과학자들은 왜 깊은 바다로 갔을까?

| 시작하는 글 | 깊은 바닷속 뜨거운 온천─김동성

part 1 심해가 지구 생명의 기원으로 주목받는 이유
빛이 없는 곳에도 생명이 존재한다─김동성
지구의 피부가 새로 태어나는 곳─이상묵
심해 열수분출공, 어디에 있고 어떻게 찾는가─김종욱
열수역 탐사 필수 장비 ‘잠수정’ 개발 이야기─민원기, 김동성
깊은 바닷속 무엇이 물을 뜨겁게 만들었을까─박정우, 최사랑
생명이 바다에서 시작되었다면 어떤 방식이었을까─심민섭
초임계유체를 찾아서─이희승
열수분출공을 화학의 눈으로 살펴보면─최기영

part 2 열수 생태계에서 살아가는 생물들의 비밀
광합성 대신 화학합성하는 생태계─민원기, 오제혁
심해저 생물들은 무엇을 먹고 살까─서연지, 주세종
열수생물이 섬 같은 열수지역을 이동하는 방법─원용진, 장숙진
심해 열수생물의 극한 환경 극복기─유옥환, 강수민
화려한 패셔니스트 열수생물─민원기, 노현수
열수 생태계의 숨은 조력자, 원생생물─김영옥, 최정민
저서생물 유생으로 알아보는 생존 전략─김민주, 강정훈
중형저서생물은 왜 중요한가─강태욱, 오제혁, 김동성
인도양 심해 열수역의 선형동물 종 다양성─노현수, 민원기, 김동성

part 3 심해에서 찾는 자원의 가능성
열수생물의 단단한 갑옷과 아이언맨의 꿈─김태원, 조붕호
열수분출공 주변 생물이 만드는 새로운 물질들─신희재
온누리 열수지역의 특징적 열수광물─김지훈, 임동일
심해 열수지역 미생물로 생명 기원을 추척하다─권개경, 김윤재

| 맺는 글 | 새로운 열수 생태계 발견의 여정─신아영, 김동성, 정민규
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열수분출공으로 인해 태양 에너지에 거의 의존하지 않는 독자적인 생태계가 존재한다는 사실이 밝혀진 것은 엄청난 놀라움을 안겨준 사건이다. 무엇보다 해양생물학자를 포함한 생물학자들에게는 이 발견이 그동안의 지식을 깊이 성찰하고 점검해야 하는 아주 중차대하고 값진 기회가 아닐 수 없다.
한편 열수 생태계는 또 다른 의미로도 매우 주목된다. 다름 아닌 지구상 최초의 생명이 열수분출공처럼 열수가 있는 곳에서 탄생했을지도 모른다는 가능성이다. 열수를 채집해 분석한 결과, 높은 온도의 환경을 좋아하는 박테리아인 호열성 세균이 발견되었다. 지구상에 존재하는 여러 박테리아 유전자를 조사해보면 오래된 형태의 박테리아는 모두 호열성 세균이었다. 또 다른 연구에서는 열수 환경을 갖춘 환원적인 실험장치 안에서 무기물로부터 생물의 재료인 아미노산 합성(화학합성)이 가능하다는 연구도 나왔다.
오늘날 지구는 탄생한 지 약 46억 년이 되었다. 현재 지구상에는 셀 수 없을 정도로 많은 다양한 생물들이 살고 있다. 이 지구상의 생물 진화 역사를 지질기록이나 생물 유전자를 토대로 거슬러 올라가 보면 우리의 공통 선조인 최초의 생명이 탄생한 시기는 약 40억 년 전보다 더 오래된 시대라고 한다. 과연, 우리의 공통 선조는 어디에서 탄생했을까?

지구의 나이는 대략 45.6억 년이다. 육상에는 30억 년 또는 그 이상 된 연령의 암석들이 있지만, 바다에는 2억 년 이상 된 암석이 존재하지 않는다. 생각할수록 정말 이상하다. 그런데 중앙해령이 어떤 역할을 하는지를 이해하면 그 이유를 쉽게 공감할 수 있다. (중략) 육상의 지각은 가벼워서 한번 만들어지면 지구 표면에 계속 둥둥 떠 있으려는 경향이 있다. 하지만 해양지각은 상대적으로 무거워서 거대한 맨틀 대류의 움직임에 따라 솟아오르기도 하고 가라앉기도 한다. 바다의 나이가 젊은 것은 바다의 지각이 이처럼 계속 만들어지고 순환되기 때문이다. 지금 깊은 바다 한가운데로 가서 보면 화산이 일렬로 쭉 나열되어 있다. 보통 화산이라고 생각하면 산 모양의 원뿔을 생각할 수 있는데 바닷속에는 화산이 잇달아 이어져서 마치 화산으로 이루어진 거대한 산맥처럼 형성되어 있다. 능선의 총길이는 장장 7만km를 웃돈다. 얼추 계산하면 지구 두 바퀴에 해당하는 길이다. 이 때문에 많은 사람들이 이것을 마치 야구공의 빨간 실밥으로 이어진 이음 선과 비슷하다고 비유하는데, 이러한 해저 산맥을 지구과학자들은 중앙해령이라고 일컫는다.

생물이 특정 환경에서 적응하기 위해서 진화한 특성을 연구해서 공학에 이용하는 분야를 생체모방이라고 한다. 공학자들이 두뇌를 사용해서 재료를 발굴하고 특성을 설계하며, 컴퓨터를 통해 시뮬레이션하고 실험하는 것이 전통적인 방식의 공학연구라면, 생체모방은 생물이 오랜 진화의 시간을 통해 문제를 해결하는 과정을 도입함으로써 노력과 시간을 줄이는 데 의의가 있다. 실제로 이러한 생체모방은 많은 곳에서 현실화해 적용되고 있다. 그 가운데는 극한 환경에 대한 생물의 적응이 강한 응용력을 보인다. 이를테면 북극곰의 털의 구조에서 착안해 추위를 효과적으로 막는 외피를 개발한다든가, 건물의 단열구조를 만드는 것이 그러하다. 또한 나미비아 사막에 서식하는 딱정벌레 외피의 울퉁불퉁한 구조가 안개의 수분을 포집하는 것에서 착안해 건조한 환경에서 수자원 확보를 위해 시트 형태로 제품화한 사례도 있다.
우리는 이런 배경에 힘입어 열수공에서 진화한 갑각류의 외골격이 공학적 차원에서 강도가 높고 내열성이 좋다면 건축물이나 인공골격 등의 구조에서부터 방화복, 잠수복 등 특수 기능을 향상시키는 용도로까지 활용할 수 있다는 꿈을 갖게 되었다.
그러나 이러한 꿈의 실현은 험난했다. 무엇보다 먼저 대상 생물부터 확보해야 하기 때문이다. 이렇게 목적이 확실했기 때문인지 우리는 이사부호 첫 항해에서 장님게3) (사진 2)라는 애칭이 붙은 게를 확보할 수 있었다.