2021 과학리딩모임(줌 온라인) 제7강 노트(2021.03.28) : 내 안의 물고기

우리는 지난 여름 장마가 길었다는 것도 기억을 잘 못한다. 진화의 시간은 단위가 1만년 이상이다. 유튜브 동영상에 고대 한국말 과거로 가면 말이 통할까?”를 보면, 신라말 거의 못 알아듣는다. 1천년만 돌아가도 말이 안 통한다. 그런데 1만년, 10만년이 되면? 우리는 2억년을 거슬러 올라가야 한다. 그 시간이 얼마나 긴 시간인지 감각하지 못해서 상식이 통하지 않는다.

 

오늘 4시간 강의 주제는 5억년동안 척추동물 진화사이다. 한발 물러서서 숲을 보자. 생물의 2가지 조건은 섭식과 호흡이다. 물고기부터 인간얼굴까지 연결되어 있다. 먹는다는 것은 방식이 2가지이다. ‘빨아먹기는 여과섭식으로 무악류인 칠성장어, 먹장어이다. ‘잡아먹기는 어류부터 포유동물, 인간까지의 방식이다. ‘잡아먹기잡기먹기로 나뉜다. ‘잡기2가지이다. 턱으로 무는 것이고, 손으로 잡는 것이다. 손으로 잡는 것은 오직 인간종만 할 수 있다. 인간의 정의는 손으로 먹이를 잡아먹는 척추동물이다.

 

빨아먹기는 진공청소기처럼 묽은 음식을 섭취한다, 그래서 창자만 있고 위는 필요없다. 잡아먹기는 깨물어 잡고 두동강이를 내서 식도로 삼키면 위에서 잘게 부수어 창자로 넘겨야 하므로 위가 필요하다.

 

무악류인 창고기는 물을 빨아들여 인두열로 여과해서 플랑크톤을 섭취한다. 이때 인두열은 섭식기관이 된다. 호흡은 피부로 한다. 물고기(Fish)가 되면 인두열이 아가미가 되고, 모세혈관이 형성되어 호흡기관이 된다.

 

섭식기관에서 호흡기관으로 변화가 첫번째 중요한 변화사건이다. 호흡을 아가미로 해결하면서 섭식을 위해 턱이 출현하게 된다. 두번째 턱의 출현으로 머리가 생기고 악구류가 된다. 세번째 목의 출현으로 사지동물이 된다. 물고기는 목이 없다. 목의 출현은 사지동물로, 양서류와 양막류(파충류, 조류, 포유류)이다. 물고기도 등뼈에 견갑골이 있다. 그래서 어깨는 있다. 파충류부터는 육상에 올라오므로 기도가 있어야 한다.

 

발생진화생물학을 공부해야 한다. 척삭에서 유도되어 신경구와 신경능이 생기고, 신경능(neural crest)은 세포분화가 되어 연골세포, 근육세포, 신경, 혈관이 된다. 신경능 세포가 이동하여 목부위를 형성하는데, 7개의 인두궁으로 이동하여 연골, 근육, 혈관을 세트로 공급해준다.

 

1궁은 턱이 되는데, 등쪽이 상악(maxillary), 배쪽이 하악(mandibular)이 된다. 2궁은 설골(hyoid)이 되는데, 먹이를 삼키고 발성, 발음까지 하게 된다. 말이 생각이 되므로 설골을 모른다면 고차원 생각은 없는 것이다. 2궁의 아래뼈 일부가 등자뼈(stapes)가 되고, 1궁의 턱뼈 끝자락이 망치뼈(malleus)와 모루뼈(incus)가 된다. 그래서 소리를 듣는다는 것이 된다. 3궁은 갑상연골이다. 아래턱(mandibular)과 설골(hyoid), 갑상연골(Thyroid)이 목을 구성한다.

 

설골(Hyoid)의 위쪽으로 턱과 연결된 4개의 근육(Supra-hyoid), 그리고 아래쪽 갑상연골(Thyroid), 복장뼈(Sternum), 견갑골(Scapula)과 연결된 4개의 근육(infra-hyoid)이 있다. Supra-hyoid에는 digastric, stylo-hyoid, genio-hyoid, mylo-hyoid4개 근육이다. Infra-hyoid에는 sterno-hyoid, sterno-thyroid, thyro-hyoid, omo-hyoid4개 근육이다.

 

목의 출현은 2번째 큰 도약이다. 어류에서 양서류로 넘어가면서 육상척추동물이 출현하였다. 물고기는 목이 없어도 된다. 몸을 터닝하면 된다. 물 속은 무중력 상태와 비슷하기 때문이다. 그러나 대륙으로 올라온 물고기는 먹이를 잡으려고 움직이려면 방향이 있어야 한다. 이때 터닝을 하려면 목이 있어야 한다. 더 나아가 인간의 특징은 눈을 돌린다는 것이다. 먹이 잡는 목적이며 섭식 이야기이다.

 

섭식은 빨아먹기와 잡아먹기이다. 인간도 유아기때는 빨아먹는다. 노인이 되면 다시 빨아먹기로 돌아간다. 척색동물까지 빨아먹기이다. 척추동물이 되면서 잡아먹기가 된다. 육상척추동물이 되면서 중력에 저항해야 하기에 다리가 생기고 사지동물이 된다. 데본기때 어류가 육상에 진출하였다. 지느러미가 어기적대는 다리가 되고, 다시 곧바로 서는 다리가 되는데 2억년이 걸렸는데, 중력극복역사이다. 식물은 관다발식물로 동물은 사지동물로 육상에서 중력을 극복하였다.  

 

턱에서 위턱은 구개방형연골(palato-quadrate)에서, 아래턱은 맥켈연골(Meckel’s cartilage)에서 발생되었다. 경골화되면서 멕켈연골이 빠져나오면서 아래턱이 된다. 두개골과 턱은 분리해서 봐야 한다. 진화적으로 다르다. 인간은 위턱은 두개골과 융합되어 움직이지 않고, 아래턱만 움직여 나온다. 목은 섭식과 호흡의 관이 통과하는 영역이다. 기도는 허파, 식도는 위장, 소장, 대장과 연결된다.

 

자료를 찾으면서 인간의 태아에 아가미 틈(Gill slit)이 있다는 것을 보고 충격을 받았다. 아가미궁은 1궁이 악궁, 2궁이 설궁, 3궁이 갑상궁이며 이들이 목이 된다. 악궁의 끝에는 망치뼈, 모루뼈가 있고, 설궁의 끝에는 등자뼈가 있다. 망치뼈와 모루뼈는 포유류 진화의 핵심이며 15찬만년이 걸린다. 등자뼈는 35천만년 동안 파충류에게 땅의 진동을 전달하였다. 지금도 악어는 땅에 턱을 대고 진동을 듣는다. 갑상궁에서 소리와 발성이 만들어진다.

 

턱은 잡고 깨무는주둥이가 된다. 호모 사피엔스는 주둥이가 입으로 바뀌면서 잡는 기능은 손으로 바뀌었다. 턱을 여는 것은 하악오훼근(mandibulo-coracoid)이다. 오훼근(Coracoid)은 인간에게서는 퇴화되어 있다. 턱을 닫는 것은 하악내전근(mandibulo-adductor)이다. 하악내전근은 측두근 (temporalis muscle)과 저작근(masseter)2개로 진화한다. 측두근의 붙는 영역이 없으면 무궁류, 1개면 단궁류, 2개면 이궁류이다. 양막류 분류의 핵심기준이다.

 

사지동물을 턱과 두개골의 결합정도로 분류할 수도 있다. 포유류는 위턱이 두개골과 결합되고 아래턱만 튀어나온다.

 

물고기의 아가미는 유스타키오관으로 압력을 느끼는 기관으로 인간에게 남아있다. “내 안의 물고기(your inner fish)”이다.

 

NHK에서 만든 다큐멘타리를 보면 <호모 사피엔스, 성공의 비밀>을 엿볼 수 있다. ‘잡아 먹는다에서 손으로 잡아먹고, 더 나아가 인간은 식사를 한다. 식사는 함께 모여서 먹는 것이다. 정해진 시간에 모여서 식사하는 동물, 사냥 현장에서 먹지 않고, 들고 와서 모여서 먹는 동물이다. 그래서 코로나 사태에도 가장 막기 어려운 충동이 회식이다. 인간문화는 식사에서 시작되었다. 현장에서 먹지 않는다. 인간만이 먹이를 잡아 이동해서 부족과 같이 나누어 먹는다. 적과 동침은 해도 식사는 하지 않는다. 손으로 먹이를 잡고, 손으로 잡은 것을 동료에게 준다. 다큐멘터리 아마존의 눈물” 4부작을 보면, 원주민이 원숭이 1마리를 어렵게 잡아서 마을에 가지고 오면 조그만 고기를 뜯어서 분배하는데 1시간이 걸린다. 모두 다 나누어 준다. 언어보다 더 중요한 인간 문화의 형성원인이다. 군대에서도 고참이 구타는 해도 밤에 라면 끓이면 신병과 나누어 먹는다. 인간은 다른 것은 괄시해도 막는 것은 괄시하지 않는다. 식사가 인간문화의 기초이다. 잡은 먹이를 분배하는 과정이 인간문화이다. 징기스칸 성공의 비밀은 전리품을 공평하게 나눈 것이다.

 

2억년 동안 턱의 출현, 목의 출현, 인간이 먹는다는 행위에서 진화생물학 주류가 바뀌는 이야기가 최근 나오기 시작하였다. 이기적유전자가 메인이 아닐 수 있다. 인간의 문화 전체를 놓고 보면 이기적이지 않은 것이 인간의 본성인 것 같다는 쪽으로 학계의 주류가 움직이고 있다.

 

최근 프레임이 바뀌고 있다. 그래서 예전이 낯설어진다. 몇 년전만해도 턱이 생물분류에 중요하다는 생각을 못했다. 턱이 중요하다면 먹는 행위가 중요해진다.

 

공부에 권하고 싶은 방법은 방대한 자료를 모으는 것이다. 처음엔 별 거 아닌 것 같아도 나중엔 유리해진다. 창의성도 자료를 모으는 것에서 나온다. 핵심만 강의해 달라는 요청이 있는데 나는 여전히 방대한 자료에 방점을 두고 강의하고 싶다.

 

영장류도 자아를 인식한다고 하는데 동영상을 보면 거울 속 자기 모습을 보고는 적을 만났을 때 행동을 한다. 팔과 다리의 행동도 구분이 안된다.

 

인간만이 안정적으로 걸을 수 있는 유일한 종이다. 침팬지는 서서 걸을 때 좌우로 심하게 흔들려서 에너지가 인간의 4배가 소모된다. 그래서 너클보행을 한다. 인간은 걸음이 안정되도록 골반이 변형되었다. <우리 몸 연대기>에서는 인간은 장거리 보행에 특화된 종이라고 하였다. 인간의 최대속도는 시속30km이다. 사자는 시속 70km이다. 단거리에서는 잡아 먹힌다. 그러나 사자는 10분이상 못 달린다. 인간의 장점은 단거리가 아니다.

 

침팬지의 열매 따 먹는 범위가 2-3km이다. 동네 한바퀴 정도이다. 수렵채집 인간은 8-12km를 가서 먹이를 찾아 온다. 인간의 특출함은 장거리를 걷는 것이다. 몸이 흔들리면 안되니 골반이 확장되었다. 척추 곡률이 경추와 요추에 2개가 생겨서 s자를 만든다. 여자는 임신을 하니 요추 5개의 쇄기형태가 남자보다 1개가 많은 3개이다. 미묘한 변화가 모여 적응형질이 크게 바뀌었다.

 

<얼굴은 인간을 어떻게 진화시켰는가>를 요약하겠다.

 

두개동물에서 악구류, 견치류(키노돈트)를 거쳐 단공류(바늘두더쥐, 오리너구리), 유대류, 태반류가 나온다. 태반류는 육식류, 영장류, 설치류로 나뉘는데, 팔레오세에 영장류가 출현한다. 진원류에서 나온 대형유인원은 주둥이가 축소되고 과일섭취를 먹이의 70% 하면서 치열이 변화되어 앞니 2개가 과일섭취에 최적화된다.

 

대형유인원의 세가지 중요한 변화는 첫째, 안와수렴이 되어 입체시각을 가지는데, 밀림에서 생활하면서 스윙을 하므로 나무에 부딪히면 안되기에 거리감을 정확하게 갖게 된다. 둘째는 삼원색을 보게 된다. 과일을 구분하는 것과 관련이 있으며, 최근 진화된 형질이기에 아직도 인간에게는 색맹이 있다. 세번째는 안와공벽이다. 안와에 뼈가 생긴 것인데, 근육이 부착되어 눈동자를 돌리고 시선을 고정할 수 있다. 포유동물은 일반적으로 후각중심이라 주둥이를 갖는데, 영장류에 와서 시각중심이 되고 얼굴을 갖는다.

 

<우리 몸 연대기>를 요약하겠다. 저자 리버만은 인간 두개골 전문가이고 언어학자이다.

 

인간이 침팬지에 비해 장골이 짧고 옆으로 펼쳐진 것은 직립보행을 위해서이다. 침팬지의 걷기는 인간보다 4배 에너지가 든다. 침팬지는 하루 2-3km를 걷지만 인간은 8-12km 만보를 걸을 수 있다. 초기 호미닌인 오스트랄로피테쿠스는 달리기 속도가 침팬지나 고릴라의 절반이었다. 침팬지는 깨어있는 시간 절반을 과일이나 풀을 씹는데 쓴다. 식량 75%가 과일이다. 인간은 요리와 가공식품 이전에는 이빨을 잃는 것은 수명에 치명적이었다. 오스트랄로피테쿠스는 초식인데 엄지손톱만한 어금니는 삼융기치이다.

 

밀림에서는 과일이 주식이다. 지금도 침팬지는 밀림에서 산다. 초기 영장류 단백질은 곤충이다. 지금도 호주 에버리진은 1시간 땅파서 애벌레 잡아서 먹는다. 밀림이 사바나로 변형되면서 과일이 드문 초지가 되자 먹이를 찾아서 걷기 시작하였다. 초지에서 먹을 수 있는 것은 덩이뿌리이다. 지금도 남미의 주식은 돼지감자인 카사바이다. 한참 걸어가야 찾을 수 있다. 수렵이 10%, 채집이 90%인 삶이며 장거리 보행을 해야 한다. 장거리 보행을 위해 유연한 허리, 큰 무릎, 발바닥아치가 발달하였다. 인간은 특이한 유인원으로 나무에서 시간을 보내지 않고, 많이 걷고, 과일만 먹지 않고 풀뿌리를 먹는다.

 

250만년전부터 대빙하기를 맞는다. 인간은 불로 빙하기를 극복하였다. 불은 번개, 자연의 불에서 얻었다. 불씨를 항상 유지하는 것이 중요했다. 그래서 100년전만해도 아궁이에 불씨 꺼트리면 며느리가 쫓겨났다. 불의 핵심은 요리이다. 익혀서 먹는다. 식물뿌리가 단단하고 고기는 질기기 때문이다. 생체에너지의 1/3은 먹고 소화하는데 쓰인다. 요리과정이 식사의 핵심이다. 모여서 먹게된다. 지금도 마을의 굴뚝에서 연기나는 것이 인간 향수의 근원이다. 요리때 나는 도마소리도 그러하다. 춥고 배고픈 빙하기 시절을 극복한 것이 불의 사용과 요리이다. 250만년전부터 시작된 식사행위가 문화를 만들고 20만년전 언어와 결합하였다. 코로나에도 회식욕구 참기 어렵다. 목숨걸고 회식하는 사람들이 있다. 대뇌신피질은 호모 에렉투스부터 2배 증가하여 1000cc가 된다. 침팬지와 같은 350cc에서 400cc를 거쳐 1000cc로 위대한 점프가 일어나는데, 불의 사용과 요리 덕분이다. 법정스님은 <식사대사>라는 수필에서 밥 먹는 일이 큰 일이라고 하였다.

 

식사는 시간과 장소가 고정된다. 고정되므로 문화가 될 수 있다. 징기스칸은 어린 시절 장남이 되어 식솔을 먹여 살려야 하는데, 동생이 배고픔에 마지막 남은 고기를 나누어 먹지 않고 혼자서 먹자 동생을 죽인다. 너무 한다고 생각했는데 지금은 이해할 수 있다. 인간의 원초적 불문율을 건드린 것이다. 도저히 용서할 수 없었을 것이다. 에스키모 이글루에 노모와 5가족이 사는데, 사냥 못해 굶으면 노모가 밤에 나와서 빙원에 홀로가서 스스로 얼어 죽는다 입 하나 덜기 위해서다. 이런 시절을 200만년 보낸 종족이 인간이다. 인간이 빙하기 200만년을 살아남은 것에 주목하여야 한다.

 

식사행위는 인간밖에 못한다. 음식을 나누어 먹는다는 것이 이기적유전자 극복하고 이타적 인간으로 바뀌는 과정이다. 인간은 본질적으로 이타적 동물이다. 침팬지에게 바나나를 충분히 주어도 나누어 먹지 않는다. 인간은 어린아이도 먹을 것이 많으면 옆에 나누어준다. 본성적이다. 250만년동안의 식사문화에서 온 것이다. 인간에게 남은 희망일 수 있다.

 

사피엔스와 네안데르탈인은 20만년전-3만년전까지 같이 살았다. 빙하기에 순록 사냥을 해야 하는데 잡기가 쉽지 않다. 이때 사피엔스는 진화압력을 받아 상징을 쓰게 된다. 그래서 사슴뼈에 스크레치를 내서 달력을 만들어 절벽 사이에 순록이 지나가는 시기를 예측하고, 골짜기에 돌을 굴려 순록을 대량으로 잡았다. 골짜기에 순록뼈가 대량으로 발굴된 사실로 확인된다. 그러나 네안데르탈인은 상징을 쓰지 못해 계획사냥을 하지 못하였다. 네안데르탈인은 목걸이를 만들지 못했는데, 목걸이는 데코레이션으로 상징이다. 타인을 의식하는 사회지능을 출현시킨다. 결국 네안데르탈인은 빙하기의 벽을 넘지 못하고 멸종된다.

 

수렵, 채집 활동을 하면서 협력하고, 식량을 가공하는 요리를 하면서 모여서 함께 식사행위를 하면서 문화가 만들어지고 언어가 출현한다. 식량을 공유하면서 가족단위를 넘어 부족에서 국가로 확대된다. 국가는 관료시스템으로 식량을 배분한다. 이제 또 다른 기후변화에 대응하여 사피엔스가 우주로 나가려면 전 인류가 힘을 합쳐야 한다.

 

1/3은 턱, 1/3은 목, 1/3은 오훼골 이야기이다. 견갑골-오훼골-복장뼈가 연결되어 있다. 오훼골은 상완의 이두박근 부착지이다. 목이 없어지면 턱이 가슴에 붙는다. 물고기는 오훼골과 턱이 붙어서 하악오훼골로 통뼈이다. 인간에게는 오훼골이 줄어들어 조그마한 돌기로 바뀐다. 원더풀이다. 그래서 견갑골이 자유롭게 되었다. 견갑골은 공중에 떠 있게 되어 팔뼈의 하나처럼 자유롭게 움직인다. 인간은 흉곽과 어깨뼈가 분리되어 완전 독립적으로 움직이는 동물이다. 인간의 팔의 자유로움으로 도구를 만들고 글자를 쓴다.

 

사하라 사막이 형성된 것은 5천년 전이다. 지중해 마르는데 1천년 밖에 안걸린다. 기후는 단기간에 바뀔 수 있다. 발등에 떨어진 불이다.

 

포유동물 선조는 수궁류인 키노돈트이다. 크기는 지금의 개만한데, 중생대 공룡과 밤의 생태계에서 공존하려고 크기가 10cm로 줄어들고 쥐만해진다. 그래서 알도 작아진다. 그러니 난황이 줄어들어 발생에 충분한 에너지 공급이 안되므로 태속으로 알이 들어가게 되어 태반류가 탄생한다. 공룡은 몸의 크기를 증대하였고, 포유류는 몸의 형질을 변형하였다. 삼융기치, 망치뼈와 모루뼈를 출현시키고 파충류도 갖고 있던 등자뼈와 함께 미세한 소리를 감지하도록 발달된다. 밤에 곤충을 잡아야 하니 청각중심의 진화가 일어난 것이다. 중생대 말에는 다시 몸집이 커져서 낮으로 진출하여 어린 공룡을 잡아 먹기도 한다. 공룡이 멸종하고 신생대는 포유류가 장악을 한다.

 

인간은 식사로 진화한 종이다. 인간은 이타적 종으로 진화할 것이라는 희망적 메시지이다.