생명 최초의 30억년

책소개

이 넓디넓은 우주에 지구가 생기고 나서 처음에 무엇이 있었을까? 지구와 우주의 기원에 대한 궁금증 이상으로 사람들의 호기심과 관심과 논쟁을 불러일으키는 것이 바로 생명의 기원에 관한 문제일 것이다. CNN과 「타임」지가 선정한 ‘미국 최고의 고생물학자’이자 생명의 진화와 지구환경 변천사 분야에서 손꼽히는 전문가인 앤드류 놀은 그동안의 연구성과를 고스란히 담아 ‘생명 최초의 30억 년’을 거슬러 오르는 흥미진진한 여행에 우리를 초대한다. 갓 태어난 지구에서 탄생한 생명의 씨앗에서부터 캄브리아기 대폭발에 이르기까지 생명의 기나긴 역사를 탐구하면서, 다양한 생명의 출현에 대한 새롭고도 구체적인 설명을 제공하는 책이다.

저자 및 역자 소개

저자 : 앤드류 놀 1977년에 하버드 대학에서 지질학 박사학위를 받았다. 현재 하버드 대학 자연사 교수이며 미국과학아카데미 회원이다. 현재는 하버드 대학의 NASA 우주생물학연구소의 주임연구원이며, NASA의 화성탐사로봇 연구팀의 일원으로도 활동하면서「사이언스」, 「네이처」와 같은 유수 매체에 수십 편에 달하는 논문을 꾸준히 게재해왔다. 2006년에는 화성에 생물체가 존재했을 가능성이 가장 많은 지역의 하나로 꼽히는 메리디아니 평원의 퇴적지질에 관한 책 『Sedimentary Geology at Meridiani Planum, Mars』를 S. D. 스퀴레스Squyres와 공동으로 펴내기도 했다.

역자 : 김명주 성균관대학교 생물학과와 이화여자대학교 통번역대학원을 졸업했으며, 현재 전문 번역가로 활동하고 있다. 옮긴 책으로는 『메이팅 마인드』, 『용-서양의 괴물 동양의 반짝이는 신』, 『사용설명서-술』 등이 있다.

목차/책속으로

• 목차보기   옮긴이의 말 프롤로그 1. 처음에 무엇이 있었을까? 2. 생명의 계통수 3. 암석에 새겨진 생명의 지문 4. 생명이 움트던 시절에 5. 생명의 탄생 6. 산소혁명 7. 생물계의 미생물 영웅, 시아노박테리아 8. 진핵세포의 기원 9. 초기 진핵생물의 화석 10. 동물의 등장 11. 마침내 캄브리아기로 12. 역동적인 지구, 너그러운 생태계 13. 우주로 향하는 고생물학 에필로그 참고문헌 찾아보기 • 책속으로   『생명 최초의 30억 년』은 역사를 이야기하는 책이다. 공룡이 살기 전에, 삼엽충이 살기 전에, 온갖 동물들이 나타나기 전에 이 지구에 왔다 간 생명의 역사를 돌아보는 책이다. 내 이야기는 동물의 다양화가 막 시작된 캄브리아기 바다에서 막이 오른다. 그런 후 장면은 지구 초기의 바다에서 만들어진 더 오래된 암석으로 넘어갈 것이다. 그 다음에 생명의 오랜 역사를 연구하는 방법을 알아본 뒤, 지구의 초기 생물에 대한 끊어지고 잘린 불완전한 기록을 탐구하며 생명의 기원에 대한 이런저런 가능성을 생각해볼 것이다. 그러고 나서 화석과 분자 흔적을 따라서 지질연대를 차차 거슬러 올라갔다가, 마지막에는 다시 캄브리아기 ‘대폭발’로 돌아온다. 그때 여러분은 캄브리아기 대폭발을 선캄브리아 시대의 오랜 생명 역사의 절정인 동시에, 선캄브리아 시대와 이별하는 새로운 출발점으로서 다시 보게 될 것이다. 나는 세 가지 목표를 가지고 이 책을 썼다. 첫 번째 목표는 명백하다. (…) 나는 과학판 창세기는 넋을 쏙 빼놓을 만큼 흥미로운 이야기로서, 제대로만 씌어진다면 생물의 과거뿐 아니라 오늘날 우리를 둘러싼 지구와 자연을 이해하는 데 큰 도움을 줄 수 있다고 생각한다. 오늘날의 생명의 다양성은 지난 40억 년 동안의 진화의 산물이다. 따라서 생명의 오랜 진화사를 제대로 알고 났을 때 우리는 지구의 관리자로서 져야 할 책임을 포함하여 이 세계 속에서 인류의 위치가 어디쯤인지를 깨달을 수 있을 것이다. 두 번째 목표는 진화의 첫 부분을 구체적으로 이야기하는 것이다. 흔히 생명의 역사는 아브라함의 자손들처럼 열거된다. 박테리아가 원생동물을 낳고, 원생동물이 무척추동물을 낳고, 무척추동물이 어류를 낳았다는 식이다. 이런 일반상식 목록들은 암기하면 그뿐, 생각할 게 그리 많지 않다. 그래서 나는 이 이야기를 하나의 프로젝트처럼 이야기할 작정이다. 지구의 후미진 곳에서 우연히 암석과 화석을 발견하고, 실험실에서 분석하고, 오늘날에도 관측 가능한 과정(단, 환경은 반드시 현재 관측 가능한 것으로 한정하지 않는다)에 비추어 해석하는 프로젝트로서 말이다. 여기서 자연스럽게, 가장 유서 깊은 과학 분야인 고생물학의 발견과 분자생물학 및 지구화학의 최신 연구성과가 함께 엮이게 될 것이다. (…) 마지막 목표는, 우리의 생물학적 과거의 파편들을 캐내어 평가한 다음에 한 발 물러나 미로처럼 얽힌 과거의 개별구성원들을 한눈에 비춰줄 일반원칙을 찾아보는 것이다. (…) 진화사의 한 가지 분명한 주제는 생명의 다양성의 축적이다. 각각의 종(최소한 핵이 있는 생물)은 지질학적인 변천 속에서 왔다가 사라지고, 멸종은 경쟁과 환경변화의 세계에서 개체군이 불안정했다는 표시이다. 하지만 형태적 생리적으로 다양한 삶의 방식들의 역사는 축적된다. 긴 안목으로 바라본 진화는 분명히, 생태계 작동법칙의 지배를 받는 축적의 역사이다. 아브라함의 계보와 같은 주인공 갈아 치우기식 접근은 생물의 역사가 가지고 있는 이런 기본적인 속성을 포착하지 못한다. 진화사의 또 하나의 주제는 지구와 생물의 공진화다. 생물과 환경은 둘 다 시간이 흐르면서 극적인 변화를 겪었고, 이따금씩은 손에 손을 잡고 변화했다. 기후변동, 지리적 조건, 대기와 바다의 조성변화는 진화의 진로에 영향을 주었고, 또 거꾸로 생물의 혁신들이 환경의 역사에 영향을 미쳤다. 사실 지구의 오랜 역사를 아우르는 큰 그림은 생물과 환경의 상호작용이다. 화석에 기록된 진화의 대서사는 무엇보다도 유전적 가능성과 생태적 기회 사이의 계속된 상호작용을 담고 있다. (…) 옛 사람들의 창조 이야기에는 경외와 겸손이 깃들어 있다. 과학 쪽 창조 이야기에도 이 둘이 함께한다면 더할 나위 없으리라. 프롤로그 --- p. 14~17 북시베리아의 코투이칸 강을 따라 발견되는 화석들은 캄브리아기 ‘대폭발’을 기록하고 있다. 캄브리아기 대폭발은 약 5억 4,300만 년 전 무렵, 다양한 동물이 폭발하듯 나타난 사건을 말한다. 찰스 다윈은 무려 100여 년 전에, 캄브리아기의 화석들을 보면서 생물 진화에 대한 근본적인 의문을 품었다. 캄브리아기에 나타난 이미 복잡한 이 동물들 전에는 어떤 생물들이 살았던 걸까? 캄브리아기 암석보다 더 오래된 암석을 찾을 수 있을까? 찾는다면, 거기에는 지구에 맨 처음 탄생했던 생물의 기록이 남아 있을까? --- p.19 지질기록에 대한 다윈의 묘사는 특히 인상적이다. “세계의 역사는 불완전하게 기록되고, 변화무쌍한 방언으로 씌어진다. 이런 역사 가운데서 우리는 겨우 두세 나라만을 다룬 마지막 한 권만을 가지고 있다. 이 한 권도, 드문드문 남은 몇 개의 장만이 보존되었고, 한 페이지 속에서도 드문드문 몇 줄만이 남아 있다.” (…) 곧, 퇴적암은 지구 역사의 다큐멘터리가 아니라 여기저기서 드문드문 찍은 스냅사진의 연속으로 볼 수 있는 것이다. --- p. 27 다양한 생물의 유전자 염기서열을 비교하여 만든 생명의 계통수에서 보면, 식물과 동물들은 고작 가지 한 개의 끄트머리에 달린 작은 잔가지들일 뿐이다. 사실 다양성으로도 한 수 위이며 분명히 역사도 더 깊은 생물은 미생물이다. 선캄브리아 시대 암석에서 초기 생명의 증거를 찾으려면, 우선 박테리아와 고세균이라는 지구 생태계의 자그마한 건축가들을 반드시 알아야 한다. --- p.33 생명의 역사를 제대로 이해하려면, 지질학과 비교생물학의 지식을 한데 엮어야만 한다. 그러니까 살아 있는 생물의 도움을 받아 굳어버린 화석에 숨결을 불어넣고, 화석의 도움을 받아 생물이 오늘날과 같이 다양해진 과정을 이해하는 것이다. --- p. 35 사실 우리가 박테리아의 세상에 적응하기 위해 진화한 것이지, 그 반대가 아니다. 왜 그랬을까를 따지는 것은 역사의 문제일 수 있지만, 생명의 다양성과 생태계 작동의 문제이기도 하다. 진화에서 동물의 대부분은 장식일 뿐이고, 케이크의 본체를 이루고 있는 것은 박테리아다. (…) 크기와 모양에서는 누가 봐도 진핵생물이 낫다. 하지만 형태는 생태학적 중요성을 가늠하는 여러 가지 척도 가운데 하나일 뿐이다. 물질대사, 곧 “생물이 어떻게 물질과 에너지를 얻는가”라는 또 다른 척도를 들이대면 문제는 달라진다. 이 기준에 비추어 보면, 눈부신 다양성을 뽐내는 쪽은 오히려 원핵생물이다. --- p. 38~39 이와 같이 놀랍도록 다양한 원핵생물을 진핵생물과 함께 생물 전체를 아우르는 계통사로 어떻게 정리할 수 있을까? 크기와 모양으로는 할 수가 없고, 생리기능으로도 마찬가지다. 균류와 코끼리, 대장균과 레드우드처럼 제각각인 생물들은 달라도 너무 달라서, 형태와 기능만으로는 신빙성 있는 계통수를 만들 수 없다. 이 문제를 해결하려면, 생명을 하나로 결합해주는 대상, 곧 모든 생물이 공유하는 공통된 분자적 특징으로 돌아가야 한다. (…) 워스는 리보솜 서브유닛의 RNA 염기서열을 비교함으로써 미생물의 세계에 계통학을 가져왔고, 이로써 진정한 의미를 갖는 ‘생명의 계통수’의 씨앗을 뿌렸다. --- p. 44~45 우리는 생명의 계통수를 통해 지구 역사를 추측한 후, 이것을 지질학적 기록을 가지고 검증해볼 수 있다. 생명의 계통수에서 가장 중요한 점은 우리가 현재 접하는 생물과 환경이 비교적 최근에 나타났다는 사실이다. 곧, 생명의 초기 역사는 미생물의 역사란 것이다. 그리고 하나 더 기억할 것은, 생명이 언제나 그 모습 그대로인 행성에서 진화한 게 아니라는 사실이다! 생명과 환경은 처음부터 지금까지, 생명과 환경이 함께 참여하는 생물지구화학적 순환에 의해 공동운명체로 묶인 채로 함께 진화했다. --- p. 53 북빙양(북극해)의 스피츠베르겐 섬에 있는 퇴적암들은 캄브리아기 대폭발이 일어나기 한참 전인 6~8억 년 전에 형성되었다. 이 암석들에는 동물의 흔적은 전혀 없다. 그러나 현미경 아래에서 보면 시아노박테리아, 조류, 원생동물의 미화석이 가득하다. 특히 눈에 띄는 것은 스트로마톨라이트다. 이것은 미생물 군집에 의해 만들어진 암초 같이 생긴 암석구조다. 그러나 무엇보다 폭넓게 분포하는 것은 미생물 물질대사가 남긴 화학흔적들이다. --- p. 55 호주 서부에 있는 35억 년 전의 와라우나 층군의 퇴적암은 지구 초기의 생명과 환경을 들여다볼 수 있는 가장 오래된 창이다. 와라우나 층군의 암석에는 스트로마톨라이트와 박테리아 화석으로 해석될 수 있는 미세구조가 존재하지만 이 해석은 아직까지 논란의 여지가 있다. 화학흔적은 생명의 처음이 언제인지에 대한 설득력 있는 증거를 제공하지만, 그 흔적이 기록하고 있는 생물이 무엇인지는 불확실하다. 지구 초기의 생명에 대한 지질학적 탐사는 아직까지 어두운 유리창 속을 들여다보는 것과 같다. --- p.79 어느 분자가 먼저 생겼든(만일 둘 중 하나라면) 원시진화의 가장 심오한 수수께끼를 꼽으라면, 단백질과 핵산이 상호작용하면서 상대의 존속을 책임지는 계가 등장한 일일 것이다. 생명의 기원에 대해 깊이 고민했던 저명한 물리학자 프리먼 다이슨Freeman Dyson은 생명이 실은 두 번 발생한 것 같다고 말했다. 한 번은 RNA의 길을 통해서고, 또 한 번은 단백질의 길을 통해서. 그 다음에 원시생명의 합병에 의해 단백질과 핵산이 한자리에서 상호작용할 수 있는 세포가 탄생했다는 것이다. (…) 동맹에 의한 혁신이야말로 진화의 영원한 주제다. 닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐는 문제로 볼 때 다이슨의 주장은 분명히 매력적이다. 하지만 문제는 이보다 훨씬 복잡하다. 자물쇠와 열쇠의 문제가 또 있기 때문이다. 핵산과 단백질이 주고받는 분자의 대화를 중재하는 것은 유전암호다. 유전암호는 뉴클레오티드의 분자언어를 단백질의 구성단위인 아미노산 사슬로 번역할 때 필요한 일련의 화학통신문이다. 유전암호는 정말 프랜시스 크릭의 말처럼 ‘동결사건’(먼 과거의 우발적 사건이 현생 생물의 일반적 특성을 결정했다는 개념: 옮긴이)이었을까? 그랬다면 그 사건은 어떤 사건이었을까? 다시 말해, 이 분자법칙을 지배하는 화학법칙이 있는 걸까? 있다면 그게 뭘까? 유전암호의 기원이 무엇이며, 그것으로부터 복잡한 생화학적 작용을 하는 생명이 어떻게 탄생했는지는 지금까지 생물의 가장 심오한 수수께끼로 남아 있다. --- p.123