과학자들은 왜 깊은 바다로 갔을까? (바닷속 뜨거운 물 이야기)

과학자들은 왜 깊은 바다로 갔을까? (바닷속 뜨거운 물 이야기)

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Description
지구의 71%를 차지하는 바다
그 바다의 93%를 차지하는 심해
지구 안의 외계, 심해를 탐험하는 과학자들의 이야기
지구의 생태계는 광합성으로부터 시작된다. 생산자인 식물이 빛에너지를 이용해 무기물로부터 유기물을 합성하면 이 식물을 섭취하는 1차소비자인 초식동물, 초식동물을 먹이로 삼는 2차소비자인 육식동물이 살아갈 수 있게 되고 이들이 죽고 나면 세균이나 곰팡이 등 균류가 이들을 분해해 다시 자연으로 돌아가 식물의 양분이 될 수 있도록 하는 순환이 일어나는 것이 생태계다. 즉 태양 에너지가 지구 생명의 근본이라는 것이 우리가 아는 상식이다. 그런데 《과학자들은 왜 깊은 바다로 갔을까?》는 이 상식을 뒤집는 과학적 사실을 우리에게 소개한다.
바다는 200미터만 들어가도 빛이 전혀 들어오지 못한다고 한다. 완전한 암흑의 세계다. 이런 암흑의 세계에는 당연히 식물도 자라지 못한다. 생태계의 생산자인 식물이 없으면 생태계가 존재할 수 없다는 것이 우리의 상식이다. 그런데 카메라를 통해 깊은 바다를 들여다본 과학자들이 그곳에도 생태계가 존재하고 있는 것을 목격했다. 어떻게 태양 빛이 없는 곳에 생명이 존재할 수 있을까?
저자

김동성

해군사관학교인문학과명예교수|고려대학교박사
제3기대통령직속지속가능발전위원회연구위원
한국해양과학기술원자문위원|고려대학교민족문화연구원선임연구원

목차

|시작하는글|깊은바닷속뜨거운온천─김동성

part1심해가지구생명의기원으로주목받는이유
빛이없는곳에도생명이존재한다─김동성
지구의피부가새로태어나는곳─이상묵
심해열수분출공,어디에있고어떻게찾는가─김종욱
열수역탐사필수장비‘잠수정’개발이야기─민원기,김동성
깊은바닷속무엇이물을뜨겁게만들었을까─박정우,최사랑
생명이바다에서시작되었다면어떤방식이었을까─심민섭
초임계유체를찾아서─이희승
열수분출공을화학의눈으로살펴보면─최기영

part2열수생태계에서살아가는생물들의비밀
광합성대신화학합성하는생태계─민원기,오제혁
심해저생물들은무엇을먹고살까─서연지,주세종
열수생물이섬같은열수지역을이동하는방법─원용진,장숙진
심해열수생물의극한환경극복기─유옥환,강수민
화려한패셔니스트열수생물─민원기,노현수
열수생태계의숨은조력자,원생생물─김영옥,최정민
저서생물유생으로알아보는생존전략─김민주,강정훈
중형저서생물은왜중요한가─강태욱,오제혁,김동성
인도양심해열수역의선형동물종다양성─노현수,민원기,김동성

part3심해에서찾는자원의가능성
열수생물의단단한갑옷과아이언맨의꿈─김태원,조붕호
열수분출공주변생물이만드는새로운물질들─신희재
온누리열수지역의특징적열수광물─김지훈,임동일
심해열수지역미생물로생명기원을추척하다─권개경,김윤재

|맺는글|새로운열수생태계발견의여정─신아영,김동성,정민규
|찾아보기|

출판사 서평

▶광합성아닌화학합성으로구성된생태계
지구최초의생명이어떻게탄생했느냐에관한인류의지적호기심은끊임없는탐구대상이되어왔다.생명체의기본이되는유기물이처음에어떻게만들어졌는지에관해서는많은가설이있었지만,그들모두가결함이발견되었고그럴때마다,생명의기원인유기물은우주에서왔다는‘배종발달설’이그결함을메워왔다.그런데20세기후반에들어태양이없어서광합성이되지않는곳에서무기물로유기물을만드는,이른바화학합성의현장이발견되었다.그곳은빛이들어오지않는심해였으므로당연히식물도없었지만,미생물이광합성의기능을대신하고있었다.
이미생물들은메탄생성균등의고세균으로,원시생명체와아주유사했다.이들은1차소비자에해당하는생물들의몸안에서공생하며그들에게필요한에너지를제공했다.이들이원시생명체와유사한점중하나는높은온도에서사는호열성세균이었다는점이었다.차가운바다밑에어떻게호열성생물이살고있을까?그것은심해에따뜻한물이나오는장소가있고,이장소는심지어약38억년전부터존재했다.지구에최초의생명이탄생했다고알려진시기와비슷하다.
이장소를따뜻한물이나오는구멍이라는뜻으로열수분출공,또는열수분출공이모여있는지역이라서열수지역이라고부른다.이구멍은해저바닥의틈에말그대로구멍처럼생긴경우도있었지만,대체적으로는굴뚝처럼생긴원통형의기둥모양을하고있었다.이를침니라고하는데대부분의침니에서는시커먼연기가뿜어져나오는형태다.재미있는것은과학자들이이런장소가바닷속에존재할것을실제로목격하기전부터알고있었다는점이다.
▶깊은바닷속열수분출공,과학자들은이미알고있었다
열수분출공이만들어진이유는우리가이미중학교과학시간에배웠던상식으로도이해할수있다.지구는안쪽의핵과가장바깥쪽의지각사이에‘맨틀’이라고하는두껍고뜨거운층이있다.맨틀은유동성있는고체로핵과가까운아래쪽이핵에의해데워지면위로올라오고,위에서식은부분은내려가는‘대류’를한다.이대류에따라맨틀위에있는지각도아주느리지만지속적으로움직인다.이것이판구조론이다.
한편맨틀이상승할때는압력이낮아지는데,이로인해맨틀의녹는점도낮아진다.맨틀이녹아마그마가되면밀도역시상대적으로낮아져지표를뚫고상승한다.이것이화산활동이다.과학자들은육상지각에비해무거워서판의끝단이가라앉으며당겨지는해양지각에서이런일이더빈번하게일어날것으로예측했다.이것이열수분출공,정확히는해저화산의존재를예측한것이다.그리고이해저화산을찾기위해1976년갈라파고스섬인근을탐사하던미국의스크립스해양연구소과학자들이심해에서우연히하얀색조개를발견한것이,생명기원의비밀을풀열수생태계를발견한엄청난사건이었다.1년후인1977년미국우즈홀해양연구소의과학자들은이우연한발견을계기로심해열수생태계를찾기로하고잠수함앨빈호로해저2,500m를내려갔다가갈라파고스열수분출공과열수생태계를발견했다.
한치앞도내다볼수없는깜깜한심해였지만,잠수함의빛을비추자이곳에서는바닥에서솟은굴뚝에서검은연기가끊임없이나오고있었고주변에는가늘고긴관이수십개붙어있었는데그관의위쪽에빨간색소시지처럼생긴것이툭튀어나온형태의생물이었다.관벌레라고불리는이놀라운생물은입도위도항문도없었지만,몸속에유황산화세균이공생하고있어서이세균이화학합성을통해유기물을생산해관벌레에게제공하고있다는사실이밝혀졌다.

▶우리과학자들,생명의기원탐사에나서다
《과학자들은왜깊은바다로갔을까?》는바닷속에서생명의기원을찾기위해우리해양과학자들이떠난2018년인도양탐사여정으로부터이야기가시작된다.세계최초로열수분출공이발견된1977년으로부터약40년동안세계의과학자들은태평양과대서양에서다양한성과를냈다.반면인도양은열수지역발견이아직까지많이진행되지않은곳이었으며,태평양과달리판의이동이느린확장지역이었다.이런곳에서는다양한형태의열수분출공이존재할수있기에,그동안선도국들의연구에서공개되지않은새로운발견의가능성이큰곳이었다.한국해양과학기술원의탐사연구선이사부호는2018년에세계4번째로인도양열수분출공을발견했고‘온누리열수지역’이라고명명했다.이곳에는기존의열수지역에서는발견되지않은생물이최초로발견되는등새로운성과를얻었다.이후과학자들의연구는계속되어2020년에온나래,온바다열수지역을발견했고2021년코로나19로인해네번이나탐사계획이미뤄지는역경을딛고탐사에나서시료를채집해온결과지금도한창생명탄생의비밀을풀기위한연구를진행하고있다.
우리과학자들의연구성과를기록한이책은전체3부로구성되어있다.1부에서는열수분출공이만들어진과학적원리를일반인들도이해할수있도록쉽게소개한다.또한열수분출공이어떤원리로작동하며,이것이지구최초의생명탄생의근거를어떻게뒷받침하고있는지도설명해준다.
2부에서는약300℃에달하는열수주변에서생물들이어떻게살아가고있는지그모습을담았다.햇빛이닿지않는곳,높은압력과2℃의차가운해수는심해를사막환경과비슷하게생각하도록만들었다.하지만열수지역이오아시스와같은역할을하면서광합성과는다른화학합성생태계가발달한배경을살펴보며,최초의생명이탄생했을때와의유사점도살펴본다.한편열수생태계에서살아가는저서동물,원생생물등다양한생물들의생존전략을밝히는과학자들의연구도담았다.
마지막3부에서는지구안의외계,심해에감춰진무궁무진한가능성을중점적으로짚어봤다.마그마에의해데워진뜨거운물이암석사이에서산화반응을일으켜암석속의금속물질을담은채올라오고,해저로분출되어차가운해수와만나면환원반응을일으켜금속물질을다시분리해해저면에쌓인다.이런원리로인해열수분출공주변에는희귀한금속들이퇴적된열수광상이만들어진다.우리는자원의고갈로우주로진출해야한다고하지만,아직도지구에는감춰진자원의가능성이있다.그곳이바로심해다.그밖에도심해생물들은극한환경을살아가는만큼기존과다른새로운물질을만들어낼가능성또한높다.이런물질들은질병치료등의신약으로개발되기도하는데,현재어떤응용연구가이뤄지고있는지검검한다.