요. 간단한 생물은 해양 퇴적물이 돌로 변하는 과정에서 구워 없어지거든요. 만약 우리가 암석을 깨서 현미경으로 자세히 본다면 탄소 동위원소와 인회석이라는 인산염과 같은 미생물 잔류 화학 물질만 볼 수 있을 거예요. 둘 다 그 암석 안에 과거에 생물의 작은 세계가 존재했다는 걸 보여주는 거죠. 베넷은 "그 생물들이 어떻게 생겼는지는 추측만 할 수 있을 뿐이다. 아마 가장 기본적인 생명일 테지만, 어쨌든 생명이다. 살아있었고, 번식했다."라고 말했죠.
마지막으로 우리 세대가 왔어요.
만약 여러분이 아주 오래된 암석을 연구할 계획이라면, 호주 국립대학교는 오랫동안 최고의 장소였어요. 그건 빌 콤프스턴이라는 수완이 좋은 사람 덕분이 크죠. 그는 지금 은퇴했지만 1970년대에 세계 최초의 "고감도 고분해능 이온 미세 탐침기"를 만들었어요. 그걸 줄여서 Shrimp(새우)라고 불렀죠. 이 기기는 현무암을 제외한 대부분의 암석에 존재하는 미세한 광석인 저콘의 우라늄 붕괴율을 측정하는 데 사용돼요. 저콘은 수명이 매우 길고 침강을 제외한 어떤 자연 과정도 견뎌낼 수 있죠. 대부분의 지각은 이미 어떤 시점에서 지구 내부로 미끄러져 들어갔지만, 가끔은 서호주나 그린란드처럼 지질학자들이 항상 지표면에 머물러 있는 암석을 발견하기도 해요. 콤프스턴의 기기는 비할 데 없는 정확도로 암석의 연대를 측정할 수 있죠. "새우"의 샘플은 지구과학부 자체 작업장에서 제작 및 성형되었는데, 비용을 절감하기 위해 부품을 조립한 것처럼 보이지만 효과는 꽤 좋았어요. 1982년에 첫 번째 공식 테스트가 진행되었고, 지금까지 발견된 가장 오래된 암석인 서호주에서 가져온 암석의 연대를 측정했는데, 43억 년이라는 결과가 나왔죠.
베넷은 "새로운 기술로 그렇게 빨리 중요한 것을 발견했다는 건 당시 센세이션을 일으켰다."고 말했죠.
그녀는 나를 복도로 안내해서 현재 모델인 "새우 2호"를 보여줬어요. 그것은 크고 무거운 스테인리스 스틸 기기로 아마 3.5미터 길이, 1.5미터 높이였고, 심해 탐사선처럼 튼튼해 보였죠. 뉴질랜드 캔터베리 대학교에서 온 밥이 앞쪽 조종석에 앉아서 스크린에 끊임없이 변하는 데이터 스트림을 응시하고 있었어요. 그는 새벽 4시부터 거기에 있었다고 말했죠. 지금은 오전 9시였고, 그는 정오까지 근무해야 했어요. "새우 2호"는 하루 24시간 가동됐죠. 연대를 측정해야 할 암석이 너무 많았으니까요. 만약 여러분이 두 명의 지구화학자에게 이 작업이 어떻게 진행되는지 묻는다면, 그들은 풍부한 동위원소, 이온화 정도 등에 대해 쉴 새 없이 이야기할 텐데, 듣기에는 좋지만 이해하기는 쉽지 않죠. 하지만 간단히 말해서 그들은 하전된 원자 스트림으로 샘플을 폭격해서 저콘 샘플에 있는 납과 우라늄 함량의 미묘한 차이를 측정해서 암석의 연대를 정확하게 측정할 수 있는 거예요. 밥은 나에게 저콘 데이터를 읽는 데 약 17분이 걸리고 신뢰할 수 있는 데이터를 얻으려면 각 저콘을 수십 번 읽어야 한다고 말했죠. 실제로 그 과정은 세탁소에 가는 것처럼 비슷한 수준의 작업량, 비슷한 수준의 자극을 분산시켜서 진행하는 것처럼 보였어요. 하지만 밥은 행복해 보였죠. 사실, 뉴질랜드에서 온 사람들은 다 행복해 보였어요.
지구과학부 마당은 사무실, 실험실, 장비실이 기묘하게 섞여 있는 곳이었죠. 그녀는 "과거에는 모든 것을 안에서 만들었다. 유리 세공공도 있었지만 은퇴했다. 하지만 여전히 두 명의 석공이 있다."고 말했죠. 그녀는 내 얼굴에 약간 놀란 표정이 나타난 것을 알아챘어요. "돌을 깰 일이 많다. 이전 샘플에 오염되지 않도록 돌을 아주 신중하게 준비해야 한다. 먼지가 없고 깨끗해야 한다. 그건 꽤 엄격한 과정이다." 그녀는 나에게 몇 대의 쇄석기를 보여줬죠. 그 기계들은 확실히 깨끗했지만 두 명의 석공은 커피를 마시러 간 것 같았어요. 쇄석기 옆에는 다양한 모양과 크기의 암석이 담긴 큰 상자들이 있었죠. 호주 국립대학교는 확실히 많은 암석을 처리하고 있었어요.
견학을 마치고 베넷의 사무실로 돌아갔을 때, 나는 그녀의 벽에 걸린 홍보 포스터를 봤는데, 예술가의 풍부한 상상력으로 35억 년 전의 지구처럼 보이는 모습을 보여주고 있었죠. 당시 생명이 막 시작됐을 때였어요. 그 오래된 시대는 지구과학에서 고대라고 불리죠. 그 그림은 거대한 활화산, 붉게 타오르는 하늘, 김이 서린 구릿빛 바다가 있는 낯선 장면을 묘사하고 있었죠. 전경의 그림자에는 박테리아가 기생하는 암석인 스트로마톨라이트가 가득 차 있었죠. 그건 생명을 낳고 키우기에 유망한 곳처럼 보이지 않았어요. 나는 그녀에게 그 그림이 정확하냐고 물었죠.
"음, 한 학파에서는 당시 실제로 시원했다고 생각한다. 왜냐하면 태양이 훨씬 약했기 때문이다. (나중에 나는 생물학자들이 그 견해를 "중국 식당" 문제라고 농담한다는 것을 알게 되었다. 왜냐하면 우리는 희미한 햇빛을 가지고 있기 때문이다.) 대기가 없다면 태양이 약해도 자외선이 초기의 분자 결합을 찢을 것이다. 하지만 저기," 그녀는 스트로마톨라이트를 가볍게 두드리며 "생명이 거의 표면에 있다. 그건 미스터리다."
"그럼 우리는 당시 세계가 어떤 모습이었는지 모르는 거군요?"
"음." 그녀는 잠시 생각하더니 동의했죠.
"어쨌든 생명에 그다지 유리하지는 않았을 것 같네요."
그녀는 친절하게 고개를 끄덕였어요. "하지만, 틀림없이 생명에 적합한 것이 있었을 것이다. 그렇지 않았다면 우리는 이 세상에 오지 못했을 테니까."
그 환경은 우리에게 적합하지 않았을 거예요. 만약 여러분이 타임머신에서 나와서 고대 세계에 발을 들인다면 즉시 움츠러들겠죠. 왜냐하면 당시 지구에는 오늘날 화성처럼 우리가 숨 쉴 공기가 없었을 테니까요. 그리고 지구는 염산과 황산에서 방출되는 독성 가스로 가득 차 있어서 옷을 부식시키고 피부에 물집을 일으킬 만큼 강렬했을 거예요. 지구는 빅토리아 베넷 사무실에 있는 홍보 포스터에 묘사된 것처럼 깨끗하고 선명한 풍경도 아니었을 거예요. 당시 대기에는 흐릿한 화학 물질이 가득 차 있어서 햇빛이 거의 땅에 닿지 않았을 거예요. 자주 스쳐 지나가는 밝은 번개 덕분에 짧은 시간 동안 제한된 것만 볼 수 있었겠죠. 결론적으로 그건 지구였지만 우리는 그게 우리 지구라는 걸 알아보지 못했을 거예요.
고대 세계에는 결혼 기념일 같은 건 없었을 거예요. 20억 년 동안 박테리아는 유일한 생명체였어요. 그들은 살고, 번식하고, 숫자가 늘어났지만, 더 도전적인 생존 수준으로 발전하고 싶어하는 특별한 경향을 보이지 않았죠. 생명의 첫 10억 년 동안 시아노박테리아 또는 남조류는 풍부한 자원, 물에 특별히 풍부한 수소를 사용하는 방법을 배웠어요. 그들은 물 분자를 빨아들이고 수소를 먹고 산소를 배출하면서 광합성을 발명했죠. 마굴리스와 세이건이 지적했듯이 "광합성은 의심할 여지 없이 이 행성 생명 역사상 창조된 가장 중요한 신진대사 방법"이죠. 광합성은 식물이 아니라 박테리아에 의해 발명된 거예요.
시아노박테리아가 늘어나면서 세계는 산소로 가득 차기 시작했고, 산소가 독성이 있다는 것을 알고 있는 미생물은 깜짝 놀랐죠. 당시 그런 미생물은 흔했으니까요. 혐기성 (산소를 사용하지 않는) 세계에서 산소는 맹독이었어요. 우리의 백혈구는 실제로 산소를 사용해서 침입하는 박테리아를 죽이죠. 산소는 근본적으로 독성이 있어서 많은 사람들이 산소를 마시는 걸 편안하게 생각하기 때문에 놀라는 경우가 많죠. 하지만 그건 우리가 산소를 이용하도록 점진적으로 진화해왔기 때문이에요. 다른 것들에게는 끔찍한 것이죠. 산소는 버터를 상하게 하고 철을 녹슬게 하죠. 산소에 대한 우리의 내성도 제한적이에요. 우리 세포의 산소 농도는 대기 농도의 약 10분의 1에 불과하죠.
새로운 산소를 사용하는 박테리아는 두 가지 장점이 있었어요. 산소는 에너지 생산 효율을 높이고 경쟁하는 미생물을 쓰러뜨렸죠. 일부는 혐기성 진흙 늪과 호수 바닥 세계로 후퇴했고, 일부는 그렇게 했지만 나중에 (오랜 후에) 여러분과 같은 소화력이 있는 곳으로 이주했어요. 상당수의 원시적인 존재가 지금 이 순간에도 여러분의 몸 안에 살면서 음식 소화를 돕고 있지만 산소를 싫어하죠. 적응력이 없는 수많은 다른 박테리아는 결국 죽었죠.
시아노박테리아는 도망쳐서 성공했어요. 처음에는 그들이 생산한 추가 산소가 대기에 축적되지 않고 철과 결합해서 산화철이 되고 원시 해저로 침전됐죠. 수백만 년 동안 세계는 실제로 녹슬었어요. 그 현상은 줄무늬 철광층에 생생하게 기록되어 있는데, 오늘날 세계에 많은 철광석을 제공하고 있죠. 수천만 년 동안 일어난 일은 이것보다 많지 않았어요. 만약 여러분이 초기 원생대 세계로 돌아간다면 지구의 미래 생명이 유망하다는 징후를 많이 발견하지 못할 거예요. 아마 여기서 저기 숨겨진 웅덩이에서 생명이 있는 얇은 막을 만나거나 해변의 바위에서 반짝이는 녹색과 갈색의 층을 볼 수 있을지 모르지만 그 외에는 생명의 흔적이 없을 거예요.
하지만 약 35억 년 전에 더 강한 것이 눈에 띄기 시작했어요. 수심이 얕은 곳에서는 눈에 보이는 구조가 나타나기 시작했죠. 시아노박테리아가 일상적인 화학 과정을 수행하는 동안 약간 끈적거리기 시작했어요. 그 끈적함은 미세한 먼지와 모래 알갱이를 함께 붙잡아서 약간 기묘하면서도 견고한 구조를 만들었죠. 수심이 얕은 곳의 스트로마톨라이트 말이에요. 빅토리아 베넷 사무실 벽에 걸린 그림에 나오는 것들이죠. 스트로마톨라이트는 다양한 모양과 크기를 가지고 있어요. 스트로마톨라이트는 때로는 거대한 콜리플라워처럼 보이고, 때로는 털이 많은 발판처럼 보이죠 (스트로마톨라이트는 그리스어로 발판이라는 뜻이에요). 때로는 스트로마톨라이트가 원통형으로 물에서 수십 미터 솟아오르기도 하죠. 간혹 100미터나 되기도 하고요. 다양한 형태로 스트로마톨라이트는 살아있는 암석과 같죠. 스트로마톨라이트는 세계 최초의 협력 프로젝트를 대표하는데, 어떤 종류의 원시 생물은 표면에 살고, 어떤 종류는 아래에 살면서 서로가 만든 조건을 이용했죠. 세계에는 최초의 생태계가 생겼어요.
수년 동안 과학자들은 화석 구조에서 스트로마톨라이트를 이해했어요. 하지만 1961년에 그들은 호주 북서쪽 해안의 상어 만에서 살아있는 스트로마톨라이트 사회를 발견하고 깜짝 놀랐죠. 그건 완전히 예상치 못한 일이었죠. 너무 예상치 못해서 과학자들이 실제로 몇 년이 지나서야 자신들의 발견을 완전히 깨달았을 정도였죠. 하지만 오늘날 상어 만은 관광지가 되었죠. 적어도 외딴 곳이 가질 수 있는 관광지로서 말이에요. 나무 판자로 만든 산책로가 만으로 이어져서 관광객들은 스트로마톨라이트 위를 거닐면서 물 표면 아래에서 조용히 숨 쉬는 스트로마톨라이트를 자세히 볼 수 있어요. 스트로마톨라이트는 광택이 없고 회색이며 큰 소똥 덩어리처럼 생겼어요. 하지만 지구에서 35억 년 전에 남겨진 생물을 바라보는 건 현기증 나는 순간이죠. 리처드 포티가 말했듯이 "그건 정말 시간을 여행하는 것과 같다. 세상이 진정한 기적과 조화를 이루면 이 풍경은 기자 피라미드만큼 유명해질 것이다." 아무리 추측해도 짐작할 수 없겠지만, 이 어두운 바위에는 생명이 가득 차 있어서 (어쨌든 추정치에 따르면) 1제곱미터당 36억 개의 미생물이 살고 있다고 해요. 자세히 보면 작은 기포가 수면 위로 올라오는 것을 볼 수 있을 거예요. 그건 그들이 산소를 방출하고 있다는 뜻이죠. 20억 년 동안 이 작은 노력은 지구 대기의 산소를 20%까지 증가시켰고, 생명 역사의 다음 장인 더 복잡한 장을 열었죠.
상어 만에 있는 스트로마톨라이트는 지구에서 가장 느리게 진화하는 생물일 수도 있고, 지금은 가장 희귀한 생물 중 하나일 거예요. 더 복잡한 생명체의 조건을 만든 후에 그들은 거의 모든 곳에서 다른 생물에 의해 밀려났는데, 그 다른 생물은 그들이 존재하도록 만든 것이었죠. (상어 만에 존재하는 이유는 그곳의 물이 너무 짜서 보통 잡아먹는 생물이 살 수 없기 때문이에요.)
생명이 복잡해지는 데 왜 그렇게 오랜 시간이 걸렸을까요? 한 가지 이유는 세계가 간단한 생물이 대기에 충분한 산소를 주입할 때까지 기다리지 않았기 때문이에요. 포티는 "생물은 이 일을 열심히 하지 않는다."고 말했죠. 대기 중 산소 농도가 현재 수준에 거의 도달하는 데 약 20억 년, 즉 지구 역사의 약 40%가 걸렸어요. 하지만 조건이 무르익자 갑자기 새로운 세포가 나타났는데, 그 세포에는 핵과 몇 개의 다른 부분, 즉 "세포 소기관"(그리스어로 "작은 도구"라는 뜻)이 포함되어 있었어요. 그 과정은 경솔하거나 대담한 박테리아에서 시작됐을 거라고 생각되죠. 그건 침략을 받았거나 다른 박테리아에게 사로잡혔을 거예요. 결과적으로 양쪽 모두 만족했죠. 그 사로잡힌 박테리아는 미토콘드리아가 됐을 거라고 생각되죠. 이 미토콘드리아 침략 (생물학자들은 "내공생 사건"이라고 부르기를 좋아하죠)은 복잡한 생명의 출현을 가능하게 만들었죠. (식물의 경우 비슷한 침략으로 엽록체가 생겨서 식물이 광합성을 할 수 있게 되었죠.)
미토콘드리아는 산소를 지배하고 음식에서 에너지를 방출하죠. 이 유용한 속임수가 없었다면 오늘날 지구상의 생명은 진흙 속에 사는 단순한 미생물 더미에 불과했을 거예요. 미토콘드리아는 극히 작죠. 모래알 하나에 10억 개의 미토콘드리아가 들어갈 수 있고 항상 배고파서 내가 흡수하는 영양분을 결국 미토콘드리아가 먹는 거죠.
미토콘드리아가 없으면 우리는 2분도 살 수 없어요. 하지만