생명의 양(+), 산소 45억년전 태양으로부터 떨어져나온 원시 지구의 모습은 하나의 거대한 불덩이였을 것이다. 그것은 태양의 분신으로서의 양(陽), 그 자체였었다. 그리고 점차 식으면서 지구에 음양이 깃들기 시작했고, 스스로 도는 자전현상도 나타나게 된다. 또 질량이 무거운 것은 아래로 내려가고 가벼운 것은 위로 올라가 남극과 북극이 자리잡게 된다. 우주에서 가장 표준적인 음중양 3차원의 세계가 있다면 바로 우리가 살고있는 지구일 것이다. 지구상에 생명체가 나타나기까지는 약 10억년이라는 세월이 걸렸다. 최초의 생명체는 어떤 모습이었을까? 중수소(D2O) 발견으로 1943년 노벨화학상을 받은 미국의 Harold Urey는 다음과 같은 실험을 했다. 실험실에서 메탄(CH4), 암모니아( NH3), 수소의 혼합 가스가 가득찬 장치에 수증기를 주입시켜, 거기에 고압 전기 불꽃을 일으켰다. 전기를 띤 수증기는 냉각기로 보내져서 물방울이 되는데, 그것을 다시 끓여 수증기를 장치 속으로 이끌어 방전을 일으켰다. 이런 순환을 몇 번이고 되풀이했다. 메탄, 수소, 암모니아, 수증기로 된 원시 대기를 가정하고 거기에 이를테면 번갯불 같은 방전이 일어났을 때 생명의 기원과 관계가 있는 유기 화합물이 생성되는 것이 아닌가 하는 생각을 한 것이다. 일 주일 후 해롤드는 작업을 멈추고 플라스크에 있는 내용물을 화학적으로 분석했다. 그 결과 생물이 단백질을 만들 때 소재로 하는 아미노산 중 두 종류가 상당량 들어 있는 것을 발견하게 되었다(아미노산은 원자 C,H,O,N의 결합물질이다). 최초의 생명체들이 이와같은 원시지구의 환경아래서 만들어진 아미노산들로해서 생겨났을 가능성은 있지만, 이들은 현미경으로 보아야 알수있는 단세포의 미세한 균같은 것들이었을 것이다. 어쨋든 이들은 아미노산으로부터 DNA를 획득할 수 있었기에 진화의 씨앗이 되게 된다. 원시 지구의 대기는 가벼운 수소는 대부분 우주로 날라가 버리고, 질소와 탄산가스로 덮여있었기 때문에 탄산가스의 지구온실효과로 지표면의 대부분은 300도 이상의 용암상태였었다. 과학자들은 최초 광합성 생명체가 나타난 것은 약 35억년 전으로 생각하고 있다. 그 때 지구는 생명 진화 역사 초기로 산소를 필요로 하지 않는 혐기성 미생물들이 대부분이었다. 30억년경 시아노박테리아가 나타나 지구에 산소(O2)를 공급하자 지구는 혐기성 생물들이 몰락하고 산소를 이용하는 호기성 생물들이 득세하는 극적인 변화가 일어나기 시작한다. 24억년 전에는 산소가 크게 늘어나 새로운 대기가 형성되어 원생생물과 같은 복잡한 생명체의 진화될 수 있었다. 마침내 10억년전경 원생동물 중 한 무리가 시아노박테리아와 공생관계를 형성하게 되었고, 이들이 결국 식물과 말(algae)의 조상이 되었다. 에너지를 얻어 진화가 가속화 생물이 무생물과 다른 점은 스스로 움직일 수 있다는 것이다. 움직이려면 힘, 즉 에너지가 있어야 한다. 물(H2O)과 공기중의 탄산가스(CO2)가 세포 안에서 만나 태양의 중매(촉매)로 결합을 하여 탄수화물(Cn(H2O)m)을 만들게 되었는데, 이 탄수화물이 밧데리처럼 태양에너지를 저장하고 있다가 호흡작용으로 산소에 의해 분해되면서 에너지를 재생시키는 일이 가능해지게 된 것이다. 이로써 생물은 무한정 에너지를 생산하고 활용할 수 있는 물질대사 시스템을 갖추게 된다. 광합성으로해서 세포 내용물이 다양하게 되면서 생명체의 진화에 가속도가 붙게되었고, 다른 한편으로는 광합성의 부산물로 지구환경이 생명체가 살기에 적합한 환경으로 바뀌어지기 시작했다. 탄산가스를 흡수하여 탄수화물로 변형시키고 대신 산소를 내놓는 광합성으로 인해 지구에는 산소의 량이 늘어나게 되는 것이다(산소 발생 광합성：6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6H2O + 6O2). 현재 지구 대기는 약 79%의 질소와 약 21%의 산소를 주성분으로 하고 있다. 산소를 무기적 화학 반응으로 얻으려면 물을 수소와 산소로 분해시키는 방법밖에 없다. 만약 그러한 화학 반응이 원시 지구에 있었다 해도 만들어진 산소는 현존하는 산소의 1천분의 1도 안될 정도로 미미해 지표를 산화시키는데 사용되고 말아, 현재와 같은 산소량을 확보하기에는 태부족이다. 또 충분히 확보되었다고 해도 산소는 매우 반응성이 강한 산화제로서 다른 물질과 화학적으로 결합하여 없어지므로 계속해서 보충되지 않으면 조만간에 사라지게 된다. 이 산소 공급을 끊임없이 해주고 있는 것이 바로 지구상의 녹색식물과 조류 및 광합성을 하는 미생물들이다. 사람과 같은 동물들은 산소를 오로지 소비만 하는 산소 소비자들일뿐만 아니라 오히려 탄산가스를 배출하는 환경 오염자들이다. 산소는 생명체가 살아가기 위해 절대적으로 필요한 원소인데, 이 산소는 양의 성질을 갖고 있어서 머물러있는 것을 싫어하고 끊임없이 변신하려고 하고있는 것이 문제다. 이를테면, 산업화로 인해 이산화탄소배출량이 늘어나 오존층이 계속해서 뚫리는 경우를 가정해보자. 많은 양의 자외선은 산소의 유기물결합을 촉진하여 이산화탄소를 양산하는데, 이것이 지구온난화를 더욱 가속시키게 된다. 예를 들어 지구의 온도가 3도이상 올라가면 생태계가 파괴되어 광합성을 하는 식물들이 죽게되고, 이들이 산화되면서 이산화탄소량이 더늘어나 지구온도가 6도이상 상승을 계속하면 결국은 지구에서 모든 유기물과 산소가 사라지고, 남는 것은 이산화탄소로 인한 초열지옥이 될 것이다. 이산화탄소배출도 줄여야 하지만, 탄산가스를 생명물질로 변환시키고, 신선한 산소를 만들어내는 광합성작용을 하는 생태계를 늘리고 유지하는 일이 시급하다.
Posted on: Wed, 10 Jul 2013 05:07:49 +0000