과학, 인간의 신비를 재발견하다

과학, 인간의 신비를 재발견하다

제임스 르 파누 지음

시그마북스 / 2010년 2월 / 392쪽 / 18,000원



과학, 승리의 문턱에 서다



우리는 과학의 시대에 살고 있다. 수많은 발견과 기술혁신이 우리의 삶을 획기적으로 개선했다. 제2차 세계대전 후, 과학의 기념비적인 업적은 아주 잘 알려져 있다. 의학 분야의 경우, 항생제를 비롯한 수많은 약품, 심장 이식, 시험관 아기 등의 다양한 발전이 있었다. 전자공학 분야에선 이동전화, 인터넷 등이 발명되었고, 우주 탐험의 경우 1969년 아폴로 우주선의 달 착륙, 태양계 저편을 향한 보이저 Ⅰ, Ⅱ호의 긴 탐사여행 등이 이루어졌다. 그러나 과거 50년 동안 이룬 업적은 이것이 전부가 아니다. 수많은 업적들이 상호 통합되면서 유사이래 가장 놀랍고 유일한 지적인 성취를 이루어냈으며, 우리는 태초부터 지금까지의 우주 역사를 알 수 있는 '지성의 눈'을 갖게 되었다.

우리는 우주가 어떻게 존재하게 되었는지, 우주의 크기가 얼마인지, 무엇으로 구성되었는지, 지구가 어떻게 생성되었는지, 대륙과 바다가 어떻게 만들어지고, 생명체가 언제 출현했는지, 모든 생명체가 종을 재생산할 수 있는 '보편적인 암호'는 무엇인지, 최초 인류의 신체적인 특징은 어떠했는지, 그리고 어떤 혁명적인 변화를 거쳐 현생 인류로 발전했는지를 얼마 전까지만 해도 알 수 없었다. 그러나 이제 우리는 그것들에 대해 알고 있으며, '지성의 눈'으로 이런 역사적인 발전을 목격하고 있다. 지금까지의 지적 탐험을 돌이켜볼 때, 이 탐험이 앞으로도 좌절되지 않을 것이며, 결코 좌절될 리가 없다고 주장하는 것도 무리는 아닐 것이다.

혹자는 과학의 승리는 사실상 완성되었다고 생각할지도 모른다. 하지만 아직도 밝히지 못한 두 가지 중요한 부분이 있는데, 이는 우주에서 우리의 위치를 설명하는 진정한 '통일 이론'의 마지막 두 가지 장벽이다. 첫 번째는 모든 생명과 마찬가지로 우리 인간이 어떻게 한 세대에서 다음 세대로 그렇게 정확하게 자신을 재생산하여 물려줄 수 있는가 하는 문제이다. 우리 모두가 잘 아는 대로, 생식의 '지침'은 모든 세포의 핵 속에 두 가닥으로 꼬인 이중 나선형으로 길게 뻗은 유전체에 담겨 있다. 그러나 유전자는 어떻게 무한할 정도의 다양하고 아름다운 형태, 모양, 크기, 행태를 각 사람마다 다르게 부여할 수 있는가 하는 점이다. 두 번째 문제는 두뇌 활동, 특히 인간의 두뇌에 관한 것이다. 지난 100년간 신경학자들은 뇌의 몇 부분의 기능을 밝혔다. 그러나 수십억 개의 뇌신경의 자극이 어떻게 '변환'되어서 우리가 주변 세계의 모습과 소리를 인식하며, 생각과 감정과 수많은 개인적인 기억을 갖게 되는가? 하는 점은 여전히 의문으로 남는다. 이 두 가지 중대한 질문은 여전히 밝혀지지 않고 있다.

이중 나선형 유전자 The Double Helix

1953년 제임스 왓슨James Watson과 프랜시스 크릭Francis Crick이 발견한 이중 나선형 유전자는 21세기 과학에서 가장 알려진 이미지들 중 하나이다. 이 유전자는 세대를 거쳐 전달되고, 사람의 크기, 모양, 눈과 머리카락의 색깔, 그 밖의 인체를 구성하는 수천 가지의 신체 기관이나 부분을 결정한다. 이론상으로 볼 때, 적어도 15년 후면 유전자가 모두 해독될 것으로 보인다. '생명'의 유전 정보를 해독할 수 있다는 전망은 '가능성'이라는 판도라의 상자를 열었고, 생물학자들에게 유전자 변형 식물과 동물을 통해 과거에는 변경할 수 없었던 자연 법칙을 바꿀 수 있는 기회를 부여했다.

두뇌 Brain

한편, 인간의 두뇌의 비밀도 점차 드러나고 있었다. 두뇌의 물리적 형태도 이중 나선구조 유전자만큼이나 아주 잘 알려졌다. 그러나 시각, 청각, 운동감각 등을 담당하는 각 두뇌 영역에 대한 세부적인 내용은 어떤 의미에서 거의 알려져 있지 않았으며, 두뇌의 전기적인 자극이 외부 세계의 모습과 소리를 어떻게 전달하는지 그리고 어린 시절의 오래된 기억을 어떻게 다시 생각해낼 수 있는지에 대한 핵심적인 의문이 여전히 해명되지 않고 있다. 두개골 안에 들어 있는, 1.36kg에 불과한 부드러운 회색 물질이 어떻게 일평생의 경험을 저장할 수 있는가? 신 유전학의 경우와 마찬가지로, 그에 필적하는 일련의 기술혁신 덕분에 과학자들은 처음으로 살아있는 두뇌의 '작용'을 자세하게 조사할 수 있게 되었다.

이러한 신기술의 가능성을 인정한 미국 의회는 1989년 향후 10년간을 '두뇌의 시대 The Decade of the Brain'로 지정하였으며, 중요하고 새로운 수많은 발견들을 통해 '개인행동을 예측하고, 개조하고, 통재할 수 있는 정확하고 효과적인 수단'이 제공될 것이라고 기대했다. "문제는 두뇌의 신경구조를 파악할 수 있느냐 없느냐가 아니라 그 시기가 언제인가 하는 것이다"라고 신경학자인 안토니오 다마시오Antonio Damasio가 《사이언티픽 아메리칸Scientific American》 저널에 썼다. 그러나 1990년대 내내, 인간 유전체 프로젝트HGP와 '두뇌의 시대'는 이미 이루어진 지난 50년간의 놀라운 과학적인 성과를 완성할 것이라는 엄청난 낙관주의를 배신했다. 물론 21세기 초에서 이 두 프로젝트가 완료된다면 그것은 아주 중요한 사건임에 틀림없을 것이다. 밝혀진 것은 우리가 아무것도 모른다는 사실이었다.

인간의 발달, 두 개의 수수께끼



호모 사피엔스(사고할 수 있고, 논쟁하기를 좋아하고, 반성할 줄 알고, 창의적인 현생 인류)인 우리 자신의 기원이 기원전 3만5천 년쯤 유럽 서남부 지역에서 시작되었다는 점을 상당한 정확성을 갖고 말할 수 있다. 모든 인간 문명 중 최초의 문명, 그리고 가장 오래 지속된 문명이 지금의 프랑스 남부와 스페인 북부를 가르는 눈 덮인 피레네 산맥 근처에서 번성했다. 그 문명은 활달하고, 일관성이 있고, 통일성이 있는 문화였으며, 놀랍게도 2만5천 년 동안 세대를 거쳐 전달되었다.

호모 사피엔스 또는 '크로마뇽인'(이 이름은 1868년 처음으로 크로마뇽인의 유물이 처음 발견된 바위동굴 주거지인 크로마뇽, 즉 큰 구멍이라는 이름에서 따온 것이다.)은 우리 현생 인류의 첫 주자로 알려져 있는데 이전 인류와 무언가 다른 점이 있었다. 프랑스 서남부에 크로마뇽인이 도착한 후 기술 혁신 문화가 급격히 발전했고, 그 이후 인류의 특징으로 자리 잡은 예술적인 표현이 등장했다. 크로마뇽인은 자신의 이미지를 남겨 놓은 최초의 인류였다.

크로마뇽인은 두 가지 형태의 예술적인 유산을 남겼다. 첫째는 '들고 다닐 수 있는' 예술 형태로서 대부분 상아와 사슴뿔에 새긴 조각들이며, 둘째는 '들고 다닐 수 없는' 예술 형태로, 깊은 산중턱에 숨겨진 동굴 중앙의 벽이나 천장에 그린 엄청나게 거대한 프레스코화이다. 그들은 동굴 벽을 이용하여 '3차원의 현실을 2차원으로 표현하고, 움직임의 느낌을 살리는 문제'를 해결했다. 19세기의 고고학자들은 다른 무엇보다도 석기시대 동굴에서 살았던 원시인들이 인간의 지성을 이토록 놀랍게 표현할 수 있었을 것이라는 가능성에 매우 당혹스러워 했다. 인간이 그렇게 아득한 과거에 탁월한 예술적인 능력을 발휘할 수 있다고 상상하기는 어려운 것처럼 보인다. 그래서 마르퀴스 두 사우투올라Marquis de Sautola가 스페인 북부 알타미라의 동굴 벽화를 우연히 처음 발견했지만 어느 누구도 그를 믿지 않은 것이다.

요즘, 우리는 더 많은 것을 알고 있다. 최근 발견된 놀라운 인류의 첫 조상(화석화된 골격이 거의 완벽하게 보존된 상태로 발견된 '루시'와 '투르카나 소년')은 인간이 처음으로 발전하던 두 단계, 즉 인류의 조상은 직립하였으며, 두뇌의 용량이 엄청나게 확장되었음을 명확하게 보여준다. 크로마뇽인의 예술적 성취가 보여주는 '문화적 비약'은 인류 진화의 최고 단계를 결정짓는 인류의 독특한 세 번째 특성인 언어 능력을 갖게 되었음을 보여준다. 하지만 '신 유전학'과 '두뇌의 시대'의 연구 결과에 따르면, 지금도 진행되고 있는 인류 진화의 드라마는 과학에 회의적이었던 19세기 고고학자들이 느꼈던 것보다 오히려 과학자들에게 더 당혹스럽게 다가온다. 그것은 '인류 발달에 대한 수수께끼'이다.

'인간 발전'의 수수께끼 1 - 출발

루시와 루시의 종족들이 직립한 이유와 그에 따른 이점이 있었다는 것에 대하여 논리적이고 진화적인 근거가 존재한다. 우선, 잠재적인 포식자를 더 잘 볼 수 있고, 돌보아야 하는 아기를 안을 수 있고, 다윈이 말했듯이 "두 다리로 직립함으로써 원숭이와 비슷하게 생긴 선조들은 한쪽 팔로 과일을 움켜쥘 때 다른 팔로는 나뭇가지를 붙잡을 수 있다." 그러나 가장 간단한 해부학적 그림으로 인간과 영장류를 비교해 보면 직립이라는 새로운 이동방식이 엄청나게 어려운 형태임을 알 수 있는 것이다.

곧추선 루시의 골격은 별다른 지지대도 없이 막대기 위에 무거운 공(머리)을 놓고 균형을 맞추는 것과 같고, 이는 분명 중력의 법칙을 계속 거스르는 형태다. 그렇다면 루시는 어떻게 직립하게 되었을까? 주요한 해부학적 변화는 골반 구조인데, 엉덩이의 강력한 대둔근이 인간의 몸을 당겨서 곧추서게 만든다. 이러한 골반 구조의 변화와 그것을 안정화시키는 근육은 도미노 효과를 유발한다. 두개골은 이제 곧추선 인간의 골격과 일직선상에 위치해야 하며, 척추의 등뼈가 아래 부분으로 내려올수록 점차 넓어져야 한다. 특히 엄지발가락이 견고한 받침대 역할을 하려면 10여 차례의 해부학적 변이를 겪어야 한다. 또한 중력의 힘과 근육의 힘을 사용해 몸을 앞으로 이동시키는 관성의 힘까지를 생각하면 과히 어마어마한 변형이다.

또한, 보행을 위해 만들어진 짧은 팔과 긴 다리는 대칭과 조화를 보여준다. 레오나르도 다빈치는 유명한 〈비투르비안 인간 Vitruvian man〉의 이미지에서 이와 같은 숨겨진 기하학적 비율 법칙을 보여주었는데, 이 그림에서 키 높이로 벌린 두 팔은 가장 기본적인 도형(원과 사각형) 안에 포함된다. 미술사가인 케네스 클라크Kenneth Clark는 이렇게 말했다. "이 단순해 보이는 비율이 르네상스 시대 인간에게 가진 의미를 아무리 과장해도 부족할 것이다. 그것은 그들의 모든 철학의 토대였다."그들이 생각하는 것은 '인간은 만물의 척도'였다.

그러나 이것은 단지 명백하게 나타난 해부학적 변화에 지나지 않는다. 뼈와 근육의 상대적 위치를 감지하는 수백만 개의 감각기관이 제공하는 엄청난 피드백 정보를 처리하기 위해 신경체계 연결망과 이보다 더 정교한 순환체계가 없었다면 '루시'가 똑바로 선다는 것은 여전히 불가능했을 것이다. 그러나 한 가지의 신체 구조가 변하면 반드시 신체의 다른 많은 부분에 영향을 미치게 마련이다. 수백 개의 다른 뼈와 근육과 관절은 "서로 뗄 수 없을 정도로 긴밀하게 결합된 방식으로 형성되어 있고, 전체의 한 부분이라는 제한된 의미에서만 개별적인 존재일 뿐이다"라고 21세기 저명한 생물학자 다시 웬트워스 톰슨 D'Arcy Wenworth Tompson이 말한다.

'인간 발전'의 수수께끼 2 - 문명의 획기적인 발달과 언어의 기원

현생 인류의 등장에서 가장 두드러진 특징은 현생 인류가 갑작스럽고 완벽한 모습으로 지구상에 출현했다는 점이다. 현생 인류가 남긴 문화 유적의 아름다움과 독창성은 그러한 특징을 가장 잘 보여준다. 예를 들어, 쇼베 동굴 벽에 원근감 있게 묘사된 '사자 무리 벽화', 이 세상뿐만 아니라 '저 세상'까지도 자신을 치장하기 위한 구슬과 장신구들, 노래하고 춤추며 자연계의 경이를 축하하기 위한 맘모스의 뼈로 만든 드럼, 오일 램프, 작살, 투창 등이다. 간단히 말하자면, 현대 사회에서 발견되는 모든 특징(예술적, 기술적, 경제적, 종교적 특징)이 현생 인류에게 나타난다. 이러한 문화의 폭발적인 발달을 촉진했던 요인이 어떤 식으로든 언어와 관계되었을 것이라는 점에 대해 사람들은 일반적으로 동의한다.

최근까지의 일반적인 관점에 따르면, 이 놀라운 언어 능력은 특별한 설명이 따로 필요 없는 것으로 여겨졌고, 이런 관점은 단순한 구조에서 복잡한 구조로 전환되는 표준적 진화 법칙에서 쉽게 수용되었다. 언어는 의사소통의 진화된 형태로서 설명되며, 원칙적으로 다른 종들의 으르렁대는 소리와 차이가 없게 느껴졌다. 다윈은 『인간의 유래 The Descent of Man』에서 이렇게 말했다. "나는 다양한 자연의 소리에 대한 모방과 변형, 다른 동물들의 소리와 인간 자신의 본능적인 외침에서 언어가 기원했다는 점을 의심하지 않는다."그러나 1950년대의 유명한 언어학자 노암 촘스키Noam Chomsky는 "언어가 원시적인 의사소통 방법의 좀 더 정교해진 형태라는 이해방식에 도전하면서 어린아이의 지적 능력을 볼 때, 고도로 특수한 '언어 습득 장치'가 하드웨어적으로 인간의 두뇌에 장착되어 있다고 가정해야 한다"고 주장했다.

언어의 진화론적 기원에 대한 논쟁은 1980년대 후반까지 여전히 해결되지 않은 채 남아 있었다. 그 후 언어학과 신경과학은 겉으로 보이는 단순함 이면에 숨은 복잡성을 밝히고, 동시에 언어 능력에는 모든 두뇌 기능의 작용이 필요하다는 점을 주목하게 된다. 분명한 사실은 과거 수백만 년에 걸쳐 꾸준히 두뇌가 확장되었고, 아울러 더 높은 지적 특성, 특히 언어 능력의 기초가 된 신경세포 능력이 훨씬 향상되었으며, 기술혁신과 예술적인 표현 같은 급격한 문화적인 성장이 이루어졌다는 것이다. 언어가 두뇌에 부가된 어떤 장치가 아니라 두뇌의 엄청난 부분을 차지하며, 기억과 지능 같은 지성의 다른 특성이 크게 확장되는 것임을 알게 되면서 이 수수께끼는 더욱 당혹스러운 것이 되었다.

우리는 과학이 명확하게 드러난 것보다 더 많은 것을 안다고 말하는 것에 속아 넘어가는 이유를 알아야 한다. 우리가 분명하게 아는 것은 화학적 유전자의 단순성과 두뇌의 전기자극에서 나오는 풍성한 사고와 상상력이 자연계의 아름다움과 복잡성을 인식하는 힘을 찾아내게 해서, 언뜻 보기에 건널 수 없을 것 같은 두 개의 '실재(물질적 실재와 비물질적 실재)'사이의 간극을 탐구해야 한다는 사실이다.

과학의 한계 1: 비실재적인 우주



생명, 그 자체만큼 경이로 가득 찬 것은 없다. 가장 미미한 박테리아의 생명활동조차도 수천 개의 화학반응의 조화로 이루어진다는 것을 안다. 박테리아는 이런 활동을 통해 토양과 물에서 흡수한 영양소를 에너지와 원형물질로 만들어 성장하고, 자기를 재생산한다. 그러나 생명은 시간이 흐르면서 우리가 상상할 수 있는 모든 것 이상을 포괄할 만큼 엄청나게 다양한 모양과 형태, 특성, 성향을 갖게 되었다. 정말 얼마나 셀 수 없이 다양한가!

가장 위대한 과학자인 아이작 뉴턴Issac Newton은 '각 부분의 조화로운 질서'를 이해하려고 노력하는 과정에서 중력과 운동의 근본 법칙을 발견했다. 이 법칙은 보편적이고, 절대적이며, 영원하고, 막강하기 때문에 창조자의 지성을 엿볼 수 있게 해주는 것이라고 그는 말했다. 뉴턴은 자신이 가장 성취하고 싶은 것은 웅장한 세계의 작은 부분의 작용을 설명하는 것이라고 말했다. 그는 이 유명한 고백을 통해서 '무언가에 놀라는 것'과 '왜? 라고 질문하는 것' 곧 경이의 두 가지 의미를 이해했다. 그는 이렇게 썼다. "세상 사람들이 나를 어떻게 보는지 모르겠지만, 스스로 보기에 나는 해변에서 노는 소년처럼 보일 뿐이다. 재미있게 놀면서 가끔 평범한 돌보다 더 매끈한 조약돌을 발견하지만 진리의 대양은 전혀 탐험되지 않은 채 여전히 내 앞에 놓여 있다."

이것은 현대적인 시각은 아니다. 물론, 대부분의 사람들은 세계의 아름다움과 복잡성을 인정하고, 자연에 대해 감탄하는가 하면 자연을 숭배하기도 한다. 현대 과학의 교과서는 과목의 연구 대상에 관해 놀랍고 특이한 것이 있음을 암시하지만 '기적적인 요소'는 말하지 않는다. 과학은 더 이상 '진정으로'놀라워하지 않으며, 기적적인 요소는 별 관심을 끌지 못하는 신비주의와 뉴에이지로 쉽게 연결된다. 과학은 지적인 중립성의 후광을 덧입고 싶어하고, 냉정한 객관성, '진리'에 대한 책임감을 더 좋게 평가한다. 현대인들이 이런 경이로움을 느끼지 못하게 된 몇 가지 중요한 원인이 있다. 그중 가장 중요한 원인은 뉴턴 시대 이래로 과학이 그러한 '자연의 기적'을 전혀 경이롭지 않은, 유물론적 측면으로만 설명한 것이다.