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뉴욕타임스 특약

생물학교과서 다시 써야
심해생물 1천만종 넘는다

심해생물은 다윈이론으로 설명할 수 없는 것일까. 엄청난 종의 심해생물이 발견됨에 따라 이를 두고 생물학계에서는 새로운 논쟁이 벌어지고 있다. 아직까지 아무도 설명하지 못하는 심해생물을 어떻게 이해해야 할까.

윌리엄 J. 브로드

심해저는 마치 열대우림을 방불케 했다. 이러한 사실로 해저생물에 대한 지금까지의 이론들은 수정이 불가피해졌다. 새로운 종이 분기해 탄생하기 위해서는 산맥과 같이 격리된 환경 장벽이 필요한데, 바다 밑은 지상의 어느 곳보다도 균일하기 때문이다.

심해저에 살고 있는 종의 수는 대략 1천만 내지 1억에 이를 것으로 추산되고 있다. 이러한 추정은 해양생물체를 모두 합해 약 20만종으로 봤던 것에 비해 수백배나 많다. 또 이제까지 과학자들이 이름을 붙인 지구의 모든 동식물과 미생물을 합한 1백40만종 보다 많다. 심해저에 살고 있는 생물의 수는 지구상에 존재하는 모든 종들이 1천만에서 1억에 이를 것이라는 전문가들의 예상치에 필적한다.

"이 때문에 생물의 다양성에 대한 관점이 바뀌고 있다" 고 P. J. D. 램쉬드 박사가 말한다. 해양생물학자인 그는 런던에 있는 자연사박물관에서 심해저생물의 다양성에 대해 연구하고 있다. 심해저 생물에 대한 물음에 그는 이렇게 말한다. "우리는 믿을 수 없을 정도로 많은 양의 생물체를 발견했다. 이러한 발견은 육지 생물을 모델로 만든 생태학 이론들을 일시에 무너뜨리고 있다. 우리는 지금까지 가지고 있던 생각들을 바꿔야만 한다."

너무 많아 분류 힘들어

심해 무척추동물은 어두운 바닷속 수km 깊이에서 엄청난 수압을 견디며 살아가고 있다. 이들은 태평양과 대서양 등 바다 곳곳에서 채집한 수백가지 표본에서 발견되고 있다. 생물들은 매우 다양해 인접한 장소에서 얻어진 표본이라고 할지라도 중복되는 경우가 거의 없다. 각 동물의 표본들은 매우 토속적이다. 이것은 태평양이나 카리브해의 섬에서 발견되는 동물들이 다른 곳에서 살지 않는다는 것을 뜻한다. 심해저는 고립장벽(isolating barriers)이 전혀 없고 오히려 동물의 이동이 쉬운 물속인데도 토속성이 발생한다. 이런 현상은 지구의 3분의 2를 뒤덮고 있는 바다 곳곳에서 발생하고 있다.

심해에서 새롭게 발견되는 생물들은 안아주고 싶을 정도로 귀엽지는 않다. 그렇다고 위협적이거나 험악하게 생기지도 않았다. 괄태충, 달팽이, 게, 갯지네, 거미불가사리, 끈벌레, 꽈리조개, 뿔조개, 말미잘, 해삼 등이 이에 속한다. 이들은 주로 바다 밑의 진흙에서 산다. 크기는 대부분이 아스피린 알약보다 작고 가장 큰 것도 바나나보다 작다.

인간이 볼 때 심해생물들은 작고 못생겼다. 그러나 학자들은 새로 알려진 심해저 생물들이 지구의 생태계 균형을 유지하는데 어떤 역할을 하고 진화과정에서 어떤 위치를 차지하고 있는지 관심을 갖고 있다. 또 그들이 지닌 잠재적인 상업적 가치를 연구하는 학자들도 있다.

새로운 유기체가 어떤 상업적인 가치를 가지고 있는가는 그들이 가진 막대한 유전적 다양성에서 기인한다. 일반적으로 지구의 오지에서 발견되고 특이한 대사작용을 하는 생물체는 집중적으로 연구되기 마련이다. 그들은 잠재적인 생물학적 재산이 될 수 있기 때문이다. 그들의 유전자는 신약개발이나 유독물질을 분해하는 촉매와 약품을 개발하는 데 이용될 수 있다.

이제까지의 발견으로 미뤄볼 때 심해저에는 아직까지 발견되지 않은 훨씬 큰 해양생물이 존재할 것으로 예상된다. 풍부한 먹이사슬의 정점에서 다른 동물을 먹이로 삼는 크라켄(노르웨이 근처의 바다에 산다는 전설 속의 괴물)이 있을지도 모른다. 또 성경에 나오는 거대한 해수(海獸)나 알려지지 않은 괴물이 있을지도 모른다. 만일 이렇게 큰 생물이 산다고 할지라도 이제까지 채집할 때 사용한 작은 덫으로 이들을 잡을 수는 없었을 것이다.

척박한 곳으로 알려졌던 해저에서 다양한 생물들이 존재한다는 것이 발견됨에 따라 과학자들은 이를 설명하기 위해 논쟁을 벌이고 있다. R. R. 헤슬러 박사는 캘리포니아 졸라에 있는 스크립스 해양지리학협회 소속으로 심해 생물의 다양성 연구에서 선구자로 대접받고 있다. 그는 이렇게 말했다. "아무도 이것을 정확하게 설명하지 못하고 있다. 모두들 그럴듯한 생각을 해냈지만 어떻게 이 많은 종들이 존재하는가에 대해 진짜로 아는 사람은 없다. 그래서 아직까지 이 문제는 해결되지 않은채로 남아 있다.

J. P. 그래슬 박사는 뉴저지주 뉴브룬즈위크의 럿거스 대햑 해양해안학연구소 책임자이며 이 분야의 권위자다. 그는 신비로운 심해저가 지구의 운명을 이해하는 데 중요한 암시를 제공한다고 말하고 있다.

"종의 다양성은 지구의 변화를 알려주는 가장 민감한 지표 가운데 하나다. 다양성을 갖고 있으면서 우림이나 산호초와 같이 사라지고 있는 지역들은 지금 당장 연구할 필요가 있다. 현재 심해가 얼마나 위협받고 있는지 모를 일이며, 언젠가는 큰 변화가 일어날 것이다. 그러므로 지금 어떤 것이 존재하는가를 아는 것이 매우 시급하다"

▲ 심해게

▲ 대합조개

생명에 관한 과학적 이론은 다윈의 생각에 근거를 두고 있다. 1859년에 출판된 '종의 기원'에서 그는 "진화가 부분적으로 고립된 번식행위에 의해 추진된다"고 말했다. 종이란 산이나 사막과 같이 집단간의 이종교배를 막는 장벽이 있을 때 발생한다고 그는 생각했다. 격리된 집단들은 조만간 유전적으로 신체적으로 완전히 달라져 새로운 종을 형성하게 된다. 이 말은 그들에게 차이점이 많아져 교배를 통해 자손을 낳을 수 없게 됨을 뜻한다.

육지에는 지형적인 장벽과 기후적인 장벽들이 많이 존재한다. 그러나 바다에는 그런 장벽이 거의 없다. 다윈과 그 후계자들은 바다보다 육지에 더 많은 생물이 존재한다고 설명할 때 이 점을 지적하곤 했다. 심해에 환경 장벽이 거의 없고 식물과 같은 1차 생산자도 없는 것을 고려할 때 이 논리는 옳은 것처럼 보였다. 먹는 것을 봐도 해양동물들은 주로 위에서 떨어지는 유기물 부스러기나 서로를 잡아먹으며 산다.

지난 수십년 동안 바다에 줄을 늘어뜨리거나 바닥을 준설하면서 탐험한 결과는 심해가 불모지라는 생각을 뒷받침해줬다. 발견된 몇 안되는 생명체도 단조롭고 서로 비슷했다. 대서양의 해삼은 태평양에서 발견한 것과 구분할 수 없었다.

매번 새로운 생물종 걷어올려

그러나 사실은 이와 전혀 다르다는 것이 밝혀지기 시작했다. 1960년대 후반 케이프코드의 우즈홀 해양지리학협회에서 일했던 헤슬러 박사와 H. L. 샌더스 박사는 해저에서 표본을 채취하는 새로운 종류의 썰매(sled)를 개발했다. 이를 이용해 탐사함으로써 그들은 심해에 생물들이 놀라울 정도로 풍부하다는 것을 밝혀냈다.

이같은 성과는 사실 간단한 조작으로 얻어졌다. 썰매 뒤에 매달려 끌려가며 표본을 채취하던 나일론망을 그물 눈이 더 촘촘한 것으로 바꿨을 뿐이었다. 새로운 망이 어마어마한 양의 작은 생물체를 잡아들였는데, 한 번에 3백65종의 어획고를 올린 적도 있었다. 이러한 심해 탐사는 놀라운 결과를 냈지만 비용이 많이 들고 어렵기 때문에 다른 장소에서 다시 해보는 데는 많은 시간이 걸렸다. 게다가 심해 생물의 계통학에 능통한 생물학자가 거의 없었기 때문에 채집한 표본이 무엇인지 알아내는 것도 힘들 때가 많았다.

1970년대에 들어서서 심해탐사는 대서양과 태평양의 많은 새로운 장소로 확장됐다. 이 연구들 역시 놀라운 결과를 얻어냈다. 그럼에도 불구하고 일부에서는 표본 채취의 부정확성을 들어 계속 회의적인 태도를 보였다. 속도와 시간을 달리해 썰매를 끌면 다른 결과가 나왔던 것이다. 또 썰매가 해저에서 얼마나 많이 움직였는 가를 알기가 어려웠다. 이것은 생물의 밀도를 정확하게 파악할 수 없는 원인이 됐다.

▲ 삼발이고기(tripod fish). 크기는 30cm 정도

그래서 헤슬러 박사는 스크립스해양지리학협회로 옮긴 후 동료들과 함께 상자 시료채취기(box corner)라는 기구를 개발해냈다. 이것은 한면이 50cm 정도 되고 네모난 과자틀처럼 생겼다. 배에서 이것을 줄에 매달아 내리면 일정한 부피의 해저 진흙을 정확하게 잘라낸다. 봉합판(seal)은 회수할 때 표본이 떨어지는 것을 막아준다.

▲ 부족류

▼ 심해홍합

상자시료채취기는 심해연구에 혁신을 불러 일으켰다. 이를 이용해 최초로 심해동물군의 분포를 정확히 지도에 나타낼 수 있게 됐다. 한 번에 채취한 표본의 규모는 작지만 여러번 채취하면 한 구역에 있는 종의 밀도를 정확히 파악할 수 있었다.

1970 ~ 1980년대에는 6개의 장소에서 그런 방법으로 감질나게 적은 결과만을 얻었다. 이 분야에서 본격적인 연구는 그래슬 박사가 몇 명의 학자들과 함께 미국의 동부 해안에서 집중적인 연구를 시작하면서 비롯됐다. 그는 당시 심해에서 원유와 가스를 개발하려고 하는 내무부의 광물자원관리국을 위해 이 연구를 시작했다.

1980년대 중반 그래슬 박사와 N. J. 맥치올렉 박사, J. A. 블레이크, B. 힐비크 박사 등은 수백만달러의 예산으로 중무장했다. 그리고 델라웨어, 뉴저지, 뉴잉글랜드 그리고 남북 캐롤라이나 인근의 바닷속에 상자 시료채취기를 던져 넣었다. 그래서 수심 3.5km에 이르는 여러 장소에서 5백56개의 표본을 채집했다. 진흙에서 추출해낸 생물체가 하도 많아서 계통학자들은 이를 분류하느라고 몇년을 소비해야만 했다.

과학잡지인 '아메리칸 내추럴리스트'(American Naturalist) 1992년 2월호에서 그래슬 박사와 맥치올렉 박사는 "심해사 최초로 광범위한 대량 표본 채취를 실시한 결과, 심해가 이제까지 생각해온 것보다 훨씬 다양한 종들을 가지고 있다는 것을 알 수 있었다"고 썼다.

과학자들은 상자 시료채취기로 포획한 27만2천9개의 개체에서 총 1천5백97개의 종을 분류해냈다. 여기서 중요한 사실은 표본 채취를 하는 동안 새로운 종을 발견하는 비율이 지속적으로 높았다는 점이다. 다시 말해 다양성이 매우 커서 상자 시료 채취기가 닿는 곳마다 새로운 것이 발견됐다. 약 93cm²의 진흙에서 매번 이제까지 과학계에 알려지지 않은 새로운 생물체가 약12개 정도 드러났다. 그래슬 박사와 맥치올렉 박사는 "표본과 개체를 채취할수록 종의 숫자는 꾸준하게 늘어만 갔다"고 말했다.

▶ 촉수벌레(lophenteropneust). 크기는 97cm정도.

다양성의 수수께끼

종이 추가되는 비율을 근거로 그들은 심해에 1억종에 이르는 소형 무척추동물이 존재할 것으로 추정했다. "대륙붕에서 멀리 떨어진 심해 지역에는 생물체가 덜 살 것이라고 가정하면 1천만종 정도가 현실적인 숫자일 것"이라고 그들은 말했다. 그리고 "이것은 조심스러운 추정에 불과하다"고 덧붙여 말했다.

▶ 심해 말미잘

▼ 심해 우렁쉥이

이러한 추정은 논쟁을 불러일으키기에 충분했다. 옥스퍼드대학의 동물학자인 M. R. 메이 박사는 그 숫자에 이의를 달면서 심해에 살고 있는 생물은 50만종을 넘지 않을 것이라고 말했다. 이와 반대로 오스트레일리아의 생물학자인 G. C. B. 푸어 박사와 G. D. F. 윌슨 박사는 태평양에서 연구한 결과 전체 종수는 1천만을 넘을 것이라고 말했다. '네이처'(Nature)지 1993년 2월 18일자에 그들은 "이보다 많을 수 있다"는 주장을 펼쳤다.

램쉬드 박사와 같은 전문가는 또 깊은 바다 진흙에서 많이 살고 있는 더 작은 생물들인 요충, 요각류, 패충류 등과 계산되지 않은 작은 다세포동물의 무리를 포함한다면 종수는 쉽사리 억대에 이를 것이라고 내다봤다.

헤슬러 박사는 해양 생물학자들이 대략적으로 추정하기 보다는 연구에 더욱 노력해야 할 것이라고 말했다. 또 "우리가 모르는 것은 이제까지 연구한 지역 외 다른 지역에서 표본이 추가되는 비율이며, 그것은 큰 의문점이다"라고 말했다. 전문가들은 다윈 이론과 달리 심해가 어떻게 해서 최소 표면적으로 그렇게 풍부한 종류의 생물들을 부양할 수 있는가 하는 '다양성의 수수께끼'에 대해 더 많이 조사하기를 원하고 있다.

그레슬 박사는 다윈 이론과 '심해의 현실' 사이의 모순이 겉으로 보이는 것만큼 크지 않을 것이라고 말하고 있다. 그의 연구는 위에서 떨어져 내려 해저에 쌓이는 식량자원과 같이, 미세하지만 결코 만만찮은 장벽이 심해에 존재함을 시사한다. 또 다른 추측은 바다가 육지에 비해 진화과정을 거칠만한 시간이 10억년 정도 더 있었으므로 이것이 바다 깊숙한 곳에 뜻하지 않게 풍부한 생물이 사는 요인이 됐을지도 모른다는 것이다.

▲ 사자갈기머리해파리

새롭게 부상하는 분야의 거대한 규모를 염두에 둔다면 환경보호론자들이 육지의 생태계에만 신경을 쓰는 것은 잘못된 일이라고 램쉬드 박사는 말한다. "교과서에는 아직도 모든 종의 80%가 열대우림에 집중돼 있다고 나와 있다. 이것은 말도 안되는 소리다. 그것은 단지 생물 다양성을 연구하는 전문과학자의 80%가 우림지역에서 연구하고 있다는 것을 의미할 뿐이다."

▲ 다모류 동물(polychaete worm).
크기는 3.6cm정도

◀ 심해가재(tanaid). 크기는 2.5cm정도.

심해 계통학자는 드문 반면 새로 발견될 것으로 추정되는 동물수는 아주 많기 때문에 심해에 서식하는 생물을 식별하는 데만도 수천년이 걸릴지도 모른다고 그는 말했다. "우리가 찾아내는 동물을 철저하게 연구하지 않는다면 많은 종들이 기술되기도 전에 멸종의 위기를 맞이할지도 모른다."