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지구 위에 풍요롭게
살아남기 위한 인류의 고민

문명의 탄생부터 생명복제의 시대에 이르기까지
인류의 지속 가능성을 위한 과학 이야기

자연사와 역사와 만나는 시작점에 과학사가 있다. ‘과학사’는 말 그대로 과학과 관련한 역사다. 이 책은 지구에 살고 있는 3천만 종 이상의 생물 가운데 과학과 역사에 관심이 있는 단 하나의 종인 호모 사피엔스(슬기사람)의 이야기라고 할 수 있다.
지구상의 모든 생명체들은 환경에 적응하면서 살았다. 적응할 수 없는 환경에서는 서식지를 바꾸었고, 그래도 소용이 없는 경우에는 자연스럽게 멸종했다. 멸종은 새로운 생명이 등장할 수 있도록 생태계에 자리를 비워주는 자연스러운 현상이다. 중요한 것은 내가 멸종하지 않는 것. 우리가 자연사를 배우는 것은 인류의 지속 가능성을 위해서이다.
우리, 호모 사피엔스는 환경에 적응하는 것에 만족하지 않고 환경을 바꾸는 특이한 능력이 있다. 바로 농사를 짓기 시작한 것이다. 벌판에 불을 질러 밭으로 바꾸고, 흐르는 물에 물길을 내서 농사를 짓고 식수로 쓰며 도시를 만들었고 계급사회를 구성했다. 농업혁명을 거쳐 산업혁명에 이르렀고 인류는 풍요와 장수를 누리게 된다.
과학이 발전하면서 인류의 시야는 점차 넓어졌고 우주와 생명의 비밀이 풀리기 시작했다. 미생물을 알게 되면서 건강해졌고, 전자를 사용하게 되면서 눈에 보이지 않는 힘을 사용하게 되었다. 그러나 인류는 풍요와 장수의 결과로 인류세라는 대멸종을 경험하고 있다. 인간의 기술은 인간을 바꾼다. 단지 외형만 바꾸는 것이 아니다. 인간의 기술은 마음, 기억, 성격, 물질대사에 이르기까지 지난 600만 년 동안 일어나지 않은 변화를 앞으로 수십 년 안에 일으킬 것이다. 그것은 단지 미래의 이야기가 아니다. 이미 시작된 일이다.
과학과 기술의 발전으로 생긴 문제는 다시 과학과 기술로 풀어야 한다. 과학사의 목적은 인류가 풍요롭게 살아남는 것이다. 이 책은 과학과 기술의 흐름을 보여준다. 문명의 탄생부터 생명복제의 시대에 이르기까지 긴 과학사의 여정 속에서 어떻게 하면 지구 위에 살아있는 생명체로 더 존재할 수 있을지 고민하는 시간을 가져보자.

원시인, 불을 사용하고 말을 하며
상상함으로써 현대인이 되다
인간은 똑바로 서기 전까지 나무 위에서 살았다. 그런데 똑바로 설 수 있게 되면서 시야가 넓어져 맹수의 공격을 알아차릴 수 있는 시간적 여유가 생겼다. 인류는 더 이상 나무에 머물지 않고 초원으로 내려와 더 넓은 세계를 누리게 되었다
직립은 커다란 뇌, 넓은 시야와 더불어 인류에게 선물을 한 가지 더 주었다. 바로 자유로워진 손이다. 똑바로 선 우리의 손은 자유를 얻었고, 자유를 얻은 인간은 노동을 하기 시작했다. 노동은 다시 인간의 진화를 촉진시켜서 마침내 슬기인간(Homo sapiens)으로 발전시켰다. 인간이 다른 짐승과 구별되는 결정적인 지점은 바로 ‘손’이다. 따라서 역사는 인간이 손으로 한 ‘노동’의 기록이다. 역사 가운데 과학사는 노동이 만들어낸 생각의 역사다.
인구의 증가로 인류는 삶의 방식을 혁명적으로 바꾸어야 했다. 그리하여 원시 인류의 삶은 구석기 시대에서 신석기 시대로 넘어가게 되었다. 신석기 시대는 구석기 시대보다 훨씬 많은 일이 일어났지만, 그 기간은 구석기 시대에 비하면 찰나에 불과한 1만 년 정도밖에 되지 않는다.
청동기 시대에는 생산력과 더불어 인구가 크게 증가했다. 그러나 수렵 채집 사회와 달리 농업사회
는 부가 쌓이는 계급은 따로 있었다. 이에 따라 빈부의 격차가 생겼으며, 이것은 권력과 계급의 발생을 가져오게 된다.

로마제국의 과학과 기술의 진보
모든 길은 로마로 통한다
기원전 312년 로마인은 유럽 최초의 간선도로를 놓았다. 로마에서 카푸아까지 이어지는 총 260km의 아피아 도로이다. 그들은 길을 낸 후 거기에 모르타르, 쪼갠 돌, 화산재를 채운 후 그 위에 다각형의 돌을 끼워 넣었다. 1마일마다 이정표를 세워 여행자가 알아야 할 사항을 적어 놓았다. 여행자는 어디를 가도 로마와 몇 마일 떨어져 있고, 또 다른 도시와의 거리는 얼마나 되는지 정확히 알 수 있었다. 이 아피아 도로는 800년이 지나도 이상이 없었으며 부분적으로는 아직도 남아 있다. 이런 훌륭한 도로가 로마를 중심으로 사방팔방으로 뻗어 있었기 때문에 ‘모든 길은 로마로 통한다’라는 유명한 말이 생긴 것이다. 로마로 통하는 길은 로마의 침략과 지배강화에 맞도록 건설되었다.
그들에게 과학은 없었다. 로마 황제들은 전통을 지키기 위해 알렉산드리아의 박물관을 지원했지만, 로마인들은 과학과 기하학 같은 그리스 학문을 경멸했다. 하지만 로마인들은 최고의 기술자들이었다. 과학이나 자연철학이 주로 도시에서 발달한 것과 달리 기술은 고대 세계 어디에나 있었다. 대부분의 기술자는 과학 세계에서 동떨어진 채 부지런히 생업에 종사하는 익명의 실행가들이었다. 로마제국은 여러 기술을 중심으로 성장했다. 노예와 약탈 그리고 피지배 민족이 내는 세금으로 유지하던 로마에게 도로와 수로는 필수적인 기반시설이었던 것이다

망원경으로 하늘을 본 갈릴레이
동맥과 정맥의 연결을 증명한 윌리엄 하비
갈릴레이는 망원경을 통해 ‘하늘에는 우리가 맨눈으로 볼 수 있는 것보다 훨씬 많은 별이 있다’라는 사실을 알게 되었다. 그것은 지구와 각각의 별과의 거리가 서로 다르다는 증거다. 별은 항성구에 박혀 있다는 아리스토텔레스의 우주관이 틀렸다는 이야기다. 또 맨눈으로 보면 별과 행성이 모두 점으로 보이지만 망원경으로 보면 별은 여전히 점으로 보이지만 행성은 둥근 원으로 보인다. 별은 아리스토텔레스가 생각했던 것보다 훨씬 멀리 있다는 뜻이다. 아리스토텔레스에 의하면 우주에서 천구는 모두 인접하여 마치 양파껍질처럼 틈 없이 서로 붙어 있는 모습이다. 그는 진공이 물리적으로 불가능하며 우주에는 틈이 없어야 한다고 믿었다. 그런데 토성과 별이 서로 멀리 떨어져 있다면 그 사이에는 무엇이 존재하는 것인가? 갈릴레이의 망원경은 우주 공간의 대부분은 텅 비어 있는 진공일지도 모른다는 생각을 가능하게 해주었다.
의학에도 갈릴레이 같은 인물이 있었다. 영국에서 태어난 윌리엄 하비는 케임브리지에서 의학을 공부한 후, 이탈리아의 파도바 대학에서 유학했다. 그는 동물의 심장에서 흘러나오는 혈액을 측정 했다 그리고 혈액은 소모되는 것이 아니라 다시 심장으로 되돌아온다고 판단하고 이른바 혈액순환론을 주창했다.
그는 혈액순환을 확인하기 위해 사람의 팔을 이용해 실험하였다. 결찰사로 팔을 단단히 묶어 동맥과 정맥에 피가 흐르지 않도록 하자 결찰사 아래의 팔은 차갑고 창백해졌으며, 위쪽은 여전히 따뜻하고 부풀어 올랐다. 결찰사를 약간 느슨하게 하자 (그러면 피부 아래 깊숙이 있는 동맥은 풀리지만 피부 가까이에 있는 정맥은 여전히 묶여 있다.) 팔 아래로 피가 들어왔다. 그 결과 결찰사 아래쪽이 따뜻해졌으며 정맥이 부풀어서 더 잘 보였다. 이것은 피가 동맥을 통해 몸의 끝부분까지 갔다가 정맥을 통해 되돌아오는 것을 보여주는 현상이다. 즉 하비는 동맥과 정맥이 연결되어 있다는 것을 증명한 것이다.

인류의 미래
진화의 주도권을 유지할 수 있을까?
인류는 스스로 만든 문명에 적응하는 진화를 해왔다. 뿐만 아니라 다른 생명의 진화에조차 영향을 미쳤다. 자연이 인류를 선택하는 것이 아니라 인류가 자연을 자신의 필요에 따라 기술로 변화시킨다. 신생대 마지막 시기인 홀로세를 잇는 인류세는 인류가 지구 기후와 생태계를 변화시켜 만들어진 새로운 지질시대다.
인간의 기술은 인간을 바꾼다. 단지 외형만 바꾸는 것이 아니라 마음, 기억, 성격, 물질대사에 이르기까지 지난 600만 년 동안 일어나지 않은 변화를 앞으로 수십 년 안에 일으킬 것이다. 단지 미래의 이야기가 아닌 이미 시작된 일이다.
최근 인공지능과 로봇 같은 첨단기술이 급격히 발전하고 있다. 그런데 문제는 기술이 아니라 자원이다. 아무리 기술이 발전한다고 해도 에너지와 자원이 없다면 그 기술은 구현할 수 없다. 기술은 우리가 따라갈 수 없을 정도로 빠르게 발전하고 있지만 반대로 에너지와 자원은 급속도로 고갈되고 있기 때문이다.
이제는 우리의 미래에 대해 질문해야 한다. 지난 수십만 년처럼 진화의 주도권을 인류가 가질 것인가, 아니면 그 전 수십억 년처럼 다시 자연이 찾아갈 것인가? 이것은 앞으로 20~30년 동안 우리 인류가 어떻게 행동하는가에 달려 있는 것이다.

서문

제1장 문명의 탄생
인간이란 무엇인가?
석기 시대 인류의 발자취
기후변화와 문명의 태동

제2장 이집트와 메소포타미아 과학
그곳에는 강이 흐른다
청동기 문화
기하학과 달력

제3장 과학의 탄생
이오니아 시대
아테네 시대
알렉산드리아 시대

제4장 로마제국의 과학
모든 길은 로마로 통한다 : 로마와 노예제의 종말

제5장 아라비아 과학
서구 문명은 아랍에 빚졌다

제6장 중세의 과학
장미의 이름 : 중세 기독교 시대의 과학 1
농업혁명과 대학의 탄생 : 중세 기독교 시대의 과학 2

제7장 천동설 대 지동설
코페르니쿠스, 과학혁명의 문을 열다
사라진 열흘의 비밀 : 달력을 개혁하다
갈릴레이 : 지구가 태양을 돌 자유를 허許하다

제8장 자연과학의 황금시대
의학세계의 문화혁명
자연을 기계라고 본 사람들

제9장 산업혁명과 진화론
과학과 상관없이 일어난 산업혁명
『종의 기원』 이전의 진화론
찰스 다윈과 『종의 기원』

제10장 원자에서 우주까지
원자의 부활과 재해석
양자역학 : 고전적인 직관과 결별하라!
우주론 : 우주는 한 점에서 팽창했다

제11장 생물학의 탄생과 발전
본질주의, 기계론, 실험과학의 확산
생명 복제의 시대 : 호리병을 나온 지니
인간의 미래 : 진화의 주도권을 유지할 수 있을 것인가?

신석기 시대는 구석기 시대보다 훨씬 많은 일이 일어났지만, 그 기간은 구석기 시대에 비하면 찰나에 불과한 1만 년 정도밖에 되지 않는다. 구석기 시대와 신석기 시대를 지나면서 인간에게는 적수가 사라졌다. 인간은 먹이 사슬이라는 균형을 깨뜨렸고, 인구는 터무니없이 증가하여 오세아니아와 남아메리카에까지 인간의 발길이 닿았다. 또한 이들 집단의 지혜는 문화와 과학을 창조하였고, 이는 지배자의 권위를 높이고 이용하는 데 사용되기 시작했다. 맹수에게 잡힐까 두려워 나무에서 내려오지도 못하던 원시인이 두 발로 서고, 노동을 하고, 불을 사용하고, 말을 하고, 상상을 함으로써 현대인이 된 것이다. (32~33쪽)

아라비아에서는 뉴턴과 같은 과학혁명이 일어나지 않았다. 왜냐고 물어서는 안 된다. 각자의 길이 다르기 때문이다. 아라비아인들은 과학혁명은 일으키지 않았지만, 그리스의 과학 전통을 보존하여 유럽인들에게 되돌려 주었다. 유럽인들은, 아니 세계인들은 모두 아랍인들에게 과학의 빚을 졌다. “아랍은 서구 문명에 아무런 기여도 하지 않았다”라고 주장한 킬로이실크는 틀렸다. (123쪽)

갈릴레이는 선택을 해야 했다. 아리스토텔레스학파의 천동설인가, 코페르니쿠스의 지동설인가? 두 이론 모두 나름대로 우주를 설명할 수 있었고 모순도 가지고 있었다. 이때 그에게는 ‘오컴의 면도날’이라는 기준이 있었다. 오컴의 면도날이란 ‘어떤 상황에 대해 두 가지 해석이 가능할 때 단순명료한 쪽을 선택하라’는 것이다. 아리스토텔레스의 체계는 주전원과 이심이라는 장치가 필요했다. 그러나 코페르니쿠스의 체계는 단지 우주의 중심에 태양만 놓으면 모든 것이 해결되었다. 코페르니쿠스의 체계가 훨씬 단순명료한 것이다. (188~189쪽)

의학자들이 아무리 스스로를 자연철학자라고 자처해도 의학이 본래의료 행위와 밀접하게 관련된 실용 학문이라는 사실은 변하지 않았다. 신학자와 철학자 등은 손을 사용하는 학문이라는 이유로 병기학, 기계학, 상학, 농학, 수렵학 등과 함께 의학을 기계적 기예로 분류하였다. 또한 영혼을 육체보다 훨씬 존엄한 것으로 보는 기독교 전통은 육체를 치료하는 의학은 영혼을 구원하는 신학보다 하등한 것으로 평가하였다. 따라서 의학부는 신학부, 법학부와 함께 전문학부로 설치된 뒤에도 여전히 저급한 존재로 간주되었다. (203쪽)

존재하는 모든 것에 질서를 부여하려고 한 아리스토텔레스는 우선 자연의 모든 현상을 두 가지 주요 집단으로 분류했다. 하나는 돌멩이와 물, 흙처럼 영혼이 없는 사물이다. 영혼이 없는 것은 스스로 변화하는 능력이 없다. 다른 하나는 스스로 변화하는 능력이 있는 생명체다. 아리스토텔레스는 자연은 영혼이 없는 사물에서 점차 생물체로 나아간다고 생각했다. 우선 식물이 생겨났다. 식물은 사물에 비해 영혼이 있는 것처럼 보이지만 동물과 비교하면 영혼이 거의 없는 것과 같다. 끝으로 아리스토텔레스는 동물을 사람과 짐승으로 나누었다. 즉 모든 생물종에게 계급을 부여한 것이다. (231~232쪽)

생물학도 이 영향을 받아 1910년대까지는 기계론에 빠져 있었지만 1920년대부터는 기계론의 영향이 현격하게 줄어들었다. 생리학자들은 개개의 신경세포(뉴런)의 성질의 합만으로는 신경계 전체의 성질을 나타낼 수 없으며, 혈액 성분 각각의 완충용량*이 혈액 전체 성분의 완충용량보다 크다는 사실을 알았다. 이런 관점은 유전학과 분자생물학으로 확산되었다. (295쪽)