[스압주의] 아... 우울합니다... 8탄

오늘도 어김없이 돌아온 아... 우울합니다... 시리즈의 마지막 편입니다. 오늘 저희가 다루게 될 내용은 크게 화학과 생물로 볼 수 있는데요. 그냥 눈으로 직접 보시는 게 더 빠를 겁니다 ㅋㅋ

VI. 화학 변화

영화 마션, 아마 안 본 사람 없을 거라고 생각합니다. 주인공 마크 와트니는 화성의 모래 폭풍 속에서 구조물 파편에 맞아 동료들과 헤어지게 되는데요. 중간 줄거리 같은 건 다 집어치우고 중요한 부분만 봅시다. 화성 기지에 남아 있는 식량만으로는 구조선이 올 때까지 버티는 게 무리였습니다. 그러니 와트니는 뭘 하게 됐을까요? 그렇습니다. 냉장고에서 감자를 찾아내 재배를 합니다. 이때 와트니가 물을 만드는 과정이 중요한데요. 와트니는 우주선의 연료인 하이드라진(NH₂NH₂)과 이리듐 촉매를 이용하여 질소(N₂)와 수소(H₂)를 얻어냅니다. 그 다음 수소와 산소를 가열하여 H₂O, 즉 물을 생성합니다. 이 과정을 화학식으로 써 보자면, 2H₂ + O₂ → 2H₂O 정도가 아닐까 싶습니다.

1. 지구와 생명의 화학 반응

일단 지구 대기의 구성 요소는 모두가 알 거라고 생각합니다. 질소, 산소, 그리고 기타 등등 아주 많죠. 근데 이 산소들, 대체 어디서 왔을까요? 지구의 산소는 저기 저 바닷속에 살았던, 지금도 살고 있을 지도 모르는 남세균의 광합성에 의해 만들어졌습니다. 그 후 어쩌다 오존층이 만들어지고, 육상 식물들이 출현하면서 녹색 식물의 잎에서 광합성이 또 다시 일어나 대기중의 산소가 풍부해지게 된 거죠. 근데 이 산소가 대체 무슨 이유로 이렇게 단원 초장부터 나오는 걸까요? 그 이유를 지금 알려드리도록 하겠습니다. 산소는 일단 다른 물질과 쉽게 결합합니다. 그리고 다른 물질과 반응해서 빛과 열을 내는 연소 반응을 하죠. 이게 왜 이유가 되냐고요? 이 반응들이 전부 산화·환원 반응에 해당하기 때문입니다.

아까 산소 하면 나오는 반응이 뭐였죠? 그렇죠. 광합성과 연소입니다. 거기다 철의 제련까지 산소가 관련된 반응인데요. 이제 얘네들을 하나하나 뜯어보도록 하겠습니다.

첫 번째는 광합성입니다. 광합성은 빛에너지를 이용하여 녹색식물의 엽록체에서 이산화 탄소와 물을 갖다 산소와 포도당으로 바꿔버리는 작업입니다. 이때 산소는 그냥 내다버리죠. 필요가 없으니까요. 이 반응의 반응식을 써 보자면,

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + O₂

라는 녀석이 나오게 됩니다.

두 번째는 화석 연료의 연소입니다. 일단 화석 연료, 석탄이나 석유, 천연가스 같은, 생물이 죽어서 땅에 묻힌 사체가 높은 열과 압력을 받아 분해되어 강화에 성공하면 나오는 물질입니다.  이 녀석의 반응식은... 근데 화석연료 종류가 너무 많다 보니까... 굳이 쓰자면...

(화석 연료) + O₂ → nCO₂ + mH₂O + 열E

정도의 반응식이 나오게 됩니다... 학습지에 대충 쓰여 있더군요...

마지막, 세 번째는 철의 제련입니다. 철광에 가서 철광석을 캤습니다. 근데 이 철광석은 산화 철이 주성분이란 말이죠. 이걸 갖다가 제련을 해서 순수한 철을 얻는 방법이 있습니다. 용광로에 철광석(Fe₂O₃)과 코크스(C), 석회석(CaCO₃)을 집어넣으면 됩니다. 그 다음 열풍을 쏴서 뜨겁게 달아오르게 하면 되죠. 반응식은 다음과 같습니다.

i) 2C + O₂ → 2CO

ii) Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

그리고 밑에 이런 슬래그 만드는 반응식이 하나 더 있었는데요...

iii) CaCO₃ → CaO + CO₂

iv) CA²⁺O^2- + Si⁴⁺O^2- → CaSiO₃

도대체 저 산화규소는 어디서 튀어나온 걸까요... 정황상 광석에서 산화철 뽑아먹고 남은 돌덩어리 같긴 한데요...

2. 산화 환원 반응

읭? 이게 왜 벌써 끝나? 하시는 분들이 아마 있으실 것 같은데요, 원래 과학은 짧고 굵습니다.

우선 우리는 산화 환원 반응의 구성요소부터 알아봅시다. 산화환원 반응의 구성요소 하면 이 네 가지가 있는데요.

저희는 제일 위에 있는, 산소의 이동을 먼저 알아보도록 하겠습니다. 구리판 가열 실험인데요. 구리판을 겉불꽃에 넣으면 검어지고 속불꽃에 넣으면 원래대로 붉어지고 뭐 그런 겁니다. 그럼 여기서도 너의 사랑 나의 사랑 반응식이 빠지면 안 되겠죠! 일단 겉불꽃에 들어간 구리판의 반응식부터 보죠.

2Cu + O₂ → 2CuO

이 반응식에서 구리는 산소를 얻고 산화되었습니다. 그 다음 속불꽃에 들어간 산화 구리(II)의 반응식을 봅시다.

2CuO + C → 2Cu + CO₂

이번에는 산화 구리(II)가 산소를 잃고 그냥 구리로 환원됐군요. 근데 우리는 여기서 중요한 사실을 하나 발견할 수 있습니다. 바로 탄소가 이산화 탄소가 됐다는 거죠. 산화 구리(II)의 산소 원자를 탄소가 떠맡은 겁니다! 이게 뭔가요? 산화죠. 여기서 산화 환원 반응은 항상 동시에 일어난다는 사실을 알 수 있습니다. 

이제 저기 있는 마지막 조건, 전자의 이동에 관한 산화 환원 반응에 대해서도 알아보겠습니다. 구리 테이프 하나를 공수해옵니다. 그 다음 거기다가 질산 은 수용액을 들이붓는 거죠. 그렇게 얼마 두고 나면 구리 대신에 웬 은색 결정이 눈에 보일 겁니다. 그거 은이예요. 진짜 은. Ag. 그래서 질산 은 수용액이 비싼 거랍니다. 구리만 있으면 은으로 바꿔버릴 수 있으니까요. 그렇다면 이제 화학식을 한 번 보도록 합시다!

Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag

간단하죠? 참고로 이렇게 들이부은 질산 은 수용액은 가면 갈 수록 파랗게 바뀝니다. 구리 이온이 녹아들어 산화 구리(II) 수용액이 되어가는 거죠. 그리고 자세히 보면 구리가 전자를 잃고, 은이 전자를 얻는 상황이 벌어지고 있습니다. 여기서도 산화 반응과 환원 반응이 동시에 일어난다는 것을 알 수 있습니다.

여기서 조금 더 알아보고 가자면, 금속의 이온화 경향의 순서를 외우는 것도 나쁘진 않습니다. "크크 나만알지"로 대표되는 그거요. K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Pt > Au 이게 바로 금속의 이온화 경향 순서입니다. 외워두면 좋아요 ㅋㅋ

각종 화학식이 잔뜩 보이고, 글도 자주 끊기고 하다 보니까 머리가 아프실 지도 모르겠네요 ㅋㅋㅋ 금방 끝나니 걱정 마세요. 이제 우리 주변에서 자주 볼 수 있는 산화 환원 반응에 대해서 다뤄보도록 하겠습니다. 아무데나 세워둔 자전거를 자세히 보면 녹이 슬어있는 경우가 있습니다. 이것도 바로 산화 환원 반응 때문에 일어나는 일인데요. 아까도 보셨듯이, 철은 이온화 경향이 꽤 크기도 합니다. '크크 나만알지' 바로 다음이니까요. 근데 우리가 철이 녹스는 걸 바라만 보고 있을 순 없죠. 철의 부식을 방지하는 방법도 물론 있습니다. 그냥 페인트 냅다 칠하는 거죠. 아니면 저기 금이나 백금이나 은 같은 비싼 놈들을 쳐바르는 방법도 있죠.

요즘 선글라스 보면 실내에서는 그냥 투명한 안경처럼 보이지만, 밖으로 나가면 진해지는 녀석들이 있습니다. 이것도 바로 산화 환원 반응을 이용한 것인데요. 햇빛을 받을 때에는 염화 이온이 전자를 잃고 산화되어 염소 원자로 변하고, 은 이온은 염화 이온이 내다버린 전자를 주워먹고 은이 됩니다. 그래서 안경알이 어두워지는 거죠. 반응식으로 쓰자면 Cl^- → Cl + e^-, Ag⁺ + e^- → Ag 정도 되겠군요. 이제 햇빛을 받지 않을 때의 변화를 살펴봅시다. 일단 햇빛이 없어지면 금속 은이 전자를 잃고 은 이온이 됩니다. 이제 또 염소 원자가 은이 내다버린 전자를 주워먹고 염소 이온으로 환원되죠. 그러면 은이 없어지니 안경알이 밝아집니다. 반응식은 Cu²⁺ → Ag → Cu⁺ + Ag⁺ (은 산화), Cu⁺ + Cl → Cu²⁺ + Cl^- (염소 환원) 정도 됩니다.

이제 본격적인 비교가 시작됩니다. 광합성의 반응식, 기억나시죠? 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + O₂ 말입니다. 아시다시피 이건 식물이 엽록체에서 물하고 이산화탄소 갖다가 반응시켜서 포도당하고 산소 만드는 반응인데요, 이 반응에 딱 반대되는 녀석이 있습니다. "C₆H₁₂O₆ + O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 에너지"와 같은 반응인데요. 이 반응, 지금 우리 몸속에서 일어나고 있습니다. 바로 세포 호흡이죠. 이렇게 광합성과 호흡처럼 역반응 관계를 가진 반응들도 있습니다. 이때 광합성에서는 (빛) 에너지를 흡수하고, 세포 호흡에서는 에너지를 방출한다는 차이점이 있습니다.

그리고 뭐, 오래된 빵이 상한다던가 손난로를 흔들면 따뜻해진다던가 반딧불이가 불빛을 낸다거나 폭죽이 폭발하여 빛을 낸다던가 하는데 이런 것들은 간단히만 알아두면 됩니다. 빠른 반응과 느린 반응 같은 것도 있는데, 빠른 반응은 그냥 폭☆8 내지는 불타오르는 것 정도로 생각하면 되고요. 제 학습지에는 연소, 폭죽놀이가 적혀 있네요. 느린 반응은 말 그대로 느리게 이루어지는 반응입니다. 음식물의 소화나 부패 정도가 그 예가 되죠. 자, 지긋지긋한 산화 환원 반응 단원이 끝났습니다. 이제 산과 염기로 넘어갑니다.

3. 산과 염기

이번엔 아까 한참 얘기를 했던 산소와 결별하고, 수소와 수산화 이온을 끌고 옵시다. 바로 산과 염기죠. 일단 왜 수소랑 수산화 이온이 갑자기 튀어나왔는 지 아시죠? 산은 이온화되면서 수소 이온을 내놓고 염기는 이온화되면서 수산화 이온을 내놓기 때문인데요. 이제 이 조그마한 놈들이 대체 뭘 하는 지 알아봅시다.

먼저 산부터 시작합니다. 산은 이온화되면 수소 이온을 내놓는데요. 대표적인 물질로는 염산, 질산, 황산, 아세트산, 어쨌든 뒤에 산 붙는 놈들이 있습니다. 물론 예외도 있습니다. 아미노산이라던가요. 아무튼 얘네들은 앞서 말한 수소 이온 덕분에 공통적으로 산성을 띱니다. 산성의 특징 하면 일단 신 맛이 있죠. 레몬이나 그런 것들도 다 산성이니까요. 물론 예외도 있습니다. 그 다음으로, 산은 특정한 금속과 반응하여 수소 기체를 발생시킵니다. 예를 들어서 마그네슘 같은 놈들이랑요. 또한 산의 수용액에는 이온이 존재하므로 전류가 흐릅니다. 마지막으로 CaCO₃랑 반응하여 CO₂를 내놓는 성질이 있습니다. 뭐냐고요? 탄산칼슘이랑 이산화탄소죠 뭐. 그니까 석회석 갖다가 염산 들이부으면 소화기로 쓸 수 있단 얘깁니다. 물론 농담입니다. 푸른 리트머스 종이를 붉게 만드는 성질이 있고요, 메틸 오렌지 용액은 붉은색, BTB는 노란색입니다. 일반적으로는 페놀프탈레인 용액과는 반응하지 않아 무색이지만, 무지막지한 강산을 데리고 오면 쳐 맞아서 핏빛이 되어버린다고 하더군요. 

이번엔 염기입니다. 염기는 이온화되면 수산화 이온을 내놓습니다. 대표적인 물질로는 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 수산화 칼슘, 암모니아수, 수산화 마그네슘 등이 있습니다. 얘네들도 산처럼 수산화 이온 덕분에 공통적으로 염기성을 띠는데요. 일단 염기는 씁니다. 베이킹 소다를 그냥 드셔보신 분이 있는 진 모르겠지만, 일단 걔네도 쓴맛이 납니다. 예외도 물론 있겠죠. 쨌든, 산이 마그네슘과 꽁냥꽁냥해서 수소 기체를 발생시킨다는 건 알고 있을 겁니다. 근데 얜 마그네슘 줘도 아무 짓도 안 해요. 그 다음, 이온 있으니까 당연히 전류 흐르고요. 단백질을 녹이는 성질 또한 있어서 손으로 만지면 미끈거립니다. 비누로 머리 감았을 때 머리가 뻑뻑해지는 이유가 여기 있습니다. 여러분. 붉은 리트머스 종이를 붉게 만드는 성질과 메틸 오렌지 용액을 노랗게 만드는 성질, 그리고 BTB를 파랗게 질리게 하는 성질이 있습니다. 일반적으로 페놀프탈레인 용액과 반응해서 자주색이 됩니다. 근데 무지막지한 강염기를 데려오면 무서워서 숨어버리죠.

자, 이제 산과 염기의 이온화에 대해서 알아봅시다. 산이나 염기나 큰건 다 비슷합니다. 물에 녹으면 양이온하고 음이온으로 나뉘어요. 산은 수소 이온 + 음이온, 염기는 수산화 이온 + 양이온이라는 조합이 다를 뿐이죠. 그리고 아까도 말했듯이, 산이 내놓는 수소 이온과 염기가 내놓는 수산화 이온은 각자의 공통적인 성질을 만들어내죠. 산의 성질이 공통적인 것은 수소 이온, 염기의 성질이 공통적인 것은 수산화 이온 덕분입니다. 근데 왜 각각 다른 산과 다른 염기는 왜 몇몇 성질이 다를까요? 우리는 산 혹은 염기가 이온화되면서 나오는 잉여 이온을 간과하고 있습니다. 이 잉여 이온이 각 산 혹은 염기의 성질을 만들어내죠. 산이면 음이온, 염기면 양이온이 각각의 개별적인 성질을 좌우합니다 몇 가지 산과 염기를 각각 뜯어볼까요?

HCl → H⁺ + Cl^-

CH₃COOH → H⁺ + CH₃COO^-

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

H₂CO₃ → 2H⁺ + CO₃^2-

NaOH → Na+ + OH-

KOH → K+ + OH-

Ca(OH)₂ → Ca₂+ + 2OH-

이렇게 뜯기는 모습을 볼 수 있는데요, 순서대로 염산, 아세트산, 황산, 탄산, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 칼슘입니다. 이때 자세히 보시면 산은 모두 H⁺ + A^- 의 꼴로 나뉘고, 염기는 모두 B⁺ + OH^-의 꼴로 나뉘게 됩니다. 이때 산과 염기의 공통적인 성질을 나타내는 이온은 산이면 H+, 염기면 OH-이고, 각각 물질의 성질을 나타내는 부분은 산이면 A^-, 염기면 B⁺입니다.

이제 마지막, 지시약입니다. 산에 들어 있는 수소 이온이나 염기에 들어있는 수산화 이온과 반응하여 색깔이 변하는 물질이 지시약인데요, 이를 이용하여 간단하게 용액의 액성을 구분할 수 있습니다. 지시약의 종류는 다양한데요, 붉은 양배추 지시약도 있고 위에 이미 나온 지시약도 있습니다. 그리고 지시약 자체도 산이든 중이든 염기든 액성을 띠고 있기 때문에, 한번 넣을 때 굉장히 조금씩 넣어야 합니다. 실험 결과에 영향을 미칠 수도 있으니까요. 지시약의 색 변화는 아까 위에 다 적어 뒀으니 중성만 빼고 넘어갑시다. 중성은 어느 쪽의 리트머스 종이에도 영향을 미치지 않으며, 페놀프탈레인 용액도 무색입니다. 또한 메틸 오렌지 용액은 노랑에 가까운 주황색이 되며, BTB는 초록색이 됩니다. 주의 사항이 한 가지 있다면, 실험에 맞는 지시약을 사용해야 한다는 겁니다. 그니까 산성하고 중성 있는데 페놀프탈레인 들이붓는 뻘짓은 지양하자는 것입니다.

드디어 산과 염기도 끝났네요. 다음 단원인 중화 반응이 끝나면 드디어 생물로 넘어갈 수 있습니다...!

4. 중화 반응

일단 중화 반응 하면 바로 나와야 할 말이 있습니다. 산성과 염기성이 만나 중성이 되는 것이죠. 정확히는 수소 이온과 수산화 이온이 물이 되는 반응입니다. 반응식은 다음과 같습니다. H⁺ + OH^- → H₂O. 이 반응식에서 알 수 있는 점으로, 수소 이온과 수산화 이온이 1:1로 반응한다는 것과 같은 농도의 산과 염기의 수용액을 섞으면 중성이 된다는 것이죠. 그러면 남은 양이온과 음이온은 어떻게 될까요? 얘네들은 서로 결합해서 염이 됩니다. 염은 중화 반응에서 물과 함께 생기는 물질을 가리키는 말입니다. 그리고 중화 반응의 양적 관계라고 있는데, 5% 산성 물질에 5% 염기성 물질을 한 번 넣으면 중성이고, 한 번 더 넣으면 염기성이고 그런 거 말하는 겁니다. 다음은 중화열인데, 산과 염기가 서로 반응할 때 발생하는 열을 말합니다. 반응하는 산과 염기의 양이 많으면 열이 많이 발생하고요, 산과 염기가 완전히 중화될 때의 온도가 가장 높습니다. 더 넣으면 온도 더 올라가지 않냐고 물어보는 사람들도 있을 텐데요, 그런 거 없습니다. 애초에 더 넣어줄 수용액의 온도는 중화열이 발생한 용액의 온도보다 더 낮습니다. 그러니 더 올라갈 수 있을 리가 없죠.

마지막은 일상생활의 중화 반응인데, 제산제라던가, 중성지라던가, 치약이라던가, 생선에 레몬즙 뿌리는 거라던가, 산성화된 토양이나 호수에 석회가루 뿌린다거나 탈황 장치라거나 그런 겁니다. 한 번 읽어만 보세요.

이제 드디어 화학이 끝났습니다!

VII. 생물 다양성과 유지

드디어 생물인지 지구과학인지 모르겠는 단원에 들어왔습니다!

1. 지질 시대의 생물과 환경

아, 지질 시대. 지구가 탄생한 46억년 전부터 현재까지를 말하는 거죠. 이 지질시대도 여러 갈래로 나뉘게 되는데, 이는 급격한 지각 변동이나 생물계의 급격한 변화를 통해 구분할 수 있습니다. 그리고 얘네들을 위해선 화석이 필요하죠. 화석의 생성 조건은 간단합니다. 생물이 죽었어요. 그 다음에 퇴적물에 묻혔어요. 그리고 단단한 뼈나 등껍질 같은 것도 있고요. 그리고 화석화 작용까지 무사히 거치면 화석이 됩니다. 이 화석화 작용은 원래의 성분이 재결정, 치환, 탄화 작용을 받거나 빈 공간에 광물질이 채워지는 과정을 의미합니다. 화석은 또 표준화석과 시상화석으로 나뉘는데요. 표준화석은 지질 시대의 특정한 시기에만 살았던 생물의 화석으로, 생존기간이 짧고 분포 면적이 넓습니다. 삼엽충이나 암모나이트, 공룡, 매머드 등이 있죠. 시상화석은 지질 시대의 특정한 환경에서만 살았던 생물의 화석으로, 생존기간이 길고 분표 면적이 좁습니다. 고사리나 산호, 조개 같은 녀석들이 이에 해당합니다.

그럼 이제 지질 시대는 어떻게 나뉘느냐 하는 질문이 있을텐데요, 지질 시대는 선캄브리아 시대, 고생대, 중생대, 신생대로 나뉩니다. 그럼 천천히 둘러보도록 하죠.

선캄브리아 시대는 약 46억년 전에서 약 5억 4천만년 전으로, 시간으로 따지자면 12시간 중 약 10시간 정도를 잡아먹고 있습니다. 이때는 원시 대륙들이 끝없이 모이고 분리되었으며, 몇 번의 빙하기가 존재하여 말기에는 적도까지 빙하로 뒤덮였습니다. 또한 오존층이 없어서 자외선이 지표면에 도달해 육상 생물이 없었죠.선캄브리아 시대는 남세균의 시대입니다. 남세균이 출현하고, 광합성을 할 수 있는 단세포 녹조류가 출현하죠. 이 남세균들이 모인 게 스트라마톨라이트입니다. 이후 말기에는 다세포 생물도 출현하는데요, 얘네들이 바로 에디아카라 동물군입니다. 참고로 이때 생물에는 단단한 껍데기나 뼈가 없는 데다가 생물의 개체 수도 적어서 화석이 거의 발견되지 않습니다.

이제 고생대로 넘어가봅시다. 약 5억 4천만년 전부터 약 2억 5천만년 전까지의 시기죠. 대체로 온난했으나 말기에는 빙하기가 나타났고요, 대기 중 산소가 증가하고, 오존층이 형성되어 자외선이 차단됩니다. 그러니 이제 생물들이 땅 위로 올라오죠. 이후 고생대 말에 대륙들이 모두 모여 한 개의 커다란 판게아를 형성하게 됩니다. 삼엽충이나 완족류, 필석 등이 고생대 초기에 발견되고요. 중기에는 원시 어류와 산호, 말기에는 방추충, 고사리, 원시 곤충이 발견됩니다. 물론 삼엽충은 말기까지 살았죠.

중생대로 넘어왔습니다. 약 2억 5천만년 전부터 약 6천 6백만년 전까지의 시기를 의미합니다. 전반적으로 기후가 온난 습윤했고요, 판게아가 분리되며 수륙 분포가 변합니다. 바다에서는 암모나이트, 육지에서는 공룡이 등장하죠. 소철이나 은행나무 등의 겉씨식물이 번성했습니다.

마지막으로, 신생대입니다. 약 6천 6백만년 전부터 지금까지의 시기입니다. 대체로 온난했으나, 말기에는 빙하기(4회)와 간빙기가 반복됩니다. 대서양이 더욱 넓어져서 현재와 수륙 분포가 비슷해진 건 덤이고요. 바다에서는 화폐석이 번성하였고, 육지에서는 매머드 등의 포유류가 번성하였습니다. 참나무, 단풍나무 등의 속씨식물도 번성하였고요, 신생대 후기에는 인류의 조상도 출현합니다.

자, 그럼 이제 각 지질 시대도 알아보았으니 대멸종도 살펴봐야겠죠? 1기 대멸종은 고생대 중기, 빙하의 확장으로 해수면이 내려가고 기온이 떨어지며 일어났습니다. 삼엽충과 완족류에게 큰 타격을 줬죠. 2차 대멸종 역시 고생대 중기에 일어났는데요, 해양의 산소가 사라지고 기온도 또 떨어집니다. 거기다가 운석 충돌도 추정된다는군요. 어류, 산호, 완족류, 삼엽충에게 큰 피해가 갔습니다. 3차 대멸종은 고생대 말에 일어나 고생대와 중생대의 전환점이 됩니다. 대규모 화산 폭발로 인해 극단적인 온난화가 일어나고요, 대기 중의 산소가 줄어들며 강수량 또한 줄어듭니다. 거기다 운석도 때려박았죠. 이때 고생대의 마스코트 삼엽충을 비롯해 해양 생물군 대부분이 멸종됩니다. 4차 대멸종은 중생대 초기에 일어나는데요, 판게아의 분리에 따른 화산 활동과 기후 변화가 일어납니다. 암모나이트, 완족류, 해양 파충류 등이 멸종합니다. 5차 대멸종은 중생대 말에 일어나 중생대와 신생대의 전환점이 됩니다. 운석 충돌이 일어나고 대규모 화산 폭발까지 겹친 데다가 화산재 덕분에 기온도 떨어집니다. 이때 공룡, 익룡, 수장룡, 어룡 등 거의 대부분의 공룡이 멸종됩니다. 지금도 하늘을 날아다니는 새들의 조상을 제외하면요.

자, 이제 진화에 대해 배워봅시다!

2. 생물의 진화

진화. 피카츄가 진화해서 라이츄가 된다던가 아구몬 진화라던가 이런 건 아니고요. 오랜 기간동안 여러 세대를 거쳐 이루어진 생물 형질의 변화 과정을 진화라고 합니다. 형질은 한 개체가 나타내는 여러 특성으로, 부모로부터 물려받는 유전자에 의해 결정됩니다. 같은 생물종 간의 이 형질의 차이를 바로 변이라고 부르죠. 습성, 형태 모두 변이에 해당하고요, 무당벌레 날개 모양이나 달팽이 나선 모양 같은 게 다 여기 들어갑니다. 이 변이는 형질을 결정하는 유전자의 차이에 의해 나타나는 경우 자손에게 유전되고요, 이게 여러 세대에 쌓이면서 진화가 일어나는 겁니다.

변이가 일어나는 원인은 유전 물질에 변화가 일어나는 현상인 돌연변이와 암수 생식세포의 수정으로 자손이 만들어지며 일어나는 유성 생식이 있습니다. 돌연변이 같은 경우는 새로운 유전자가 만들어져 새로운 형질을 가진 자손이 나타날 수 있고요, 붉은색 분꽃(RR)만 있던 무리에 돌연변이가 일어나 흰색 분꽃(WW)이 나타나는 등의 사례가 있습니다. 유성 생식 같은 경우는 부모의 유전자가 다양하게 조합되어 자손에게 전달되므로 부모와 다른 형질의 자손이 나타날 수 있습니다. 붉은색 분꽃(RR)과 흰색 분꽃(WW)을 교배시켰더니 그 중간인 분홍색 분꽃(RW)이 나오는 경우가 있죠(중간 유전).

이제 이 변이들 중에서 살 놈과 죽을 놈이 정해집니다. 바로 자연 선택인데요. 자연 선택은 다양한 변이가 있는 개체들 중에서 자연환경에 가장 잘 적응한 개체가 선택되어 더 많은 자손을 남기는 과정입니다. 이는 생물의 진화를 설명하는 원리이기도 하죠. 일단 과정부터 알아봅시다. 일단 자연 상태에서 생물은 필요 이상으로 많은 자손을 생산합니다. 동물들 보면 한꺼번에 몇 마리씩 낳는 애들 있잖아요. 이게 바로 과잉 생산입니다. 그 다음, 이 많은 자손들은 전부 제각각의 변이를 가지고 있으며, 이 변이들은 주어진 환경 속에서 자신을 살려놓을 수도, 죽여놓을 수도 있습니다. 그 다음 환경에 적합한 변이를 가진 재체는 생존 경쟁에서 살아남아 많은 수의 자손을 생산합니다. 또한 부모가 가진 형질이 자손에게 유전되죠. 이게 경쟁입니다. 적자생존이 뭔지 똑똑하게 알 수 있는 게 이 생존 경쟁입니다. 마지막으로, 이 짓거리를 여러 번 반복하면 처음 조상과는 다르게 생긴 놈들이 대다수를 차지합니다. 그 결과 이 녀석들은 새로운 종이 되는 것이죠. 이 자연 선택설을 완벽하게 설명해 주는 게 갈라파고스의 핀치입니다.

이제 이것만 있으면 항생제 내성 세균도 설명이 가능해집니다. 처음에는 모든 세균에게 항생제 내성이 없어요. 근데 갑자기 돌연변이가 일어나 한 놈이 면역을 갖게 됩니다. 이제 항생제를 투여해 봅시다. 원래 있던 놈 거의 다 쓸려나가고 내성 세균들과 그냥 세균 몇 마리만 남습니다. 이제 둘 중에 생존에 유리한 쪽이 누구겠습니까? 내성이 있는 쪽이죠. 마구 불어납니다. 이제 또 항생제를 투여해요. 없는 일반 균들이 또 씻겨나갑니다. 그러니 이제 내성균만 남는 거죠. 이제 항생제 내성 세균의 비율이 증가하도록 진화가 일어나게 됩니다.

낫 모양 적혈구 또한 자연 선택의 일종입니다. 겸상적혈구라고도 하죠. 말라리아가 자주 발생하는 아프리카 일부 지역의 경우 낫 모양 적혈구를 가진 사람의 비율이 높게 나타납니다. 이제 그 과정을 봅시다. 일단 말라리아 발생 지역 사람들 대부분이 말라리아에 걸려 죽습니다. 하지만 낫 모양 적혈구 빈혈증인 사람들은 말라리아에 안 걸리고 살아남았죠. 따라서 말라리아가 많이 발생하는 지역에 낫 모양 적혈구를 가진 사람의 비율이 높게 나타나는 것입니다.

자, 그럼 마지막으로 자연 선택설이 사회에 미친 영향을 알아봅시다. 일단 과학적으로는 생명 과학의 기본 이론으로 자리잡으며, 유전학, 분자생물학 등의 학문 발전을 촉진시킵니다. 경제에도 영향을 미치는데요, 영국의 산업 자본주의에 과학적 근거를 제시하는 것으로 해석됩니다. 또한 시장 경제주의에 기초한 자본주의의 태동을 촉진시키지요. 사회에 미친 영향으로는 신의 존재를 부인하는 것으로 이해되어 사회에 큰 충격을 주고요, 사고의 중심을 신에서 인간으로 이동시켜 현실을 즐기고자 하는 삶의 방식을 유행시켰습니다. 또한 사회 진화론이 등장해 인종차별, 약육강식, 강대국의 식민 정책을 합리화시켰지요.

자, 여기까지 오는 데 수고하셨습니다. 이제 다음이 마지막 단원입니다.

3. 생물 다양성과 보전

일단 생물 다양성의 정의부터 알아봅시다. 생물 다양성은 지구에 사는 생물 전체를 의미하며, 서식하는 생물의 다양한 정도를 나타냅니다. 생물 다양성은 세 가지 구성요소로 나뉘는데요, 바로 유전적 다양성, 종 다양성, 그리고 생태계 다양성입니다. 유전적 다양성은 같은 생물종의 개체들 사이에서 나타나는 유전적 차이의 다양함을 의미합니다. 유전적 차이에 의해서 변이가 일어나므로 생물종 내에서 변이가 많으면 많을수록 유전적 다양성이 높게 나타나죠.  참고로 유전적 다양성이 높은 종은 나중에 환경조건이 급변했을 때에도 끝까지 살아남을 확률이 높습니다.

그럼 이제 종 다양성에 대해 알아봅시다. 종 다양성은 특정 지역에 얼마나 많은 종이 얼마나 다양한지 그 정도를 의미합니다. 한 생태계에 다양한 생물종이 서식하고, 각 생물종이 서식지의 환경에 잘 적응하여 개체 수가 충분히 유지되면 종 다양성이 보전될 수 있습니다. 또한 서식지의 환경이 급변하여 어느 생물종이 사라져 버리면 종 다양성은 감소하죠. 종 수가 더 많은 지역이 생물 다양성이 높고, 종 수가 같을 경우 어느 한 종에 치우치지 않고 고르게 분포할 때 생물 다양성이 더 높다고 할 수 있습니다. 종 다양성이 높을수록 먹이 그물이 복잡하게 형성되어 생태계 평형이 잘 깨지지 않고 안정적으로 유지될 가능성이 높죠.

자, 이제 생태계 다양성입니다. 어떤 지역에 존재하는 생태계 종류의 다양한 정도를 의미합니다. 생태계가 다르면 그 속에서 살아가는 생물종의 구성이 달라지므로 생태계가 다양하면 생물 다양성이 높습니다. 이는 생물과 환경의 상호 작용에 대한 다양함까지 포함합니다.

자, 그럼 이제 생물 다양성의 세 가지 요소의 관계와 생태계와의 관계에 대래 알아보겠습니다. 먼저 유전적 다양성과 생태계 다양성이 높으면 이는 자연 선택에 의한 진화의 원동력으로 작용하므로 이 둘이 높으면 종 다양성도 높아집니다. 유전적 다양성이 높으면 생물종 내 개체간의 변이가 매우 다양하므로 생물종이 멸종될 가능성이 낮아져 종 다양성이 보전됩니다. 또한 생태계 다양성이 높을 경우 다양한 환경을 제공해 주므로 각각에 환경에 적응하는 생물종의 종 다양성은 증가합니다. 즉 안정적인 생태계를 유지하기 위해서는 같은 종이라도 유전적 다양성이 높아야 하고, 다양한 종의 개체수가 적절하게 유지되어 다양한 생태계를 구성해야 합니다.

자, 위에서 계속 보전 보전 그러는 이유가 궁금하실 지도 모르겠습니다. 이제 여러분께 그 이유를 알려드리죠. 생물 다양성은 생태계 평형 유지에 기여합니다. 식물은 대기 중 이산화 탄소의 농도가 증가하는 것을 막는 탄소 저장 기능과 산소를 제공하여 대기를 정화하는 기능을 가집니다. 또한 습지 식물과 미생물은 지표에 흐르는 물을 깨끗하게 정화해주죠. 또한 식물의 뿌리는 토양 속 물의 양을 조절하고 수질을 정화하며 토양의 유출을 막아줍니다.또한 곤충과 조류는 식물의 수분을 도와주는 등의 생물학적 조절 기능을 가집니다. ... 구구절절 써 놨지만 제일 중요한 건 이겁니다. 생물 다양성이 높아 먹이 그물이 복잡한 생태계에서는 어떤 생물종이 없어져도 이를 대체할 생물종이 있습니다. 따라서 생태계가 쉽게 파괴되지 않고 안정적으로 유지될 수 있는 거죠.

또한 생물 다양성은 곡물이나 목화, 의약품, 관광지 등 다양한 생물 자원을 제공합니다. 근데 이 부분은 적어도 저희 학교에서는 중요한 부분이 아니니 빠르게 넘어갑시다.

그렇다면 생물 다양성은 왜 감소할까요? 바로 서식지의 파괴, 단편화, 불법 포획과 남획, 외래종의 도입, 환경 오염과 기후 변화 등이 있습니다. 먼저, 서식지 파괴에 대해 알아봅시다. 숲을 갖다 베어버리거나 멋대로 댐을 지어버리면 서식지 면적이 줄어듭니다. 그러면 그 서식지에서 살아가는 생물의 종 및 개체수가 감소하게 되죠. 따라서 생물 다양성도 덩달아 떨어집니다. 두 번째. 도로 공사나 주택 등을 지으면 원래 있던 땅이 몇 토막이 나는 경우가 있습니다. 이게 바로 서식지 단편화인데요, 이는 생물종의 이동을 제한하며, 그 생물을 고립시키기 때문에 서식지 면적이 줄어들고, 종 다양성을 감소시킵니다. 세 번째로, 멸종 위기종이나 야생 식물을 멋대로 잡아오는 사람들이나 밀수하는 사람들이 한두명은 꼭 있습니다. 사막여우 같은 거 귀엽다고 밀수하고 그러는 사람들 말이죠. 이는 먹이 그물에 큰 변화를 일으켜 생물 다양성을 위협합니다. 외래종의 도입 같은 경우는 고유종의 서식지를 없애고 먹이 그물에 큰 변화를 가져옵니다. 결국 생물 다양성이 위협받게 되죠. 환경 오염과 기후 변화는 너무 자주 보니 넘어가도록 하겠습니다. 굳이 말씀드리자면 산성비와 토양, 호수 산성화, 중금속의 생물 농축 등이 있겠군요.

자, 그럼 이 생물 다양성은 어떻게 보완할 수 있을까요? 서식지를 보호하고, 생태 통로를 설치하며, 보호 구역을 지정하고 고유종을 보호하며, 환경 윤리 의식을 고취하고, 종자 은행을 운영하며, 국제 협약을 맺는 등의 노력으로 생물 다양성을 보전할 수 있습니다.

수고하셨습니다! 드디어 6, 7단원을 모두 끝내셨습니다.

이야... 힘드네요... 선생님들께서 이렇게 많은 수업 자료를 준비하시는 지 드디어 알았습니다. 2단원 집필도 힘든데 모든 단원의 학습 자료를 다 만드는 건 얼마나 힘들겠습니까... 가끔씩 가다 보면 수업시간에 애들끼리 막 떠드는 경우가 있긴 한데, 진짜 걔네들은 아마 이 고생을 모를 것입니다. 여기까지 집필하는 데 방송 러닝타임만 5시간 40분이 넘어갑니다. 물론 중간에 좀 쉬거나 저녁을 먹거나 하기도 했지만요. 아무튼, 이렇게 힘들게 집필한 자료가 앞으로 고등학생이 될, 혹은 이미 고등학생인, 아니면 이미 고등학교를 졸업한 스포어 회원님들께 도움이 되길 바라겠습니다. 그냥 재미로 읽어 주셔도 괜찮아요. 애초에 재미로 읽으라고 쓴 글인데요 ㅋㅋㅋ 근데 공백 포함 15000자면... 아무리 봐도 재미로 읽을 수준은 아닌 것 같네요. 방송에는 몇 분 안 오신 것 같지만... 방송 시청해주신 @네모님 @Nginx님 @BVC_Liper_Okbul님 @gimmepoint님 께 다시 한 번 감사 인사 드리겠습니다. 그리고 관심 가져주신 @이니스프리님 께도 감사의 인사를 드리겠습니다. 그럼 모두 안녕히 계세요!