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우리의 조상이 파충류, 포유류, 영장류를 거쳐 인간으로 진화한 뿌리 깊은 구조의 흔적이 가장 명확히 나타난 부위가 인간의 뇌입니다. 다시 말하면 오래 전 파충류, 포유류였을 때의 뇌가 우리에게 아직도 남아 있어 우리 머릿속에는 세 가지 뇌가 들어 있습니다. 진화된 순서대로 가장 안쪽의 뇌가 파충류의 뇌이고 중간이 옛 포유류의 뇌, 그리고 가장 바깥쪽이 인간의 뇌입니다. (위의 그림 참조)

저는 대학시절부터 인간의 유래에 대해 관심이 많았습니다. 그때 머릿속으로 어머니 모셔오기 게임이라는 것을 구상했는데, 이 세상에서 어머니 없이 태어난 사람은 없었으니까 나로부터 시작해서 윗세대로 올라가면서 계속 나를 잉태하기 직전의 어머니를 모셔오는 겁니다.

그러니까 나는 어머니를 모셔오고, 어머니는 젊은 시절의 할머니를 모셔오고, 할머니는 젊은 시절의 증조할머니를 모셔오고 ... 이런 식으로 중대형 체육관을 채우게 될 7000명 정도를 모셔오면 제일 마지막 어머니는 피부색은 달라도 현대 여성들과 동일한 신체구조를 갖습니다. 그리고 제일 중요한 것을 말하면 현재 지구에 사는 70억 인구는 모두 그분의 자손입니다. 그 조상님은 소위 미토콘드리아 이브(Mitochondrial Eve)라고 불리는 분인데, 약 20만 년 전 아프리카 대륙에 살았던 것으로 추정하여 아프리카 이브(African Eve)라고도 불립니다.

이제 7000명 정도의 체육관에서 더 나가서 10만 명을 수용하는 풋볼 구장을 같은 방식으로 가득 채워보겠습니다. 이 경우 제일 마지막인 10만 번째 어머니는 250만년 전 동부 아프리카의 오스트랄로피테쿠스입니다. 그런데 10만번째 어머니인 그분은 인간이 아닐 뿐 더러 호모 속도 아닙니다. 뇌의 부피도 성인 평균의 3분의 1에 못 미치고, 완전한 직립보행을 하지 못하며 이마가 거의 없는 얼굴에다 작은 체구의 몸은 털로 덥혀 있습니다.

이 게임을 이어나가서 풋볼 구장 세 개를 가득 채우면 6백 5십만년 전 나의 조상을 만날 수 있는데, 그분은 특이하게도 지구상의 모든 인간의 조상일 뿐 아니라 모든 침팬지의 조상이기도 합니다. 그러니까 내가 모시고 오지 않은 그분의 따님이 모든 침팬지의 조상이 되는 것입니다.

이제 어머니 모셔오기 게임을 중단하고 계속 위로 올라가면 우리의 조상은 650만년에서 2,500만년 전 사이에도 유인원이었지만 그때는 열대 우림에서 살았습니다. 그보아 이전인 2,500만년에서 6,500만년 전 사이에 우리의 선조는 수십 차례 몸의 크기와 형태를 바꾼 포유류였습니다. 약 6,500만년 전에 직경이 10킬로미터쯤 되는 거대한 운석이 유타칸 반도에 떨어지면서 다람쥐와 비슷한 모양의 포유류였던 우리의 선조는 공룡이 없는 세계에서 마음껏 자유를 누리며 수천만년 동안 엄청나게 많은 새로운 종으로 분화하며 북반구의 숲과 삼림을 지배했습니다.

인간을 포함한 모든 지구상의 포유동물은 어류에서 파충류 그리고 다시 파충류에서 포유류로 진화했습니다. 그리고 현재까지도 배 발달 과정에서 동물은 조상들이 진화과정에서 겪었던 변화의 순서를 반복합니다. 실제로 인간의 태아는 자궁 속에서 어류, 파충류, 포유류와 무척 비슷한 단계들을 거쳐서 인간과 비슷한 형태로 발달합니다.

다시 뇌에 대한 이야기로 돌아가겠습니다. 위의 그림을 참조하면서 읽으시면 이해에 도움이 될 겁니다. 우리의 뇌에서 좌우 대뇌반구와 소뇌를 제외한 부분인 뇌줄기는 북미 도마뱀의 뇌줄기와 모양도 기능도 거의 같습니다. 뇌줄기는 우리 몸이 하는 생리적인 일과 잡다한 일상을 도맡고 있는데, 우리가 잠들어 있을 때에도 바삐 움직이며 호흡, 심장박동, 수면 등을 관장합니다. 그러니까 우리 안에 있는 파충류의 뇌는 공룡의 머릿속에서 하던 기능을 오늘날에도 수행한다고 볼 수도 있습니다. 인간이 때로는 멍청할 정도로 비합리적인 행동을 하는 것에 대한 이유를 여기로부터 설명하는 책이 여러권 나왔을 정도입니다.

뇌줄기 위에 올라앉은 옛 포유류의 뇌는 대뇌변연계(limbic system)이라고도 불리는데 대뇌피질과 시상하부 사이의 경계 부위에 위치한 일련의 구조물들입니다. 이 뇌는 많은 포유동물의 두뇌와 같은 기능을 하는데, 인간 고유의 잠재력보다는 포유동물로서의 생존과 더 관계가 깊습니다. 그리고 이 대뇌변연계(limbic system)가 감정과 분노를 담당하는 부위입니다. 그중에서도 편도체(amygdala, 아미그달라)라 불리는 부분은 생존을 위한 경고의 감정인 분노나 두려움 또는 기쁨을 느끼게 합니다. 거기에 붙어있는 다리는 해마라고 불리는데 단기기억을 장기기억으로 바꿔주는 기능을 담당합니다. 그리고 그 안쪽에 달걀 모양의 시상(thalamus)이 있는데, 두뇌에서 가장 활동적인 부위 중 하나로 감각 세계의 거의 모든 부분에서 전해지는 신호들을 처리합니다. 우리가 강렬한 정서를 갖도록 진화한 것도 바로 대뇌변연계의 발달 덕분입니다. (파충류의 마음은 열정이나 고뇌와는 거리가 멀며 유전자와 뇌가 명령하는 것을 충실하고 둔감하게 따를 뿐입니다.)

옛 포유류의 뇌 위를 크게 덮고 있는 부분이 인간이 뇌인 대뇌피질(cortex)입니다. 인간의 경우 대뇌피질은 전체 뇌의 85퍼센트 가량을 차지하고 있습니다. 이러한 사실은 대뇌피질이 파충류의 뇌나 포유류의 뇌에 비해 우리에게 얼마나 중요한지 말해줍니다. 우리 인간은 파충류의 뇌와 포유류의 뇌에서 보내오는 충동이나 분노에 굴복하고자 하는 욕구에 저항할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 과학자들조차 20세기 초까지 대뇌피질의 각 부위가 고유한 기능으로 특화되었다는 사실을 몰랐습니다. 그러다가 두 차례에 거친 세계 대전에서 수많은 부상병들을 통해 뇌의 각 부위의 상처와 그 결과로 나타난 특이한 행동들을 연구할 수 있었습니다. 20세기 후반까지 여러 전쟁을 거친 후 과학자들은 마침내 두뇌의 구조와 기능에 대해 올바로 이해할 수 있었습니다. 대뇌피질은 인간의 추상 기능을 관장하는데 그중에서도 가장 중요하다고 할 수 있는 것이 바로 언어(읽기 및 쓰기)와 수학능력입니다.

현대 분자생물학 이론에 나름대로 익숙한 우리는 획득 형질의 유전은 일어날 수 없다는 것을 잘 알고 있습니다. 즉, 내가 아무리 축구 연습을 많이 해서 슛과 드리블의 도사가 된다 해도 내 아이가 그와 같은 능력을 물려받는 것은 아닙니다. 마찬가지로 내가 아무리 공부를 열심히 해서 만물박사가 되었다 해도 그렇게 해서 얻어진 지식이나 능력을 내 아이가 그대로 물려받는 것도 아닙니다.

이 부분에서 중요한 질문이 나오게 됩니다. "그렇다면 불과 600만 년의 짧은 기간 동안에 1% 남짓의 유전자 차이밖에 만들어내지 않은 침팬지와 우리 인간이 현재와 같이 극명히 다르게 살고 있는 것을 어떻게 설명할까?" 입니다.

첫번째 이유라고 생각할 수 있는 것은 바로 인간만의 체계적인 교육 시스템입니다. 학습능력을 갖춘 동물이라 할지라도 당대에 습득한 노하우를 다음 세대에 전달하지 못합니다. 하지만 인간은 전 세대가 터득한 것을 후세대에 남겨서 후세대는 다른 출발점에서 시작합니다.

동물과 인간의 이보다 더 본질적인 차이가 있다면 저는 그것을 선천적인 언어능력과 수학능력이라고 말하고 싶습니다. 인간의 언어와 수학적 능력은 인류에게 지구의 대부분을 크게 바꿔놓은 무수한 업적으로 이끌었기 때문입니다.

많은 사람들은 언어능력과 수리능력에 대하여 수학을 잘하는 사람은 언어에 약하고 언어를 잘하는 사람은 수학에 약하다는 선입견을 갖고 있습니다. 하지만 2014년 7월 네이처에 발표된 옥스퍼드 대학 연구팀의 논문에 따르면 읽기 능력에 연관된 유전자 표현형 변이와 수학적 능력에 연관된 유전자 표현형 변이가 높은 유사성을 보였으며, 이는 언어 능력이 뛰어난 아이들이 수학적 능력도 뛰어날 가능성이 높다는 것을 말합니다. 아래에 그 연구결과에 대한 우리나라 언론보도를 링크합니다.

http://dongascience.donga.com/news/view/4808

그 이전에도 실험의 결과를 토대로 인간의 언어능력과 수학능력이 근본적으로 분리되지 않는다는 몇 가지의 연구 결과를 찾아볼 수 있었습니다.