‘모나리자’를 그린 이유

• ‘모나리자’를 그린 이유

아주 오래 전에는 지구를 생물이라고 생각하는 사람이 많았다. 레오나르도 다빈치도 그중 한 사람이었다. 레오나르도 다빈치가 ‘모나리자’를 그린 이유 중 하나는, 지구와 인간이 닮았다는 것을 보여주기 위해서였다.
‘모나리자’ 그림에는 여성과 지구(의 일부)가 그려져 있다. 여성의 굽이치는 머리카락 뒤로는 굽이치는 강물이 흐르고 있다. 일부러 양자를 대비시켜 그렸다고, 레오나르도가 그의 노트에서 직접 밝히고 있다. 인간과 지구라는 두 생물을 한 장의 그림 속에 넣은 것이다.
• 지구에도 혈관이 있다?
당시에는 지구가 생물이라는 생각이 보편적이었다. 레오나르도는 지구가 생물이라는 증거를 찾기 시작했다. 먼저 가장 친숙한 생물인 인간에 대해 생각했다. 인간의 머리에는 혈액이 흐르고 있는데, 생각해 보면 이건 정말 신기한 일이다. 본디 액체라는 것은 위에서 아래로 흐르기 마련인데, 버젓이 위쪽에 혈액이라는 액체가 있는 것이다. 이는 즉 혈액이 아래에서 위로 상승한다는 것을 의미하고, 이는 곧 생물의 특성이라고 할 수 있다. 지구도 생물이라면 같은 원리로 작용할 것이다. 지구에서 인간의 혈액에 해당하는 것은 물이다. 지구 내부, 즉 지하에 혈관 같은 것이 있어 그 속에 물이 흐르고 있고, 산 속에도 혈관이 있어, 그 속에서 물이 상승하여 산꼭대기에도 물이 있다. 레오나르도는 이런 생각들을 했던 것이다. 

레오나르도에게는 두 가지 소망이 있었다. 하나는 지구가 생물이라는 증거를 찾는 것, 또 하나는 메커니즘을 생각해 내는 것. 하지만 아쉽게도 레오나르도의 소망은 둘 다 이루어지지 않았다. 지구 지하에 혈관을 찾을 수도 없었고, 물을 상승시켜 산꼭대기에서 물을 내뿜는 메커니즘도 생각하지 못했다.

하지만 레오나르도는 포기하지 않았다. 인간의 혈액에 해당하는 것이 지구의 물이라면, 뼈에 해당하는 것은 암석일 것이다. 그래서 암석에 대해 연구하기 시작했다. 

당시에는 인간도 지구도 네 가지 원소로 이루어져 있다는 주장이 있었다. 암석, 물, 공기, 불이 그것이다. 인간은 원소들을 순환시켜 살고 있고, 지구도 생물이라면 이러한 원소들을 순환시킬 것이다. 암석이 상승하는 것을 보여주면 지구가 생물이라는 증거가 될 것이다. 이렇게 하여 레오나르도는 암석이 상승하는 증거와 메커니즘을 찾기 시작했다.

• 노아의 대홍수가 원인?
바다에 살던 조개 화석이 수천 미터 높이의 산에서 발견된 것에 대한 당시의 유력한 원인은 노아의 대홍수였다. 하지만 레오나르도는 이를 부인했다. 노아의 대홍수로 조개가 산 위까지 온 것이 아니라, 원래 그곳에 있던 조개였다는 것이다. 즉, 암석이 상승하여 바다가 산으로 변했다는 것이 레오나르도의 주장이었다.

• 암석이 상승하는 메커니즘
그렇다면 레오나르도의 두 가지 소망 중 암석이 상승하는 메커니즘은 찾은 것일까? 지구 내부는 암석으로 되어 있지만, 그 틈새에는 물이 흐르고 있다. 물에 의해 조금씩 암석이 깎여 지구 내부에는 공간이 생긴다. 이렇게 공간이 점점 커지면서 붕괴하게 되고, 이곳에는 다른 곳과 균형을 맞추기 위해, 땅이 융기하여 산이 만들어 진다. 그러나 이것만으로는 지면이 융기하는 메커니즘에 대해 구체적으로 설명하기는 힘들다.

• 왜 지구를 생물이라고 생각했을까?
레오나르도는 생물(구체적으로는 인간)과 지구가 굉장히 비슷하다고 느꼈다. 앞서 말했듯 생물의 혈액과 뼈는 지구의 물과 암석에 해당된다고 생각했다. 이 외에도 생물의 폐는 호흡에 따라 팽창과 수축을 반복하는데, 지구의 바다도 밀물과 썰물로 수축과 팽창을 반복한다고 생각했다. 

제2장 오징어 다리는 10개?

• 과학은 커다란 강물처럼
생물학이란 생물과 관련된 것을 과학적으로 조사하는 것이다. ‘과학적’이라는 용어는 ‘객관적이고 흔들리지 않는’, ‘답이 하나로 귀결되는’과 같은 이미지가 강하다 

그러나 과학에서는 결코 백퍼센트 정확한 결과를 얻을 수 없다. 커다란 강물처럼 좌우로 이리저리 굽이치면서 세상의 진리라는 것에 서서히 다가간다. 하지만 그렇더라도 과학이 진리에 도달하는 일은 없다. 

과학은 완벽하게 정확하지는 않지만 오랜 역사 속에서 나름대로 성공을 이루어왔다. 그렇다면 과학이 백퍼센트 정확한 결과를 얻을 수 없는 이유는 무엇인가?

• 백퍼센트 정확한 연역
과학에서 중요한 것은 추론이다. 추론이란 다음 예시와 같이 근거와 결론을 포함한다.

-근거: 오징어는 다리가 10개다.-근거: 갑오징어는 오징어다.

-결론: 따라서 갑오징어의 다리는 10개다.
추론에는 연역과 추측이라는 두 종류가 있다. 연역에서는 백퍼센트 정확한 결론을 얻을 수 있지만, 추측으로는 백퍼센트 정확한 결론을 얻을 수 없다. 그러나 과학에서는 추측이 중요하다. 앞의 세 가지 주장으로 구성된 추론은 실은 연역이라 불리는 것이다. 연역은 백퍼센트 정확하다. 왜냐하면 두 가지 근거가 성립되면 반드시 결론이 도출되기 때문이다.

 
• 백퍼센트 정확하지 않은 과학
올바른 연역이라면 결론은 백퍼센트 옳다. 그러나 결론 자체가 근거 안에 포함되어 있어 아무리 연역을 반복해도 지식은 확장되지 않는다. 한편, 추측은 백퍼센트 정확하다고는 할 수 없으나, 결론이 근거 속에 포함되어 있지 않기 때문에 추측을 하면 지식은 확장된다. 
예를 들어 ‘연못에 빠졌다’라는 근거에서 ‘옷이 젖었다’라는 결론을 내리는 것이 연역이다. 연못에 빠지면, 반드시 옷이 젖기 때문이다. 즉, 연못에 빠졌다는 사실과 옷이 젖었다는 사실을 동시에 알게 되었다. 
한편, ‘옷이 젖었다’는 근거에서 ‘연못에 빠졌다’라는 결론을 내는 것은 추측이다. 옷이 젖어있다고 해서 연못에 빠졌다고 단정할 수는 없기 때문이다. 비를 맞았을지도 모른다. 이렇게 추측을 하면 지식은 확장된다.
과학은 반드시 어떠한 형태로든 이 ‘추측’을 사용한다. 그리고 이 추측에 따라 가설을 세운다. 그러고 나서 이 가설을 관찰이나 실험에 의해 검증한다. 

제3장 생물을 싸고 있는 것
• 생물이란 무엇인가?
사실 ‘생물이란 무엇인가?’란 물음에 답하기란 굉장히 어렵다. 지식이 확장되면 정의는 변하기 때문이다. 현재 우리가 알고 있는 생물은 지구상에 존재하는 게 고작이다. 그러나 미래에 지구 외 다른 생명체가 발견되면, 지식은 확장되어 생물이란 무엇인가에 대한 답도 달라질 것이다.
이 책에서는 현재 지식 상태에서 생물이란 무엇인지 생각해 본다. 그럼 현재 지식이 말하는 생물이란 무엇인가? 많은 생물학자가 인정하는 생물이란 이하 세 가지 조건을 충족하는 것을 말한다.
1) 외부와 막으로 분리되어 있다. 2) 대사 작용을 한다. 3) 자가 복제를 한다.
• 어떤 막이 좋을까?
모든 생물은 세포로 이루어져 있다. 그리고 모든 세포는 세포막에 싸여 있다. 우리 세포는 세포막 외에, 핵을 감싸는 핵막, 골지체막, 미토콘드리아막 등 여러 가지 막이 있고, 이 막들을 생체막이라 부르기도 한다[그림 3-1]. 
그럼 생물은 어째서 막이 있어야 할까? 내부를 이상적인 환경으로 유지하여, 생물의 조건인 대사 작용과 복제를 원활히 할 수 있도록 하기 위해서다.
먼 옛날 생물은 바다에서 태어났다고 한다. 그 물속을 떠돌아다니는 생물이 외부의 물질로부터 자신을 보호하기 위해 소수성(물을 튕겨내는 성질)인 지질로는 막을 만들고, 물속에서도 지낼 수 있도록 그 양쪽을 친수성(물에 친해지기 쉬운 성질)인 인으로는 코팅을 하게 된 것이다. 

• 세포막에는 문이 있다
세포는 살아 있다. 살아 있는 이상, 세포 속의 환경을 일정하게 유지하지 않으면 안 된다. 바깥 세계가 변화할 때마다 세포 내부도 똑같이 변화한다면 아마 살아갈 수 없을 것이다. 즉, 세포는 집과 같다. 비나 눈이 오면 문을 닫아야 할 것이다. 그러나 쓰레기를 버리는 등 필요할 때는 문을 열어야 한다. 세포도 이와 같다. 세포는 자신을 보호하기 위해서 두꺼운 인지질 이중층에 싸여 있다. 세포막의 지질층은 외부로부터의 출입을 막는다. 그리고 세포막 군데군데에는 외부와의 통로인 막 단백질 이온 통로가 있는데, 세포는 이 이온 통로를 통해서 외부로부터 영양분을 흡수하고 에너지 공장인 미토콘드리아에서 ATP(아데노신 3인산)를 만들어 에너지원으로 사용하며, 이온 통로를 열고 닫으면서 세포의 항상성을 유지한다.

• 세포막은 수십억 년 동안이나 진화하지 않았다
생물은 여러 환경에 살고 있으므로, 그 환경에 적응하기 위해 세포막이 다양하게 진화할 법도 한데, 지구상의 거의 모든 생물의 막은 여전히 인지질 이중층 구조이다. 
그러나 생물을 외부와 구분하면서도 물질의 출입도 가능하게 하는, 말하자면 문처럼 닫히고 열리게 하는 것에는 인지질 이중층 구조가 생존에 가장 적합하기 때문에 진화하지 않은 것이다.