뼈, 그리고 척추동물의 진화

232장의 그림과 사진, 일상의 도구들로 한눈에 들어오는 척추동물의 진화초식동물의 턱관절은 호두까기, 육식동물의 턱관절은 가위다. 육식동물은 먹이를 조각내는 것이 중요하기 때문에 치열이 턱관절과 일직선으로 위치한다. 가위가 종이를 자르기 위해 힘을 가하는 손잡이가 가윗날과 일직선으로 위치하고 있는 것과 마찬가지다. 자르는 힘은 가윗날의 뒤쪽으로 갈수록 커지고, 자르는 동작은 가윗날의 뒤쪽에서 앞쪽으로 진행된다. 고양이는 날카롭고 칼날 같은 이빨이 턱관절 가까이에 위치하며, 턱관절과 가까운 이빨이 먼저 움직이고 앞쪽의 이빨이 나중에 움직인다. 반면, 말은 턱관절이 치열보다 훨씬 위에 위치해서, 호두까기와 마찬가지로 모든 이빨의 표면이 이어져서 하나의 넓은 표면으로 식물질을 으깬다.거대한 초식공룡 브라키오사우루스, 카마라사우루스 같은 용각류 공룡의 움직임과 진화과정, 그리고 파충류, 조류, 포유류의 앞다리 자세의 기능적 형태구조를 연구해온 척추고생물학자 매슈 F. 보넌은 동물의 뼈대와 주변의 연조직을 자동차에 비유해 설명한다. 차대는 척추동물의 골격과 비슷하다. 척추동물의 근육과 뼈는 특정한 관절 주위에서 토크를 발생시키는 자동차 기어의 역할을 한다. 전륜구동과 후륜구동을 보자면, 육상 척추동물의 상당수는 뒷다리를 이용해 앞으로 나아가고(후륜구동) 앞다리를 이용해 방향을 조절한다. 나아가, 대퇴골(넙다리뼈)은 그 뼈 주인의 공통조상, 계보, 예상 최고속도, 몸집 등을 말해준다.그렇다면, 테니스공이 날아가는 모습은 물고기가 저항을 극복하는 원리를 어떻게 설명해줄까? 우주복과 달걀의 공통점은 무엇일까? 카메라 렌즈는 해양 파충류의 눈에 대해 무엇을 말해줄 수 있을까? 머그잔에 담긴 커피가 잘 쏟아지지 않도록 하는 원리를 알면 공룡의 자세를 이해하는 데에 어떻게 도움이 될까? 초보자에게도, 친절한 설명에 더해 해부학과 컴퓨터 응용 모델링을 이용해 지은이 보넌이 직접 그린 그림과 사진 232장이 무척 도움이 된다. 그리하여, 뼈는 무기질화한 특수한 조직으로 콜라겐 같은 연조직과 결합한 무기질(칼슘과 인) 혼합체를 함유하고 있는데, 칼슘과 인은 압축력을 견디는 건물의 콘크리트 역할을 하고, 콜라겐 섬유는 콘크리트 속의 강철봉처럼 뼈의 유연성을 높여준다는 출발점에서 인간의 엉덩이와 커다란 뇌실과 대후두공이라는 지금 위치까지, 5억 년에 걸친 진화의 파노라마가 한눈에 들어온다. 달걀과 내 손목이, 모든 생명체가 완전히 새롭게 보이는 압도적인 책우주복과 달걀의 공통점으로 돌아가보자. 우주복은 우주에서 생존을 보장하기 위해 개발된 생명유지 장치로, 다양한 목적을 가지고 있다. 첫째, 적절한 기압을 통해 우주비행사의 몸을 지탱한다. 둘째, 흡입할 수 있는 산소를 제공하고, 배출된 이산화탄소를 특수 탱크에 저장한다. 셋째, 착용한 사람의 몸을 둘러싸고 액체를 순환시켜 우주복에 갇혀 있어도 체온이 오르지 않도록 한다. 넷째, 우주에서 차는 기저귀라고 할 수 있는 MAG(최대흡수복)라고 하는 옷 안의 액체 배설물과 고체 배설물을 흡수하여 저장한 후 격리한다. 척추동물의 한 부류인 양막류가 육지에서만 서식하는 데에 성공할 수 있었던 이유 중 하나는 특수한 양막란을 발달시킨 덕분이었고, 배아가 들어 있는 양막류의 알은 우주복과 마찬가지로 배아가 충분히 발달해 생존할 수 있을 때까지 이 새로운 환경의 가혹한 상황으로부터 배아를 보호해야 했다. 초기 사지동물과 양서류가 중력과 건조한 환경에 적응해야 했던 것처럼, 양막류의 배아도 이런 위험한 환경을 비롯한 많은 것들을 견뎌야 했다. 달걀도 그렇다.달걀이 나온 김에, 질문: 수탉의 정자는 어떻게 딱딱한 껍데기로 덮인 암탉의 알로 들어가는 걸까? 답: 그런 일은 일어나지 않는다. 정자가 암탉의 수란관으로 들어가서 난자(알)와 수정한 후에 알에 다른 여러 층이 덧입혀지기 때문이다. 배아가 커다란 공을 닮은 난황 위에서 작은 원반 모양으로 발달하는 동안, 암탉 수란관의 특수한 부위에서는 바깥쪽에 여러 다양한 구성요소를 덧붙이는 작업이 이루어진다. 자동차를 생산할 때 생산라인을 거치며 여러 부품을 각기 다른 전문화한 장소에서 조립하는 것처럼 암탉의 수란관도 배아가 총배설강을 향해 이동하는 동안 여러 특수한 층을 덧입힌다. 알의 흰 부분인 난백(흰자)이 배아와 난황 주위로 덧붙여진 이후에 난각막(알껍데기막)과 더불어 딱딱하고 칼슘이 풍부한 껍데기가 더해진다.그러면 또, 손바닥을 앞뒤로 뒤집어보자. 발가락이 다섯 개인 사지동물은 요골(노뼈)이 항상 첫 번째 앞발가락(엄지)과 한 줄로 이어지고, 척골(자뼈)은 네 번째 앞발가락(약지)과 이어진다. 뒷다리도 경골(정강이뼈)은 첫 번째 뒷발가락, 비골(종아리뼈)은 네 번째 뒷발가락과 이어진다. 왜?5억 년 전에 연골과 뼈가 등장한 이래, 턱과 위가 진화하고, 물속과 공기 중의 생활에 맞추어 아가미와 폐가 교체되고 눈의 수정체 모양이 달라지고, 혀가 나타나고, 두개골의 ‘창’이 단궁류와 이궁류를 나누고, 뱀의 배추가 120개가 되고, …. 이 눈부신, 경이로운 진화의 과정을 살펴보고 나면, 내 견갑골과 나 자신을 포함해서 눈에 띄는 모든 생명체가 완전히 새롭게 보일 것이다. 한마디로, 압도적이다.