지구 생명의 (아주)짧은 역사

불과 얼음의 세상에서
생명이 탄생하여 푸른 빛을 내기까지
별의 죽음은 새로운 별의 탄생으로 이어져, 우리의 태양이 생기고 46억 년 전 우리의 행성, 지구가 탄생한다. 초기 지구는 우리가 지금 아는 지구와는 완전히 다른 불덩이였지만, 온도가 식어가면서 수증기가 비가 되어 내렸고, 지구는 물의 세계가 되었다. 깊은 바다의 뜨거운 물줄기가 소용돌이치는 거친 환경에서 생명은 시작되었다. 34억 년 전쯤에는 시아노박테리아라는 생물이 태양의 자외선으로부터 스스로를 보호하기 위해서 엽록소를 만들어 광합성이라는 화학반응을 통해서 지구에 산소를 내뿜었다. 초기 지구에서 산소는 무엇이든 태워버리는 재앙에 가까운 물질이었기 때문에, 소량의 산소만으로도 지구 역사상 최초의 대규모 멸종이 초래되었다. 산소의 급증으로 인해서 암석이 만들어지면서 암석이 메테인과 이산화탄소 같은 기체들을 흡수하여 온실 효과가 감소하자, 지구는 최초이자 최대 규모의 빙하기를 맞아 "눈덩이 지구"가 되었다. 그러나 생명은 언제나 고난을 이겨내고 번성했고, 다음번 혁신을 향해 나아갔다. 세균 세포들이 모여 군체를 이루면서, 햇빛을 이용하는 세포는 엽록체가, 먹이로부터 에너지를 얻는 세포는 미토콘드리아가, 고세균 안에 모인 유전 자원은 세포핵이 된 것이다. 이들로부터 진핵생물이 탄생했다. 진핵생물은 우리가 "성(性)"이라고 부르는 부모 사이의 유전물질 교환이 가능한 형태로 번식했고, 이는 생물의 다양성을 불러왔다.
지구의 초기 초대륙 로디니아의 분열로 인해 암석들이 풍화되면서 지구는 다시금 빙하기에 돌입했다. 빙하기는 더 활동적인 진핵생물, 즉 동물이 출현하는 계기가 되었다. 처음에는 입으로 영양분과 노폐물이 모두 드나들었지만, 항문이 생기면서 생물권의 혁명이 이어졌다. 동물은 항문의 발달로 "머리"와 "꼬리", 즉 확실한 이동 방향을 가지게 되었다. 혹독한 두 번째 "눈덩이 지구"를 겪은 생명은 다양하고 복잡한 동물들로 진화했고, 캄브리아기에 이르러 다양성을 폭발시켰다.

척추동물, 물과의 연결 고리를 끊고
육지를 정복하다
물속에서 찌꺼기를 걸러 먹으며 살아가던 아주 작은 생물인 사코르히투스로부터 여러 동물들이 진화했다. 이들의 후손 중 일부는 포식자에 맞서 척삭이라는 기관으로 몸을 S자로 만들어 물속을 빠르게 헤엄쳐서 도망치는 전략을 택했다. 바로 척추동물이 등장한 것이다. 이들은 계속해서 돌아다녀야 했으므로 커다란 눈, 정밀한 후각, 그리고 물의 흐름을 감지하는 정교한 체계를 진화시켰다.
초기 어류는 턱도 지느러미도 없는 칠성장어나 먹장어 같은 모습이었을 것이다. 이후에 서로 바짝 붙어 있던 눈이 머리 양쪽으로 이동하면서 콧구멍이 들어갈 자리가 생기고 뇌도 좌반구와 우반구로 나뉘면서 얼굴이 넓어졌다. 그리고 아가미 활이 반으로 접히면서 턱이 진화했다. 경골어류와 연골어류의 척삭은 이후 체절 구조인 척추로 대체되었고, 경골어류의 한 분파인 육기어류에서 인간을 포함한 모든 육상 척추동물이 출현했다.
생물이 폭발적으로 출현한 캄브리아기 초기부터 물고기들이 넘쳐나던 데본기까지 바닷속은 생물들로 가득했다. 그러나 육지에서의 삶에 도전한 생물들은 없었다. 이후 이끼와 고사리류가 뭍으로 올라오면서 육지가 밝은 녹색으로 뒤덮이며 숲이 만들어졌다. 최초의 육상동물은 거미류와 작은 절지동물들이었다. 이후에 네발동물은 물 밖에서도 호흡할 수 있는 폐와 무게를 지탱할 수 있는 다리를 진화시켜서 육상에서의 삶을 이어갔다. 그러나 이들도 생식을 할 때에는 반드시 물로 돌아가야 했는데, 이들 중 일부가 알을 껍질로 싸서 보호함으로써 물과의 관계를 마침내 끊고, 척추동물이 육지에서 번성할 수 있게 해주었다. 또한 식물도 포자에서 저항력이 강한 껍질에 싸인 씨앗을 진화시켜 물의 독재에서 벗어날 수 있게 되었다. 양서류 중 일부가 드디어 새로운 식생활, 즉 초식을 받아들이고 식물을 먹기 시작했다. 파충류 중 일부는 다리를 몸 옆이 아니라 아래로 꼿꼿이 펴게 되었고 각자의 먹이에 맞는 독특한 이빨과 햇빛에 상관없이 대사를 조절할 수 있는 체계를 갖추었다. 페름기 말에 이르자 지구 깊숙한 곳에서부터 솟아오른 마그마 기둥이 지표면으로 올라와 지각을 녹였고, 유독 가스가 분출되었다. 이로 인해서 온실 효과가 발생하여 지구의 평균 온도가 올라갔고, 산소 부족과 수온 상승으로 생명은 대멸종 사건을 겪었다.

하늘을 나는 공룡과
두 발로 걷는 유인원
페름기 대멸종에서 살아남은 소수의 생존자들은 다시 한번 다양하게 분화했다. 거북들은 다채로운 삶의 형태와 방식을 받아들였고, 해양 파충류들은 전성기를 맞았다. 뿐만 아니라 오늘날 새와 악어로 대표되는 지배파충류가 등장했고, 비행을 시도하여 나무 사이를 활공하는 척추동물들도 생겼다. 이후 익룡이 진화하여 제대로 날기 시작했다. 그리고 눈에 띄지 않는 야행성 생활을 하는 포유류도 진화했다. 그러나 지구를 지배한 것은 이족 보행을 하는 공룡들이었다. 공룡은 놀라운 신체 구조와 정밀한 뇌와 신경계를 겸비한 동물로, 산소를 흡입하고 이산화탄소를 배출하는 방식을 효율적으로 개선하여 몸집이 엄청난 크기로 커질 수도 있었고 우리의 손바닥 위에서 춤을 출 수 있을 정도로 작아질 수도 있었다. 뿐만 아니라 폐와 연결된 기낭들이 온몸에, 심지어 뼈 속에도 들어 있어서 몸의 열을 빠르게 식힐 수 있었다. 공룡은 골격이 가벼웠고, 효율적인 냉각 체계를 가지고 있었고, 깃털과 알을 낳는 습성 등 비행에 적합한 여러 조건들을 갖추고 있었다. 그러나 하늘에서 갑작스럽게 날아온 재앙은 순식간에 공룡의 지배를 끝장내버렸다. 이 사건으로 모든 종의 4분의 3이 멸종했다.
생명은 곧 현장으로 돌아왔다. 드디어 포유류가 어둑한 밤에서 벗어나 햇빛 아래로 나왔다. 포유류는 귀의 구조를 정교화하여 감각에 극적인 변화를 가져왔다. 이는 포유류가 번성할 수 있는 기회를 마련해주었다. 또한 횡격막을 통해서 호흡의 효율을 높이고 비강을 발달시켜서 먹이를 먹으면서도 공기를 들이마실 수 있게 되었다. 이빨들도 앞니, 송곳니, 어금니로 분화하여 먹이를 효율적으로 소화할 수 있었다. 포유류는 더 큰 뇌를 진화시켰고, 이로 인해서 알이 아니라 새끼를 낳아서 젖을 먹여 빠르게 성장시키는 방식을 택했다. 포유류 중 일부는 물로 돌아가서 단 800만 년 만에 완전한 해양동물, 고래가 되었다.
판게아로부터 떨어져 나온 남극 대륙이 먼 남쪽으로 이동하여 얼음으로 뒤덮였고, 극북 지방에서는 대륙들이 북극해를 둘러싸면서 거대한 빙하가 형성되어 지구의 날씨는 더 변덕스럽고 계절성이 뚜렷해지고 기온은 내려갔다. 이로 인해서 최초의 영장류의 터전이던 밀림이 종말을 맞았다.
변화하는 지구 환경에 적응하던 영장류 중 일부가 700만 년 전 일어서서 두 발로 걷는 유인원이 되었다. 직립 보행을 하기 위해서 유인원은 머리부터 발끝까지 몸 전체를 재설계해야 했다. 우선 서서 걸을 때 얼굴이 위쪽이 아닌 앞을 향하게 하며 두개골을 척주 위에 안정적으로 올리기 위해서 척수가 두개골을 통과하는 구멍이 뒤쪽(네발동물의 위치)에서 아래쪽으로 이동했다. 호미닌은 이족보행을 함으로써 대가를 치러야 했지만, 그 이득은 어마어마했다. 자유로워진 손으로 도구를 만들어 사용함으로써 먹이를 더 수월하게 얻고 더 쉽게 소화시킬 수 있게 되었다. 그렇게 절약한 에너지는 뇌를 키우는 데에 들어갔고, 절약한 시간은 다른 일을 하는 데에 쓰였다. 그리고 두 발로 걷는 생활에 전념한 최초의 호미닌, 호모 에렉투스가 등장했다. 호모 에렉투스는 장거리 달리기를 통해서 사냥감이 쓰러질 때까지 쫓아다닐 수 있었고 무리를 지어 협동했다. 호모 에렉투스는 불을 사용하여 익혀서 음식을 먹었고, 주먹도끼라는 아름다운 유물을 남겼다. 이들은 아프리카를 떠나 전 세계로 퍼져나갔다.

아프리카를 떠나 전 세계로 퍼져나간 호모 사피엔스
그리고 지구의 아주아주 먼 미래
아프리카가 점점 더 건조해지면서 30만 년 전 새로운 호미닌, 호모 사피엔스가 출현했다. 이들도 아프리카를 벗어나 전 세계로 향했고, 그 과정에서 네안데르탈인, 데니소바인 등 다른 호미닌들과 만나서 교배를 하기도 했다. 4만 년 전 유럽을 지배하던 네안데르탈인도 자취를 감추었고 호모 사피엔스는 유일한 호미닌 생존자가 되었다. 인류의 역사 내내 언제나 수렵인이자 채집인이었던 인간은 1만 년 전에 농업을 시작하여 현재는 지구상의 식물이 생산하는 광합성 산물의 4분의 1을 소비한다. 또한 300년 전에 시작된 산업혁명 이후 석탄의 힘을 산업적으로 이용하면서부터 지구에 영향을 미치기 시작했다. 그러나 인간이 지구에 미친 영향은 아주 먼 미래에는 흔적조차 거의 남지 않을 것이다. 앞으로 수천 년 후면 호모 사피엔스도 사라질 것이다. 지각은 계속 이동하고 지구는 신생대 대빙하기를 맞을 것이다. 이 빙하기가 끝난 후에 다시 따뜻해진 지구에는 오소리보다 큰 포유류는 모두 멸종되고 없을 것이다. 대형 파충류와 양서류도 같은 운명을 맞을 것이다. 물고기와 고래는 한동안은 남아 있을 것이다. 지금으로부터 2억5,000만 년 후, 대륙은 다시 한번 모여 가장 큰 초대륙을 형성하겠지만, 생명의 흔적은 거의 보이지 않을 것이다. 아마도 초유기체를 이루어 지하에서 조용히 살아갈 것이다. 그리고 지금으로부터 10억 년 후에는 지구상의 생명은 마침내 절멸할 것이다.

1 불과 얼음의 노래
2 동물의 출현
3 척추동물의 출현
4 육지로 올라오다
5 양막류의 등장
6 트라이아스기 공원
7 날아다니는 공룡
8 위대한 포유류
9 유인원의 세상
10 전 세계로 퍼져나가다
11 선사시대의 끝
12 미래의 과거
에필로그
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헨리 지 헨리 지(Henry Gee)는 「네이처」의 시니어 에디터이자, 『야곱의 사다리(Jacob's Ladder)』, 『심원한 시간을 찾아서(In Search of Deep Time)』, 『가운데땅의 과학(The Science of Middle-earth)』, 『우연종(The Accidental Species)』의 저자이다. BBC 의 텔레비전과 라디오 프로그램, NPR의 「올 씽스 컨시더드(All Things Considered)」에 출연했고, 「가디언」, 「타임스」, 「BBC 포커스」 등에 글을 기고했다. 현재 영국 노퍽 주 크로머에서 가족과 수많은 반려동물들과 함께 살고 있다.