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"원숭이는 왜 인간으로 진화하지 않은 걸까?"
생물이 무생물이 되고 인간이 되기까지
1% 기적이 만든 인간의 탄생!

하늘의 구름은 시시각각 모양이 바뀐다. 이와 비슷하게 생물도 끊임없이 변화한다. 그러나 생물과 구름에는 결정적인 차이가 있다. 40억 년간 생물이 변화하며 인간이 탄생했지만, 구름은 인간이 되지 못했다. 여전히 하늘에는 수많은 구름이 있지만 앞으로도 구름은 인간이 되지 못할 것이다. 생물 역시 아무리 많이 존재해도 단순히 변하기만 했다면 인간이 될 수 없었을 것이다. 진화론의 관점에서 인간은 특별한 위치를 차지하고 있다. 침팬지나 고릴라 같은 유인원은 인간과 유사한 모습을 하고 있지만 인간으로 진화하지 않았다. 인간은 어떻게 지금과 같은 형태의 팔과 다리, 눈과 입, 그리고 뛰어난 지능을 가지게 되었을까? 생물의 진화는 아주 천천히 일어났다. 그러나 거대한 시간 속에서 본다면 순식간이라고 할만큼 다양한 종이 폭발적으로 진화하는 시기가 있었고, 새로운 종의 탄생을 불러일으킨 핵심적인 사건이 있었다. 일례로 직립보행이 인간의 진화에 큰 영향을 끼쳤다고 알려져 있는데, 실제로는 직립보행을 한지 수백만 년이 지나는 동안 인간의 뇌는 전혀 커지지 않았다. 도대체 이유가 무엇이며, 어떤 사건이 인간을 변화시킨 걸까? 이 책은 입, 뼈, 눈, 뇌 등 신체기관을 힌트 삼아 아주 미세한 세포가 동물이 되고 인간으로 진화하기까지의 시간을 추적한다.

종의 다양성을 불러일으킨 캄브리아 폭발

생물을 연구함에 있어 화석은 중요한 연구자료다. 그런데 생물화석은 과거 모든 시기에서 골고루 발견되지 않는다. 특별히 약 5억 3,000만 년 전인 캄브리아기의 생물화석이 상당히 많이 발견된다. 여기에는 몇 가지 이유가 있는데 첫 번째로는 이 시기에 많은 동물들의 골격이 일제히 진화했기 때문이다. 유기물이 주성분인 다른 부분과 달리 골격은 화석으로 남기 쉽다. 두 번째 이유는 많은 동물의 ‘체계’가 이 시기에 완성됐기 때문이다. 현재 지구상의 동물은 대략 30개 이상의 그룹으로 분류되는데, 이 시기에 수많은 동물의 체계가 형성됐다. 심장과 눈이 생기고 각기 다른 형태를 지니게 되면서 화석으로 남겨지기 쉬웠던 것이다. 이처럼 다양한 생물이 폭발적으로 진화했던 시기를 ‘캄브리아 폭발’이라고 부른다.

폭발적 진화를 일으킨 핵심적인 사건

캄브리아 폭발은 동물 진화 역사에서 가장 큰 사건이다. 캄브리아기 폭발이 일어난 계기에 대해선 여러 가지 추론이 가능하다. 어떤 연구자는 바닷물의 인 농도가 증가한 것을 이유로 든다. 물론 척추동물의 뼈가 인산칼슘으로 이루어져 있으니 인 농도의 증가가 진화에 관여했을 수도 있다. 그러나 캄브리아기에 탄생한 골격은 탄산칼슘으로 된 것도 있고, 이산화규소로 된 것도 있다. 인 농도만으론 설명이 부족하다. 기후의 온난화나 대륙과 해양의 변화로 인한 서식지 다양화도 이유가 될 수 있지만 이처럼 환경적인 요인은 캄브리아기 이전에 이미 조성되어 있었다. 만약 진화를 위한 환경이 이미 갖춰져 있었다면 어떤 사소한 계기가 진화를 폭발시킨 건 아니었을까? 마치 과냉각수가 들어 있는 병을 흔들었을 때 순식간에 물이 어는 것처럼 말이다. 캄브리아 폭발을 발생시킨 ‘병을 흔드는 행동’이 무엇이었을까?

신체에 남아 있는 진화의 증거들

최초의 동물은 바다에서 탄생했고, 꽤 오랫동안 동물은 물을 떠나지 못했다. 그러다 어느 순간 육지로 진출했고 새로운 모습으로 진화하기 시작했다. 동물이 호흡을 하려면 산소가 필요한데 물고기들은 주로 아가미로 호흡하고 육상동물은 폐로 호흡한다. 그런데 몇몇 동물의 경우 아가미와 폐를 함께 가지고 있는 경우가 있다. 한편 고래의 경우 줄곧 물속에서 생활하는데도 폐로 호흡을 한다. 바로 여기에 생물의 진화 과정을 엿볼 수 있는 힌트가 있다. 이 책은 다양한 동물의 신체기관을 통해 생물이 어떤 과정을 거쳐 인간의 형태로 진화해왔는지 살펴본다.

제1장 막 - 생물과 무생물 사이에는 무엇이 존재하는가?
따뜻한 가정집과 같은 세포
쓰러져가는 오두막과 같은 바이러스
스스로 단백질을 만드는 생물
막히지도 뚫려 있지도 않은 세포막
문어처럼 생긴 세포막 구조
달면 삼키고 쓰면 뱉는 세포막
모든 생물의 공통선조 루카

제2장 입 - 씹는 힘이 강하면 생존에 유리할까?
동물이란 입이 있는 관이다
새우는 등과 배가 반대다
단순한 구멍에서 열고 닫는 턱으로
귀 뼈가 된 포유류의 아래턱
턱으로 소리를 들을 수 있다?
씹는 힘이 약한 쪽이 유리할 때도 있다

제3장 뼈 - 폭발적 진화는 왜 일어났을까?
단단한 부분이 필요했던 생물
골격의 세 가지 역할과 진화론
단순한 화석과 복잡한 화석
캄브리아기에 갑자기 늘어난 다양성
폭발을 일으킨 사소한 계기
먹지 않으면 먹히는 생존 경쟁
왜 치아는 금속이 아닐까

제4장 눈 - 눈이 없어도 사물을 볼 수 있을까?
소리와 전기로 사물을 보는 동물
효율성이 가장 좋은 눈
캄브리아 폭발과 포식자의 출현
‘완성품’이 아닌 인간의 눈
생물에 따라 다른 ‘최고의 눈’

제5장 폐 - 어떻게 공기 중에서 호흡하게 되었을까?
폐로 호흡하는 물고기들
부레와 폐 중 어느 쪽이 먼저 생겼을까
‘오컴의 면도날’로 생각하기
폐가 먼저 진화한 이유

제6장 다리 - 물고기에게도 다리가 있을까?
사지동물에 나타나는 뼈의 법칙
다리가 된 지느러미
팔굽혀펴기가 가능한 물고기
손가락이 있던 익티오스테가
육지 진출과 다리 진화의 관련성
물에서 진화한 다리

제7장 깃털 - 공룡은 하늘을 날았을까?
너무 닮은 시조새와 파충류
가장 확실한 증거 쇄골
새의 진화에 대한 논쟁의 종착
땅을 달리다가 날았다?
활공하다가 날았다?
경사면을 뛰어 올라가다가 날았다?
살아 있는 공룡

제8장 뇌 - 인간의 뇌가 발달한 이유는 무엇일까?
인간을 인간답게 하는 것
필트다운인 스캔들
날조를 가능하게 만든 편견
침팬지가 인간이 될 수 없는 이유
직립 이족보행과 두개골의 관계
연비가 너무 나쁜 뇌
인간보다 돌고래가 영리했던 시대
인간은 왜 두 발로 서게 되었을까

제9장 성 - 성별이 있는 이유는 무엇인가?
성별이 있으면 진화에 유리할까?
뒤떨어지는 자손이 태어날 가능성도 똑같다
생물은 바이러스에 무조건 진다
붉은 여왕 가설
정자의 발견과 오해
죽지 않고 분열하는 생식세포
두 개의 생식세포를 만나게 할 최적의 방법

제10장 생명 - 생명은 물질로부터 만들어질까?
생명 탄생의 비밀과 ‘화학 진화’
초기 지구를 재현한 밀러의 실험
의문의 아미노산
생물은 아미노산에서 만들어졌을까
생물의 ‘중심 원리’
DNA가 먼저일까, 단백질이 먼저일까?
셀로판테이프로 입체를 만들려면
가설1-RNA 월드
가설2-단백질 월드
‘유사 복제’로 설명했지만

맺음말 인간의 진화는 끝나지 않았다
참고문헌

우리의 귀는 고막이 진동하면서 소리를 포착한다. 그리고 작은 뼈 3개가 진동을 크게 증폭시켜 내이로 전달한다. 이 뼈들을 바깥쪽부터 순서대로 망치뼈(추골), 모루뼈(침골), 등자뼈(등골)라고 부른다. 고막 안에 뼈가 3개나 있는 생물은 포유류가 유일하다. 그런데 처음 육지로 진출한 척추동물에게는 원래 등자뼈밖에 없었다. 그렇다면 망치뼈와 모루뼈는 어떻게 생겨났을까. 사실 망치뼈와 모루뼈는 원래 턱뼈였다. 그것이 진화 과정에서 귀까지 이동한 것이다.
('귀 뼈가 된 포유류의 아래턱' 중에서/ p.39)

옛날에 동물은 몸이 작고 보드라웠다. 몸을 크게 만들 이유는 전혀 없었다. 골격 따위 만들어봐야 성가시기만 할 뿐이었다. 그런 평화로운 세계에 어떤 작은 사건이 일어났다. 한 동물이 다른 동물을 잡아먹은 것이다. 동물을 먹는 동물이 등장하자 먹히는 입장에 놓인 동물도 그에 대항해야만 했다. 그 과정에서 먹히지 않게 진화한 동물이 탄생했다. 그러자 이번에는 먹는 쪽의 동물 역시 대처할 필요가 생겼다. 이런 식으로 마치 군비 확장 경쟁을 하듯, 단숨에 동물의 다양화와 대형화가 진행된 것은 아니었을까. 또 이러한 생태계의 변화는 골격의 진화도 재촉할 수밖에 없었다.
('먹지 않으면 먹히는 생존경쟁' 중에서/ p.62)

박쥐는 초음파로, 엘리펀트 노즈는 전기로 사물을 본다고 했다. 어두운 곳에서도 잘 볼 수 있다니 대단하다고 생각할지도 모르겠는데, 이는 사실 고육지책이다. 그들이 소리나 전기로 보게 된 것은 빛으로 볼 수 없는 환경 속에서 살아가야 했기 때문이다. 박쥐가 사는 동굴 안은 어두컴컴해서 앞을 볼 수 없다. 또 전기어가 사는 남미와 아프리카의 하천은 진흙 때문에 탁해지기 일쑤라 한 치 앞도 내다보기 어렵다. 빛으로 볼 수 없어 어쩔 수 없이 소리나 전기로 보는 법을 택한 것이다. 합리적으로 생각하면 빛을 활용해 보는 것이 가장 좋다. 빛은 일단 속도가 빠르다. 그래서 빛으로 보면 주위에서 무슨 일이 일어나고 있는지 재빨리 알 수 있다.
('효율성이 가장 좋은 눈' 중에서/ p.72)

자라가 물속에서 느긋할 수 있었던 이유 중 하나는 아가미호흡보다 폐호흡 쪽이 훨씬 효율이 좋기 때문이다. 사실 물속에 녹아 있는 산소는 많지 않다. 온도에 따라 다르지만, 분자의 수로 비교해보면 대기 중의 약 3% 정도에 불과하다. 게다가 물속에서 산소는 별로 퍼지지 않는다. 그래서 조금만 잘못해도 금방 무산소 상태가 되고 만다. 게다가 물은 무거워서 공기보다 빨아들이고 내뱉기가 훨씬 힘들다. 다시 말해서 물은 산소를 거두어들이는 점에서 봤을 때 단점 투성이다. 물속에서 호흡하는 편보다 공기 중에서 호흡하는 편이, 즉 아가미호흡보다 폐호흡이 훨씬 효율이 높은 셈이다.
('폐가 먼저 진화한 이유' 중에서/ p.93)

시간이 흘러 1950년 무렵이 되었을 때, 이 필트다운인 화석 속의 불소를 측정했다. 퇴적물 속에 묻혀 있는 뼈는 주위로부터 불소를 거두어들이는 성질이 있다. 따라서 오래된 화석에는 불소가 아주 많이 들어 있어야 하는데, 필트다운인의 화석에는 불소가 거의 들어 있지 않았다. 필트다운인의 화석이 오랜 세월 땅속에 묻혀 있었던 게 아니었던 것이다. 이게 도대체 어떻게 된 일일까. 그 후 여러 가지로 조사한 결과, 필트다운인의 화석은 현대인의 두개골에 오랑우탄의 턱뼈를 붙여서 착색 등의 가공을 거친 것이라는 사실이 드러났다. 필트다운인 화석은 날조된 가짜였던 것이다.
('필트다운인 스캔들' 중에서/ p.133)

숙주는 진화 속도라는 면에서는 기생 생물을 못 따라간다. 하지만 진화 외에 방어 시스템을 바꿔 대응하는 방법이 있다. 유전자를 바꾸면 방어 시스템이 변하니, 일단 유전자를 바꿔보자. 그러려면 두 사람의 유전자를 섞으면 되지 않을까? 그렇게 하면 일일이 돌연변이를 기다리는 것보다 훨씬 빨리 유전자를 변화시킬 수 있으리라. 그런데 한쪽이 다른 쪽으로 유전자를 보내기만 해서는 곤란하다. 한쪽은 유전자가 부족해지고, 다른 한쪽은 유전자가 남아버릴 테니까. 뭐, 그런 생물도 있기야 하지만 좀 더 좋은 생각이 있다. 서로 유전자를 교환하는 것이다. 그렇게 되면 두 사람 다 곤란할 일이 없다. 게다가 유전자의 조합이 바뀌는 만큼 기생 생물을 힘들게 할 수 있다.
('붉은 여왕 가설' 중에서/ p.155)