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지구 생태계의 99퍼센트가 존재하는 곳,
아직 탐험되지 않은 바다 깊은 곳에서 만난 빛나는 발견들

푸른 행성의 수면 아래에서 만난 경이로운 지적 발견의 세계

스스로 빛나는 상어와 영원히 죽지 않는 해파리, 그리고 자신의 이름을 짓는 돌고래까지. 세계적인 여성 해양생물학자 율리아 슈네처가 바닷속에서 발견한 경이로운 생물들에 대해 이야기한다. 이 이야기가 특별한 이유는 심해에서 살아가는 동물들이 신비롭고 신기해서만은 아니다. 슈네처는 이 책에서 10개의 장에 걸쳐 각각의 주요 해양생물에 관한 최신 연구 주제를 흥미롭게 풀어나간다. 독자들은 빛나는 심해의 상어에 관해 읽어 내려가면서 두렵게만 느꼈던 상어가 얼마나 오해를 받아왔는지, 미립자 차원에서 형광빛이 어떻게 발생하는지, 생체 형광과 생체 발광이 어떻게 다른지, 그리고 현재 우리 삶에 그들이 어떻게 영향을 미치고 스며드는지까지 알게 된다. 반짝이는 호기심과 거침없는 모험심으로 바닷속 세계를 누비는 생물학자의 미주알고주알 연구기를 듣다 보면 앎의 기쁨에 전염되지 않을 수 없다. 이 책과 함께 경이로운 지적 발견의 세계로 떠나보자.

모든 것을 다 알지 못한다는 사실을 모른다면,
얼마나 많이 아는지는 어떻게 알 수 있겠는가?
세계적인 해양생물학자 율리아 슈네처는 캘리포니아대학교, 스미소니언 열대 연구소, 막스 플랑크 연구소 등 유수의 기관을 거쳐 거친 바다를 연구실 삼아 연구 활동을 이어온 몇 안 되는 신진 해양생물 전문가다. 독일의 여성 해양생물학자인 그는 해양생물학이 자연과학 중에서도 특별히 매력적인 분야라고 말한다. 연중 내내 얼어 있는 영구동토 한복판에서 몇 달간 머물며 연구에 전념하는 일도, 자기보다 훨씬 덩치 큰 상어를 향해 뛰어오르는 일도 그가 마다하지 않은 이유다. 20년 전 바다와 사랑에 빠진 순간부터 그의 모든 삶을 바쳐온 해양생물 연구기를 이 책에 빠짐없이 담았다.
평균 수심 4,000미터, 지구 표면의 약 3분의 2를 차지하는 광대하고 혹독한 바닷속에서 살아남기 위해 상어, 해파리, 돌고래 등의 해양생물들은 자신만의 생존 방식을 갖고 있다. 상어는 형광색 빛을 발산하고 해파리는 끝없이 퇴화하며 무한 증식한다. 돌고래는 자신들만의 언어로 10킬로미터를 넘나들며 소통한다. 수많은 연구를 통해 놀라운 사실들이 밝혀졌지만 슈네처는 전체 바다 가운데 인간이 탐험한 부분이 약 5퍼센트에 불과하다고 말한다. 동시에 이렇게 얘기한다. “그러나 모든 것을 다 알지 못한다는 사실을 모른다면, 얼마나 많이 아는지는 어떻게 알 수 있겠는가?” 결국 바다를 탐구하는 일은 끊임없이 인간의 무지를, 바다의 무한함을 깨닫는 일과 같다.
슈네처는 상어가 형광빛을 발산한다는 지식을 알려주면서, 상어가 왜 형광빛을 내는지 설명하기 위해 가시광선 스펙트럼이 380~750나노미터라는 사실부터 언급한다. 그리고 미립자 차원에서 형광이 어떻게 발생하는지, 생체 형광과 생체 발광이 어떻게 다른지 설명한다. 그후 상어의 눈에 존재하는 어떤 색소가 440~540나노미터의 광파를 흡수하며, 상어가 발산하는 빛이 정확히 이 파장과 일치한다는 놀라운 사실을 우리에게 과학적인 데이터로 알려준다. 이러한 발견을 하기 위해 과학자들이 롱패스 필터와 쇼트패스 필터가 장착된 ‘상어 눈 카메라’를 개발했다는 숨겨진 이야기까지 빼먹지 않는다. 이 책을 먼저 읽은 한 독자는 이렇게 말했다. “당신은 얼마나 많은 지식을 습득하는지 눈치채지 못한 채로 이 책에 빠져들고 말 것이다.”

생후 첫 달에 스스로의 이름을 짓는 돌고래
그들은 유일무이한 이름을 가지고 살아간다
돌고래는 흔히 지구에서 가장 지능이 높은 동물로 언급되곤 한다. 돌고래는 체중 대비 뇌의 크기가 동물계에서 인간 다음으로 크다고 한다. 뿐만 아니라 돌고래의 뇌는 인간의 뇌에 비해 주름이 두 배 더 많아 표면적이 훨씬 넓다. 여기서 특별히 주목할 돌고래의 능력은 바로 언어 능력이다. 아주 놀랍게도 돌고래는 생후 첫 달에 스스로 자기 이름, 즉 서명 휘파람(signature whistle)을 짓는다. 어린 돌고래는 자신의 활동지에서 다른 돌고래의 휘파람을 모방하고 수정하며 스스로의 서명 휘파람을 정한다. 일단 한번 휘파람을 만들면 평생 간직하며, 상대방에게 자신을 소개하거나 말을 걸 때 사용한다. 어느 과학자가 실험한 결과, 수십 년이 지난 뒤에도 예전에 짝짓기한 돌고래의 휘파람 소리를 기억한다는 사실이 밝혀졌다.

“해파리의 시간은 거꾸로 간다”
영원히 죽지 않는 생명체의 발견, 끝없이 퇴화하며 무한 증식하는 해파리
이탈리아와 마요르카섬을 둘러싼 따뜻한 지중해에는 생물학적으로 불사불멸하는 아주 특별한 해파리가 산다. 바로 홍해파리다. 그들만의 특별한 생활 주기 덕분에 홍해파리는 영원히 살 수 있다. 먼저 보통 해파리의 생활주기를 한번 살펴보자. 둥근 덮개에 긴 촉수가 여러 개 달린 전형적인 해파리의 외형은 성체 해파리 단계로 이를 메두사(medusa)라 부른다. 메두사는 자신의 임무인 생식 활동을 마치면 죽고, 수정체는 플라눌라 유생으로 자라 폴립으로 성장한다. 물이 따뜻해지는 봄이 오면 폴립은 횡분열이라고도 하는 무성생식을 시작한다. 폴립의 머리에 미니 메두사가 생기고 잠시 뒤 이 메두사가 떨어져 나와 헤엄쳐 가는 과정이 곧 무성생식이다.
한편 비범한 홍해파리는 다른 해파리와 다른 생활 주기로 살아간다. 난자나 정자를 분출한 뒤 죽는 보통의 해파리와 달리 홍해파리 메두사는 생식세포를 방출한 후 다시 폴립으로 변한다. 외형뿐 아니라 세포까지 젊어지는 이 과정을 전환 분화라고 하는데, 마치 인간이 아이를 낳은 뒤 다시 유아 상태로 돌아가는 것과 같다. 이처럼 홍해파리는 계속해서 퇴화할 수 있다. 상처를 입거나 오랫동안 굶거나 환경이 잘 안 맞는다고 한들, 시간을 거꾸로 돌려 다시 폴립 상태가 되면 그만이다. 그래서 가장 오래된 홍해파리의 나이가 몇 살인지는 알 길이 없다. 홍해파리의 불사불멸을 저지하는 것은 바다를 헤엄쳐 다니는 배고픈 물고기들이다. 이들에게 천적이 없다면 바다는 미끌미끌한 해파리로 가득 차 젤리가 되어버렸을 것이다.



심해의 활화산에 생물체가 산다고?
상어는 전혀 예상치 못한 장소에 등장해 해양생물학자들을 깜짝 놀라게 하기도 한다. 바로 샤케이노(sharkano)라 불리는 곳이다. 샤케이노는 샤크와 볼케이노(화산)의 합성어로, 심해 화산은 섭씨 400도 이상의 물과 마그마를 내뿜으며 폭발한다. 그럼에도 불구하고 상어들은 이 화산 주변을 유유히 헤엄쳐 다닌다. 세계에서 가장 큰 심해 화산은 솔로몬제도에 있는 카바치(Kavachi)다. 2015년 카바치가 휴지기일 때 과학자들은 분화구 안 50미터 깊이까지 카메라를 넣는 데 성공했다. 그들은 깜짝 놀라지 않을 수 없었다. 과학자들이 발견한 것은 꾸물거리는 동물성플랑크톤 외에도 작은입줄전갱이나 도미 같은 다양한 물고기들, 홍살귀상어와 미흑점상어, 그리고 잿빛 잠상어였다. 이 구역의 평균 수온은 섭씨 40도로 보통의 해수가 절대 도달하지 않는 온도다. 또한 산성도가 6.1ph로 상당히 세며 유황 함량도 높다. 게다가 화산이 폭발할 위험도 있다. 한 심해 화산의 분화구 내부에는 물고기 시체로 뒤덮인 지역이 있을 정도다. 그럼에도 해양생물들은 극한 조건에서 살아가고 있었다. 마치 화성에서 외계 생명체를 만난 것과 같은 발견이다.

플라스틱 행성이 되어가는 지구,
언제까지 이곳을 푸른 행성이라 부를 수 있을까?
생산 비용이 저렴하고, 가소성이 좋으며, 내구성이 강하다는 이유로 플라스틱은 우리 일상의 모든 곳에 자리 잡았다. 플라스틱은 2015년까지 총 83억 톤이 생산되었다고 한다. 이는 지구 전체 인구 무게의 약 29배에 달하는 수치다. 2015년 과학자 제나 잼벡은 해안가에서 발생하는 쓰레기양을 근거로 2010년 한 해 동안 최대 1270만 톤의 플라스틱이 바다에 버려졌다고 발표했다. 1초에 69마리의 고양이 떼가 바다에 던져진 것과 같은 규모다. 인간은 2015년까지 63억 톤의 플라스틱 쓰레기를 만들었다. 이 중에서 겨우 9퍼센트가 재활용되었고 12퍼센트가 소각되었으며 나머지 79퍼센트는 쓰레기장이나 바다 등 우리가 사는 곳 여기저기에 흩어져 있다.
해양은 지구 생활권의 99퍼센트를 차지한다. 지구에서 가장 큰 생태계가 바다에 존재하는 것이다. 심해, 공해(公海), 해저, 연안 등 해양생태계의 각 생활권에는 박테리아, 바이러스, 조류(藻類), 식물, 동물, 새, 파충류, 포유류 등 엄청나게 다양한 생물이 살고 있다. 이 생물들은 바다에 버려지는 플라스틱 쓰레기의 영향을 직접적으로 받는다. 특히 플랑크톤이나 조개 같은 여과 섭식자는 물속에서 미생물과 유기물 입자를 여과해 섭취하므로, 플라스틱을 섭취할지 말지 선택조차 할 수 없다. 2016년 북해에서 향유고래 30마리가 떼죽음을 당한 채 해안에 좌초된 적이 있다. 그중 한 고래가 삼킨 플라스틱은 약 25킬로그램이었다.
우리가 오염시킨 환경을 다시 원래대로 되돌릴 수는 없다. 어떤 첨단 기술 장비도 바다 전체를 여과해 미세플라스틱까지 제거할 수는 없다. 다만 인간에게는 책임이 있으므로 플라스틱 소비를 줄이도록 노력해야만 한다. 태어나지 않은 아기의 태반에서 미세플라스틱이 처음으로 검출되었다고 한다. 요즘 아기들은 태어나기도 전에 플라스틱과 접촉하고 있는 셈이다. 아이들이 플라스틱 행성에서 자라지 않도록 지금 당장 행동해야 한다.

들어가는 말

1 수수께끼로 가득 찬 바다: 해양생물학
2 상어가 빛날 때: 형광 단백질
3 대단히 오래된 피조물: 노화
4 돌고래의 언어: 소통
5 플라스틱 행성: 오염
6 카페의 상어: 발견
7 심해 구름: 생태계의 기원
8 해양 곤충의 세계: 유전
9 물고기의 눈: 인지와 착시
10 바이러스의 모든 것: 진화

나오는 말
참고 문헌

p.30
우리는 물속에서 숨을 쉴 수 없기 때문에 아무리 최신 기술을 활용하더라도 아주 잠깐 동안만 심해 세계에 몸을 담글 수 있다. 빛은 물기둥의 상단 200미터까지만 침투할 수 있다. 그 아래로는 빛이 통과할 수 없어 온통 암흑이다. 게다가 수심 1미터마다 압력이 약 0.1바bar씩 증가한다. 전 세계 바다에서 수심이 약 1만 1000미터로 가장 깊은 마리아나해구의 압력은 1100바에 달한다. 이는 성인 코끼리 두 마리가 인간의 새끼발가락에 올라갔을 때의 압력과 같다. 그러므로 최첨단 기술 장비 없이 심해로 들어가면 사람은 말 그대로 ‘평평하게’ 될 것이다. _1. 수수께끼로 가득 찬 바다: 해양생물학

p.49~50
한편 분광광도계가 장착된 현미경으로 이들 상어의 눈을 관찰했을 때 상어의 눈에서 색소를 발견했다. 이 색소는 440~540나노미터 범위의 광파를 흡수한다. 이 말은 상어가 이 범위에 속하는 파장의 빛을 볼 수 있다는 뜻이다. 그리고 이는 상어의 살갗의 빛이 청색 형광에서 녹색 형광으로 바뀌는 파장 범위와 정확히 일치한다. 상어는 망막에 있는 간상세포로 빛을 아주 잘 감지하고 빛이 열악한 상황에 완벽하게 적응한다. 하지만 상어의 눈에는 간상세포만 있다. 이는 결과적으
로 상어가 색맹이라는 뜻이다. 그럼에도 상어는 이 색소 덕분에 녹색 형광빛을 볼 수 있다. _2. 상어가 빛날 때: 형광단백질

p.80~81
차가운 물, 느린 신진대사, 깊은 수면은 오래 살아남기 위한 필수 조건인 듯하다. 아주 천천히 그리고 차갑게 늙어가는 것은 다소 지루하고 불쾌하게 들리기도 한다. 아주 조그마한 해파리인 홍해파리Immortal jellyfish, Turritopsis dohrnii는 그렇게 살고 싶은 마음이 없다. 홍해파리는 이탈리아와 마요르카섬을 둘러싼 따뜻한 지중해에 살고 있는데, 이곳은 독일인도 아주 편안하게 여기는 곳이다. 홍해파리는 “죽음 따위는 완전히 과대평가되었어!”라고 외치는 듯한 특별한 메커니즘을 가지고 있다. 이 메커니즘은 홍해파리를 영원히 늙지 않게 할 뿐 아니라 죽음을 튕겨 버리고 생물학적인 불사불멸을 누리게 만든다. _3. 대단히 오래된 피조물: 노화

p.83
비범한 묘기를 부리는 홍해파리는 다른 해파리와 구별되는 생활 주기를 가졌다. 난자나 정자를 분출한 메두사가 죽지 않고 다시 폴립으로 변하는 것이다. 이는 마치 우리가 아이를 낳은 뒤에 다시 유아 상태로 돌아가는 것과 같다. 인간에게 이런 생활 주기가 별로 좋은 생존 전략이 아니겠지만 해파리에게는 매우 탁월한 전략이다. 외형이 바뀔 뿐만 아니라 세포까지 젊어지기 때문이다. 이 과정을 전환 분화라고 한다. 이 과정을 통해 자세포 같은 특수한 세포는 다시 줄기세포로 바뀌고 이후 또다시 어떤 세포로든 원하는 대로 바뀔 수 있다. _3. 대단히 오래된 피조물: 노화

p.110~111
우리가 알고 있는 몇 가지 사실 중 하나는, 돌고래에게 이른바 서명 휘파람signature whistle으로 통하는 이름이 있다는 것이다. 어린 돌고래는 생후 첫 달에 스스로 자기 이름을 짓는다. 이를 위해 어린 돌고래는 자기만의 서명 휘파람을 만들 때까지 자신의 활동지에서 휘파람을 배우고 다른 돌고래의 것을 모방하고 변경한다. 일단 서명 휘파람을 한번 만들면 평생 간직한다. 그리고 상대방에게 자신을 소개하거나 말을 걸 때 사용한다. 각 돌고래의 서명 휘파람은 유일무이하다. 어느 과학자는 포획된 돌고래를 대상으로 서명 휘파람 실험을 진행했다. 이 실험 돌고래들은 번식 목적으로 여러 수족관을 두루 옮겨 다닌 돌고래들이었는데, 이들이 예전에 짝짓기한 돌고래의 서명 휘파람을 기억하는지 테스트한 것이다. 녹음된 휘파람 소리를 수중 확성기로 돌고래들에게 들려주고 반응을 분석했더니 실제로 돌고래는 수십 년이 지난 뒤에도 여전히 서로를 기억했고, 적어도 다른 돌고래의 이름을 기억해 냈다. _4. 돌고래의 언어: 소통

p.127~128
플라스틱은 생산 비용이 저렴하며 내구성도 강하고 가볍다. 이런 이유로 1950년대부터 플라스틱이 우리 삶의 모든 곳에 성공적으로 자리 잡은 것은 전혀 놀라운 일이 아니다. 너무나 성공적인 나머지 플라스틱은 2015년까지 총 83억 톤이 생산되었다. 이는 대략 지구 전체 인구 무게의 29배다. _5. 플라스틱 행성: 오염