자연과학에 너무 무지하기에 2017년부터 틈나는 대로 과학 관련 책을 보았다. 처음으로 봤던 책이 정인경 교수님의 『과학을 읽다』였다. 매우 재밌게 봤기에, 정인경 교수님의 다른 책을 추가로 구입했다. 『뉴턴의 무정한 세계』(돌베게)와 『보스포루스 과학사』 (다산에듀)이다.
최근 2년 만에 『과학을 읽다』를 다시 봤다. 예전에는 어리버리한 상태에서 덜 이해되던 것들도, 다른 과학책을 본 상태에서 다시 읽으니 소화되는 내용들이 더 많아졌다. 메모를 겸해 정리해본다.
책의 목차는 ①역사 ②철학 ③우주 ④인간 ⑤마음의 5가지 카테고리이다. 각 카테고리별로 ‘고전’에 준하는 책을 소개하며, 과학적 이슈를 연결해 서술한다. 5개의 카테고리, 각 5개의 책이니 최소 25권인데, 실제로는 약 40–50여 권의 책을 소개한다.
‘양념’으로 소개하는 책의 내용들은 중량감 있는 고전들이다. 그러나 내용을 상세히 다루지는 않는다. 핵심 문제의식을 소개하는 방식이다. 자연과학적인 내용을 다루지만 ‘인문학’ 책에 가깝다. 자연과학과 인문학을 넘나드는 저자의 박학다식과 풍부한 인문학적 내공이 있기에 가능한 일이다.
정인경 교수는 서문에서 “큰 그림에서 과학을 인문학적으로 이해하고 통찰하는 것”(13쪽)이 책의 취지라고 밝힌다. 책의 목적을 훌륭하게 달성한 책이다. 세상에는 똑똑하고 따뜻한 마음을 간직했는데 글도 잘 쓰는 사람이 정말 많구나 하고 감탄을 금치 못했다.
개인적으로 가장 흥미로운 부분은 역시 ‘우주’와 ‘진화’, 그리고 ‘뇌과학’에 관한 부분이다. ‘우주’를 둘러싼 근대 과학혁명은 코페르니쿠스 → 케플러 → 갈릴레이 → 뉴턴 → 아인슈타인으로 이어진다. 과학혁명에 대한 자세한 내용은 정인경 교수의 또 다른 ‘과학입문서’인 『뉴턴의 무정한 세계』에서 쉽고 재미있게 잘 다룬다.
‘진화’에 관한 부분은 다윈에서 시작되지만 인간 본성 및 마음의 기원-본질과도 밀접한 관련을 맺는다. 과거 ‘철학’이 논의를 주도하던 인간 본성, 감성, 이성, 마음의 영역을 이제는 ‘자연과학’이 확실한 주도권을 갖게 된 것으로 보인다.
유인원과 인간의 분기 시점은 2,500만 년 전이다. 700만 년 전에 처음으로 서 있는 인간이 출현했다. 이때는 ‘유인원에 가까운, 인간’이었다. 호모 사피엔스는 약 10만 년 전에 출현한다. 농업혁명이 일어나 문명을 건설하기 시작한 것은 1만 년 전부터, 즉 문명의 역사는 1만 년이다. 699만 년은 ‘인간이 되기까지의’ 역사였다.
우리가 흔히 말하는 인간 본성, 인간의 마음은 인간이 되기까지의 역사에서 형성된 것들이다. 정인경 교수는 이에 대해 “인간의 역사에서 99퍼센트가 ‘인간이 되기까지의 역사’였다.”(29쪽)고 표현한다. 결과적으로 인간 본성, 인간의 마음은 모두 ‘진화’의 과정에서 형성된 것들이다. 우리는 진화의 본질, 진화의 작동원리를 충분히 이해하지 못하면 인간 본성과 인간의 마음 역시 제대로 이해할 수 없다.
마케팅 분야에서 평판이 좋은 책으로는 칩 히스의 『스틱』(엘도라도)과 조나 보거의 『컨테이저스: 전략적 입소문』(문학동네) 등이 있다. 이 책에서는 공통적으로 ‘의외성’(Unexpectedness)을 강조한다. 인간은 ‘예상하지 못한, 의외의 것’에 대해 민감하게 반응하고, 오래도록 기억한다는 것이다. 왜 그럴까? 인간의 뇌가 그렇게 진화했기 때문이다.
인간은 포식자의 공격으로부터 ‘살아남기 위해’ 감각을 발달시켰다. ‘예상하지 못한’ 상황에 더 민감하게 반응해야만 했다. 경제학의 전통적 가정에 도전하는 행동경제학에서도 유사한 패턴으로 나타난다. 행동경제학의 실험들에 의하면, 인간은 ‘손실’에 대해 ‘이익’보다 약 3배 민감하게 반응한다. 이 역시도 진화의 산물이다. 국가적 차원의 의사결정에서 ‘생존=안보’ 요인이 ‘경제적 실익’에 우선하는 것도 같은 맥락으로 해석할 수 있다.
화석 이야기는 특히 흥미로웠다. 화석이 만들어질 확률은 10억 분의 1 정도라고 한다. 현재 지구 인구 70억을 기준으로 보면 이 중에서 7명만 화석으로 남는다. 화석으로 남을지라도 ‘화석이 발견될 확률’은 훨씬 더 작다. 두 가지 요인을 종합해보면, 화석이 눈에 띄는 것은 기적 곱하기 기적에 가까운 일이다.
1. 역사
흔히 유인원과 구분되는 인간의 특징으로 ‘직립보행’과 ‘뇌 크기’를 꼽는다. 침팬지의 뇌는 350–500㎤ 정도 된다. 현생 인류의 뇌 크기는 1,500㎤ 정도 된다. 거의 3배 차이가 난다. ‘유인원에 가까운, 인간’은 뇌 크기가 350–500㎤에 불과했다. 인간은 700만 년의 진화과정을 거치며 ‘점진적으로’ 뇌 크기가 지금처럼 커졌다.
뇌 크기의 성장과 직립보행 중에 뭐가 먼저 일어났을까? ‘직립보행’이 먼저다. 이를 입증하는 화석이 도널드 조핸슨이 1974년에 발견한 루시(오스트랄로피테쿠스)이다. ‘루시’라는 이름의 화석은 비틀스의 노래에서 유래했다. 직립보행 역시 ‘점진적’으로 이뤄졌다. 처음에는 두발로, 서 있는 수준에 불과했다. 350만 년 전 일이다. 이때는 ‘유인원에 가까운, 인간’이었고, 주로 나무에서 생활했다. 직립보행 수준이 되는 것은 지금으로부터 180만 년 전 일이다.
‘두발로, 서 있는’ 수준에서 직립보행을 하기까지 무려 170만 년이 걸렸다. 왜 (유인원이었던) 인간은 직립보행을 하게 됐을까? 결론부터 말하면, ‘환경변화’에 살아남기 위해서였다. 동쪽 아프리카에 살았는데, 기후가 점점 건조해지고 서늘해졌다. 울창했던 열대우림이 사라지고 덤불 사이로 나무가 몇 그루 서 있는 ‘사바나 지역’으로 변하게 됐다. 먹을거리를 구하긴 더 어려워지고, 빽빽한 나무 사이로 몸을 숨기는 것도 더 어려워졌다.
유인원처럼 ‘두 팔로 땅을 짚으면서’ 걷는 방식을 너클보행이라고 한다. 직립보행은 너클보행에 비해 에너지를 35% 절약할 수 있다. 직립보행 방식인, 뒷다리를 딛고 서면 시야가 넓어져서 포식자들을 피해 도망치기에도 유리하다. 햇볕에 노출되는 신체면적도 줄어든다. 지열(地熱)과의 상대적 거리도 멀어진다. 더 시원해지기에, 이후 ‘털’이 줄어들게 됐다. 털이 줄어드니, 땀을 더 많이 배출하게 됐다.
직립보행 과정이 제대로 작동되려면, 해부학적으로 팔다리 길이, 엉덩이, 무릎, 발목관절, 발가락 모양이 모두 진화되어야 했다. 자유로워진 손과 팔을 다리와 따로 쓰려면 큰 뇌와 복잡한 신경계를 필요해졌다(37–51쪽). 어떤 인류학자는 “인간의 ‘지능’은 단지 두 발로 걷다 보니 생긴 부산물에 지나지 않는다”고 말했을 정도이다(44쪽). 이를테면 발의 혁명이 발목관절, 무릎, 엉덩이, 팔다리 혁명, 발가락 혁명을 거쳐 최종적으로 뇌 혁명으로 연결됐다.
직립보행과 뇌 크기의 확대가 ‘살아남기 위해서’였던 것처럼, 인간은 ‘살아남기 위해’ 공동사냥을 해야했고 그 과정에서 협력을 익히게 됐다. 협력과정을 통해 관계맺기, (상대방의) 마음읽기 능력이 생겨났다. 마음, 생각, 감정, 노래, 언어 역시 ‘굶주림을 극복하기 위한’ 협력 과정에서 만들어진다. 순서만 보면, ‘협력’이 인간의 본성이 아니라, ‘살아남기 위한’ 몸부림이 인간의 본성에 가깝다고 볼 수 있다.
정인경 교수님 책을 통해, 진보(Progress)와 진화(Evolution)의 개념적 차이에 대해서도 제대로 알게 됐다. 진보(Progress)는 ‘방향’과 ‘목적’을 담았다. 반면 진화(Evolution)는 ‘방향’도 없고, ‘목적’도 없다. 진화론에 기반해서 인간의 본질을 재인식한다는 것은, 플라톤이 말했던 ‘본질주의=이데아’ 방식의 접근과 결을 달리한다. 헤겔과 칼 마르크스처럼 ‘어떤 최종적 지향’을 담은 ‘진보 사관’과도 결을 달리하게 된다.
오스트랄로피테쿠스, 호모 하빌리스, 호모 에렉투스, 네안데르탈인, 호모 사피엔스 등 지금까지 발견된 인간 종은 모두 27종이라고 한다. 이에 관해서는 캘리포니아 대학 이상희 교수님의 『인류의 기원』(사이언스 북스)이라는 책이 재미있다. 고고학을 통해서 보는 인류의 진화과정을 살펴보는 책이다. 『과학동아』에 연재되었던 글을 엮은 책이어서, 글이 쉽고 호흡이 간결하다.
2. 철학
세계는 어떻게 구성되어 있는가? 무엇이 가치 있는 것인가? 하나는 ‘사실’이고, 다른 하나는 ‘가치’이다. 기원전 900년부터 기원전 200년 사이에 세계에 대한 인식과 가치에 대해 ‘해답’을 제시하는 사상적-철학적 흐름이 등장한다. 중국의 유교와 도교, 인도의 힌두교와 불교, 이스라엘의 유일신교, 그리스의 합리주의 철학이 해당한다.
독일의 철학자 칼 야스퍼스는 이를 ‘축의 시대’(Axial Age)라고 표현한다. 서로 다른 세계 4대 문명권에서, 왜 새로운 종교적-철학적 흐름이 ‘동시에’ 등장했을까? 1만 년 전에 농업혁명이 발생했다. 농업혁명으로 인해 고대문명이 발생하고, 국가와 계급이 출현하게 된다. ‘축의 시대’는 문명, 국가, 계급 사회의 연장 선상에서 생겼음을 추론해볼 수 있다.
3. 우주
지구의 자전 속도를 처음 알게 됐다. 시속 1,670Km라고 한다. 참으로 놀라운 속도다. 코페르니쿠스→케플러→갈릴레이→뉴턴→아인슈타인으로 이어지는 ‘과학혁명’은 정말 놀랍고 흥미롭다. 이들 모두가 대단하지만, 지동설/천동설 논쟁에 종지부를 찍은 사람은 갈릴레이다. 분기점은 망원경의 제작이다. 갈릴레이는 처음에는 9배율의 망원경, 나중에는 20배율의 망원경을 만들어낸다.
망원경을 통한 우주의 관찰은 아리스토텔레스와 프톨레마이오스가 주장했던 ‘중세적 우주관’을 무너뜨리게 된다. 망원경을 통해 갈릴레이가 새롭게 관찰한 내용은 ① 달이 ‘울퉁불퉁’하다는 것이다. 달의 ‘울툴불퉁함’만으로도, 신이 창조한 우주는 완벽함과 조화로운 세계이기 때문에 달은 ‘수정구슬처럼’ 둥글둥글하다는 아리스토텔레스의 주장이 틀렸음을 입증했다.
② 갈릴레이는 ‘목성’을 관찰했는데, 목성 주위를 도는 ‘4개의 위성’을 발견한다. 이 역시도 ‘중세적 우주관’을 무너뜨린다. 모든 것은 ‘지구를 중심으로’ 돈다는 지구중심론=천동설이 허위일 가능성이 크고, 목성에 위성이 있다는 것은, 지구 역시 ‘위성’일 수 있다는 가능성을 암시한다.
4. 인간
인간이 유인원에서 발생했다는 ‘다윈의 진화론’이 가져다준 충격은 굉장했을 것이다. 『과학을 읽다』에서는 당시의 공포와 불안감을 알 수 있는, 1880년에 버밍엄 주교 부인의 기도를 소개한다.
다윈 진화론이 사실이 아니기를 기도합시다. 만약에 사실이라면 사람들에게 알려지지 않기를 기도합시다.
- 245쪽
정인경 교수는 다윈의 책 『인간의 유래』를 소개한다(257–269쪽). ‘진화론’의 주장은 인간이 유인원에서 유래했던 것 이상을 말해준다. 무기물에서 유기물이 만들어지고, 물질에서 생명이 만들어지고, 물질→생명→인간의 의식과 마음이 만들어졌음을 말한다. 인간이 ‘하등동물’에서 만들어진 증거로 다윈은 배(胚) 발생 단계를 자세히 검토한다.
인간은 지름이 0.2밀리리터 정도인 난세포에서 발생한다. 이 난세포는 다른 동물의 난세포와 전혀 다르지 않다. 인간의 골격을 이루는 뼈는 원숭이, 박쥐, 물개의 뼈와 다르지 않다. 근육, 신경, 혈관, 내장기관도 모두 마찬가지이다. 감각, 직관, 사랑, 기억, 주의력, 호기심, 모방, 사고력조차도 인간 고유의 것이 아니다. 이는 다른 동물에게서도 발견된다.
그럼 인간 본성은 다른 동물과 어떻게 다른가? 다윈은 사회적 본능과 도덕에서 그 해답을 찾는다. 아프리카 초원에서 살 때, 다른 사람의 마음을 읽는, 사회적 공감 능력이 있는 것은 초창기 인류의 ‘생존 경쟁’에 절대적으로 유리했다. 그 과정에서 기쁨, 슬픔, 즐거움, 괴로움 같은 감정이 ‘자연 선택에 의해’ 진화했다. 사회적 본능, 타인을 이해하는 공감 능력은 도덕성의 기초가 되었다.
다윈은 인간의 삶에서 ‘생존경쟁’과 구분되는 타인에 대한 공감과 도덕을 강조했다고 한다(265쪽). 요컨대, 인간의 도덕은 사회적 본능, 뇌의 지능, 교육과 종교 같은 문화적 환경의 영향으로 진보했다는 것이다.
5. 진화와 마음
책의 후반부 내용은 진화론, 뇌, 마음, 생각의 상호관계를 다룬다. 인문학의 전통 이슈들을 진화론과 뇌과학의 최신 연구들에 기반해서 설명한다. 매우 경이로운 내용이다.
‘뇌’는 동물에게만 있다. 인간을 비롯한 동물은 자기 밖의 외부 세계를 안으로 연결하는 장치를 개발했다. 뇌이다. 동물(動物)이 뇌를 필요로 했던 이유는 동물은 운동성과 지향성을 본성으로 하기 때문이다. 즉 ‘방향’과 ‘목적’을 갖고 움직이는 생명체가 동물이며, 동물의 이러한 특성 때문에 외부세계와의 환경변화를 예측하고 대응하는 것이 중요하다.
지구 역사는 46억 년이다. 단세포 생명체의 출현은 35억 년 전에 이뤄졌다. 다세포 생명체의 출현은 10억 년 전에 이뤄진다. 단세포 출현 이후에 다세포 생명체가 출현하는 데 25억 년이 걸렸다. 다세포는 그만큼 복잡한 존재다. 다세포 생명체는 감각, 운동, 생식을 역할 분담한다. 동시에 세포들 사이의 의사소통을 담당하는 특별한 세포가 만들어진다. 신경세포인 뉴런(neuron)이다. 신경세포, 뉴런은 ‘감각세포’와 ‘운동세포’를 연결하는 역할을 한다.
신경세포들의 통합과정에서 척추동물이 출현한다. 척추동물의 척추, 등뼈 안에는 온몸의 신경세포가 연결된 척수신경 다발이 있다. 척수신경 다발이 발달해 위로 올라가 ‘뇌’를 만들고, 중추신경계를 완성한다. 뇌는 척수를 통해 신경세포들의 거대한 연결망을 형성한다. 정리해보면, 감각세포와 운동세포의 연결→신경세포(뉴런)의 출현→신경세포의 통합→척추동물의 출현→척수신경 다발의 발달→뇌(중추신경계)의 탄생 과정을 거친다.
진화과정에서 동물들은 ‘외부세계’와 ‘뇌’ 사이를 중계할 수 있는 감각기관을 발명한다. 눈, 코, 입, 귀는 뇌의 도구로 진화한 기관이다. 예컨대 ‘눈’은 피부조직이었는데, 빛의 성질에 적응하는 과정에서 발달했다. 로돌포 이나스는 책 『꿈꾸는 기계의 진화』에서 이러한 눈의 작용을 ‘동물의 광합성’이라고 표현한다. 광합성을 하지 않는 동물이 ‘눈을 통해’ 먹이를 찾고 생존했기 때문이다.
식물(植物)은 뇌가 없는데, 동물(動物)은 뇌가 있다. 동물은 ‘움직이기’ 때문이다. 동물은 뇌라는 신경계를 만들어 외부세계의 변화를 예측하고 움직일 수 있도록 진화했다. 뇌와 같은 신경계의 목표는 예측이다. 뇌가 수행하는 예측의 최종 목표는, 위험을 감지하고, 고통을 줄여서, 외부환경의 변화에 대해 생존하기 위해서이다. 목적지향성은 식물과 구분되는 동물의 중요한 특징이다.
뇌는 어떻게 외부세계를 인식할 수 있는가? 예컨대, 뇌는 어떻게 하늘이 ‘파랗다’는 것을 알 수 있는가? ‘파란색’ 하늘은 실제로 존재하는가. 아니면, ‘뇌의 해석’일 뿐인가? 당근 ‘파란색’ 하늘은 실제로는 존재하지 않는다. 뇌의 해석일 뿐이다.
처칠랜드는 도덕의 출발점을 포유류의 뇌가 진화하는 과정에서 찾는다. 포유류부터 다른 개체를 위하고 배려하는 가치가 나왔다고 본다. 어미의 뇌는 신경전달물질 옥시토신을 분비하며 자식에게 애정을 쏟는다. 자식을 돌보는 따뜻한 마음은 배우자에서 친족, 그리고 친구로 확대되었다. 무리를 짓고 살아가는 사회적 포유류는 자식 이외에 남에게도 친밀감을 느끼고 서로 돌보는 성향을 갖게 된다.
원문: 최병천의 페이스북
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