어류와 육상 동물, 호흡기관의 연관관계는
호흡기관은 생물 특성에 맞게 설계되었다
사람이 숨 쉰다는 것, 그 자체 영감과 감동
물고기의 수중 호흡 모습. ⓒ픽사베이사람은 누구나 태어나서 숨을 쉼으로써 이 땅에서의 삶을 시작하게 된다. 바다 동물이나 육지 동물도 산소를 받아들이고 이산화탄소를 내뿜는 호흡을 해야 생명현상을 영위한다.
우리는 공기 중에 있는 21%의 산소를 통해 호흡을 한다. 공기 1L에는 약 300mg의 산소가 존재한다. 물 속에는 물 1L 당 약 8mg의 산소가 존재한다.
이를 단순 계산하면 수중 어류는 육상 동물보다 산소량이 1/30밖에 안 되는 조건에서도 호흡을 하고 있다. 산소 효율만을 놓고 보면 어류가 파충류 같은 육상동물에 비해 훨씬 우수한 호흡기간을 가진 셈이다.
이 차이는 아가미가 만들어내는데, 아가미는 물 속에서 호흡을 하는데 최적화된 호흡기관이다. 그러나 이 아가미가 물 속을 벗어나 공기 속에 노출되면 쪼그라들게 되어, 정상적인 기능을 할 수 없게 된다.
공기 중에서는 일정 시간이 지나면 물고기도 질식사를 하게 된다. 우수한 호흡기관이지만, 물 속에서 최적화 되었다는 말이다.
만약 어류에서 육상동물로 진화되었다면, 한 가지 생각할 수 있는 호흡기관의 변화는 아가미가 공기 중에서 쪼그라들지 않도록 하는 기능의 변화가 일어나야 한다는 것이다.
그리고 물 속보다 공기 중에서 고농도의 산소가 혈액내로 유입되지 않도록 이에 대한 적절한 장치가 발생해야 한다. 너무 높은 산소는 산소독성을 유발해 오히려 해가 될 수 있기 때문이다.
어쨌든 상동기관이 진화의 증거로 생각하는 사람들에게, 같은 호흡기관인 아가미가 폐로 변하는 과정이 있었으면 하고 기대했을지도 모른다.
그러나 기대한 것처럼 아가미가 육상 동물에서 호흡기관으로 변한 흔적은 실제 생물에서 전혀 찾을 수 없다.
사실 아가미와 폐는 기능적 유사성이 있지만, 형태학적 유사성은 없다. 그래서 찾아낸 것이 부레가 폐로 진화되었다는 가설이다.
부레는 물 속 생활에서 부력의 변화를 주어, 물고기로 하여금 상하로 이동이 가능하게 한다. 일부 어류에서는 부레가 호흡 보조기관으로 인식되고도 있다. 하지만 부레가 없는 어류는 있어도, 아가미가 없는 어류는 없다. 어류에서 아가미는 절대적인 호흡기관이다.
부레가 폐로 진화했다는 진화론적 설명이 맞으려면, 어류에서 진화되어 육상에 상륙한 동물은 아가미를 완전히 버리고 새로운 호흡기관, 즉 부레를 개발하여 폐를 만들어내 육상에 상륙했다는 이야기가 맞아야 한다. 그러나 이런 생물은 지구상에 없다.
혹자는 폐어(lungfish)가 그런 중간단계에 있는 어류라고 말한다. 그러나 폐어 역시 아가미를 가지고 있다. 아가미가 도와주지 않으면 호흡이 되지 않는다.
보통 폐어가 사는 물에는 용존산소가 그리 많지 않기 때문에, 호흡하기 위해 아가미 외에 허파가 필요하다. 폐어는 여름에 습지가 말라버리면 땅 구멍에서 쉬면서 시간을 보낸다. 혹은 진흙 속에 묻혀서 지면으로 숨 쉬는 튜브를 내밀고 건기를 지낸다.
진화론자들은 이 폐어가 수생동물들이 지상의 삶으로 적응하였을 때부터 남아있는 생물이라고 주장한다. 그러나 이러한 이론은 합당한 설명이 되지 못한다.
허파 물고기들은 지상으로 올라오는 것에 전혀 관심을 보이지 않는다. 게다가 이것들이 지상으로 이동하는 것을 가능하게 만들 중요한 생물학적 특성들은 전혀 없다. 또한 화석기록에서 발견하는 폐어는 오늘날 살아있는 것들과 완전히 동일하다.
여기에 진화의 증거는 전혀 없다. 허파 물고기는 특이한 생물이며, 이것은 창조주의 창조성과 지혜에 대한 증거이지, 어떠한 진화론적 가설도 지지하지 않는다.
한편 포유류의 폐를 산소효율 면에서 조류의 폐와 단순히 비교하면, 그 기능 면에서 조류보다 못하다. 포유류는 같은 기관지를 통해 흡기와 호기가 일어난다. 즉 흡기와 호기에 따라 기관지 내에선 양방향의 기류가 있게 된다.
이렇게 되면 흡기 시에 폐포에 도달하지 못하고 기관지 내에 머무는 공기가 있다. 이 공기는 호기 때 그냥 배출되므로, 가스교환을 하지 못하고 나가게 되어 분명 조류보다는 효율이 떨어지는 구조이다.
그러나 조류는 들어온 공기가 한 방향으로 흐르면서 완전히 가스교환을 한 다음 호기가 일어나는 구조이다. 한 마디로 손실이 없다. 아래 그림은 조류의 폐가 어떻게 한 방향으로 아주 효율적인 호흡기 일어나는 지를 도식화한 그림이다.
조류의 폐는 당연히 공중에서 날면서 호흡하기에 적합한 구조이다. 반면 파충류의 폐는 포유류와 더 유사하다. 그렇기에 파충류나 포유류의 폐는 육상 생활에 적합한 폐 구조이다.
조류의 폐 구조는 파충류를 기준으로 디자인 관점에서 보았을 때도 아주 혁신적인 구조이다. 도저히 파충류가 저절로 뛰어넘을 수 없는 구조적 변화가 있다.
조류로의 진화가 맞다고 여긴다면, 폐 구조의 혁신뿐 아니라 모든 기관이 동시에 상상할 수도 없는 변화가 어찌하든지 일어났다고 믿어야 한다.
사실 폐는 단순 비교시 아가미보다 산소 효율이 적지만, 아주 정교한 기관이다. 수정된 이후 배아로부터 각 장기가 발달하는데, 폐도 아주 정교하게 발달한다.
발달되는 과정은 미리 설계되고 프로그램된 것처럼 방향과 시기를 가지고 모양을 형성해 간다. 아래 그림은 생쥐를 가지고 폐의 발달과정을 관찰한 것인데 세포 하나 하나가 완벽한 순서에 의해서 프로그램된 것을 따라 하듯 폐를 형성해 가고 있다.
현재까지 폐 형성 과정에 대해서는 단지 몇 가지 유전자가 관여한다는 사실 정도만 밝혀졌다. 이런 정교한 장기 형성 과정이 어떻게 또 왜 가능한지는 모른다.
여러 연구는 폐포의 구조는 가스교환에 최적화된 구조라고 말한다. 또 단순히 기관지와 폐포만 있다고 숨이 쉬어지는 것은 아니다. 숨을 잘 쉬기 위한 여러 구조와 조절장치가 뒤따라야 한다.
우리는 숨을 쉬고 있지만 숨을 쉰다는 것조차 모른 채 살고 있다. 호흡에 드는 에너지는 전체 대사량의 1%도 안 된다. 이것마저도 흡기 시 폐포 확장을 돕는 표면활성제와 호기 시 자동으로 폐포 응축을 돕는 스프링장치 같은 절묘한 설계가 있어야만 가능하다.
정리하면, 호흡기계는 살아가는 환경에 최적화된 생물 종류대로 설계된 것이다. 특별히 사람에게 있어 숨을 쉰다는 것은 이미 그 자체가 inspiration(영감, 감동)된 것으로, 이는 전적으로 하나님의 주권적 은혜이다.
정성수 박사
충남대학교 의과대학 교수, 의학박사
한국창조과학회 이사
