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왜 호모사피엔스만 살아남았을까? #1.직립보행ㅣ이한용(전곡선사박물관장) [2021달작한사이언스_3월]

인류의 진화는 단순히 과거의 기록을 들여다보는 일이 아니라, 700만 년이라는 장대한 시간 동안 생명체가 환경에 어떻게 적응하며 변화해 왔는지를 추적하는 과정입니다. 우리는 침팬지나 오랑우탄과 유전자의 98% 이상을 공유하고 있으며, 심지어 닭이나 바나나와도 일정 부분 유전적 연계성을 가지고 있습니다. 이는 지구상의 모든 생명체가 하나의 거대한 뿌리에서 연결되어 있음을 시사합니다. 진화란 단순히 더 나은 방향으로의 발달만을 의미하는 것이 아니라, 수많은 세대를 거치며 생물 종이 변화해 온 연속적인 흐름이며, 그 끝에 지금의 우리가 존재하고 있습니다. 인류를 다른 영장류와 구분 짓는 가장 결정적인 첫 번째 단서는 바로 '직립보행'입니다. 동물학적 관점에서 직립보행은 인류를 규정하는 가장 큰 특징으로, 네 발로 이동하던 조상들이 어떤 계기를 통해 직립보행하게 되었는지는 진화사의 거대한 수수께끼 중 하나입니다. 이러한 신체적 변화는 단순히 이동 방식의 차이를 넘어 해부학적인 대변이를 동반했습니다. 무거운 머리를 지탱하기 위해 척추와 머리를 잇는 구멍인 대후두공의 위치가 정중앙으로 이동하는 등, 뼈에 새겨진 미세한 흔적들은 인류가 직립보행에 최적화되어 온 과정을 묵묵히 증명해 줍니다. 직립보행이 가져다준 가장 혁명적인 변화는 이동을 담당하던 두 앞발이 이동의 의무에서 벗어나 '자유로운 손'으로 변모했다는 점입니다. 손의 해방은 인류가 도구 제작 및 활용의 무한한 가능성의 창을 열어주었습니다. 처음부터 도구 제작 및 활용을 위해 직립보행을 시작한 것은 아니었으나, 환경에 적응하며 살아남는 과정에서 얻게 된 자유로운 손은 인류가 문화와 사회를 형성하는 강력한 원동력이 되었습니다. 정교한 도구 제작 및 활용 능력은 인류가 만물의 영장으로 도약하는 결정적인 계기가 되었으며, 이는 곧 지능의 발달과도 긴밀하게 연결되었습니다. 인류가 왜 굳이 불안정한 직립보행을 선택했는지에 대해서는 여전히 수많은 가설이 대립하고 있습니다. 기후 변화로 인해 숲이 줄어들고 초원이 넓어진 사바나 가설부터, 가족을 부양하기 위해 먹이를 들고 이동해야 했다는 생존 전략설까지 다양합니다. 또한 뜨거운 태양볕으로부터 체온을 유지하기 위해 지면과 닿는 면적을 줄이려 했다는 가설이나, 물속에서 먹이를 찾는 과정에서 자연스럽게 일어서게 되었다는 주장도 존재합니다. 이처럼 수백만 년의 시간 동안 복합적인 환경 요인들이 작용하여 인류는 자신들만의 독특한 생존 방식을 구축했습니다. 인류의 기원을 찾아가는 여정은 700만 년 전의 초기 인류 화석인 사헬란트로푸스 차덴시스에서부터 시작됩니다. 비록 발견된 증거가 머리뼈 하나와 같은 파편적일지라도, 그 속에 담긴 해부학적 단서들은 인류 진화의 수수께끼를 푸는 열쇠가 됩니다. 과거의 인류 조상들은 사바나의 맹수들에게 위협받던 아주 연약한 존재였으나, 직립보행과 도구 제작 및 활용이라는 혁신을 통해 위기를 기회로 바꾸어 왔습니다. 우리는 화석이 건네는 조용한 메시지를 통해 인류가 겪어온 치열한 적응의 역사를 이해하고, 현재 우리가 누리는 문명이 어떤 기적적인 과정을 거쳐 탄생했는지 되새기게 됩니다.

서울시립과학관[강연] 과학강연

생명과학
지구환경과학

[달작한 사이언스] 21세기 파브르 '1부' 갈로아 작가님의 곤충의진화

지구상에는 약 100만 종에 가까운 곤충이 기록되어 있으며, 학계에서는 최대 3,000만 종까지 존재할 것으로 추정합니다. 이토록 곤충이 번성할 수 있었던 비결은 딱딱한 외골격, 애벌레와 성충의 자원 경쟁을 피하는 완전 변태, 그리고 극도로 작은 몸집에 있습니다. 하지만 무엇보다 결정적인 요인은 바로 날개를 통한 비행 능력입니다. 곤충은 날개를 가짐으로써 다른 생물보다 훨씬 넓은 영역을 차지하고 복잡한 생태적 지위를 확보하며 진화의 정점에 서게 되었습니다. 곤충의 날개는 대략 3억 년 전인 석탄기 무렵부터 본격적으로 등장한 것으로 보입니다. 당시 지구는 거대한 식물들이 숲을 이루고 있었으며, 날개가 없던 초기 곤충들은 먹이를 찾아 식물 위로 올라갔을 것입니다. 나무 사이를 이동하거나 아래로 떨어지는 과정에서 공중 활공을 하게 되었고, 이것이 점차 정교한 비행으로 발전했다는 시나리오가 유력합니다. 풍부한 산소와 거대 식물이 가득했던 석탄기의 환경적 특성은 곤충이 비행이라는 새로운 생존 전략을 선택하는 데 중요한 배경이 되었습니다. 곤충 날개의 기원을 두고 학계에서는 100년 넘게 치열한 논쟁이 이어졌습니다. 새나 박쥐가 앞다리를 변형해 날개를 만든 것과 달리, 곤충은 기존의 기관을 보존한 채 별도의 날개를 발달시켰기 때문입니다. 이를 설명하기 위해 등판이 넓어져 형성되었다는 가설과 수서 곤충의 아가미 같은 옆구리 기관이 변형되었다는 가설이 팽팽하게 맞섰습니다. 각 주장은 해부학적 구조와 화석 기록을 근거로 제시하며 오랜 시간 평행선을 달렸지만, 완벽한 중간 단계의 화석이 발견되지 않아 결론을 내리지 못했습니다. 현대에 이르러 진화 발생 생물학, 이른바 '에보 데보(Evo-Devo)'의 발전은 이 오랜 논쟁에 새로운 전기를 마련했습니다. 초파리의 날개 형성에 관여하는 특정 유전자를 추적한 결과, 놀랍게도 등판과 옆구리 두 지점 모두에서 날개 마커 유전자가 확인된 것입니다. 즉, 날개는 어느 한 곳에서 유래한 것이 아니라 등판 조직과 다리 기저절 부위가 하나로 합쳐지며 만들어진 '이중 기원'의 산물임이 밝혀졌습니다. 이는 분자 생물학적 증거와 최신 화석 연구가 일치하는 지점으로, 현재 날개 진화의 정설로 받아들여지고 있습니다. 날개가 '어떻게' 만들어졌는지에 대한 답은 점차 명확해지고 있지만, '왜' 만들어졌는가에 대해서는 여전히 흥미로운 탐구가 계속되고 있습니다. 초기 날개는 비행이 아닌 체온 조절용 판이었거나, 물 위를 미끄러지듯 이동하기 위한 도구였을 수도 있다는 다양한 가설이 존재합니다. 날개의 진화는 단순히 비행이라는 기능을 넘어 곤충이라는 거대한 생물 군단이 지구를 지배하게 된 근본적인 동력을 상징합니다. 곤충 날개 속에 숨겨진 진화의 비밀을 밝혀가는 과정은 생명의 신비와 적응의 놀라운 역사를 이해하는 열쇠가 될 것입니다.

서울시립과학관[강연] 과학강연

생명과학
지구환경과학

[카오스 술술과학] 공룡 뼈에 구멍이 있다?

공룡은 약 2억 3천만 년 전 중생대 트라이아스기에 처음 등장하여 지구의 지배자로 군림했습니다. 이들이 다른 생물들보다 뛰어난 생존력을 발휘하며 번성할 수 있었던 결정적인 요인 중 하나는 바로 직립 보행이 가능한 다리 구조였습니다. 수직으로 뻗은 다리 덕분에 공룡은 매우 빠른 속도로 이동하며 먹잇감을 사냥하거나 포식자를 피할 수 있었습니다. 하지만 당시 지구는 지금보다 산소 농도가 절반 수준에 불과할 정도로 척박한 환경이었기에, 단순히 신체 구조만으로는 설명하기 어려운 생존의 비밀이 숨겨져 있었습니다. 산소가 부족한 극한의 환경에서도 공룡이 번성할 수 있었던 핵심 비결은 뼛속에 숨겨진 특별한 구조에 있었습니다. 공룡의 뼈에는 공기를 저장할 수 있는 주머니인 '기낭'이라는 기관이 존재했는데, 이는 오늘날의 조류에서도 발견되는 독특한 호흡 보조 장치입니다. 기낭은 체내에 산소를 효율적으로 저장하고 순환시켜 산소 농도가 낮은 상황에서도 충분한 에너지를 얻을 수 있게 도왔습니다. 이러한 효율적인 호흡 시스템 덕분에 공룡은 다른 생명체들이 멸종의 위기를 겪는 동안에도 거대한 몸집을 유지하며 생태계의 정점에 설 수 있었습니다. 최근 학계에서는 공룡과 조류 사이의 밀접한 연관성에 주목하며, 공룡이 멸종한 것이 아니라 진화하여 오늘날의 조류가 되었다는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 신체 구조의 유사성뿐만 아니라 생태학적 증거들은 우리가 흔히 보는 비둘기나 참새가 과거 지구를 호령하던 거대 공룡의 후예일 가능성을 강력하게 시사합니다. 어쩌면 오늘 아침 우리 머리 위를 가로질러 날아간 작은 조류가 수억 년 전 중생대의 신비를 간직한 채 진화해 온 공룡의 또 다른 모습일지도 모릅니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[강연] 경이로운 진화의 산물, 공룡! (3) _ 이융남 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 3강 | 3강 ③

벨기에에서 보관되던 데이노케이루스의 머리뼈는 그 크기가 1미터에 달하며, 기존의 날카로운 앞발 이미지와는 전혀 다른 반전의 모습을 보여주었습니다. 이 공룡은 이빨이 없고 주둥이가 넓적하며 아래로 휘어진 독특한 생김새를 지녔습니다. 특히 도굴되었던 발가락뼈를 현장에서 다시 찾아내어 한 개체임을 확인하는 과정은 매우 극적이었습니다. 육식공룡 특유의 뾰족한 발톱 대신 뭉툭한 끝부분을 가진 이 공룡은 진흙에 빠지지 않고 물가에서 생활하며 물고기와 수초를 먹는 잡식성 생태를 가졌음이 밝혀졌습니다. 데이노케이루스는 타조공룡류에 속하면서도 독특하게 거대한 덩치를 키우는 방향으로 진화했습니다. 50년 동안 베일에 싸여 있던 이 공룡의 정체는 머리부터 꼬리까지 완전한 형태가 복원되면서 비로소 세상에 드러났습니다. 이 연구는 세계적인 학술지 네이처의 헤드라인을 장식하며 학계의 엄청난 관심을 받았습니다. 특히 등에 솟은 높은 신경배돌기는 무거운 앞몸의 무게를 지탱하는 현수교의 지지점 역할을 했던 것으로 해석됩니다. 이는 공룡 진화의 다양성을 보여주는 가장 경이로운 사례 중 하나로 꼽힙니다. 현대 과학에서 가장 뜨거운 주제 중 하나는 바로 새가 공룡으로부터 진화했다는 사실입니다. 1억 5천만 년 전의 지층에서 발견된 시조새 화석은 깃털이라는 결정적인 증거를 통해 조류의 기원을 암시했습니다. 시조새는 깃털을 가졌지만, 입안의 이빨과 긴 꼬리, 그리고 손가락 끝의 발톱 등 현대의 새와는 다른 파충류적 골격 구조를 고스란히 간직하고 있었습니다. 1970년대 데이노니쿠스의 발견 이후, 공룡과 새 사이의 해부학적 공통점이 100가지 넘게 확인되면서 두 집단 사이의 밀접한 연관성은 더욱 확고해졌습니다. 깃털은 처음부터 비행을 위해 탄생한 것이 아니라, 체온 유지나 구애를 위한 용도로 먼저 출현했습니다. 중국 랴오닝성에서 발견된 수많은 화석은 육식공룡뿐만 아니라 초식공룡에게도 다양한 형태의 깃털이 있었음을 증명했습니다. 심지어 네 개의 날개를 가진 마이크로랍토르와 같은 화석은 새가 어떻게 나무 위에서 활강하며 비행 능력을 습득했는지에 대한 중요한 단서를 제공합니다. 이러한 발견들은 공룡이 단순히 거대한 파충류가 아니라, 현대 조류로 이어지는 정교한 진화의 과정을 거쳤음을 생생하게 보여줍니다. 공룡의 생태적 습성 또한 현대의 새와 놀라울 정도로 닮아 있습니다. 둥지 위에서 알을 품거나 새처럼 머리를 몸에 파묻고 잠을 자는 화석의 발견은 공룡이 온혈 동물에 가까운 신진대사를 가졌을 가능성을 시사합니다. 실제로 공룡은 완전한 변온 동물도, 항온 동물도 아닌 그 중간 단계인 중온 동물의 특성을 보였던 것으로 추정됩니다. 이제 조류는 파충류와 별개의 집단이 아니라 공룡의 후예로서 '사우롭시다'라는 거대한 계통 안에 통합되었습니다. 우리 주변의 새들은 멸종하지 않고 살아남은 현대의 공룡인 셈입니다.

이융남

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 한반도 : 10억년 전으로의 시간여행 (1) _ 최덕근 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 4강 | 4강 ①

우리가 발을 딛고 살아가는 한반도의 형성 과정을 이해하기 위해서는 시간과 공간이라는 두 가지 축을 탐구해야 합니다. 지질학에서는 방사성 동위원소를 이용한 암석 연령 측정과 화석 연구를 통해 과거의 시간을 추적하며, 판구조론이라는 거대한 이론적 배경을 통해 지괴의 이동 경로를 파악합니다. 10억 년이라는 장구한 세월 동안 한반도가 어떤 변화를 거쳐 현재의 모습에 이르렀는지 밝혀내는 과정은 마치 거대한 퍼즐을 맞추는 것과 같습니다. 1970년대에 등장한 판구조론은 현대 지질학의 패러다임을 바꾼 혁명적인 이론입니다. 이 이론에 따르면 지구의 겉 부분은 암석권이라 불리는 여러 개의 판으로 나뉘어 있으며, 이들은 하부의 연약권을 따라 끊임없이 상대적으로 움직입니다. 판구조론의 등장은 단순히 암석의 종류를 분류하던 수준을 넘어, 습곡 산맥의 형성이나 화산 활동과 같은 거대한 지질 현상을 과학적으로 설명할 수 있는 토대를 마련해 주었습니다. 판의 경계는 그 움직임에 따라 발산, 보존, 수렴 경계로 구분됩니다. 해령과 같이 새로운 지각이 생성되며 멀어지는 곳이 있는가 하면, 산 안드레아스 단층처럼 판이 서로 어긋나며 지진을 일으키는 곳도 있습니다. 또한, 판과 판이 충돌하는 수렴 경계에서는 히말라야와 같은 거대한 산맥이 솟아오르거나 깊은 해구가 형성되기도 합니다. 이러한 역동적인 움직임은 지구 내부의 에너지가 지표면의 지형을 끊임없이 재편하고 있음을 보여주는 증거입니다. 대륙의 이동을 증명하는 결정적인 단서 중 하나는 고생대 바다에 살았던 삼엽충 화석의 분포입니다. 캐나다의 지질학자 윌슨은 대서양 양안의 삼엽충 종류가 서로 다르다는 점에 주목하여, 과거에 대서양이 닫혀 있었다가 다시 열렸다는 가설을 제시했습니다. 이는 대륙이 고정된 것이 아니라 시기에 따라 합쳐져 초대륙을 형성하기도 하고, 다시 흩어져 새로운 바다를 만들어내기도 한다는 사실을 깨닫게 하는 중요한 전환점이 되었습니다. 대륙이 갈라지고 바다가 태어나며 다시 소멸하는 일련의 과정은 '윌슨 주기'라는 개념으로 설명됩니다. 동아프리카 열곡대에서 시작된 대륙의 분리는 홍해와 같은 어린 바다를 탄생시키고, 대서양처럼 광활한 대양으로 확장됩니다. 하지만 영원할 것 같은 바다도 시간이 흐르면 섭입을 통해 점차 축소되며, 결국 지중해처럼 사라지는 단계를 거쳐 대륙 간의 충돌로 이어집니다. 이러한 순환은 지구가 살아있는 행성임을 증명하는 장엄한 역사의 기록입니다.

최덕근

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 지구의 기원 (1) - 하루는 왜 24시간일까 _ 최덕근 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 3강 | 3강 ①

우리가 흔히 말하는 역사 시대는 인류가 문자로 기록을 남기기 시작한 약 6,000년 전부터를 의미합니다. 하지만 지구의 나이가 약 46억 년임을 고려하면, 역사 시대는 전체 지구 역사의 찰나에 불과합니다. 지질학적으로는 지구가 탄생한 시점부터 현재까지를 지질 시대로 정의하지만, 실제로 연구할 수 있는 가장 오래된 암석의 나이는 약 40억 년 전의 것입니다. 따라서 지구가 탄생한 직후부터 약 6억 년 동안의 기록은 암석으로 남아 있지 않은 '기록 없는 시대'입니다. 이 시기를 이해하기 위해서는 지질학적 상상력과 과학적 추론이 필요합니다. 현대 지질학은 지구를 단순한 암석 덩어리가 아닌 지권, 수권, 기권, 생물권이 상호작용하는 하나의 거대한 시스템으로 파악합니다. 우리가 발을 딛고 사는 지권은 반지름 약 6,370km의 고체 지구로, 산소, 철, 규소, 마그네슘이라는 네 가지 원소가 전체의 94%를 차지하고 있습니다. 그 위를 물과 공기가 덮고 있으며, 그 사이에서 수많은 생명이 살아가고 있습니다. 지구의 역사를 공부한다는 것은 단순히 돌을 연구하는 것을 넘어, 과거의 바다와 대기, 그리고 그 속에 살았던 생명체들이 어떻게 변화하며 오늘날에 이르렀는지를 밝혀내는 과정입니다. 우리가 일상에서 사용하는 '하루 24시간'이라는 단위는 고대 이집트와 그리스 학자들에 의해 정의된 인위적인 약속입니다. 과학적으로 하루는 지구가 스스로 한 바퀴 도는 자전 주기를 의미하는데, 기준을 어디에 두느냐에 따라 태양일과 항성일로 나뉩니다. 태양을 기준으로 하는 태양일은 지구가 공전하는 거리만큼 더 돌아야 하기에 약 24시간이 걸리지만, 먼 별을 기준으로 하는 항성일은 약 23시간 56분입니다. 이처럼 시간의 정의는 지구의 자전과 공전이라는 천문학적 운동에 기초하고 있으며, 이는 우주 속 지구의 위치를 확인하는 중요한 척도가 됩니다. 놀랍게도 과거 지구의 하루는 지금보다 훨씬 짧았습니다. 미국의 고생물학자 존 웰스는 산호 화석의 성장선을 분석하여 이 사실을 증명해냈습니다. 산호는 광합성 활동에 따라 매일 미세한 골격을 형성하는데, 계절에 따른 성장 속도 차이가 나무의 나이테처럼 기록됩니다. 연구 결과, 약 4억 년 전 데본기 산호 화석에는 1년의 날수가 약 400일로 기록되어 있었습니다. 이는 당시 지구가 지금보다 훨씬 빠르게 자전했음을 의미하며, 조석력 등의 영향으로 지구의 자전 속도가 수억 년에 걸쳐 서서히 느려져 왔음을 보여주는 결정적인 증거입니다. 지구의 자전 속도는 지금도 만 년에 약 0.2초씩 느려지고 있으며, 아주 먼 미래에는 자전이 멈출지도 모릅니다. 하지만 그보다 먼저 태양의 수명이 다할 것이기에 인류가 당장 걱정할 일은 아닙니다. 중요한 것은 생명체가 출현하기 이전, 즉 화석 기록조차 없는 지구의 탄생 초기 모습을 어떻게 재구성하느냐는 점입니다. 이를 위해서는 지구뿐만 아니라 달과 태양계 전체의 형성 과정을 통합적으로 이해해야 합니다. 지구의 어린 시절을 추적하는 여정은 결국 우리가 어디에서 왔으며, 이 행성이 어떻게 생명의 요람이 되었는지를 찾아가는 과정과 같습니다.

최덕근

카오스재단카오스강연

지구환경과학