‘가이아’: 살아있는 생명체로서의 지구 GAIA: A New Look at Life on Earth

‘가이아 GAIA’는 ‘대지의 여신 (The Earth of Goddess)’을 의미하는 그리스 어원에서 유래된 명칭으로 ‘지구(Earth)’를 상징한다. 요즘 한국에서 인기를 얻고 있는 맥주 이름 ‘테라(Terra, ‘지구’를 의미하는 라틴어)’와 같은 의미이다.

한국에는 오래 전부터 육지 속 험난한 산 속에는 호랑이 등 위협적인 동물로부터 인간을 보호하는 산신령이 있다고 믿어왔다. 배 건조 기술이 오늘날처럼 발달하지 않은 산업화 이전 시대에는 오직 바람의 힘과 인간의 노젓는 행동으로만 항해를 했던 시절이 있었다. 한국인들은 오랜 시절에 풍랑을 조절하고, 태풍을 잠재우는 능력을 가진 용왕신을 믿었다. (*심청전의 심청이가 거액의 곡물을 받고 인당수에 뛰어든 것도 거대한 풍랑을 일으킨다고 믿는 용왕님의 분노를 잠재우고 싶어하는 인간의 욕망을 표출한 스토리이다)

제임스 러브록의 가이아 이론은 마치 한국인이 믿고 있던 산신령과, 용왕님, 그리고 옥황상제의 개념과 상호 관계를 현대에 맞게 지구와 해양, 그리고 하늘의 대기 운동과의 과학적 역학관계로 설명하고 있다. 물론, 저자는 그 동안 과학자들이 실행해 놓은 다양한 증거와 사례를 인용하여 ‘지구는 스스로 움직이고 있음을 생생하게 설명’한다.

지구는 독특한 행성이다. 태양으로부터의 적당한 거리, 생물체가 존재하기 위한 대기의 화학적 조성 등이 완벽하게 구현된 행성이다.

제임스 러브록 James Lovelock 서적들

• 1979년 <가이아: 지구 생물에 대한 새로운 관점 Gaia: A New Look at Life on Earth>
• 1988년 <가이아의 시대 The Ages of Gaia: A Biography of Our Living Earth>
• 1999년 <가이야: 지구의 체온과 맥박을 체크하라 Gaia: The Practical Science of Planetary Medicine>
• 2001년 <가이아에 충성하는 한 독립적인 과학자의 일생 Homage to GAIA: The Life of an Independent Scientist>

서론

‘가이아 이론’은 지구를 ‘살아있는 하나의 커다란 유기체’로 본다. 바닷물의 염도나 대기 속 유독한 기체들의 농도가 몇 십억 년간 큰 변동없이 생명체의 생존에 적합한 수준으로 유지될 수 있었던 것은 토양, 해양, 대기, 생물권 등 자신이 가진 모든 요소들을 적절히 조절하는 지구의 자가조정 능력 덕분이다.

즉, 가이아 이론은 지구를 외부적 위협에 무력하고 수동적인 존재가 아니라, 물리.화학적 환경을 활발하게 변화시키는 적극적이고 능동적인 존재라고 주장한다.

가이아 이론은 제창 당시(1979년)에는 가설이었지만, 지난 50년간 지구의 역사와 자연을 탐구하는 거의 모든 학분 분야에서 연구 검토됨으로써 현재는 ‘이론’으로서의 지위를 획득했다.

가이아 이론은 인류가 지구를 바라보는 관점을 바꾼 (*패러다임 전환) 급진적인 논리였다. 지금 인류가 ‘지구를 하나의 생명체로 간주’하는 관점에 익숙한 것도 ‘가이아’ 이론 덕분이다.

가이아 (개정증보판)-살아 있는 생명체로서의 지구 (알라딘 Aladin)

지구는 산소 농도 21%를 스스로 유지하기 위해 자연적으로 노력하고 있다. 지구 산소농도가 25%를 넘어가면 나무들은 결코 숲을 이루지 못하고 미처 자라기도 전에 모조리 타버리는 운명에 처하게 된다. 높은 산소 농도는 불쏘시게 역할을 가속화한다.

A. J. P. Martin은 ‘가스 크레마토그래피’ Gas Chromatography 의 분석 기술을 개발하였다. 저자는 이 기술을 더해 ‘전자 포획 검출기’ electron capture detector를 개발했다.

이 기술로 인해 남극의 펭귄부터 여성의 모유 수유까지 농약의 잔유물을 검출할 수 있게 되었다. 또한, 연구결과 농약이 지구 구석구석의 모든 생물들에 축적되어 있다는 사실을 밝혔다. 토양오염의 실태를 폭로한 레이첼 카슨의 책 <침묵의 봄>도 이 장치와 연구결과 덕분에 쓸 수 있는 계기가 되었다.

Silent Spring is an environmental science book by Rachel Carson.^[1] Published on September 27, 1962, the book documented the environmental harm caused by the indiscriminate use of pesticides.

Source: Wikipedia.org

태초에는

“산소나 암모니아와 같은 공기 중의 기체들은 언제나 적당한 수준으로 유지되고 있다. 만약 이런 수준에서 약간만 벗어나더라도 생물들에게 치명적인 결과를 낳게 된다. 지구의 기후의 화학적 속성은 현재에도, 그리고 과거의 전 역사를 통하여 언제나 생물들의 생존에 적합하도록 되어 있었다. ”

가이아 GAIA는 이 지구상의 모든 생물들이 살기 적합한 물리. 화학적 환경을 조성할 수 있도록 (스스로) 피드백 장치나 사이버네틱 시스템을 구성하는 거대한 총합체라고 할 수 있다. 능동적 조절에 의한 비교적 균일한 상태의 유지라는 것은 ‘항상성 homeostasis’ 이란 단어로 표현할 수 있다.

행성 표면에서 외계로 태양빛이 반사되는 비율을 ‘알베도 albedo’ 라고 한다. 지구는 유입하는 태양에너지의 45%를 외계로 반사한다.

열역학 2법칙은 생물의 낮은 엔트로피와 정교하고 역동적인 조직이 그 기능을 발휘하기 위해 낮은 수준의 폐기물과 에너지를 외부 환경으로 반드시 배출시켜야 한다는 것을 역설하고 있다.

가이아의 인식

19세기 말에 볼츠만 Blotzman 은 엔트로피에 대해 정의를 남겼다. 그는 엔트로피를 분자 분포의 확률을 나타내는 척도라고 했다. 만약 우리가 자연적으로 존재 불가능한 분자 집합체를 발견한다면 그것은 생물체이거나 생물체의 산물임이 분명한 것이다. 그리고 이게 지구 도처에서 발견된다면 우리가 가이아의 존재를 확인하는 것이 된다는 의미이다.

진실로 강인하고 신뢰할 만한 지구의 일꾼들은 바로 토양 속과 바다밑에서 생활하는 미생물들인데, 그들은 주위 환경이 불투명하기 때문에 상당한 양의 자외선 복사에도 자신을 보호할 수 있다. (103)

인간의 이익을 위하여 미생물의 유전자를 조작하는 일은 인류가 치즈와 포도주를 처음 만들기 시작한 이래 현재까지 꾸준히 있어온 일이다. 유전공학 기술을 응용하고 있는 모든 과학자들과 이렇게 하여 만들어진 생물체를 가꾸는 농부들이 모두 함께 인정하듯 ‘유전자 조작 Genetic Manipulation 이라는 것은 그 생물이 야생에서는 자랄 수 없게 만드는 직업이다.

사이버네틱스 Cybernetics

‘사이버네틱스’라는 용어는 ‘키잡이’를 의미하는 그리스어 ‘쿠버네티스 Kubernetes’란 단어에서 유래했는데, 살아 있는 생명체나 복잡한 기계에서 보이는 ‘자가규제 시스템 self-regulating system’에 대해 연구하는 학문 분야를 지칭한다. 이 용어는 미국인 수학자 ‘노버트 위너 Norbert Wiener’에 의해 처음 사용되었다.

우리는 산소가 풍부해야 생존할 수 있다고 잘못 알고 있다. 현재 대기권에 포함된 21%의 산소는 생물체의 생존을 가능케 하는 안전 농도의 최상한선이다. 우리가 호흡하는 대기 중의 공기는 질소가 78, 산소 21의 비율로 구성되어 있다.

현재의 대기 농도에서 1퍼센트씩 산소 농도가 증가될 때마다 번갯불에 의해 화재가 발생할 수 있는 가능성은 70%까지 상승할 수 있다. 레딩 대학의 앤드루 왓슨은 자연 산림에 유사한 환경 속에서 산소의 농도를 달리했을 때 화재가 발생할 수 있는 가능성을 실험을 통해 제시한 바 있다.

지구의 대기는 질소 농도 78%, 산소 농도 21% 비율을 항상 유지하고 있다. 인간이 숨쉬는데 필요한 공기가 있는 대류권은 지표면에서 위로 100미터 높이마다 기온은 1도가 낮아진다.

대류권 바로 위에 있는 성층권은 대류권과 반대로 위로 올라갈 수록 온도가 높아진다. 그 결과 차가운 기류가 상호 접하는 양쪽 경계면으로 인해 기류의 상승, 하강 작용이 없이 지구는 스스로 균형을 유지하고 있다. 그렇다면 지구가 오래 전부터 이 비율을 유지할 수 있는 원인은 과연 무엇일까?

저자는 지구에 생존하고 있는 각종 미생물과 녹색식물, 바다에 생종하는 각종 조류들에 의한 생물학적 조절 biological regulation 작용을 그 원인으로 제시하고 있다. (이 부문이 ‘가이아 이론 GAIA Theory’의 핵심이다)

대기 중 ‘암모니아’의 가장 중요한 기능은 주위 환경의 산도를 조절하는 것이 분명하다. 생물권에 의해 생산되는 빗물의 pH를 8정도에서 유지시켜 생물들의 생활에 적당하도록 유지하는데 결정적인 역할을 한다. 만약, 생물권이 암모니아를 생산하지 않는다면 세계 어디에서나 식초 농도에 가까운 pH3 정도의 강한 산성비가 내리게 된다.

해양

총체적으로 대양은 거대한 ‘기체 저장고’ 라고 할 수 있어서 우리가 호흡하는 공기의 조성을 통제하고 해양 생물들 – 지구상의 모든 생물군의 약 절반에 해당하는 – 에게는 안정적인 생활환경을 제공하는 등 생물권에 기여한다. 복잡한 상호작용 때문인지는 모르겠으나 인류는 아직까지도 바다가 어떻게 만들어졌는 지 정확히 알지 못한다는 점이다.

여기에 더해 수억 년이라는 오랜 기간 별다른 진화 과정을 거치지 않고 살아왔던 생물들을 현재의 시점에서 조사해 보면 바닷물의 염분 농도가 과거 그 어떤 경우에도 6%를 넘지 않았다는 것을 명백히 알 수 있다. 현재 바닷물의 염도는 3.4%이다.

바닷물 속의 염분의 농도가 6%를 넘어가면 극소수의 해양생물을 제외한 나머지 모든 해양 생물체는 세포 내의 수분이 빠져나가는 삼투압 현상을 견디지 못해 세포가 파괴되어 결국 모두 사망하게 된다.

소금 호수(염호)에 생존하는 극소수의 해양 생물 중 대표적인 ‘브라인슈림프 brine shrimp’는 삼투압에 견디기 위해 아주 단단한 각질의 껍대기를 가지고 있다. 마치 잠수함의 외피처럼 염분 이온(ion)은 물론, 물 분자도 통과시키지 않는다. 그 결과 (생존에 필요한) 체내 염도를 1% 내외로 유지시킬 수 있다.

바다의 화학, 물리학, 생물학 그리고 이들간의 상호작용의 매커니즘에 관한 지식을 쌓는 일은 우리 시대 인류가 가장 먼저 수행해야 할 사업이다. 지표면에서 육지가 차지하는 면적은 전체 면적의 3분의 1에도 미치지 못한다.

어쩌면 지구 생물권이 이제까지의 극심한 농경지 개간과 가축 사육에 의해 (공장 등에서 나오는 매연과 폐수 등으로 인해) 야기된 심각한 환경 변화에 굴복하지 않고 버텨올 수 있었던 것도 이런 이유 때문인지도 모른다.

그렇지만 우리는 바다, 특히 대륙붕의 풍요로운 지역을 육지와 마찬가지로 처분해도 괜찮다고 생각해서는 결코 안된다. 그 지역을 훼손시키면 필경 커다란 재앙을 불러올 것이다.

사실상 우리 가운에 어느 누구도 지구에서 가장 생산성이 높은 이 지역(대륙붕을 포함한 연근해)들을 파괴시켰을 때 어떤 반대급부가 돌아올 것인지에 대해 잘 알지 못하고 있다.

2023년 7월 현재, 일본은 후쿠시마 원자력 발전소 폭발에 따른 핵 오염수를 태평양에 버릴려고 준비 중이다. 이제는 투명성과 공신력을 모두 상실한 국제원자력기구(IAEA)도 일본을 옹호하고 있다.

섬나라 일본은 인류가 공동으로 사용하는 대양 중 하나인 ‘태평양’에 핵 오염수를 마음대로 방류할 어떠한 권리도 가지고 있지 않다. 인류 공동체로서 절대로 해서는 안되는 반인류적 행동을 일본은 지금 뻔뻔하게 하려고 한다.

가이아와 인간

인간이 타락의 길로 들어선 것은 자연의 질서를 실험해 보고 또 간섭하고자 하는 인류의 무절제한 호기심과 끝없는 강박관념 때문이라고 설명하는 것이 보다 더 설득력을 갖는다.

생물종으로서의 인류는 기술의 발달, 산업을 통제할 수 있는 능력을 갖추면서 지구에서 주요 화학물질들의 순환 속도를 증가시켰다. 탄소의 순환 속도 증가 20%, 질소 순환속도 50%, 황의 순환 속도를 100% 증가시켰다.

갑상선의 기능은 우리 몸의 피 속에 포함되어 있는 극소량의 아이오딘을 모아서 그것을 호르몬으로 전환시키는 것인데, ‘티록신’이라고 불리는 이 호르몬은 물질대사를 조절하는 작용을 하다.

해조류인 다시마는 바다물에서 아이오딘 원소를 흡수하여 독성 물질인 아이오딘화메틸을 생산해 낸다. 아이오딘화메틸은 대기 중으로 방출되거나 바다물과 반응하여 안정화된다. 태양과 접촉한 아이오딘화 메틴은 몇 시간 만에 완전 분해되어 모든 생물체의 필수 요소인 아이오딘을 공기 중에 방출한다.

다시마류에 의해서 농축된 아이오딘이 이런저런 경로를 거쳐 바다에서 육지로 이동하여 우리와 같은 포유류들에게 다시 흡수된다는 사실은 경이롭기 그지 없다. 포유동물들은 재론의 여지없이 아이오딘이 결핍되면 생존이 불가능하다.

산소가 대기 중에 충분히 존재하기 위해서는 산소가 공급되는 양에 해당하는 탄소가 해저의 협기성 퇴적물층에 묻혀야만 한다. 탄소원자 하나가 묻힐 때마다 산소 분자 한 개씩이 공기 중에 남게 되는 것이다. 연근해와 인접한 대륙붕은 이런 의미에서 그 존재가 각별하다.

대륙붕과 더불어 지구 생태계에서 가장 ‘핵심적인 지역’은 북위 45도에서 남위 45도에 이르는 범위인데 이 지역의 열대성 삼림과 관목산림은 중요한 구성원이 된다.

늘어나는 인류의 머리 수를 위해 – 식량 확보를 위해 – 이 지역을 밀어버리고, 삼림을 불태우는 행위는 지구 대기권에 끼치는 영향이 도심 지역에서 발생하는 공해 수준을 뛰어 넘는다.

초원과 삼림의 화재는 매년 적어도 500만 톤의 염화메틸을 생산하는데, 이 양은 공업기술에 의해 생산되는 양보다 훨씬 많다.

개릿 하딘 Garrett Hardin 이 지적한 바와 같이 인구의 적정수는 지구가 먹여살릴 수 있는 최대의 인구가 아니라는 점을 명심하자. 더욱 솔직하게 말한다면 ‘지상에는 오직 한 종류의 오염이 있는데, 그것은 바로 인간 그 자체다’라고 할 수 있지 않을까?

가이아와의 공존

옥스퍼드 영어사전에는 ‘생태학’을 ‘생물들사이 또는 생물들과 주위 환경 사이의 관계를 연구하는 생물학의 한 분야’라고 정의하고 있다. ’인간 생태학‘은 ’인간과 환경 사이‘의 상호관계를 다루는 분야이다.

1970년대 르네 뒤보스 Rene Dubos는 인간의 존재를 지구 위의 모든 생명들을 돌보는 집사의 개념으로 강하게 표현했다. 게릿 하딘 Garret Hardin은 인간의 존재를 그 자신을 파멸로 이끄는 존재일 뿐 아니라, 세계의 나머지 부문들도 파멸로 이끄는 비극의 연출자로 간주했다. 그는 인류가 파멸의 늪에서 탈출할 수 있는 유일한 방법으로 특히, 원자력 관련 기술을 포기하는 것이라고 했다.

가이아의 가설이 본격적으로 모습을 갖추게 된 시기는 인류가 우주를 조망할 수 있게 된이후이다. 외계에서 바라 볼 때 지구는 전체가 하나의 조화로운 시스템이다.

인간의 다양한 활동으로 인하여 지구 스스로의 기후 조절 수단이 심각한 자연 조건의 변화를 야기하는 것이라면 우리는 그 결과로 범지구적인 냉각상태를 겸험하거나 아니면 혹독한 더위를 겪게 될 것이다. 어쩌면 이런 두 극단 사이에서 오르락내리락하는 상황을 경험하게 될지도 모른다.

옮김이 (홍욱희) 해제

가이아 이론을 반박하는 대표적인 과학자 중 한 명은 생화학자 Ford Doolittle. 그는 생물진화는 아무런 사전 계획이나 선견지명 없이 오직 자연선택에 의해서 진행되는 것이라고 주장한다. 한 명이 더 있다. Richard Dawkins 영국의 진화학자 중 한 명으로 가이아 이론을 강하게 비난하고 있다.

생물이 지구환경을 변화시키는 원동력으로 작용한다는 러브록의 주장은 지난 40억 년의 지구 역사를 해석하는데 있어서 생물은 생물대로, 무생물은 무생물대로 별개의 존재로 취급하는 ‘환원주의적 사고’에 종말을 고한다는 점에서 다른 논쟁의 소지를 제공했다.