물고기에서 인간으로 (1)

우리 행성에는 현재 어림잡아 2000만종의 생물이 사는데 그중 약 150만 종만이 알려지고있다. 생물의 세계는 다채롭고 다양하다. 모든 생물체가 공통의 기원을 가지고 있다. 고생물학자는 이렇게 이야기한다. “ 우리의 비범한 능력은 전부 태고의 물고기들 및 다른 생물들의 진화 과정에서 형성된 기본요소들로부터 탄생했다. ” 지구는 약 45억 년전에 생겼으며 태양주위를 도는 가스와 먼지, 안개로부터 형성되었다. 처음에 지구는 황량하기 그지 없었다. 걸핏하면 커다란 물질 덩어리들이 충돌했고, 거대한 화산지대가 형성 되었다. 그러다 몇억 년 후 화학반응의 결과로 최초의 생물들이 탄생했다. 하지만 이것들은 단순한 단세포생물 형태의 생명체였고, 아주 오래동안 그런 형태로만 존재했다. 그래서 처음 30억 년을 숨은 생명의 시대라고도 한다.

 

최초의 원시생명체들은 주로 원시 바다의 거품이 이는 얕은 바닥층에서 서식했다. 생명체로 존재하기 위해서는 유전체를 지니고 있고, 이를 자손에게 전달해야 했다. 그래서 원시 생명체들은 유전체수를 늘리기 위해 세포분열 능력을 보유하게 되었고, 에너지를 전달하는 물질대사를 하게 되었다. 가장 오래된 시아노박테리아와 고세균이 있다. 많은 고세균이 극한환경에서 살 수 있다. 이들은 뜨거운 화산에서도 혹독한 추위에서도 발견된다. 생명은 약 16-18억년전에 보다 고등한 유기체가 되기위한 결정적인 한발을 내디뎠다. 그럼으로써 생명의 세번째 도메인에 해당하는 진핵생물이 발생했는데, 모든 동물과 식물, 진균류가 여기에 속한다. 진핵생물은세포핵이 있다는 점에서 원핵생물과 다르다. 단세포 진핵생물들은 단순한 박테리아 세포를 흡수했고, 박테리아 세포는 자기보다 큰 세포 속에서 틈새를 발견하고, 점차 커다란 세포의 일부로 자리를 잡았으며, 숙주를 위해 특수한 임무를 맡았다. 수백만년이 흐르면서 세포와 유기체는 다양한 능력을 갖게 되었다. 당시 생물에게 유독했던 산소를 이용할 수 있는 박테리아였으며, 그 박테리아는 지금도 유리의 체세포속에 살고 있다. 그 박테리아는 다름아닌 세포의 발전소 미토콘드리아다. 다세포 생물은 단일세포에서 발전한 세개의 큰 왕국, 즉 식물들의 녹생세계, 동물들의 움직이는 세계, 대개 분해를 맡는 진균류가 시작되었다.

 

식물과 동물의 유전체에서 거듭 발생하는 새 변형의 원천은 방사선이나 화학물질 같은 외부작용에 의한 돌변변이였다. 그러나 다른 결정적 메카니즘이 추가 되었는데, 바로 유성생식에 의한 유전자의 재조합이었다. 유성생식에서는 짝짓기를 하는 두개의 유전물질이 결합되면서 유전자의 조합이 바뀐다. 성이 다른 동물은 약 12억년전 처음으로 지구에 등장했다. 박테리아의 단순한 세포분열이 훨씬 빨리 진행되는데도 불구하고 성이 발생한 원인은 무엇일까? 원인은 병원체와의 군비경쟁이었을 것이다. 

 

5억 4천만년 전에 일어난 캄브리아기의 대폭발로 선캄브리아기에서 고생대로의 전환이 이루어졌다. 그 후 4000만년 동안 유례없는 발달로 많은 동물들의 초기 과가 발생했다. 골격 같은 단단 부분을 형성하기 시작했고, 신경과 감각기관이 발달했다. 생물 다양성이 비약적으로 증가한 원인은 모든 대륙을 포괄했던 선캄브리아기의 초대륙 로디니아가 분열하면서 유발된 환경변화들이었다. 따뜻하고 얕은 바다가 생겨났고, 그 안에서 생명은 전보다 쉽게 분화할 수 있었다. 캄브리아기의 중요한 사건은 척추 동물의 등장이다. 척추동물은 머리, 몸통, 꼬리, 부속지가 있는 새로운 신체 구조를 갖추었고, 물속에서 또 나중에 뭍에서도 생존할 수 있었다. 척추동물은 4억 5000만년 전에 처음 등장했다. 바다생물들은 이동시 민첩성과 속도를 높이기 위해 지느러미를 발달시켰고, 그것이 수백만년 후 사람의 다리와 발이 되었다. 크기가 겨우 몇 밀리미터에 불과한 인간배아의 초기 성장모습에서도 사람과 물고기의 유사성이 관찰된다.

 

사람의 몸을 만든 생물학적 과정들이 원시시대에 생긴 원칙의 변형일 뿐이라는 것을 알 수가 있다. 모태안에서 주요 요소들이 생성되는 과정은 수백만년 에 걸쳐 이뤄진 진화과정의 고속재생과 같다. 많은 동물 배아들에서 아주 비슷한 구조가 나타난다. 식물이 동물보다 앞서 뭍으로 갔다. 식물은 뒤따라오는 동물의 먹이가 됨으로으로써 동물에게 삶의 터전을 만들어 주었다. 이런 발달은 3억 8000만년 전에 진행되었다. 뭍에서 가장 오랜된 동물은 양서류이다. 양서류란 말은 양쪽에서 산다는 뜻이다. 서서히 진행된 물고기들의 육지상륙은 엄청난 규모의 진화적 적응을 수반했다. 물고기의 지느러미는 뱔과 다리로 변했다. 처음 발걸음을 뒤딘 양서류의 선구자는 실리캔스였는데, 그 변종이 오늘날 아프리카 근해에서 발견되었다. 폐와 입, 코에 이르는 기도를 갖춘 인간의 호흡체계는 약 3억 7000만년 전에 발달하기 시작했다. 물고기들이 해변 근처의 얕은 담수지역으로 이동한 것이 시작이었을 것이다. 음파는 주로 진동으로 지각되는데 몇몇 물고기들은 더 잘 지각하기위해 작은 내이를 발달 지켰다. 그러나 뭍으로 진출한 물고기들은 처음에는 귀머거리나 마찬가지였다. 이러한 사실은 생존에 불리하게 작용했기 때문에 공기 중에서 음파를 포착할 수 있는 청각기관이 발달하기 시작했다.

 

뭍에서는 동물들의 고유무게가 더 이상 물의 부력에 의해 줄어들지 않는다는 중대한 문제가 드러났기 때문에, 운동 기관의 근본적인 변화가 필요했다. 육지에서 이동하기 위해 부속지-후에 팔다리가 되었다-가 점점 튼튼해져야 했고, 지속적으로 바뀌어야했다. 결구 부속지가 수직으로 아래를 향하고 몸통이 바닥에서 떨어지게 되면서, 움직일 때 에너지를 덜 쓰게 되었다. 동시에 손과 발에 관절이 생겨나고, 팔꿈치와 무릎의 원시적 형태가 만들어졌다. 손가락 발가락이 생성되었는데 이는 대다수 동물들의 기본장비가 되었다. 척추는 움직일 때 몸의 무게를 지탱할 수 있도록 점점 견고해졌다.