기사출처 : https://www.nytimes.com/2024/06/24/magazine/earth-geomicrobiology-microbes.html


기사제목 : 지하 깊은 곳에 사는 신비로운 미생물은 지구를 조각한다.


기사내용

1) 북미 중부지대에 370 마일 (약 595 km) 거리의 동굴이 지하 1.5 마일 (약 2.4 km)까지 퍼져 있다. 한 때, 북미대륙에서 황금 산출량이 가장 많았던 ‘Homestake’ 광산이 있었지만 현재는 채굴을 중단했다. 광산 소유주 ‘Barrick Gold’ 사는 2006년에 사우스 다코타 주에 기부했고, 스탠포드 지하 연구소가 되었다.

2) 저자를 포함한 생물학자들은 해당 동굴을 탐험하며 가장 축축하고 어두우며 구석진 곳을 찾는다. 그 곳에서 알려지지 않은 생명체가 암석을 변화시킨다.

3) 저자는 12월에 스탠포드 연구소 직원과 함께 지표면으로부터 4,850 피트 (약 1.5 km) 아래로 내려갔다. 탐사 당시 지상의 기온은 영하였지만, 지하의 온도는 90℉에 (약 32 ℃) 습도는 100% 근처였다.

4) 도착한 곳은 유황과 황화수소 냄새가 가득해 악취가 심했다. 설치된 수도꼭지에서 물이 새어 나와, 웅덩이가 있었다. 웅덩이에는 ‘티오스릭스 속’의 미생물이 있어 수란의 껍질 같은 흰색 섬유질 물체가 가득했다. 이들은 길고 가는 실을 형성하며 세포에 황을 저장해 투명한 흰색을 띈다.

5) 동굴을 따라가 보면, 다양한 암석을 볼 수 있다. 석고와 방해석으로 이루어진 흰색 수정이 벽과 바닥에 있으며, 별처럼 희미하게 빛난다.

6) 축축한 진흙에 빠져 있는 두번째 수도꼭지에 도착했다. 진흙의 색깔은 벽돌의 붉은색에서 연분홍색까지 다양했다. 동행한 지구생물학자, ‘Caitlin Casar’의 설명에 따르면 진흙의 색깔은 ‘Gallionella’ 속의 박테리아로 인한 것이며, 이 박테리아는 철분이 풍부한 물에서 서식하고 꼬여진 금속성 가는 실을 배출한다.

7) ‘Casar’과 그녀의 동료는 수년 동안 ‘Homestake’ 광산을 연간 최소 2번씩 방문했다. 그들은 광산을 방문할 때마다 세상에 알려지지 않았거나, 실험실 배양에 성공하지 못한 종들을 발견한다.

8) 연구팀 중 지구 미생물학자 ‘Magdalena Osburn’은 주류 과학계의 의견과 반대되는 사실을 밝혀냈다. 지구 내부는 척박하지 않고 생명이 가득하다. 지구 미생물 대다수는 (추정으로 90% 이상) 지하 깊은 곳에서 살고 있을 것이다.

9) 지하는 산소와 빛이 별로 없기 때문에, 지하 미생물은 지상의 생명체와 매우 다르다. 그들은 아주 오래되었고, 천천히 움직이며, 드물게 번식하고 수백만 년 동안 생존할 수 있다. 산소가 아닌 광물로 에너지를 얻으며, 지질학적 재앙에서도 (대부분의 생물을 전멸시킬 수 있는 규모에도) 버틸 수 있다.

10) 지하 미생물은 단순히 지하 거주자가 아니다. 그들은 주변 환경을 변화시킨다. 대규모의 동굴을 만들고, 무기물질, 희귀광물을 저장하며 지구의 탄소와 영양소 순환을 조절한다. 또한, 대륙 형성에 도움이 되어, 지상 생명체의 삶을 위한 기반을 만들어 준다.

11) 지구 형성 초기에 생명이 등장한 시대와 장소는 명확하지 않다. 지구 탄생 이후 얼마 지나지 않은 시점에서 따스한 온도와 적절한 비율의 화학물질이 있는 습한 대기, 충분한 [자유 에너지의*] 흐름이 (온천, 운석 충돌 분화구, 바다 밑의 열수 분출 등) 세포로 진화될 최초의 자기 복제체로 변화시켰다. 화석의 증거와 발견된 가장 오래된 암석의 화학 분석은 최소 35억 년에서 42억 년 전에 미생물이 존재했음을 알려준다.

* free energy (자유 에너지) : 열역학의 용어. 시스템 내부의 에너지 중 일로 변환 가능한 에너지.

12) 모든 생명체 중에서 [지각*] 속에 살고 있는 미생물들은 초기 단세포 유기체와 가장 닮았을 것이다. 또한, 지표 아래 미생물들은 지구상의 모든 생명체를 포함한 [바이오매스*]의 10 ~ 20%를 차지하는 것으로 추정된다. 20세기 중반 까지만 하더라도, 과학자 대부분은 지하 수 미터 아래에 생명제가 존재할 것이라고 생각하지 않았다.

* earth crust (지각) : 지표와 맨틀 사이에 있는 암석층. 지구에서 가장 바깥에 있는 층이다. 해양지각과 대륙지각으로 나뉜다. 대륙지각의 두께는 35km이고, 해양지각의 평균 두께는 12km 이다.

* biomass (바이오매스) : 생물을 의미하는 bio와 양을 나타내는 mass의 합성어. 태양 에너지를 받아 유기물을 합성하는 식물 및 이를 식량으로 삼는 동물, 미생물 등의 생물 유기체를 의미한다. 생태학에서는 특정 지역 또는 생태계에서 생명체의 총 질량을 의미한다.

13) 지하 생명체에 대한 가장 오래된 과학 보고서는 1684년까지 올라간다. 슬로베니아 중부를 탐험하던 박물학자 ‘Janez Vajkard Valvasor’는 ‘Ljubljana’ (류블랴나) 근처 샘 아래에 용이 산다는 소문을 조사했다. 해당 생물은 한세기가 더 지나고 ‘aquatic salamanders’ (수생 도롱뇽)으로 분류되었다. 이 생물은 석회암 동굴을 흐르는 지하수에만 살며, 지금은 ‘olm’으로 알려져 있다.

14) 20세기 초, 과학자들은 지하 깊은 곳에서 생명을 발견하기 시작했다. 1910년경 광산의 메탄가스 원인을 찾기 위해 여러 시도를 하는 동안, 독일의 미생물학자들은 지표면에서 3600 피트 (약 1.1 km) 아래에서 수집한 석탄 표본에서 박테리아를 추출했다. 1911년, 러시아 과학자인 ‘V. L. Omelianski’는 영구 동토층에서 발굴된 맘모스 옆에 생존한 박테리아를 발견했다. 얼마 지나지 않아, 캘리포니아 대학 버클리의 토양 미생물학자인 ‘Charles B. Lip¬man’은 펜실베니아 주의 광산에서 수집한 석탄 더미에 갇혀 있던 박테리아 포자를 다시 활성화했다고 보고했다.

15) 초기 연구에서 많은 과학자들은 지하 미생물의 존재를 표본이 지상 미생물에 오염될 가능성을 들어 회의적으로 보았다. 하지만 수십년 동안 전세계의 광산과 시추구에서 미생물을 발견했고, 1980년대가 되자 사람들의 생각은 변했다. 대수층에 대한 연구는 지하 수천 피트 (약 수백 m)에도 박테리아가 살고 있음을 보여주었고, 과학자들은 지상 미생물의 오염을 막는 엄격한 실험 방법을 발전시켰다. 예를 들어, 시추 드릴을 소독하고 지표면을 관통하는 유체의 흐름을 추적해 지표면의 물이 표본과 섞이지 않은 것을 확인한다.

16) 대륙 지각 내부, 해저 아래, 남극의 얼음 등 어디든 과학자들은 식별되지 않은 수천 종의 미생물이 포함된 독특한 군집을 발견했다. 지각 내부에 따라서는 세제곱 센치미터 당 미생물이 하나 있을 수 있고, 이는 반경 400 마일 (약 644 km)에 사람이 한 명 있는 거와 같다. 지하세계는 실제로 있지만, 그 곳의 생명체는 상상해본 것 보다 훨씬 작고 낯설다.

17) 1990년 대, 코넬대학의 천체 물리학자 ‘Thomas Gold’는 지구 내부의 미생물 세계에 대한 도발적인 주장을 담은 여러 편의 논문을 출판했다. ‘Gold’ 씨는 미세 유기체가 모든 지하에 침투했고, 암석의 결 사이에 있는 구멍에 찬 유체속에 살고 있다고 주장했다. 과학자들은 1.86 마일 (약 3km) 보다 아래의 지하에서 미생물을 찾지는 못했지만, 그는 지하 6 마일 (약 9.7 km) 에도 미생물이 살 것이라고 의심하며 일부 종의 분화는 지구 내부에서 시작되었을 것이라고 주장한다. 달과 다른 행성도 지하 생태계를 숨기고 있을 것이며, 우주의 생명 형태는 대부분 지하 생명체일 것이다.

18) 2000년대 초반, 과학자들은 지각 내부의 더 깊은 곳으로 뛰어들기 위한 새로운 방식을 고안하기 시작했다. 광산은 먼 지하로 갈 수 있는 통로를 제공하고 추가적인 시추나 기반시설이 필요하지 않기 때문에 특히 유망했다.

19) 프린스턴 대학의 지질학 교수인 ‘Tullis Onstott’과 동료들은 남부 아프리카의 매우 깊은 금광을 방문해 지하 2 마일 (3.2 km) 정도 되는 곳에서 지하수 표본을 회수했다. 그들은 가장 깊은 곳의 표본 중 일부에서 미생물을 발견하고 ‘Desulforudis audaxviator’로 이름 붙혔다. 바게뜨 모양의 박테리아는 채찍과 같은 꼬리를 가지고 140℉ (60℃) 까지 견딜 수 있으며 태양이 들지 않는 서식지에 포함된 우라늄이 방사능 붕괴하면서 발생한 화학 부산물을 통해 에너지를 얻는다. 또한 박테리아가 살고 있던 지하수는 수천만 년 동안 그대로 유지되었을 것으로 추정된다.

20) 일부 지하 미생물 군집은 훨씬 더 오래되었을 것이다. 캐나다 온타리오 주의 ‘Kidd Creek’ 광산은 세계에서 가장 크고 깊은 광산이다. 지하 1.86 마일 (약 3 km)까지 뻗어 있는 광산은 구리, 은, 아연이 풍부한 광맥이 있으며 약 30억년 전 해저에서 형성되었다. 2013년 토론토 대학의 지질학자 ‘Barbara Sherwood Lollar’는 논문을 발표해, ‘Kidd Creek’ 광산의 지하수 중 일부 구역은 10억 년 넘게 지상과 격리되어 지구상에서 발견된 수원 중 가장 오래되었음을 밝혔다. (광산에서) 수집할 때 투명하고 철분이 풍부한 물은 산소에 노출되자 밝은 주황색으로 변했다. 표본은 메이플 시럽처럼 농도가 진했으며, 현재 바닷물보다 염분이 최소 2배였다. ‘Sherwood Lollar’ 교수의 의견으로 “끔찍한 맛”이었다.

21) 2019년, ‘Sherwood Lollar’, ‘Magdalena Osburn’ 및 다수 동료들은 ‘Kidd Creek’ 광산의 수 마일 (약 4 km 내외) 아래의 수십억 년 된 지하수도 미세 유기체들이 거주하는 것을 확인했다. 비록 일부 미생물 군집의 나이가 최대 수억 년 밖에 안될 가능성이 높지만, 다른 군집들은 지각 깊은 곳에서 [누대*] 이상 생존했을 가능성이 있다.

* eon (누대) : 지질학에서 시대를 나누는 단위. 지질 시대는 ‘누대’, ‘대’, ‘기’, ‘세’ 순으로 세부적으로 나누어진다. 이중 ‘누대’가 가장 긴 단위이며 수십억 년에 걸친 시간을 포함한다.

22) . “발견 중 일부는 행성이 어떻게 움직이는지에 대해 교과서를 다시 쓰게 합니다. 지구의 거주 가능성에 대한 우리의 이해를 바꿨습니다. 우리는 생명이 어디서 유래되었는지 모릅니다. 우리는 생명이 지표면에서 발생해 지하로 내려갔는지 아니면 지하에서 생겨나 지표면으로 올라온 건지 몰랐습니다. 다윈의 [따뜻한 연못*]처럼 여기는 경향이 있지만, 제 동료 ‘T. C. Onstott’ 가 말했듯 그저 따뜻한 작은 균열일 뿐일 수도 있습니다. ‘Sherwood Lollar’ 교수가 말했다.

* Dar¬win’s warm little pond (다윈의 따뜻한 작은 연못 가설) : 진화론을 제시한 다윈은 1871년에 생명의 기원에 대한 가설을 제시했다. 따뜻한 작은 연못에 있는 암모니아, 인산염 등이 빛, 열, 전기 등과 상호작용하여 생명이 발생했다고 주장했다. 생명이 지구표면에서 시작했을 것이다는 가설이다.

23) 저자는 오래 전, 생태계를 공부하면서 다음과 같은 사실을 배웠다. 지구의 생명은 단순히 날씨의 영향을 받는 게 아니다. 기후를 형성한다.
23-1) 아마존의 열대우림을 생각해보자. 매년, 아마존은 약 8 피트 (2,440 mm)의 강우량에 흠뻑 젖는다. 숲의 일부는 연간 강우량이 14 피트 (약 4,270 mm)에 달하며, 미국 연간 강우량의 5배 이상이다. 이 폭우는 지리적으로 돌발변수가 만들어낸 결과의 일부이다. 적도의 강렬한 햇빛은 바다와 육지의 물을 하늘로 빠르게 증발시키며, 무역풍은 바다의 습기를 머금고 산을 만난 공기는 상승해 냉각되고 응결된다. 이 현상이 있는 곳에 열대우림이 발생한다.

23-2) 하지만, 이 이야기는 전체의 절반에 불과하다. 아마존 바닥의 내부에서 식물 뿌리와 사상곰팡이로 이루어진 거대한 공생망은 토양에서 식물의 몸통, 줄기, 잎으로 물을 끌어온다. 아마존에 있는 약 4000억 그루의 식물은 물을 실컷 흡수해, 넘치는 양의 물을 내뱉고 매일 200억 톤의 수증기로 공기를 흠뻑 젖게 한다. 동시에, 식물은 온갖 종류의 화합물을 분비하고 자극적인 기체 혼합물을 배출한다. 버섯은 종이 우산 같이 깜찍하고 문 손잡이처럼 쪼그리고 앉아 있으며 포자를 내뿜는다. 바람은 박테리아, 꽃가루, 잎 조각, 나무껍질을 대기 중에 쓸어간다. 숲의 축축한 호흡에는 미세한 생명과 유기잔여물이 뿌려져 있고, 비를 내리기에 매우 좋은 환경을 만든다. 공기의 충분한 수증기와 물이 응축될 수 있는 풍부한 미세입자는 구름을 빠르게 형성한다. 일반적으로 아마존은 한해 내리는 강우량의 약 절반을 자체적으로 만든다.

24) 일반적인 상식으로 생명은 환경에 종속된다. 공전하는 태양의 크기나 (형성) 시기가 적절하지 않는 경우, 태양과의 거리가 너무 가깝거나 멀 때, 물, 안정적인 대기 및 해로운 우주 방사선을 막아주는 자기장이 없다면 지구엔 생명이 살지 않았을 것이다. 지구는 생명체에 적합하기 때문에, 지구에서 생명이 진화했다. 다윈 이후, 과학계의 지배적인 패러다임은 끊임없이 변화하는 환경의 요구가 생명의 진화에 크게 영향을 준다고 다같이 강조한다. 특정 서식지의 변화에 가장 잘 대응하는 종은 가장 많은 후손을 남기며, 반면 적응에 실패한 종들은 멸종한다.

25) 하지만, 생명 또한 환경을 변화한다. 20세기 중반 생태학이 정규학과로 인정받을 때, 해당 사실은 서구 과학계로부터 광범위한 인정을 받기 시작했다. 그럼에도 상대적으로 소규모에 특정 지역의 변화에 집중되어 있었다. 예를 들어, 비버가 나무 댐을 만들고 지렁이가 토양의 일부를 헤집는 경우이다.

26) 최근 수십년 동안 생명과 지구의 관계에 대한 과학적 이해가 중대한 변화를 겪고 있다. 오랫동안 유지된 상식과 정반대로 생명은 지구의 역사에 매우 강력한 지질학적 영향을 주었으며 빙하, 지진, 화산의 힘과 비슷하거나 능가하는 경우가 많다. 수십억 년이 넘는 동안, 미생물에서 맘모스까지 온갖 형태의 생명은 대륙, 대양, 대기의 모습을 바꾸고 궤도를 공전하는 암석을 우리가 아는 행성으로 바꾸었다. 생명체는 단순히 특정 서식지의 불가피한 진화 과정의 결과가 아니다. 그들은 환경을 조율하고 진화에 참여한다. 우리와 다른 생명체들은 지구 거주민 그 이상이다. 우리가 지구이다. 물리적 공간의 결과이자 지구적 순환의 원동력이다.

27) 지구 생명의 역사는 지구를 다시 만든 생명의 역사이다. 약 25억년 전, ‘cyanobacteria’이라 불린 광합성을 하는 해양 미생물은 행성을 영구적으로 바꿨으며 산소가 포함된 대기를 퍼뜨리고 하늘을 푸른색으로 가득 채우며 해로운 자외선의 노출로부터 생명을 보호해주는 오존층의 형성을 시작했다. 오늘날 식물과 광합성을 하는 유기체들은 대기중 산소 농도를 다핵 생물을 지탱하는데 충분하도록 유지하지만, 조그마한 불꽃에서 불이 날 정도로 산소 농도가 높지 않다. 해양 [플랑크톤은*] 다른 생명들이 의존할 화학 순환을 이끌었고, 가스를 배출해 [운량을*] 증가시켜 지구 온도를 조절했다. 해초 숲, 산호초, 조개는 엄청난 양의 탄소를 저장하고, 해양의 산성을 완화시키며 수질을 향상하고 악천후에서도 해안선을 유지시킨다. 코끼리와 프레리도그, 흰개미 등 다양한 동물들은 지표면을 계속 복원하며, 물, 공기, 영양소의 흐름을 일으키며 수백만 종의 발생가능성을 향상한다. 그리고 (저자가 지구 깊은 곳에서 관측한) 미세 유기물은 많은 지질학적 과정에서 중요한 역할을 하고 있는 것으로 여겨진다.

* plankton (플랑크톤) : 물속에서 떠다니는 작은 생물. 양이 풍부해 수중 생명체에 중요한 식량원이 된다.
* cloud cover (운량) : 구름이 하늘을 덮고 있는 정도. 구름이 온 하늘을 덮었을 때 10, 구름이 없으면 0이다.

28) 지구는 그 자체로 살아있는 행성이라는 주장은 20세기 후반 이후, 서구 과학계에서 가장 유명한 ‘가이아 이론’의 기반이 되었다. 영국의 과학자이자 발명가인 ‘James Lovelock’은 1960년대에 해당 이론을 구상하고, 미국의 생물학자 ‘Lynn Margulis’와 함께 발전시킨 ‘가이아 이론’은 지구의 모든 생물과 무생물은 “생명이 거주하기에 적합하도록 행성을 유지시키는 광대한 존재의 일부이자 동반자” 이다.

29) 환경운동이 증가하는 시기인 1979년에 ‘Lovelock’은 가이아 이론에 대한 첫번째 책을 출판했다. 그의 사상은 대중의 주목을 받았지만, 많은 과학자들은 비판하고 비웃었다. 가이아 이론에 분노한 사람들은 일반적으로 동일한 반론을 제시했다. 지구는 먹거나, 성장하거나, 번식하거나 “진짜” 생물처럼 자연선택에 따라 진화하지 않기 때문에 살아있지 않다.

30) 비록 과학은 생명이라 불리는 현상에 대해 근본적인 설명을 못하지만, 많은 전문가들은 다음과 같은 문구와 비슷한 설명을 선호했다. “생명은 스스로 유지하는 체계이다.” 적극적인 자기유지와 조절을 하는 본질적인 능력은 다양한 수준에서 드러난다. 세포, 유기체, 생태계 그리고 저자가 입증할 행성.

31) 가이아 이론은 여전히 주류 과학계에서 오명에 가깝지만, 최근 수십년 동안 반대가 급격하게 줄어들고 있다. 비록 지구가 개별 생명체라는 주장에는 논란이 많지만, 일부 과학자들은 받아들이고 있으며 그렇지 않은 과학자들도 점차 수용적이다. 생명은 지구를 변화시키고 행성의 조절과정에 밀접하게 관련되어 있다는 생각은 지구 과학계 주류에서 핵심 교리가 되었다.

32) 지구과학은 비교적 얼마 안 된 영역으로 지구의 생명체와 무생물이 통합되는 것을 연구한다. 지구과학자인 ‘Tim Lenton’가 적은 내용으로, 그와 동료는 “생명의 진화와 행성에 대한 새로운 생각으로 진화가 행성을 형성하고 변화하는 행성의 환경은 생명을 바꾸며 이 둘은 하나의 과정으로 볼 수 있다.”

33) 많은 생명체와 같이, 지구는 에너지를 흡수하고 저장하며 변형시킨다. 행성의 요소는 생명체의 모습으로 드러내며 행성의 암석과 물 공기를 끊임없이 먹어 치우고 변화시키며 다시 채운다. 이러한 생명체들은 단순히 지구에 사는 것이 아니다. 그들은 문자 그대로 지구의 확장된 대상이다. 더욱더 유기체와 그것을 둘러싼 환경은 서로 변화하는 과정에서 나눌 수 없이 결합되어 있으며, 상호 유지를 촉진하는 자기유지과정에 수렴한다. 종합하면, 이런 과정은 지구에게 행성 생리 기능을 제공한다. 호흡과 신진대사를 하고 온도를 조절하며 화학물질의 균형을 유지한다. 지구는 단일 유기체나 다윈식 진화의 결과가 아니지만, 살아있는 생명이자 서로 연결된 거대한 생태계이다.

34) ‘Lovelock’가 가이아 이론을 설명하기 위해 사용한 초기 비유는 미국삼나무 (세쿼이아 나무)였다. 나무의 일부, 즉 잎과 줄기 안쪽의 얇은 조직, 나뭇가지와 뿌리에만 살아있는 세포가 있다. 나머지 부위는 죽어 있다. 비슷하게, 우리 행성의 대부분은 무생물의 암석으로 이루어져 있고, 겉에만 활짝 핀 생명으로 둘러싸여 있다. 살아있는 조직의 가는 부위는 나무가 생존하는데 중요하며, 지구의 살아있는 피부는 전세계의 만물을 유지하는데 도움이 된다. 그 당시 ‘Lovelock’이 알아채지 못한 것은 지구의 암석이 아무런 활동을 하지 않는 것처럼 보였지만, 대부분의 사람들이 믿고 있던 것 보다 미세한 구멍과 활력에 찬 생명이 있다.

35) 1950년대, 레추기아 동굴에서 (Lechuguilla Cave) 탐험가들이 바닥의 돌 무더기에서 바람이 부는 것을 알게 되었고 알려지지 않는 구역이 있음을 암시했다. 1980년대 초반, 수 차례의 발굴은 긴 여러 통로를 발견했다. 뒤 이은 탐사로 150 마일 (약 240 km)에 달하는 지하 구역이 드러났다. 터널과 방들은 특이하고 아름다운 결정들로 꾸며져 있었다. 서리와 같이 희고 날카로운 석고는 거대한 샹들리에 같고, 레몬 같은 노란색을 띄는 유황 연못, 진주같이 동그란 수산화 마그네슘, 투명한 셀레나이트 결정 그리고 백합 잎 같은 방해석은 청록색 연못 위에 매달려 있다.

36) 1990년대 초반, 우주 생물학자이자 지구 미생물학자인 ‘Penelope Boston’은 과학자와 동굴 탐험가로 이루어진 팀과 함께 레추기아 동굴을 탐사하도록 주도했다. 동굴을 탐험하기 위해, ‘Boston’과 동료들은 가파른 절벽에서 레펠을 타고 내려가야 했으며 미끄러운 석고탑을 올라가고 좁은 절벽을 통과하며 암석 틈 사이로 꿈틀대며 지나가야 했다. 이 동안, 크고 무거운 장비들을 끌고 가야 했다. “우리는 기본적인 대응만 할 수 있는 외계 환경에 있었습니다.”, “저는 이 곳을 떠날 만큼만 버티면 된다고 계속 생각했습니다.” 그녀가 회상했다.

37) ‘Boston’ 여사가 천장에 있던 특이한 진한 갈색 보풀을 채취해 가방에 넣으려고 할 때, 작은 가루가 눈에 들어갔고 감염된 것처럼 부풀어 올랐다. 그녀가 생각하기에 아마도, 갈색 솜털은 미생물에 의해 생성되었거나 미생물 일 것이다. 실험실은 그녀의 예감을 확정했다. 동굴은 미세 유기체로 뒤덮여 있으며 암석을 갉아 뚫고 철과 망간을 화학적으로 변화시키며 에너지를 얻고 부드러운 광물질 잔류물을 남긴다. 미생물은 지하 1,000 피트 (약 0.3 km) 아래에서 암석을 흙으로 바꾸고 있었다.

38) 몇 년의 연구 끝에 ‘Boston’ 여사와 과학자들은 레추기아의 미생물이 약간의 먼지를 내뱉는 것 보다 훨씬 더 많은 일들을 하고 있음을 밝혀냈다. 레추기아 동굴은 석회석의 두터운 층에 자리잡았으며, 2억 5천만년 된 석화 층을 유지한다. 동굴의 많은 방은 빗물에 의해 만들어지며 빗물은 땅에 스며들어 석회석을 서서히 녹인다. 하지만, 레추기아에는 미생물도 조각가가 된다. 박테리아가 석유를 먹고 황하수소 가스를 배출하면, 가스는 지하의 산소와 반응해 황산이 되고 석회석을 깎아낸다. 동시에 다른 미생물들은 황화수소를 소모해 부산물로 황산을 생산한다. 전세계 석회석 동굴의 5 ~ 10% 정도에서 비슷한 과정이 일어난다.

39) ‘Alexis Templeton’는 볼더 시에 있는 콜로라도 대학의 지구미생물학자로 주기적으로 오만의 바렌 산맥을 방문한다. 그 곳의 지질활동은 지구의 맨틀을 밀어 지표면에 가깝게 한다. (맨틀은 지각 아래의 층이다.) 그녀와 동료들은 맨틀이 올라오는 0.25 마일 (약 0.4 km)까지 시추공을 파고 길쭉한 원통 형상의 8000만 년된 암석을 추출한다. 암석은 적갈색과 녹색의 음영이 아름다운 대리석 무늬를 띄고 있었다. 실험실의 연구에서 ‘Templeton’은 시료들이 박테리아로 가득하며, 일부는 지각의 구성요소를 바꿨음을 밝혀냈다. 박테리아는 암석에서 수소를 먹고 황산염을 들이 마셔, 황화수소를 내뿜고 황화광물층을 만들어낸다.

40) 관련된 과정을 통해 미생물들은 금속들 중 금, 은, 철, 구리, 납, 아연 광맥을 형성하는데 도움을 주었다. 지하 미생물들은 암석을 쪼개고, 갇혀 있던 금속을 꺼낸다. 미생물이 방출한 화학물질 중 일부는 (황화수소 등) 양전기를 띄는 금속과 결합해 새로운 고체 화합물을 형성한다. 미생물은 액체 상태의 금속을 붙잡아 결합시켜 분자를 형성한다. 일부 미생물은 내부 세포에 금속을 비축하거나 더 많은 금속을 끌어올 수 있는 작은 금속성 결정을 성장시켜, 잠재적으로 오랜 세월 동안 상당한 매장층을 형성한다.

41) 생명, 특히 미세 유기체는 많은 양의 광물질을 제련해왔다. 오늘날 지구는 6000 종 이상의 광물질을 가지고 있으며, 대부분은 다이아몬드, 석영, 흑연처럼 결정형태이다. 하지만, 결정이 형성되던 시기에 지구의 무기물질 농도는 충분하지 않았다. 시간이 지나면서, 지구의 초기 지각층은 계속 분쇄되고 용해되고 재응고 되면서 희귀한 물질들을 이동시키고 농축했다. 생명은 암석을 쪼개고 원소의 순환을 시작하면서 광물화 과정의 새로운 화학 반응을 전부 만들었다. 지구상의 광물질 중 절반 이상이 높은 산소 농도 환경에만 존재할 수 있으며, 이는 바다와 대기에 산소를 공급하는 미생물, 조류(수중생물), 식물이 있기 전에 존재할 수 없다.

42) 지질활동과 끝없는 생명의 만개가 합쳐져, 지구에 생긴 광물질 목록은 알려진 다른 행성과 완전히 다르다. 비교를 위해 달, 수성, 화성은 광물질이 별로 없으며 많아봐야 겨우 수백가지 밖에 안될 것이다. 지구의 다양한 광물질은 생명의 존재만 아니라 생명의 생태에도 의존한다. 카네기 연구소의 광물학자이자 우주 생물학자인 ‘Robert Hazen’과 통계학자 ‘Grethe Hystad’는 두개의 행성에서 동일한 광물질 분포를 가질 확률이 10322 중 1로 계산했다. 우주에서 지구와 비슷한 행성이 1025으로 추정되는 상황에서 지구만큼 광물질을 함유할 행성은 없음이 거의 확실하다. “지구의 광물질 생성은 생물 진화에 직접적으로 의존한다는 인식은 충격적입니다.”, “수십년 전의 관점에서 근본적인 전환을 나타냅니다.” ‘Hazen’이 그의 저서에서 쓴 내용이다.

43) 대륙은 미생물의 테라포밍 (지구화)의 부분적인 구성일지도 모른다. 아무도 대륙이 어떻게 생성되는지 모르지만, 널리 인정받는 이론은 대륙지각이 해양지각에서 나온 것이다. 대륙은 화강암으로 이루어져 있고, (화강암은) 우리가 알고 있기에 지구에만 풍부하게 있다. 우주에서 알려진 곳 중 화강암이 많은 곳은 매우 드물다. 이와 대조적으로 해양지각은 현무암으로 이루어져 있으며 우주에 흔한 암석이다. 현무암은 검은색에 밀도가 높고 마그네슘과 철 및 중금속이 풍부하게 있다. 30억 년 전, 지구의 초기 해양지각은 오래되고 냉각되면서 해양지각이 떠있던 맨틀보다 무거워져 가라 않는 ‘섭입’ 현상이 시작되었다. 해양지각이 맨틀로 가라 앉으면서 해양지각의 위에 있던 퇴적층에서 물이 나오고 [맨틀 내부에 갇히면서 주변 맨틀보다 녹는점이 낮아졌다.*] 맨틀을 구성하는 요소 중 일부는 떠다니는 마그마로 녹기 시작하면서 화산에서 분출되고 냉각되어 새로운 암석이 된다.

* 수화현상 : 암석에 물이 들어가면 용융점이 내려간다. 암석이 일부 녹으면, 액체 성분이 광물 사이를 따라 고이다가 뭉치게 되는데, 이를 마그마라고 한다.

44) 이 과정은 오늘도 지속된다. 하지만, 지구 형성 초기에 맨틀은 현재보다 훨씬 뜨거웠다. 맨틀은 가라앉는 해양지각에서 물을 짜내 지각을 녹인다. 혼합된 마그마가 지상으로 올라가면, 냉각되어 새로운 종류의 암석 ‘화강암질암’을 형성하며 마그네슘과 철 함유량이 대폭 줄어들어 현무암보다 밀도가 훨씬 낮아진다. 시간이 흐르면서, 화강암질암은 섭입 과정을 겪고 화강암이 된다. 화강암은 현무암보다 밀도가 훨씬 적기 때문에, 해양지각의 맨 위에 쌓이며 초기 대륙의 두터운 부위를 형성하고 점진적으로 해수면에서 솟구친다. 이후, 판이 융기되면서 초기대륙은 작은대륙으로 합쳐지고 해수면보다 위에 있는 엄청난 양의 대륙이 형성된다. 25억년 전, 지구 표면의 약 1/3은 대지였다.

45) ‘Robert Hazen’과 동료를 포함한 여러 지구과학자들은 생명체가 퇴적층, 해양지각의 섭입과 현무암으로의 변화를 촉진해 대륙 형성에 도움을 주었는지 조사했다. 지각과 퇴적층에 물이 더 많으면, (대륙 형성 과정) 발생은 더 쉬워진다. 지구가 형성된 지 얼마 안 되었을 때, 해양지각에 살고 있던 미생물은 에너지와 영양분을 얻기 위해 현무암을 산과 효소로 녹이고 점토광물을 생성할 가능성이 크다. 수분이 함유된 부산물로 인해 지각은 윤활이 되고, 미생물은 맨틀과 지각의 용해를 촉진시킬 수 있을 것이다. 그로 인해 지각과 맨틀은 새로운 대지로 변형된다.

46) 지구물리학자인 ‘Dennis Höning’과 ‘Tilman Spohn’은 비슷한 주장을 출판했다. 그들은 섭입된 퇴적층에 있던 물이 가장 먼저 나오고, 지각에 있던 물은 일반적으로 더 깊은 곳에 나온다는 사실을 지적했다. 지각을 덮는 퇴적층이 두꺼우면 맨틀의 더 깊은 곳으로 물이 나오며, 궁극적으로 화강암의 생산을 증가시킨다. 지구의 첫 누대에서 미세 유기체와 이후 균, 식물은 지질학적 활동보다 암석을 훨씬 더 많이 녹이고 분해했다. 이를 통해 생명체들은 깊은 해저에 가라앉은 퇴적층의 양을 늘렸으며, 섭입되는 해양지각판을 두터운 보호층으로 감쌌다. 보호층은 맨틀에 더 많은 물을 쏟아내고 새로운 대륙의 생성에 기여했다. 일부 컴퓨터 모델에서는 생명체의 진화가 없었다면, 대륙의 확장은 매우 저해될 것이며 지구는 소수의 섬들만 있는 물 행성으로 남았을 것이다. 그랬다면 지구는 땅이 얼마 없었을 것이다.

47) 생명은 에너지를 흡수하고, 기체를 교환하며 복잡한 화학 반응을 일으키는 행성 지표면을 크게 확장한다. 지구 과학자 ‘Tyler Volk’는 지구의 모든 식물 뿌리를 계산했고, 뿌리는 물을 흡수하는 털로 지구를 잘게 뒤덮어 지표면의 35배 더 넓다. 미생물을 다 합치면 지표면의 200배에 해당한 면적과 맞먹는다. 또한 모든 대륙에 있는 3 피트 (약 91 cm) 두께의 비옥한 토양층 입자의 표면적을 합쳐보면, 지구 표면보다 100,000 더 넓다.

48) 생명이 있는 지구와 그렇지 않는 지구를 비교할 수 없다. 어디에나 있는 생명은 지구에 구조와 생리적 특징을 준다. 지구와 생명은 합쳐져 하나이자 스스로 조절되는 시스템이 되며, 40억 년 이상 진화하고 지속되었다. 우리는 스스로 살아있는 개체로 여기듯, 지구도 같이 고려해야 할 많은 이유가 있다. 이 진실은 더 이상 직관이나 개인의 통찰력이 아닌 과학적 증거의 우위로 입증된다.

49) 우리가 스스로 훨씬 더 거대한 생명의 한 일부로 볼 수 있다면 (즉 행성의 총합을 구성하는 요소로 본다면), 지구에 대한 우리의 책임은 훨씬 명확해 진다. 화석연료, 산업화된 농업 및 널리 퍼져 있는 공해는 단순히 세계 기온만 올리거나 “환경에 유해한” 것이 아니다. 알려진 가장 큰 생명체에 대한 심각한 불균형은 위기를 준다. 이 위기는 속도나 규모면에서 매우 크고, 필수적인 해결책 없다면 지구 어디든 스스로 완전 회복될 때까지 수천년에서 수백만 년이 필요하다. 이 과정에서 지구는 우리가 경험한 세계 (의존하는 생태계와 현대 문명을 지탱해주던 세계)와 달라질 것이다.

50) 2세기 넘게, 서구 과학은 생명의 근원을 지구에서 발생한 무언가로 여겼다. 행성은 한 번 발생한 현상 (생명 발생)을 발생시키고 기적이 일어난 마구간 (예수가 탄생한 곳에 비유) 이었다. 하지만 생명과 지구는 이런 방식으로 분리될 수 없다. 생명은 단지 지구에만 살지 않는다. 행성의 연장선상에 있다. 생명은 지구에서 생겨나고 만들어지며 다시 돌아간다. 지구는 태양빛을 먹는 암석이며 (생명의) 노래를 내뿜고 우주의 불가사리한 공허에서 소용돌이친다. 맥박을 뛰고, 숨을 쉬며 진화하고 우리처럼 죽음에 취약하다.