디귀 벨라,
Rudyard Kipling을 모방하고 그저 이야기를 들려 드리겠습니다. 키플링은 100 년 전 세계에서 가장 유명한 작가 중 한 명입니다. 그는 정글 책을 썼습니다 . 그리고 취침 시간 이야기로 시작된 Just So Stories 도 딸 조세핀에게 말했습니다. 그들은 낙타의 혹과 표범의 반점과 같은 동물들이 어떻게 유명한 특징을 얻었는지에 관한 것이었다. 키플링은 훌륭한 작가 였지만 동물 이야기를 구성했습니다. 저의 이야기는 과학에 기초하고 있습니다. 이것은 많은 사람들이 최근의 많은 실험을 통해이 이야기의 방식이“그렇게”결론을 내렸다는 것을 의미합니다.
또한 자연의 연구 개발 부서 인 진화에 대한 이야기이기도합니다. 키플링과 마찬가지로, 나는 박테리아에 관한위원회와 연구 개발 부서에 식물과 공룡처럼 문제에 대한 해답을 청원했습니다. 그리고 R & D 부서 (즉, 진화)는 솔루션을 고안하려고합니다. 저는 진화론을“Mr. R & D.” R & D는 문제를 발견하면 여러 가지 방법으로 솔루션을 테스트합니다. 그러나 때때로 이러한 솔루션은 예기치 않은 결과를 초래합니다. 그래서 우리는 간다!
새들은 어떻게 그렇게 큰 폐를 얻었습니까? 그들은 공룡에서 물려 받았습니다. 그런데 왜 공룡이 그랬 을까?
옛날 옛적에, 1 월의 추운 날에, 나는 런던의 리젠트 파크 (Regent 's Park)를 통해 조깅을했고, 보트 호 주변의 기러기, 갈매기, 비둘기 및 오리 떼를 조심스럽게 밟았습니다. 그러나 아마도 내가 방금 읽은 책 (Nick Lane 's Oxygen ) 때문에 내 눈은이 무리에서 낯선 두 마리의 기러기를 골랐습니다. 바 머리 기러기, 소년과 소녀.
그러나 그들은 1 월에 런던에서 무엇을하고 있었습니까? 겨울에는 대개 인도 한가운데에, 여름에는 카자흐스탄이나 몽골에 삽니다. 지구의지도를 보면 카자흐스탄과 인도 사이의 장벽이 세계에서 가장 높은 히말라야 산맥이라는 것을 알 수 있습니다. 매년 수백만 마리의 가금류가 히말라야 산맥으로 이동하여 수백만 년 동안 그랬습니다. 그들은 28,000 피트에서 비행하는 것을 보았습니다. 그들은 에베레스트 산 위로 날아 갔다! 그들은 어떻게합니까?
대답은 벌새, 타조, 비둘기와 같은 모든 새들처럼 막 대형 거위가 매우 효율적인 폐를 가지고있는 것 같습니다. 폐와 모든 포유류의 폐가 원시처럼 보입니다. 나는 새들이 모일 때 우리의 폐가 얼마나 한심한 지에 대해 가십을 확신합니다!
우리를 포함한 모든 포유류는 우리가 호흡하는 것과 같은 구멍을 통해 호흡합니다. 우리의 소화 시스템이 같은 방식으로 작동했는지 상상할 수 있습니까? 우리가 입안에 넣은 음식이 소화 후에 같은 방식으로 나왔다면? 생각하지 않습니다! 다행히 소화를 위해 별도의 출입이 있습니다. 그리고 그것이 새들이 폐에 가지고있는 것입니다 : 시작 지점과 종료 지점. 또한 뼈에 공기 주머니와 빈 공간이 있습니다. 그들이 숨을 쉴 때, 좋은 공기의 절반 (산소가있는)은이 빈 공간으로 들어가고 나머지 절반은 후면 입구를 통해 폐로 들어갑니다. 그들이 숨을 쉴 때, 빈 공간에 저장된 좋은 공기도 이제 그 후면 입구를 통해 폐로 들어가고, 나쁜 공기 (이산화탄소와 수증기)가 앞쪽 출구로 밀려납니다.
새들은 어떻게 그렇게 큰 폐를 얻었습니까? 그들은 공룡에서 물려 받았습니다. 새는 공룡입니다! 1940 년대에 자랐을 때 생물학에는 조류를 의미하는 Aves라는 범주가있었습니다. 그러나 과학자들은 이제 Aves를 Dinosauria라는 범주로 접 었으며 비둘기와 갈매기 및 거위와 같은 공룡은 오늘날 우리 주변에서 날고 있습니다. 공룡의 맛을 알고 싶다면 닭고기를 먹어라!
육지의 식물은 이끼처럼 바위 표면에 달라 붙는 것을 좋아해야했습니다. 그러나 그들은 이것을 분명히 분개했다.
따라서 공룡은이 매우 효율적인 폐 시스템을 가지고 있었고, 지구에 2 억 5 천만 년 전부터 약 6 천 5 백만 년 전까지 거대한 소행성이 멕시코에 충돌하여 대부분 멸종했을 때 지구를 지배 종으로 성공적으로 밟았습니다. 새를 제외하고. 그러나 공룡이 왜이 슈퍼 폐 시스템을 가지고 있었을까요?
그에 답하기 위해, 약 4 억 5 천만 년 전에 식물이 바다에서 육지로 나왔을 때로 돌아 가야합니다. 그보다 일찍 식물 생명체는 바다에서만 살았습니다. 지구 표면은 사막이었습니다.
기회를보고 일부 개척자 식물들이 모여서“가자!” 육지로 이주했습니다 그러나 일단 식물이 물에서 나왔을 때, 그들은 바다에서 결코 다루지 않아도되는 중력이라는 것을 발견했습니다. 바다에서 식물이라면 식물의 밀도가 물과 다르지 않기 때문에 부유 할 수 있습니다. 바다에서 식물의 밀도는 공기보다 훨씬 크기 때문에 중력이 그것을 끌어낼 수 있습니다.
그래서 수천만 년 동안 육지의 식물들은 이끼처럼 바위 표면에 달라 붙는 것을 좋아했습니다. 그러나 그들은 이것을 명백히 반박하고 R & D로부터 면제를 요청하는위원회를 구성하기로 결정했다.
미스터 R & D : 안녕하세요. 무엇이 문제입니다?
PC : 우리의 문제는 중력입니다. 우리는 바다에서 그것을 처리 할 필요가 없었으며, 그것은 육지에서 우리에게 문제입니다.
Mr. R & D : 왜 중력이 문제입니까?
PC : 우리는 바다에서했던 일을하고 싶습니다. 많은 햇빛을 흡수하고, 가장 좋은 방법은 줄기가 길고 가지 끝에 나뭇잎이있는 가지를 가지게하는 것입니다. 햇빛을 흡수 할 가능성.
씨. R & D : 원하는 것을 이해하지만 시간이 좀 걸립니다. 백만 년 전으로 돌아와
식물은 엄지 손가락을 백만 년 동안 꼬았다.
PC : OK, 백만 년이되었습니다! 무언가를 발견 했습니까?
Mr. R & D : 네, 제가 서랍에 가지고 있다고 생각합니다. 여기 있습니다 : 리그닌.
PC : 리그닌이란?
Mr. R & D : 탄소와 수소로 만들어진 단단한 분자입니다. 몸의 세포로 흡수하면 이미 가지고있는 플로피 셀룰로오스의 분자와 상호 작용하여 세포가 벽돌처럼 될 수있는 매우 견고한 구조를 만듭니다. 그런 다음 한 셀을 다른 셀에 쌓을 수 있으며 원하는만큼 올라갈 수 있습니다.
PC : 얼마나 높습니까?
미스터 R & D : 300 피트 이상.
PC : 와우!
그래서 식물들은 행복하게 리그닌을 삼 켰고, 확실히 R & D 씨가 말한대로 정확하게 작동했고, 짧은 시간 안에 줄기, 줄기, 가지, 뿌리, 잎이 지구 전체에 튀어 나오기 시작했습니다.
유일한 문제는이 나무들 중 하나가 자연 수명이 다했을 때 박테리아와 곰팡이 포자가 나무를 분해 할 준비가되어 칼을 날카롭게한다는 것이었다. 그러나 그들이 리그닌에 도착했을 때, 나이프는 붙어있었습니다. 그들은 리그닌을 소화 할 수 없었습니다. 리그닌을 강하게 만든 바로 그 당시 박테리아와 곰팡이를 물리 쳤다. 그래서 그들은 우리가 치킨 디너를 먹을 때 우리가하는 일을했습니다 : 그들은 모든 고기를 먹었고 뼈를 떠났습니다.
결국 다른 나무가 죽고 첫 번째 나무 위로 떨어지면 같은 일이 다시 일어나고 또 다른 나무가 다시 일어날 것이며, 수십만, 수백만, 수천만 년 동안 이런 식으로 계속 진행되었습니다. 결국, 1 억 년이 넘는 죽은 나무와 양치류와 소화되지 않은 리그닌이 지구 표면에 퇴적되었습니다. 우리는이 대부분이 탄화 (탄소 생산) 시대에 일어났던시기라고 부릅니다.
진화가 때때로 예상치 못한 결과를 낳은 것을 기억하십니까? 글쎄,이 리그닌 침전물은 대기에서 산소 서지를 일으켰다. 지구로 들어가는 모든 탄화수소 원자에 대해 붕괴 과정에서 산소 원자가 사용되지는 않습니다. 막대한 양의 탄소 (리그닌)가 지구로 유입되어 대기 중에 막대한 양의 산소가 축적되었습니다. 오늘날 산소는 대기의 21 %입니다. 그러나 약 3 억년 전에 산소는 30 %가 넘었습니다. 매우 비효율적 인 호흡 방법을 가진 곤충들이 거대해질 수있는 산소가 너무 많았습니다. 잠자리의 날개 길이는 3 피트, 노래기 길이는 8 피트입니다. 개구리와 같은 양서류는 또한 비효율적 인 폐를 가지고 있으며, 식당 테이블만큼 커질 수있었습니다.
당시의 미생물들은 결국 산소의 급증을 알게되었습니다. 곤충과 양서류는 그 풍부한 산소 원에 의존하기 때문에 신경 쓰지 않는 것 같습니다. 그래서 지금 걱정되는 미생물들은위원회 (MC)를 모아 Mr. R & D를 보러 갔다.
Mr. R & D : 안녕하세요, 제가 당신을 위해 무엇을 할 수 있습니까?
MC : 매년 산소 수치가 높아지고 현재 35 %에이를 수 있기 때문에 위험한 상황이 발생하고 있다고 생각합니다.
미스터 R & D : 그래?
MC : 소화가 안되는 리그닌으로 인해 계속 상승하는 것을 막을 수있는 것은 없습니다.
R & D 씨 : 가연성 산소가 너무 높기 때문에 낙뢰가 43 %에 달하면 전체 대기에 불이 붙기 때문에 여러분의 요점을 알 수 있습니다. 그리고 지구에서의 삶의 모든 실험은 끝날 것입니다. 그렇습니다, 우리가해야 할 일에 동의합니다. 백만 년을 주면 내가 할 수있는 일을 보게 될 것입니다.
백만 년 동안 산소 수준은 계속 상승합니다. 더욱 걱정되는 미생물은 R & D에게 돌아온다.
R & D 씨 : 나쁜 소식은 당신에게 줄 물리적 인 것이 없다는 것입니다. 그러나 나는 당신에게 koan을 줄 수 있습니다.
MC : 저게 뭐야?
Mr. R & D : koan은 당신의 상황에 도움이 될 것이라고 생각할 수있는 것입니다. “여러분을 받으려면 먼저 주어야합니다.”
MC : 무슨 뜻입니까?
미스터 R & D : 내가 말할 수있는 것은 : 그것에 대해 생각하면 문제가 해결됩니다.
따라서 미생물들은 사라져서 10,000 년 정도 이것이 무엇을 의미하는지에 대해 토론합니다. 마지막으로, 한밤중에 깨어나서“나는 그것을 얻었습니다!”라고 생각하는 하나의 천재 곰팡이 세포가 있습니다. 리그닌이 발명 된 이래로 1 억 년 동안 그들은 씹는 것을 시도해 왔으며, 그렇게 할 수있는 능력이 없었습니다. 너무 힘들고 너무 부드럽습니다.
그러나 버섯 포자의 이삭 뉴턴 덕분에 그들은해야 할 일을 깨달았습니다. 그들은 리그닌을 용해시키고 외부에서 더 작은 조각으로 분해하는 특수 화학 효소를 방출해야했습니다. 그래서 그들은 마른 부패를 발명했습니다.
붕괴 과정은 대기에서 산소를 끌어 내고 탄화수소에 결합하여 이산화탄소 (CO 2 )와 물 (H 2 O)을 방출 합니다. 이것은 나무가 타거나 (매우 빠른 산화), 음식을 소화 할 때 (보통 산화), 유기 물질이 부패 할 때 (천천히 산화) 일어나는 현상입니다.
리그닌을 산화시키는 방법의 비밀이 이해되면, 곰팡이 포자 및 박테리아는 이미 화석화되지 않은 모든 죽은 나무를 분해하기 시작했습니다.이 과정에서 산소를 사용하여 대기 중의 산소 수준이 급격히 감소하기 시작했습니다. 탄화 기 (3 억년 전) 동안 30 % 이상에서 페름기 (2 억 5 천만년 전) 말에 약 12 %로 상승했습니다. 이것은 비정상적으로 높은 산소 수준에 중독되어 지구의 대부분의 삶에 나쁜 소식이었습니다. 지구상의 모든 생명체의 95 %가 산소가 부족한 대기에 의해 죽었습니다. 지구상에서 가장 큰 멸종 사건이었습니다.
생존 할 수있는 생명체의 5 % 중 일부는 R & D 씨에게 갔고 숨을 내쉬면서 소량의 산소로 생존하는 데 도움이 필요했습니다.
버섯 포자의 이삭 뉴턴 덕분에 그들은 특별한 효소를 내야한다는 것을 깨달았습니다.
그리고 5 백만 년 후,이 매우 복잡한 것을 설계하는 데 걸리는 시간 인 R & D는 진입 점과 출구 점이 모두있는 폐 시스템을 만들었습니다. 공기. 기존 폐 시스템에 비해 매우 효율적이며 제한된 산소를 최대한 활용했습니다. R & D 씨로부터이 선물을받은 동물은 공룡이었습니다.
그들의 새로운 폐는 너무나 효율적이어서 다음 수천만 년 동안 산소 수준이 천천히 20 %까지 증가 할 때, 공룡은 코끼리와 같은 육상 포유류보다 훨씬 더 커질 수있었습니다. 많은 공룡의 매우 효율적인 폐는 거대한 몸의 모든 부분에 산소를 공급할 수 있습니다. 그리고 속이 빈 뼈는 전체 무게를 줄이는 데 도움이되었습니다. 새가 공룡에서 진화했을 때이 초 고효율 폐 시스템을 매우 잘 활용할 수있었습니다. 그래서 공룡이 너무 커졌고 왜 머리가 기러기가 히말라야를 날 수 있습니까?
끝.
아니면 끝이야. 하지만 소개 할 캐릭터가 하나 더 있습니다. 바로 VCP (Very Clever Primate)입니다. 약 400 년 전 VCP는 지구 표면 아래를 파고 석탄으로 변한이 화석화 된 리그닌을 추출하여 태워서 처음 퇴적되었을 때 갇힌 에너지를 방출 할 수 있음을 발견했습니다. 이로 인해 VCP의 문명과 인구는 놀라운 속도로 성장할 수있었습니다. 옛날 옛적에 행복한 성공 스토리였습니다. 이제 큰 문제가되기 시작했습니다.
오늘날 우리가 태우는 모든 화석 연료의 90 %가 데본기, 석탄기 및 페름기 기간 동안 퇴적되었습니다. 모든 탄화수소가 대기로 방출되고 있습니다.
우리가 물고기를 만났을 때
닐 슈빈은 평생 거꾸로 가고 있습니다. 시카고 대학교 (University of Chicago)의 고생물학 자이자 유기 생물학과 해부학 교수는“해부학을 가르치지 만 왜 그런지 어떻게 이해하는지 알고 싶다. “그리고 ... 더 읽기
VCP 씨의 전체 문명은 화석 연료 연소에 기반하고 있는데, 이는 리그닌 구조의 결함으로 인해 먼 과거의 미생물 (박테리아 및 곰팡이)이 그것을 분해 할 수 없기 때문입니다. " 글로벌 소화 불량 "의 경우입니다 . 우리를 큰 문제로 만듭니다. VCP는이 모든 화석 연료를 태워서 처음으로 증착 된 것보다 500,000 배 빠른 속도로 이산화탄소를 대기 중으로 방출하고 있습니다. 이로 인해 지구의 대기가 너무 빨리 가열되어 문명이 해결책을 찾지 못하면 VCP에게 치명적인 피해를 입힐 수 있습니다.
벨라, 지금 우리가있는 곳이야
VCP 씨가 우리라는 것을 알고 계신 것 같습니다. 어쩌면 우리가 화석 연료를 태우기 시작하지 않았다면, 400 년 전 셰익스피어 시대에 문명이 계속되었을 것입니다. 그 당시 전 세계는 태양 에너지를 사용했습니다. 단기간에 저장된 태양 에너지였습니다. 빵을 만들기 위해 자랐던 곡물이나 말이 우리에게 진정한 마력을 제공하기 위해 먹은 건초에서. 때로는 에너지가 전혀 저장되지 않았습니다. 우리는 야채와 고기를 건조시키기 위해 태양열을 즐기기 만했습니다. 또는 세계의 바다를 가로 지르는 배의 돛을 날리는 바람; 또는 비바람으로 떨어진 물은 물레를 돌려 곡물을 갈아줍니다. 가장 긴 태양 저장은 우리가 연료를 위해 타거나 대장장이가 철과 강철을 위조하기 위해 숯으로 만드는 나무의 나무 (리그닌!)였습니다.
이 문제에 대해 지금 무엇을 할 수 있습니까? 첫째, 우리 모두는 이것이 실제로 문제라는 것을 인식하고 강력한 위치에있는 사람들이 그것에 대해 무언가를하도록 설득하기를 희망합니다. 어려운 점은 대부분의 노인들이 석유, 석탄, 가스가 훌륭하다고 생각하여 자랐으며, 오래된 개들에게 새로운 트릭을 가르치는 것은 어렵다는 것입니다. 당신은 젊고 노인보다 더 명확하게 상황을 볼 수 있습니다.
화석화 된 탄화수소를 태우는 많은 대안이 있습니다. 풍차. 태양 전지 패널. 조력 발전. 토륨 원자로와 같은 안전한 원자력조차도. 과학자들은 대기에서 바로 이산화탄소를 끌어내어 석회석으로 바꾸거나 (이집트 피라미드로 석회암으로 만들어 짐) 심지어 연료로 바꿀 수있는 발명품을 연구하고 있습니다. 그러나 이러한 발명은 빠르게 확장되어야합니다. 1920 년대 로켓이 있었던 곳과 같습니다. 그러나 40 년 동안 사람들은 달에 로켓을 탔습니다!
지구는 보스턴, 시카고, 파리 및 기타 여러 곳에서 2 마일 두께의 얼음으로 약 500 년 후에 또 다른 빙하기로 돌아갈 예정이었습니다. 그러나 지금은 일어나지 않을 것입니다. 이미 너무 두꺼운 대기 이산화탄소 블랭킷이 있습니다. 우리는 지구를 몸처럼 대해야합니다. 우리는 98.6의 온도를 유지합니다. 차가워지면 더 많은 "연료"(음식)를 태워서 따뜻하게 해줍니다. 우리가 너무 뜨거워지면 땀을 흘리고 우리를 식 힙니다. 우리가 영리하고 체계적이라면 지구를 조절 된 온도의 행성으로 바꿀 수도 있습니다. 우리가 협력한다면 장차 오랫 동안 그것을 유지할 수있었습니다. 그러기 위해서는 이것이 우리가 할 일이라는 세계 협약이 필요합니다. 이것은 일할 가치가 있습니다!
사랑으로 런던의 할아버지 월터에서
Walter Murch는 편집자, 사운드 디자이너, 작가 및 감독으로 50 년 이상 영화 작업을 해왔습니다. 그는 프랜시스 코폴라 ( 대부 삼부작, 대화, 묵시록 )와 Anthony Minghella ( 영어 환자, The Talented Mr. Ripley, Cold Mountain )의 많은 영화를 편집하고 사운드 디자인했습니다 . 과학에 대한 그의 관심 은 Higgs Boson의 검색에 관한 Mark Levinson의 영화 Particle Fever (2013) 의 편집에서 볼 수 있습니다 .
리드 이미지 : Nitin Chandra / Shutterstock
