숨쉬기, 창조질서의 비교해부학적 증거들

      생명은 참으로 아름답게 설계되어져 있다. 성경 로마서 1장20절, “창세로부터 그의 보이지 아니하는 것들 곧 그의 영원하신 능력과 신성이 그 만드신 만물에 분명히 보여 알게되나니 그러므로 저희가 핑계치 못할지니라' 는 말씀에서 보듯, 하나님의 지극하신 설계의 구조적 독창성들이 생명의 각 부분에서 나타나고 있다. 이 글에서는 동물의 호흡계에서 그 분의 숨결을 느껴보고자 한다.

배드민턴 코트만한 표면적 가진 허파

숨쉬는 호흡의 과정은 매우 복잡하다. 그러나 간단히 표현하면 우리 몸이 활동하기 위해 필요한 에너지 대사과정에 산소(O2)를 공급하고 이 과정에서 생긴 노폐물인 이산화탄소(CO2)를 몸밖으로 배출하는 활동이다. 사람이 정상 호흡을 할 때 1분에 약 12-15회의 호흡을 하게 되는데, 1회에 약 500ml의 공기를 들이마신다. 산소와 이산화탄소의 교환이 이루어지고 있는 곳은 누구나 잘 알듯이 허파(lung)인데, 숨을 들이쉬는 곳에서 허파까지는 코, 후두, 기관지, 세기관지 등의 많은 관으로 연결되어 있다.

이러한 호흡기관들은 진화론에서 말하는 계통, 즉 어류에서 양서류, 파충류, 조류, 포유류로의 어떤 계통적인 변화는 아무 것도 보여주지 않고 있다. 또한 고등동물이 하등동물보다 더 나은 호흡구조를 갖고 있는 것도 아니다. 각 개개의 생물 군들은 그들 나름대로의 세계, 즉 물속, 육상, 공중에 알맞게 살도록 독창성 있는 구조(그것도 정말 아름다운)를 갖고 있다.

사람의 호흡기관을 먼저 살펴보자. 위에서 언급한 기관(windpipe, 공기가 들어가는 관)은 수많은 가지로 나누어지고 또 나누어지면서 결국 미세한 가지들은 산소와 이산화탄소의 교환이 직접적으로 일어나는 허파꽈리(alveoli)라는 구조와 연결된다. 쉽게 설명하면 수많은 포도송이처럼 생긴 허파꽈리가 큰 통에 꽉 차 있다고 생각하면 되는데, 사람에게는 각각의 폐(사람은 두 개)에 약 3억개씩의 허파꽈리가 있다. 이러한 구조를 갖는 이유는 산소와 이산화탄소의 교환을 효율적으로 하도록 표면적을 높이기 위한 것이다. 실제로 사람의 허파의 전체 표면적은 피부 면적의 약50배, 즉 배드민턴 코트만큼의 넓은 표면적을 갖고 있다. 실로 놀라운 구조이다.

이 허파꽈리의 바깥, 즉 포도알 껍질에 해당하는 곳에 수많은 모세 혈관들이 둘러싸고 있어 혈액 내의 이산화탄소가 허파꽈리 안쪽으로, 기관을 통해 허파꽈리까지 들어온 산소들은 혈액 내로 들어가 우리 몸 구석구석까지 산소가 전달되도록 해준다. 허파꽈리를 둘러싸고 있는 혈관의 길이를 다 합치면 얼마나 될까? 놀랍게도 약 1000km나 되는 방대한 길이로 모세혈관들이 허파 속의 하나 하나의 허파꽈리 주변을 빽빽이 둘러싸고 있다. 이러한 멋진 구조에 비해 양서류는 파충류는 허파가 통처럼 되어 있는 구조 속에 격벽이 쳐져 있다. 즉 사람(포유류)처럼 허파꽈리 구조를 갖고 있지 않아 이산화탄소와 산소의 교환이 이루어질 수 있는 표면적이 매우 감소되어 있어 급격히 호흡률이 떨어진다. 악어나 개구리가 느린 데는 다 이러한 이유가 있는 것이다

공기주머니 달고 높은 산 넘나드는 새들

이러한 정교하고 아름다운 사람의 호흡기관도 어류나 조류에 비하면 아무것도 아니라고 할 수 있다. 왜냐하면 포유류는 호흡 시에 산소가 허파 쪽으로 들어오거나 이산화탄소가 외부로 배출될 때 같은 통로(windpipe)를 사용하고 있다. 즉 코에서 허파꽈리까지가 양방향성(two way)이라는 것인데, 이것으로 인해 통로 내에는 언제나 '사용된’ 공기가 남아 있게끔 되어 있다.

공기 중의 산소가 21퍼센트인데, 21퍼센트의 산소가 들어가서 허파꽈리에 이를 때쯤이면 같은 통로를 이용하여 밖으로 나오는 이산화탄소의 양 때문에 허파꽈리에는 14퍼센트의 산소만 존재하고, 대신 5.6퍼센트의 이산화탄소가 허파꽈리에 차 있게 된다. 참고로 공기 중의 이산화탄소는 0.04퍼센트이다.

실제로 우리가 정상호흡을 할 때 허파에 있는 공기중 약 1/6만이 밖에서 안으로 들어가는 새로운 공기이고, 나머지는 이미 잔존해 있는 공기들이다. 쉽게 말해 아무리 숨을 밖으로 내뱉어도 허파에는 약 20~35퍼센트의 공기가 차 있으므로, 밖에서 들어온 새로운 공기만으로는 허파를 채울 수 없게 되어있다. 이러한 구조 때문에 허파에서 산소와 이산화탄소가 교환될 때의 효율성이 떨어지고 있다.

만약 산소가 들어가는 길과 이산화탄소가 나오는 길이 다르다면 어떻게 될까? 이것은 허파에 늘 새로운 공기를 공급하기 때문에 호흡률을 높임으로써 몸에 더욱더 많은 산소를 공급할 수 있고 따라서 더욱더 활발한 대사활동을 하게 해준다. 이러한(포유류와는 완전히 다른) 시스템을 갖고 있는 것이 조류와 어류이다.

먼저 새는 몸속에 기낭(airsac)이라는 공기주머니를 갖고 있는데(보통 5~9개), 이 기낭들은 크게 전기낭과 후기낭으로 나누어진다. 새가 공기를 들이쉴 때 공기는 먼저 후기낭으로 들어간다. 그리고 내쉴 때에는 전기낭으로 왔다가 다음에 기관을 통해서 빠져나간다. 전기낭과 후기낭 사이에 허파가 놓여 있다. 이렇게 함으로써 조류는 놀랍게도 허파에서 공기의 흐름을 일 방향(one way)으로 흐르게 한다. 그런데 이것은 결과적으로 사람과는 달리 허파에 늘 이산화탄소와 섞이지 않은 새로운 공기를 제공하도록 한다.

다음으로 전기낭과 후기낭 사이에 놓여는 허파 구조가 사람과는 판이하게 다르다. 조류의 허파는 부기관이라는 아주 미세한 수많은 관으로 되어있다. 이 부기관 사이로 공기가 일 방향으로 끊임없이 흐르고, 부기관 둘레에 혈관들이 공기가 흐르는 반대 방향으로 배열되어 있어 공기 중의 산소의 확산을 크게 증가시켜준다. 이 원리는 아주 간단하다. 공기 중의 산소와 피 속의 이산화탄소의 교환은 각각의 압력차에 따른 확산에 의해 이루어진다. 그런데 만약 공기와 피가 같은 방향으로 흐를 경우를 가정해 보자. 이때 공기에서 피 속으로 확산된 산소가 피 속에서 50퍼센트에 달하게 되면 공기 중에 남아있는 50퍼센트의 산소는 더 이상 확산될 수 없게 되어 이용되지 못하는 산소가 된다. 이것을 역으로 생각해서 공기와 피가 반대 방향으로 흐르게 되면, 항상 기관 내의 산소 압력이 피 속의 산소 압력보다 높아서 기관과 핏줄이 만나는 전 부위에서 산소의 확산이 이루어지게 된다. 이에 따라 공기 중의 대부분의 산소가 지속적으로 확산된다. 이러한 일방향 공기 흐름 및 역방향 피흐름의 구조를 갖고 있는 조류는 그야말로 완전한 호흡계를 갖고 있다고 할 수 있다.

이러한 새의 호흡기관은 새가 날 때에 필요한 많은 양의 에너지를 위해 필요한 충분한 산소를 공급해주게 되어 있다. 이 때문에 새는 세계 최고봉인 에베레스트산 위를 공기가 희박한 상태에서도 날아 갈 수 있지만, 생쥐(포유류)는 충분한 산소의 확산이 이루어지지 못하기 때문에 날개를 달아주어도 날아 갈 수 없게 되어 있다.

아가미, 늘 신선한 산소의 공급 체계.

이제 어류를 한 번 살펴보자. 물 속에 사는 고기는 사람처럼 허파꽈리의 구조도, 새처럼 부기관으로 된 허파의 구조도 갖고 있지 않다. 그들 나름의 특이한 호흡기관인 아가미를 갖는데, 어류도 조류와 마찬가지로 일방향 공기(물) 흐름과 역방향 피흐름 구조를 갖도록 멋지게 설계되어져 있다. 물은 입으로 들어와 아가미로 빠져나간다. 이 아가미는 멋지고 아름다운 미세한 층판구조(lamella)로 이루어져 있는데, 산소를 함유한 물은 항상 핏줄이 지나가는 층판사이로, 피가 흐르는 반대 방향으로 흐름으로써 조류에서와 달리 늘 신선한 산소만을 공급하고 있다. 그래서 물고기는 산소의 확산을 85퍼센트까지 이루는 것으로 알려져 있다. 이 얼마나 완벽한 설계인가?

지금까지 사람(포유류), 조류, 어류에서 살펴보았듯이 모든 호흡기관들은 각 종류의 생활방식에 맞게 너무나 아름답게 설계되어져 있다. 이들 각각은 호흡기관들(사람은 허파꽈리, 조류는 부기관, 어류는 아가미)에 아무런 유사성도 없이 각각 완전히 다른 설계 구조 속에 디자인 되어 있다.

하나님께서 물속에 각종의 고기들로 채우실 때는 그 환경에 맞는 아가미라는 호흡기관을, 하늘을 만드시고 각종 나는 새들로 채우셨을 때는 하늘을 나는 새에게 맞는 또 다른 멋진 모습의 호흡기관을, 우리 사람을 만드시고 땅에서 살게 하셨을 때는 땅에서 살기에 조금도 지장이 없는 모습으로 모든 기관들을 최고의 걸작품으로 설계해주신 것이다. 아무리 살펴보아도 아가미에서 사람의 허파까지 진화를 보여주는 점진적인 변이란 아무 곳에도 찾아볼 수가 없다.

링크 - http://www.kacr.or.kr/databank/document/data/amazement/a1/a15/a15o5.htm 

출처 - 기타