지구와 인간, 어떻게 거대 우주에서 특별한 존재가 되었나

[주철현의 커넥션](13) 가이아-생명 물질의 기원

이전 칼럼에서는 생태계의 시간을 거슬러 태고의 생태계인 RNA 세상에 대해 알아보았다. 이번 칼럼에서는 시간의 역사를 더 거슬러 올라가 생명을 구성하는 물질의 기원을 알아볼 것이다. 그리고 이를 통해 우리가 살아가는 지구 생태계가 이 우주에서 얼마나 특별한 시간과 공간에 존재하는지 생각해보자.

주전자에서 끓는 물 분자의 상호작용을 연구한다고 하자. 그럼 주전자는 경계, 주전자 내부는 계, 주전자 외부는 외계가 된다. 그리고 경계의 특성에 따라 열린계, 닫힌계, 고립계로 분류된다. 경계에서 내부와 외부의 물질과 에너지가 교환 가능하면 열린계, 에너지만 교환 가능하면 닫힌계, 모두 교환이 불가능하면 고립계다. 예로 든 주전자는 열에너지가 들어오고 수증기가 빠져나가는 열린계다. 극성으로 일어나는 또 하나의 흥미로운 현상은 뜨거운 물이 차가운 물보다 빨리 어는 현상이다. 이는 물의 극성 때문에 얼음으로 질서 정연하게 결정화되기 위해서는 에너지가 많이 필요한 것을 의미한다. 반대로 물이 수증기로 기화되기 위해서도 많은 에너지가 필요하다. 물을 가열하면 99도까지는 조용하다 100도가 되면서 갑자기 끓기 시작한다. 극성을 가진 물 분자 사이의 끌어당기는 힘이 강해서 나타나는 현상이다. 많은 열에너지를 품을 수 있는 액체 상태의 물은 지구의 수냉 시스템으로 작동하고 있다. 국지적으로는 낮과 밤의 온도 차이를 줄여준다. 사막의 낮과 밤 기온 차이가 심한 이유는 주변에 물이 없기 때문이다. 지구적으로는 해류라는 현상을 통해 적도에서 흡수된 많은 열을 추운 극지방으로 날라주어 기온의 차이를 줄여준다. 이 덕분에 온도 변화에 민감한 단백질로 구성된 생물들이 지구 표면에 넓게 분포될 수 있는 것이다.

우리가 관찰 가능한 경계의 바깥은 과학이 아닌 추상적 관념의 대상이다. 우리 인류의 과학 지식은 관찰 가능한 우주를 측정한 데이터를 기반으로 쌓아 올린 것이다. 따라서 일반적으로 과학자가 우주라는 단어를 사용할 때는, “관찰 가능한”이라는 개념이 생략된 것으로 봐도 무방하다. 요즘 MZ 세대나 이전의 X 세대처럼, 세대의 개념을 사용해 별을 분류할 수 있다. 빅뱅 직후 처음 등장한 별들은 1세대이며, 초신성 진화를 통해 새롭게 태어난 별은 2세대로 분류가 된다. 하지만 모든 별이 초신성이 되는 것은 아니고 쓸쓸히 식어가며 죽는 별도 있다. 또한 별은 크기에 따라 수명에도 큰 차이가 나기 때문에, 현재 우주에는 1세대에서 3세대의 별들이 모두 존재한다. 빅뱅 이론에 의해 가장 오래된 별은 137억살 정도의 1세대일 것인데, 현재까지 발견된 최고령 1세대의 별은 135억살이다. 최근 활동을 시작한 제임스웹우주 망원경이 빅뱅에 더 가까운 순간에 탄생한 별을 찾아내는 것도 흥미진진한 관심거리다.

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