Jae Chun Choe / professor of EcoScience at Ewha Woman’s University and Director of University’s Natural History Museum
All life appears to have originated in water, and for most of history, animals were limited to an aquatic existence. Then, fairly recently in evolutionary time, a few fish evolved into amphibians, and thus the first land animals appeared. The reasons for this great leap forward remain elusive, and have been subject to much creative speculation. A cartoon entitled Great Moments in Evolution by Gary Larson depicts three fishes pondering what to do after accidentally hitting their baseball on to land. Larson inspires us to imagine what might have happened after this scene played out one too many times, after the fishes got tired of losing their toys. One day, a pioneering fish may finally have scraped up enough courage to venture out the water after the ball, accidentally leading to the evolution of a creature adapted to terrestrial life. In Larson’s world, if no fish had dared to jump out of the water after that baseball, we humans might never have appeared on this planet.
What was the greatest moment in evolution? Was it the instant when the first spiralling strand of DNA, the very source code of life, was completed? Was it the appearance of the first cell, the creation of a whole new world wrapped in a protective membrane? The appearance of the first multi-cellular organism, a miracle of art and engineering? The first moment when an animal soared aloft on wings? Or was it the moment when man first stood up two legs to look over tall grasses at the horizon beyond? How did life achieve all these revolutionary changes? In the atelier (or rather, the laboratory) of Hyungkoo Lee, unimaginable evolutionary innovations occur at a scale and rate so immense that Lee’s creative process may rightly be called another Cambrian explosion or neo-Camnbrian explosion. It isn’t hard to imagine Lee being reborn as palaeontologist in 50 million years, and making a career out of studying the skeletons of animals from a huge fossil bed, equivalent to the Burgess Shale, that he himself will discover. Geologists predict that in 50 million years, the giant East African Rift Walley, Which includes Lake Tanganyika, will widen, separating a wedge of eastern Africa containing Somalia, Kenya, Tanzania, and parts of Ethiopia and Mozambique from the main body of Africa. The reborn Lee could lead the investigation into the evolution of fossil vertebrates discovered on the coast of this new continent, Lemuria. In this imagined future, the skeletons that Lee studies imply, human volition will play an important role in driving and shaping our evolution over the next 50 million years. According to traditional views, there should be no purpose or pre-ordained direction in evolution. Rather, evolution should stumble forward as a series of fortunate accidents. Richard Dawkins, author of The Selfish Gene, likens the process to the fate of a watch in the hands of a blind watchmaker. As the blind watchmaker is unable to perceive the overall plan of the timepiece, or the nature of the problem, he will be forced to make random adjustments, hoping that somewhere along the way, a solution will occur by accident. Under these circumstances, it is difficult to imagine that your watch wi1l actually be repaired. This inability of evolution to plan ahead may explain why the magnificent diversity of life that we see around us currently preserves only a tiny portion of the biodiversity that this planet has known. Lewis Carroll’s novel Through the Looking Glass contains a scene in which Alice finds herself running around a tall tree, hand in hand with the Red Queen. Alice is amazed that they run until they are out of their breath, yet they remain in the same place. To the bewildered Alice, the Red Queen explains that just to stay in one place, they must run as hard as they can. Leigh Van Valen, an evolutionary biologist at the University of Chicago, uses the analogy of the Red Queen to explain the process of evolution. Living organisms, according to Van Valen, are not actually advancing toward a better future, but rather must exhaust all of their energy and creativity simply to avoid extinction. The majority of the now extinct life forms are those Who could not keep pace with Bed Queen, and in the end lost their grip on her hand. Nobel laureate Francois Jacob calls evolution a ‘tinkerer’, by which he means that natural selection is not an engineering process leading to the invention of the most effective machine, but rather, is nothing but a blind watchmaker making the best out of a bad job. The birth of the human species resulted from a long series of fortuitous events. The probability of this sequence of events occurring is unimaginably low, and yet somehow, here we are. In his book Wonderful Life: The Burgess Shale and the Nature of History, Stephen Jay Gould boldly asserts that if we could recreate die original conditions of life for the filming of the documentary Life on Earth, the probability of man ever appearing in the new version would be close to zero. Nonetheless, in Lee’s laboratory, evidence of revolutionary evolution is scattered everywhere. the beak of Geococctx Animatus(the Warner Brothers’ famed Roadrunner) has evolved a permanent gape from a lifetime of laughing at the misadventures of Wile E. Coyote (Canis Latrans Animatus). Is this the ultimate evidence of Lamarckianism, i.e., the inheritance of acquired character? Is Lamarckian evolution possible, despite its contradictions with the theory of natural selection and the principle of Meridelian genetics? Lamarck explained evolution as resulting from the interplay between form, habit and desire. According to Lamarck, the giraffe’s neck lengthened from the modest feature with which most creatures are equipped to its current spectacular form as the result of concerted effort across generations, as giraffes strove to reach upward to greater and greater heights in the trees toward the tender leaves on which their lives depend. Lamarck, long disparaged by evolutionary scientists, has not yet been proven right, but evidence is accumulating that some forms of Lamarckian evolution may be possible. If Lamarck showed up at Lee’s exhibition, he would surely be pleased with what he saw. Modern humans live in an age in which we can and do reconstruct ourselves into the forms that we want to present to the world, and that we ourselves long to see in the mirror. Jaw bones are sculpted and reshaped, the bridges of noses are elevated, and silicone bags are inserted into breasts. In the not-so-distant future, we may be able to make changes in the very genes of our unborn children. Finally, we will be able to recreate a new kind of self without using a knife. If these events actually come to pass, and genetically designed children are born and prove reproductively successful, human evolution will take a very different course. The post-2003 world, or the world after the completion of the Human Genome Project, will be a world like no one has ever seen, truly a Brave New World, even more outlandish than the one Aldous Huxley imagined. Is necessity the mother of invention? The fossil bones investigated in Lee’s creative laboratory are full of the markers of evolution by necessity. The legs and feet of Geococcyx Animatus, strengthened by decades of flight from the ravenous Canis Latrans Animatus, have become so greatly enlarged that they are now even more enormous than those of Canis Latrans Animatus. The jaw bones of Canis Latrans Animatus have been lengthened and strengthened by the coyote’s eagerness to catch and devour Geococcyx Animatus. While it is not clear who will be the ultimate victor in this predator-prey relationship-and indeed the tables may turn, revealing the hunter as the hunted-it is obvious that the wills of their ancestors have been clearly reflected in the evolutionary patterns of both animals. What may the future hold if indeed necessity dictates the direction of evolution? Everything seems possible in the world of Hyungkoo Lee. Will this world become more efficient if men are born equipped with bodies perfectly suited for their future professions? Will the world be a better place if future professors are born with megaphone-like mouths, and pianists with fingers long and strong enough to gracefully bridge several octaves? As unimaginable as it may seem, such a world already exists on this planet. In the forests of Central and South America, visitors can easily spot caravans of leaf-cutter ants diligently transporting cut leaves to their nests. Contrary to all appearances, the ants do not actually eat the leaves themselves, but rather use leaves as fertilizer in the cultivation of edible fungi or mushrooms. Scientists using a DNA-based ‘molecular clock’ estimate that the mushrooms that comprise the ant’s stable foods have been cultivated for an incredible 60 million years. Therefore, not only are leaf-cutter ants members of the very exclusive club of animals (including ants, termites, and humans) who have invented agriculture, but they are clearly founding members, their accomplishments having preceded human agriculture by tens of millions of years. Leaf-cutter ants have adopted an assembly-line-style division of labour, analogous to that used in automobile manufacturing. An automobile frame is placed on a conveyor belt and then assembly workers perform their own specific tasks as the frame passes by. Leaf-cutter ants divide tasks on their mushroom farm in a similar manner. Some ants cut and transport leaves to the farm, where others toil to chop leaves and to cultivate, harvest, and store mushroom. In a perfect example of harmony between form and function, leaf-cutter ants occur in four morphs of differing body size and shape. Exaggerated body parts allow each morph, or ‘caste’ to perform their appointed task with maximum efficiency. Once an ant is born as a given caste, her body size and shape remain the same throughout her life. The front teeth of Lee’s Lepus Animatus are not the teeth of au ordinary rabbit, but rather recall Bugs Bunny’s famously oversized incisors. The disproportionately large jaws of Canis Latrans Animatus, and the gaping beak and leaping legs of Geococcyx Animatus also exaggerate the features of ‘normal’ animals. The enlarged hands, legs, and skulls of Lee’s Homo Animatus also stand in sharp contrast to their disproportionately small bodies. Evolutionary adaptation works by favouring varying degrees of exaggeration of a basic set of features. Individuals displaying a structure and function particularly well suited for a given environment are favoured, while others are cruelly weeded out by natural selection. The repetition of this process across generations produces an optimal level of exaggeration of those features most critical for survival and reproduction. The peculiar animals in Lee’s laboratory may not have survived the process of selection, succumbing to extinction, and leaving behind only fossils and memories. We see the future in Lee’s works, but Lee himself may have travelled to the far future and looked back at the past to imagine these fantastic creatures. Lee’s imagination cuts across time, taking in the view from 550 million years ago to 50 million years in the future. May we call this epic view a Neo-Cambrian imagination? Lee concentrates on bones, which may be described as the most honest part in an animal’s body. After death, it is usually only the animal’s bones that remain, leaving indelible marks on the landscape far into the future. Scientists divide the animal kingdom into creatures with skeletons and those without skeletons, and animals with skeletons are then subdivided into beings with external skeletons (exoskeletons) and those with internal skeletons (endoskeletons). Animals are further classified by the type of symmetry that their bodies display. Some animals, such as humans, are bilaterally symmetrical, with the right side of their body being more or less mirroring the left, whereas others, such as starfish, display radial symmetry, with congruent body parts radiating out from a central point. Therefore, in this scheme, animals in our own phylum, the Chordata, are characterized as having bilaterally symmetrical endoskeletons. The fossils from the Burgess Shale represent the body plans or Bauplans of all 26 phyla of organisms, so these modern body plans were already represented in the fossil record in those days. Palaeontologists call this magnificent increase of biodiversity, the Cambrian explosion. The actual scale of the Cambrian explosion may well be beyond our imaginations. Only animals with a skeleton are likely to leave their mark. After death, soft-bodied animals often disappear without a trace. Indeed, a 1978 study of animals living in the intertidal zone revealed that only 40% of those animals are represented in the fossil record. Lee, too, works within this limitation, but the fact that he only studies bones does not prevent him from presenting important questions about his subjects. Careful observers will discover that the number of fingers and toes in his study animals is not five, the pattern with which we are most familiar, but rather only three or four. If Lee’s animals don’t represent unusual mutants, then they possess a both plan rather different from those of most living animals. All of the Animatus that Lee studies were originally characters in cartoons. Therefore, their novel features may result from either practical or aesthetic considerations. The cartoonists might have felt it tedious to draw five fingers or toes, or alternatively, they might have found three fingers or toes to be more aesthetically pleasing than five. Still, some aspects of these creatures remain mysterious. It is difficult to explain why Homo Animatus has only three fingers and four toes. Here again, there is the possibility that personal will, rather than the limits imposed by nature, is reflected. In his work entitled Enlarging My Right Hand with Gauntlet 1 (2002) one can feel Lee’s will to improve human hands in terms of structural elegance and function. Of course, in nature, some changes in animal structure also seem to lack any clear meaning or importance. The sloth, arguably the slowest animal in the world, comes in two types, one two-toed and the other three-toed. Evolutionary biologist have not come up with clear explanation for this difference, but rather regard it as simply the legacy of the quirky evolutionary history of sloths. Similarly, the African rhinoceros has two horns, whereas the Indian rhinoceros possesses but a single horn. Science has yet to determine the importance, if any, of the number of horns on the face of a rhinoceros. How can such fundamental changes in body plan occur? Darwin in described evolution as resulting from the gradual accumulation of small changes. His theory of natural selection remains by far the best explanation for evolutionary change based on differential fitness of existing variations. Nevertheless, Darwin’s work leaves many important questions unanswered. As Hugo DeVries pointed out at the turn of the 20th century, ‘natural selection may explain the survival of the fittest but not the arrival of the fittest.’ In recent years, however, scientists working in a new field of research are attempting to solve this problem, by providing genetic explanations for the arrival of the fittest. Evolutionary developmental biology, aka Evo-Devo, has yielded the discovery of genes that control developmental processes in animals from fruit flies, to snakes, chickens, mice and men. Homeobox genes, a set of relatively short DNA segments, work like master switches that determine the fates of cells in fruit flies. Surprisingly, homeobox genes are present not only in fruit flies but also in mice and men. Mutations in such master genes, however small, can have enormous impacts on the form of the organism. The Animatus animals that Lee studies must have experienced interesting changes in their own master genes at some point in their evolutionary history. Lee identifies himself as having been influenced by Rodin and Giacometti, but one can also clearly sees the Da Vincian legacy in his artistry. Lee makes detailed sketches of every Animatus he studies. His sketches are not merely dessin, but also include calculations of structural mechanics and discussions of function. His analysis of the parts of the animal that did not fossilize provides clues to his understanding of the behaviour, structure and function of Animatus in a manner reminiscent of Da Vinci’s sketches. In particular, Lee’s analysis of the eyeball of Lepus Animatus is a magnum opus. This detailed investigation allows us to c1early imagine the behaviour of Lepus Animatus, capturing the dynamism of the Animatus so vividly that it seems that it could spring to life at the flip of a switch. This lifelike portrayal of the kinetic nature of the Animatus testifies to the fact that Lee’s study includes not only structure and function, but also behaviour and movement. All of his Animatus appear to be trapped in time, visibly radiating their desire for freedom to make their next move. The scene in Jurassic Park in which T. Rex chases the jeep, arguably the most magnificent scene in the movie, has stirred up a heated discussion about whether T. Rex was actually capable of running so fast. Before making the film, Steven Spielberg actually hired leading dinosaur specialists to estimate the potential speed of T. Rex based on its anatomy. The debate about the realism of the film is ongoing, but it is clear that the detailed investigation of skeletal structure and muscular function was an essential step in Spielberg’s creative process. Fantasy and reality exist side-by-side in the world of Hyungkoo Lee, and the chasm between them is filled by science. There may still he people who think that science diminishes artistic inspiration, but art history proves otherwise. Music, western art music in particular, was created on the basis of Pythagorean mathematics, and the contribution of Da Vinci to the arts is incalculable. Art, which is creative human activity, belongs in the realm of the humanities, but art can only move forward through productive interaction with natural science, as Edward Wilson so forcefully argues in his book Consilience: The Unity of Knowledge. An appreciation of the connections between apparently disparate endeavours and the destruction of artificial barriers between ‘science’, ‘life’, and ‘art’ is the right direction for the pursuit of truth in the 21st century. Collaboration between Lee and Dougal Dixon, palaeontologist and the author of the book called After Man: A Zoology of the Future might prove particularly fruitful in bringing together disparate branches of art and science. While Lee’s art follows in the footsteps of Lamarck, Dixon has attempted to imagine the evolution of animals in the next 50 million years based on the concept of Darwinian selection. It has been nearly a century and a half since the publication of Darwin’s book On the Origin of Species resulted in a near-burial of Lamarckism. Recently, however, Lamarckian ideas begin to re-emerge in different areas of the arts and sciences, including Lee’s subtle but eerie animated inspiration. In Lee’s world, where Darwin and Lamarck come together, the illogic of science and the logic of fantasy dance together in midair.
신캄브리아의 상상
최재천 / 이화여자대학교 자연과학부 교수 겸 자연사박물관장 관장
최초의 생명은 바다에서 탄생한 것으로 보인다. 철저하게 동물의 관점에서 본다면 생명은 참으로 오랫동안 그렇게 물 속에 있었다. 그러다가 어류 중 일부가 양서류로 진화하면서 최초로 육상 동물이 탄생한 것이다. 이 같은 대도약이 어떻게 가능했는지는 여전히 풀기 어려운 과제로서 많은 논란의 대상이 되고 있다. 미국의 만화가 개리 라슨(Gary Larson)의 ‘진화의 위대한 순간들’이라는 제목의 만화에는 세 마리의 물고기가 저만치 물 밖으로 잘 못 쳐낸 야구공을 속절없이 바라보고 있다. 라슨은 우리로 하여금 그런 일이 여러 번 반복되다 보면 어떤 일이 벌어질 수 있을지 상상하게 만든다. 어느 날인가 어느 용감한 물고기가 드디어 야구공을 가지러 물 밖으로 나갔을 것이고, 그런 일이 자주 있다 보니 서서히 육지 생활에 적응하게 된 물고기가 생겼을 것이라는 상상말이다. 만일 그 물고기들 중 아무도 야구공을 가지러 나오지 않았다면 아마 우리 인간도 이 행성에 나타나지 않았을 것이다.
진화의 역사에서 가장 위대한 순간은 언제였을까? 생명의 비밀을 담고 있는 DNA의 이중나선 구도가 최초로 탄생한 순간이었을까? 아니면 막으로 둘러 쌓인 작은 우주, 세포가 처음으로 만들어진 순간이었을까? 예술과 공학이 만들어낸 기적, 다세포 생물이 최초로 진화한 순간? 최초로 날개를 가진 동물이 나타난 순간? 우리 인간이 처음으로 두 발로 서서 초원의 풀밭 위를 바라보게 된 순간? 생명은 어떻게 이 같은 혁명적 변화들을 일으킬 수 있었을까?
이형구의 아틀리에, 아니 실험실에서는 상상을 초월하는 진화적 변혁들이 일어나고 있다. 그 변화의 속도와 규모가 너무나 엄청 나서 마치 또 하나의 ‘캄브리아기의 폭발’을 보는 것 같다. 이형구는 다음생에서는 아예 고생물학자로 다시 태어날지도 모른다. 지금으로부터 5천만 년 후에 다시 태어나 1909년 캐나다 록키 산맥의 버제스 이판암층에서 발견된 캄브리아기 화석들에 버금가는 대규모의 화석층을 발견하여 그들의 골격 구조를 연구하고 있을 것이다. 지질학자들이 따르면 5천만년 후에는 소말리아, 케냐, 탄자니아를 비롯하여 이디오피아와 모잠비크 공화국의 일부를 포함하는 아프리카의 동쪽 귀퉁이가 탕가니카 호수 등을 경계로 하여 아프리카 대륙으로부터 떨어져 나갈 것이라고 한다. 이름하여 리머리아(Lemuria)라고 부르게 될 이 신대륙의 서안에서 발굴된 대규모의 화석들 중 주로 척추동물의 화석들이 그의 연구실에서 분석되고 있다.
흥미롭게도 그가 연구하는 화석들의 골격을 보면 그간의 진화에 우리 인간의 의지가 상당히 많이 반영된 것처럼 보인다. 하지만 진화의 과정에는 목표 또는 방향성이 존재하지 않는다. 진화란 일련의 운 좋은 사건들에 의해 그저 알 수 없는 미래를 향해 굴러갈 뿐이다. “이기적 유전자”의 저자 리처드 도킨스(Richard Fawkins)는 진화란 자연 선택이라는 ‘눈 먼 시계공’에게 맡겨진 시계의 운명과도 같다고 설명한다. 늘 차고 다니던 시계가 고장이 나서 시계점에 가지고 갔는데 시계를 고쳐 주겠다는 시계공이 시각장애인이라고 상상해 보라. 그 시계가 제대로 고쳐지리라고 기대하기는 어려울 것이다. 시각 장애인인 시계공은 시계 부속들의 전체적인 구조를 이해하거나 고장의 원인을 찾아 내지 못할 것이다. 그저 아무 곳이나 건드려 보다가 운이 좋으면 어쩌다 한번씩 고치게 될 것이다. 지금 지구 상에 현존하는 엄청난 생물 다양성도 그 동안 이 지구에 살았다 멸종한 모든 종들에 비하면 극소수에 지나지 않는 것도 바로 이런 연유 때문이다.
루이스 캐럴의 소설 “이상한 나라의 앨리스”의 속편 격인 “거울 나라의 앨리스”에는 앨리스가 서양 장기의 붉은 여왕을 만나 그에게 손목이 붙잡힌 채 정신 없이 시골 길을 달리는 대목이 있다. 그러나 그들은 아무리 빨리 달려도 제자리걸음을 할 뿐이었다. 의아해 하는 앨리스에게 여왕은 “이곳에선 있는 힘을 다해 달려야만 제자리에 머물 수 있다”고 설명한다. 그래서 시카고 대학의 진화학자 밴 베일른(Leigh Van Valen)은 진화를 ‘붉은 여왕’에 비유한다. 생물들은 보다 나은 미래를 위해 끊임없이 진보하는 것이 아니라 현재 상태에서 도태되지 않으려고 안간힘을 다하고 있다는 것이다. 태초부터 지금까지 이 지구상에 존재했다 멸종한 그 모든 생물들은 다 가쁜 숨을 몰아쉬다 붉은 여왕의 손을 놓아 버린 것들이다.
노벨상을 수상한 바 있는 프랑스의 생물학자 프랑수아 자콥(Francois Jacob)은 “진화란 어설픈 수선공”이라고 했다. 진화란 무슨 재료라도 사용하여 가장 합리적이고 효율적인 기계를 만들 수 있는 공학 과정이 아니다. 자연 선택은 그저 이전 세대가 남겨준 재료만을 가지고 새로운 조합을 만들어 내려고 부단히 노력하는 눈 먼 시계공에 지나지 않는다. 그러고 보면 진화의 역사에서 우리 인간이 탄생한 것도 반복적인 우연의 결과다. 확률적으로 볼 때 거의 일어날 수 없는 일이 일어난 것이다. 오죽하면 스티븐 제이 굴드(Stephen Jay Gould)는 그의 저서 “생명, 그 경이로움에 대하여”에서 만일 지구의 역사를 기록한 다큐멘터리를 처음부터 다시 찍는다면 새 다큐멘터리의 마지막 장면에 또다시 인간이 등장할 확률은 거의 완벽하게 영이라고 단언했을까?
그럼에도 불구하고 이형구의 실험실에는 혁명적 진화의 증거들이 널려 있다. 만화영화 속에서 시도 때도 없이 덮쳐 대는 코요테를 비웃다 못해 입이 아예 헤벌쭉한 구조로 진화한 ‘제오코킥스 아니마투스’(Geococcyx Animatus). “당대에 획득한 형질도 유전한다”는 라마르크 이론의 결정적인 증거인가? 다윈의 자연 선택론과 멘델의 유전 법칙에 의하면 절대로 일어날 수 없는 것으로 알려져 있던 라마르크식 진화가 결국 사실로 드러난 것인가?
라마르크는 진화를 형태, 습관, 그리고 욕망이 뒤엉켜 만들어 내는 결과라고 본다. 라마르크는 기린의 목이 길어진 이유를 기린들의 노력의 결과라고 설명했다. 예전의 기린은 목이 그리 길지 않았는데 점점 더 높은 곳에 달려 있는 이파리를 뜯어 먹어야 하는 경쟁 때문에 목을 길게 늘이는 데 성공한 기린들이 조금이라도 목이 긴 자식들을 낳을 수 있게 되면서 오늘날 어색해 보일 정도로 긴 목을 가진 동물이 탄생한 것이라고 설명했다. 라마르크가 옳았다는 것은 아니다. 그러나 라마르크식의 진화는 가능할 수 있다는 이론과 증거들이 속속 나오고 있다. 이형구의 전시회에는 왠지 라마르크 선생이 조용히 다녀가실 것 같은 생각이 든다. 전시회를 나서는 라마르크 선생의 얼굴에는 흐뭇한 미소가 흐를 것이다.
우리는 이미 남에게 보여주고 싶고 내 스스로 만족할 수 있는 자아를 재구성할 수 있는 시대에 살고 있다. 턱뼈를 깎고 콧대를 세우며 젖가슴에 실리콘 주머니를 집어넣고 있다. 이제 머지않아 부모님으로부터 받은 DNA가 한 인간의 몸과 정신을 제작해 내기 전에 그 DNA의 일부를 다른 유전자로 치환할 수 있게 될 것이다. 그렇게 되면 칼을 대지 않고도 원하는 자아를 만들어 낼 수 있게 된다. 그런 기획된 자아들이 더욱 활개를 치며 성공적으로 번식을 하면 인류의 진화사도 지금과는 상당히 다른 방향으로 움직여 갈 것이다. 인간 유전체 프로젝트의 첫 단계 결과가 발표된 2003년 이후의 세상은 그 이전의 세상과 확연히 구별된다. 2003 이후의 세계는 일찍이 헉슬리가 예견했던 것보다 훨씬 더 ‘멋진 신세계’가 될 것이다.
“필요는 발명의 어머니”라고 했던가? 이형구의 실험실에서 분석되고 있는 화석들에는 필요에 의한 진화의 흔적들이 역력해 보인다. 포식의 위험으로부터 도망쳐야 하는 ‘제오코킥스 아니마투스’의 다리는 그를 쫓는 ‘카니스 라트란스 아니마투스’(Canis Latrans Animatus)의 다리보다 더 크고 강하게 발달했다. ‘카니스 라트란스 아니마투스’는 비록 다리는 그의 조상에 비해 그리 나아진 게 없어 보이지만 잡아먹겠다는 마음이 앞서서 그런지 주둥이가 훨씬 길어지고 턱뼈도 예전에 비해 커진 것 같다. 쫓고 쫓기는 관계에서 누구의 진화가 더 성공적일지, 그리고 혹시 둘의 신세가 뒤바뀌지는 않을지는 더 두고 볼 일이지만, 둘 다 변화에 대한 조상들의 의지가 충분히 반영된 듯 보인다.
만일 진화가 이처럼 필요에 의해 움직일 수 있다면 이 세상은 과연 어떻게 변할까? 이형구의 공간에서는 무엇이든 가능해 보인다. 우리 인간도 그 사람의 적성과 직업에 적합한 몸의 구조를 타고난다면 이 세상은 그만큼 더 효율적인 세상이 되는 것일까? 평생 늘 강의를 하며 살아야 하는 교수는 아예 확성기처럼 생긴 입을 갖고 태어나고, 피아니스트가 될 사람은 몇 옥타브를 넘나들며 건반을 두드릴 수 있도록 길고 튼튼한 손가락들을 갖고 태어난다면 이 세상이 더 살기 좋은 곳이 될 것인가?
언뜻 상상하기 어렵겠지만 그런 세상은 이미 우리 곁에 존재한다. 중남미 열대에 가면 그리 어렵지 않게 제가끔 잘게 썬 이파리들을 머리에 이고 줄지어 집으로 돌아가는 잎꾼 개미들을 볼 수 있다. 이들은 식물의 잎을 끊어다 그걸 거름 삼아 버섯을 길러 먹는다. 농사를 짓는 동물인 것이다. 이 세상에 농사를 지을 줄 아는 동물은 우리 인간, 개미, 그리고 흰개미뿐이다. 잎꾼개미의 농장에 있는 버섯의 DNA를 추출하여 염기가 변화하는 속도를 측정하고 그에 다라 그곳에서 얼마나 오랫동안 경장되었는지를 역산해 보았다. 우리 인간이 농사를 짓기 시작한 것이 지금으로부터 불과 1만년전인데 비해 잎꾼개미는 무려 6천만년전부터 농사를 지어 왔다는 결과가 나왔다. 농사에 관한 한 개미는 우리의 대선배다.
잎꾼개미는 버섯 농장의 경영 전략으로 자동차 조립 공장에서나 볼 수 있을 수준의 분업 제도를 개발해 냈다. 컨베이어 벨트 위로 자동차의 틀이 움직이기 시작하면 조립 전문가들은 모두 제자리를 지키며 제가끔 자기가 맡은 부분을 신속하게 조립하고 다음으로 넘긴다. 잎꾼개미들이 일하는 모습을 보면 이와 상당히 흡사하다. 누군가는 밖에서 이파리를 수확하여 농장으로 운반하고, 농장에는 그 이파리들을 받아 잘게 써는 부서가 있고, 다음에는 그 이파리 반죽 위에 버섯을 경작하는 개미들이 있고, 또 버섯을 수확하여 저장하는 개미들이 따로 있다. 더욱 신기한 것은 이 같은 분업 제도의 효율을 극대화하기 위해 잎꾼개미의 일개미들은 몸의 구조와 크기가 다른 네계급으로 태어난다. 일단 특정한 계급으로 태어나면 평생 몸의 크기와 구조가 변하지 않는다. 강화된 효율은 종종 과장된 표현으로 나타난다.
이형구의 실험실에서 만나는 ‘레푸스 아니마투스’(Lepus Animatus)의 앞니는 여느 토끼의 앞니가 아니다. 그것은 벅스 버니의 과장된 앞니다. 카니스 라트란스 아니마투스’의 과장된 턱뼈와 거의 기형적으로 발달한 ‘제오코킥스 아니마투스’의 웃는 입과 너울거리는 다리도 모두 유전자의 과장된 표현이다. ‘호모 아니마투스’도 몸집은 더 작아지면서 팔과 손 그리고 두뇌만 과장되게 발달했다. 진화적 적응이란 어짜피 크고 작은 과장으로 나타나는 법이다. 주어진 환경에 특별히 잘 적응된 구조나 기능이 다른 것들보다 과장되게 드러나는 것이다. 이제 이 과장들은 자연 선택의 검증을 받아야 한다. 어쩌면 이형구의 실험실에 있는 이 모든 진기한 동물들은 자연 선택의 검증을 견디다 못해 멸종하여 화석이 되었다가 발굴된 것들일지도 모른다. 우리는 이형구의 작품에서 가장의 미래를 보고 있지만 그는 사실 우리보다 훨씬 먼저 먼 미래에 가서 이미 사라진 과거를 보고 있는 것인지도 모른다.
이형구의 상상력은 시간을 가로지른다. 5억 5천만년전 캄브리아기를 둘러본 다음 미래로 5천만년을 날아간다. 가히 ‘신캄브리아기의 상상’이라고 불러도 될 것 같다. 이형구는 뼈의 구조를 집중적으로 연구한다. 뼈는 동물의 몸에서 가장 정직한 조직이다. 자신의 존재를 숨기지 못하고 먼 미래의 시간까지 흔적을 남기는 게 바로 뼈다. 버제스 이판암층 등에서 발굴된 화석에는 지금 현재 지구상에 존재하는 26개 문이 대표하는 신체 설계들이 모두 나타난다. 동물계는 기본적으로 일정한 구조의 골격을 가진 동물과 아예 골격이 없는 동물로 나뉘고, 골격을 가진 동물은 또다시 외골격을 가진 동물과 내골격을 가진 동물로 나뉜다. 동물들은 또 몸의 대칭성에 따l라 우리 인간과 같은 좌우대칭형 동물과 불가사리와 같은 방사 대칭형동물로 나뉘기도 한다. 우리 인간을 포함하여 척삭동물문의 동물들은 대체로 척추를 중심으로 하여 좌우대칭 형태의 내골격을 갖고 있다. 그 옛날 캄브리아 바다 속에는 이 모든 유형들이 이미 다 존재했다는 것이다. 이 엄청난 생물 다양성의 증가를 고생물학자들은 캄브리아기의 폭발이라고 부른다.
하지만 캄브리아기 폭발의 실제 규모는 사실 우리의 상상을 초월할 것이다. 정직한 뼈를 가진 동물들만 주로 그 흔적을 남긴 것이기 때문이다. 몸이 연한 조직으로만 구성되어 있어 화석이 되지 못하고 사라진 수많은 동물들에 대해서 우리는 사실 충분히 알지 못한다. 1978년에 발표된 어느 연구에 따르면 바닷가 조간대에 서식하는 동물 중 40%만이 화석이 될 수 있고 나머지 60%는 다른 생물들에 의해 흔적도 남기지 않고 사라진다고 한다. 이형구도 이런 제약 속에서 연구하고 있다. 그러나 뼈만 연구해야 한다는 제약이 묻고자 하는 질문 그 자체를 제한하지는 않는다. 이형구가 발굴하여 인구하는 화석의 골격 구조들은 대단히 다양한 질문들을 낳는다. 그 중 한 가지. 주의 깊은 관찰자라면 그의 화석들을 보며 발가락의 개수가 5개가 아니라 3개 또는 4개라는 걸 발견할 것이다. 이는 특별히 다지증 증상을 보이는 경우가 아니라면 기본적으로 5개의 발가락을 갖고 있는 현생 동물들의 기본 신체 설계와는 상당히 다른 것이다. 한 가지 흥미로운 사실은 그가 연구하고 있는 아니마투스 동물들은 한결같이 한 때 만화영화의 주인공들이었다는 점이다. 그들을 처음 탄생시킨 만화가들이 발가락을 5개까지 그리기 귀찮아했거나 5개의 발가락보다 3개의 발가락이 미적으로 더욱 균형감을 준다고 생각했을 수 있다.
하지만 여전히 설명되지 않는 부분이 있다.
만화영화의 주인공 동물들의 경우는 그렇다 치더라도 왜 ‘호모 아니마투스’의 손가락과 발가락도 개수가 준 것일까? ‘호모 아니마투스’는 각각 3개의 손가락과 4개의 발가락을 지니고 있다. 여기에도 누군가의 의지가 반영되었을 가능성이 보인다. 그의 ‘손목 덮개로 확대한 나의 오른손’(Enlarging My Right Hand With Gauntlet 1, 2002)은 인간의 손발을 조형미와 기능을 겸비한 새로운 구조로 개선하고픈 의지를 표현한다.
동물의 신체 구조상 변화가 모두 언제나 의미 있는 변화여야 하는 것은 아니다. 중남미 일대에 살며 이 세상에서 가장 느린 동물 중 하나인 나무늘보에는 발가락이 둘인 것과 셋인 것 두 종류가 있다. 진화생물학자들은 아직 이러한 차이에 대해 명확한 해답을 찾지 못하고 있다. 다만 일종의 역사적 유산으로 생각할 뿐이다. 또한 아프리카 코뿔소는 뿔이 둘인데 반해 인도 코뿔소는 뿔을 하나만 갖고 있다. 코뿔소의 뿔 개수가 과연 어떤 진화적 적응성을 갖고 있는지를 밝히는 일은 그리 쉽지 않다.
이 같은 신체 설계상의 근본적인 변혁은 어떻게 일어나는 것일까? 다윈은 진화란 점진적인 작은 변화들이 축적되어 일어나는 현상이라고 보았다. 그의 자연 선택 이론은 현존하는 변이들의 차별적 적응도에 따라 진화적 변화가 조율되는 과정을 가장 탁월하게 설명하는 이론이다. 그럼에도 불구하고 다윈의 이론이 모든 걸 다 명확하게 설명하는 것은 아니다. 20세기 초 진화생물학자 휴고 드브리스(Hugo Devries)가 지적한 대로 “자연 선택은 적자의 생존은 설명할 수 있을지 모르나 적자의 출현은 설명하지 못한다.”
그러나 최근 들어 이러한 적자의 출현을 유전적으로 설명할 수 있는 인구들이 진행되기 시작했다. ‘이보디보’(Evo-Devo)라는 애칭으로 불리는 이른바 진화발생생물학은 초파리, 뱀, 닭, 쥐, 인간 등 다양한 계통의 동물들에 동일하게 존재하며 발생 과정을 조절하는 유전자가 있다는 사실을 발견했다. 모두 180개의 염기로 구성된 특정 DNA 단편인 호미오박스(homeobox)가 초파리의 모든 세포에서 단백질이 만들어지는 과정을 정교하게 조율하여 세포의 운명을 결정하는 마스터 스위치의 역할을 담당한다는 사실이 밝혀졌다. 더욱 놀라운 것은 호미오 박스들이 초파리뿐 아니라 쥐와 인간에도 동일하게 존재한다는 것이다. 이 같은 이른바 마스터 유전자에 일어나는 변이는 아무리 그 규모가 작아도 그 결과가 크게 증폭 될 수 있다는 특성을 지닌다.
이형구가 연구하고 있는 아니마투스 동물들은 진화의 어느 단계에서인가 마스터 유전자의 일부에 흥미로운 변화가 일어난 결과인 것으로 보인다.
이형구는 스스로 로댕과 자코메티를 정신적으로 사사했다고 밝힌다. 하지만 그에게는 다 빈치의 유산이 더 또렷하게 보인다. 그는 그가 연구하는 모든 아니마투스 동물들에 대하여 다빈치가 그랬듯이 매우 세밀한 스케치를 남긴다. 그의 스케치는 단순한 데생이 아니다. 그의 스케치에는 구조역학적 계산이 있고 기능에 관한 고찰이었다. 화석으로 남지 않은 부분에 대한 탐구는 구조와 기능은 물론 그 동물의 행동을 이해하는데 결정적인 단서를 제공한다. 다빈치의 스케치들이 그랬던 것처럼,
특히 ‘레푸스 아니마투스’의 안구에 대한 그의 연구는 압권이다. 눈의 구조와 기능에 관한 세밀한 연구가 ‘레푸스 아니마투스’의 행동을 가늠하게 한다. 그의 연구가 구조와 기능에서 멈추지 않고 행동까지 포괄하고 있다는 것은 스위치를 누르면 금방이라도 다음 동작으로 이어질듯한 생동감으로 증명된다. 그의 아니마투스들은 모두 한결같이 순간에 포착되어 숨을 죽이며 다음 동작으로 뛰어들 준비를 하고 있는 것처럼 보인다.
영화 ‘쥐라기 공원’에서 가장 압권은 티 렉스(T. Rex)가 지프를 추격하는 장면일 것이다. 그 장면을 두고 학자들 간에 의견이 분분하다. 정말 티 렉스가 그렇게 빠른 속도로 달릴 수 있는가에 대한 공방이 끊이지 않는다. 스티븐 스필버그 감독은 그 장면을 찍기 위해 당대 최고의 공룡학자들에게 연구를 의뢰한 것으로 알려져 있다. 공룡학자들은 티 렉스의 골격 구조를 바탕으로 최대속도를 계산해 냈다. 영화가 나온 후에도 학문적인 공방은 여전히 계속되고 있지만 영화 속의 그런 역동적인 장면이 나올 수 있었던 것은 골격 구조와 그 골격에 붙어 있을 근육의 기능에 대한 면밀한 연구의 뒷받침이 있었기 때문이다.
이형구의 세계에는 가상과 실제가 공존한다. 그리고 그 간극을 과학이 메우고 있다. 아직도 우리 주인에는 예술에 과학이 끼어들면 마치 예술적 감흥이 깨지는 것은 아닌가 우려하는 이들이 있다. 하지만 음악, 적어도 서양 예술 음악은 피타고라스 수학에서 출발했다. 그리고 미술에는 다빈치가 있다. 예술도 창조적인 인간 활동이라는 점에서 기본적으로 인문학의 영역에 속한다. 그렇다면 에드워드 윌슨이 그의 저서 <<통섭>>(Consilience)에서 주장한 대로 자연과학과 손을 잡아야한다. 그것이 2l세기 진리 탐구의 올바른 길이다.
이런 의미에서 이형구가 <<미래 동물 이야기>>를 저술한 고생물학자 두걸 딕슨(Dougal Dixson)과 공동 연구를 해보면 좋을 것 같다. 이형구가 다분히 라마르크를 추종한다면 딕슨은 철저하게 다윈의 자연 선택론에 입각하여 5천만 년 후 지구 생태계에 등장할 동물들에 대한 생생한 연구 보고서를 냈다. 다윈의 <<종의 기원>>이 출간되며 라마르크의 이론이 사장된 지 거의 한 세기 반이 흐르고 있다. 하지만 최근 라마르크식 아이디어들이 또다시 고개를 들고 있다. 은근하면서도 섬뜩한 생동감이 뿜어 나오는 이형구의 아니마투스처럼. 라마르크와 다윈이 만나는 이형구의 세계에는 과학의 비논리와 가상의 논리가 허공에서 함께 춤을 춘다.