네안데르탈인(12) : 루시와 아르디(5)

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<직립보행의 장점>

직립보행은 근육의 균형과 공동 작업, 그리고 능률성이 집적된 놀라운 이동 수단이다. 인간의 걷기 동작은 역진자(逆振子) 움직임과 같은 형태를 보인다. 우리 몸이 뻣뻣한 다리를 지지점으로 하여 호를 그리며 앞뒤로 진동하는 것이다.

몸통이 다리와 일직선을 이룰 때 얻는 중력위치 에너지는 몸통이 앞뒤로 기울어질 때 발생되는 운동 에너지와 그 크기가 거의 유사하다. 이런 움직임은 발걸음을 옮길 때마다 많은 양의 에너지를 저장했다가 되찾을 수 있으므로 근육의 작업량을 65퍼센트나 줄일 수 있다.

이것은 우리가 무릎을 완전히 펼 수 있기 때문에 가능한 것이다. 허리를 앞으로 구부려 대퇴골이 엉덩이에서 무릎까지 오목하게 경사지게 되면 발이 무게 중심을 사이에 두고 벌어지게 된다. 걸음을 옮기면서 한쪽 발에 체중이 실릴 때 옆으로 넘어지지 않는 것은 골반에 붙어 있는 둔부 외전근 덕분이다.

뛰어갈 때 우리 몸은 흔들거리는 시계추에서 탄력있는 스카이콩콩으로 바뀐다. 다리의 힘줄이 용수철 역할을 하는 것이다. 유타대학교의 데니스 브램블 박사는 약 200만 년 전 인류의 조상이 달리기를 터득하면서 여러 신체적 특징이 진화하게 되었다고 말한다.

이어서 다리의 힘줄이 추가로 생기고 피부에 난 털이 줄어들고 체온을 낮추는 땀샘이 발달하기 시작했다. 또한 엉덩이를 둘러싸 몸통의 균형을 잡아 앞으로 쓰러지지 않게 해 주는 신체의 가장 큰 근육, 대둔근이 더 커졌다. 쇄골 부위의 상부 승모근은 머리의 균형을 유지하고 팔과 어깨는 근육의 펌프작용 즉 근육의 수축․이완 반복 등으로 몸의 균형을 유지하며 긴 다리는 용수철 같은 규칙적 리듬을 타고 움직인다.

침팬지는 현존하는 동물 중 인간과 가장 가깝기는 하지만 몸의 구조는 에너지를 많이 소모하는 형태다. 이들은 인간처럼 무릎을 뻗거나 다리를 쭉 편 상태를 유지할 수 없다. 대신 서서 걸을 때 체중을 지탱하기 위해 근육의 힘을 이용하고 몸을 앞뒤로 흔드는 데 에너지를 소모한다.

더구나 침팬지는 특별한 경우에만 일시적으로 두 발로 걷는 반면 인간은 두 발 보행이 기본이다. 그렇다면 왜 두 발 보행으로 진화되었을까. 그것은 말할 것도 없이 손을 자유자재를 쓸 수 있다는 점이다.

그러나 직립 자세와 직립 이동에 의한 부작용도 만만치 않다. 대부분의 사람들이 살면서 언젠가는 요통을 겪게 되는데 이는 척추의 구조에 문제점이 있기 때문이다.

원래 인간의 척추는 아치형이었다. 그런데 직립 보행을 하게되자 척추는 체중을 지탱하는 역할을 하기 위해 S자형으로 진화했다. 머리를 받치고 체중을 고관절과 다리로 분산시키기 위해서다. 허리 아래 부분은 앞쪽으로 그리고 허리 윗부분은 뒤쪽으로 깊이 휘게 되었다.

척추의 관절들은 매우 정교하고 복잡한 구조다.

이 관절들은 척추가 사이사이의 추간판을 중심으로 유연하게 움직이고 비틀거리고 구부러지고 수축하도록 만든다. 그러나 허리 아래의 쐐기형 척추는 하중이 가장 많이 실리는 부위다. 따라서 무거운 물건을 들거나 척추가 과도하게 늘어나는 활동, 예를 들어 접영을 할 경우 척추 가장 아래쪽의 뼈가 어긋나거나 짓눌려 으스러질 수 있다. 이것이 뼈 사이의 추간판이 돌출해 척수신경을 누르면서 통증을 일으키는 것이다.

인간의 무릎 관절도 진화학상 최고의 걸작품 중에 하나다. 스콧 다이 박사는 3억 6000만 년 전 한쪽 다리에서 다른 한쪽으로 하중을 옮길 수 있게 만든 것이 바로 무릎 관절이라고 설명한다.

그러나 무릎 관절은 인체에서 가장 쉽게 손상되는 부위이기도 하다.

인간이 직립 자세를 취하게 되면서 인간은 전에 없던 엄청난 힘을 무릎과 발목 그리고 발에 가해야 했다. 빨리 걷거나 뛸 때 인체의 다리에는 체중의 몇 배나 되는 힘이 가해진다. 또한 골반은 다리 관절에 압력을 가한다. 골반의 넓은 폭 때문에 인간의 대퇴골은 침팬지나 다른 영장류처럼 상하 직선으로 뻗어 있지 않고 무릎을 향해 안쪽으로 굽어 있다. 이런 구조 때문에 무릎이 신체의 아래쪽에 위치하여 우리 몸을 안정되게 지탱하고 있다.

그러나 대퇴골의 이런 독특한 각도는 무릎의 균형을 무너뜨릴 수 있는 힘이 있다는 것을 의미한다. 골반뼈가 더 넓은 여성은 대퇴골과의 연결 각도가 더 크기 때문에 여성이 남성보다 빨리 뛰지 못한다. 각도가 크면 에너지를 약 10퍼센트 더 소모하게 되고 무릎 관절이 더 잘 손상된다.

이러한 구조를 최종적으로 지탱하는 것은 두 발이다.

인간의 발은 매우 특수한 구조를 갖고 있다. 우선 엄지손가락처럼 다른 손가락과 마주 향할 수 없다. 또한 발에서 사물을 잡는 역할이 사라졌는데 이는 영장류 중에서 인간이 유일하다.

이런 인간의 발은 사실 진화적인 차원에서 볼 때 상당한 손실을 갖게 되었다는 것을 의미한다. 침팬지의 경우 발은 놀라울 정도로 쓸모가 많고 다능하다. 나무를 오르는 데 꼭 필요하고 손에 버금가는 동작과 조작이 가능하다.

그러나 인간의 발은 이러한 잇점을 모두 포기하고 몸을 앞으로 나아가게 하고 그러한 동작에서 오는 충격을 흡수하는 단 두 가지 기능만 하도록 되어 있다. 두 발 보행으로 손은 자유로워졌지만 발의 움직임은 제한된 것이다.

 

<직립보행의 단점>

직립보행의 아이러니는 장점도 많지만 단점 즉 부작용도 이에 못지않다는 점이다. 과학자들은 많은 연구를 통해 우리 몸의 설계도가 지닌 많은 결함에 숨어있는 한 가지 공통점을 발견했다. 그 결함이란 인간이 되어 가는 기나긴 여정의 첫 단계인 직립 자세를 취하면서 생긴 타협의 대가라는 것이다.

지구에서 가장 성공한 동물을 꼽는다면 당연히 인간이다. 현 지구상의 인구가 무려 75억 명이나 되며 무게를 합치면 약 3억 톤으로 단일 종으론 최고인 데서도 쉽게 알 수 있다. 그러나 인간의 구조를 보면 약점 투성이다. 학자들은 커다란 두뇌와 직립보행이 인간의 진화를 성공으로 이끈 공신이지만 그 대가도 만만치 않다고 설명한다. 한마디로 동물 세계에서 볼 때 직립보행처럼 위험한 것은 없다.

허리 통증은 대표적인 예다. 네 발 대신 두 발로 체중을 유지하는 건 쉬운 일이 아니다. 흔히 척추를 컵과 접시 24개를 교대로 쌓아 올려 들고 가는 일에 비유한다. 척추를 에스(S) 자로 휘어 균형을 유지하는 고육책을 쓰지만 특정 부위에 힘이 집중되는 것을 피할 수 없다. 또 걸으면서 발은 앞으로, 팔은 뒤로 가는 뒤틀림 동작을 수없이 반복하면서 척추에 무리가 가고 마모가 일어난다. 이 밖에도 만성적인 치질, 평발, 사랑니 등이 성공적 진화의 그림자로 꼽힌다.

그러나 이족보행의 가장 큰 문제점은 골반이 엄청난 부담을 지탱할 수 있어야 한다는 점이다. 즉 골반이 필요한 강도를 유지하려면 산란관이 상당이 좁아져야 한다. 이는 새로운 생명이 탄생할 때 커다란 어려움을 초래하는 요인이 된다. 어머니의 뱃속에 있는 태아의 어깨가 머리를 따라 산도를 빠져 나가기 위해서는 두 번의 회전을 거쳐야 한다. 간혹 빠져 나가다 걸리게 되면 팔의 움직임을 조절하는 척수 신경 일부가 손상되기도 한다.

태아가 태어날 때 산모의 어려움은 진통 때문만은 아니다. 여성의 골반 형태 때문에 태아는 뒤통수를 어머니의 치골로 향하게 하여 산도를 통과한다. 태아의 얼굴이 산모의 엉덩이 쪽으로 향한 채 나오기 때문에 산모가 손을 뻗어 태아가 척추에 손상을 입지 않고 나오도록 유도하기가 어렵다. 또한 산모가 아기의 기도에서 이물질을 제거하거나 아기 목에 감긴 탯줄을 풀기도 어렵다. 이 때문에 거의 모든 여성들이 진통과 분만 시 도움을 필요로 한다.

새로운 생명을 태어나는데 산모가 극심한 어려움을 겪는 것은 인간에 한한다고 해도 과언이 아니다. 대부분의 영장류는 매우 쉽게 출산한다. 침팬지 새끼는 골반 입구로 들어가 산도를 통과해 어미의 골반을 빠져 나오는 과정이 일사천리로 진행된다. 어미는 얼굴이 위쪽으로 향한 상태로 나온 새끼를 자기 앞으로 끌어당겨 가슴 위로 끌어올린다. 다른 영장류들도 산도가 타원형이기 때문에 새끼가 산도에 진입해서 나올 때까지 몸이 일정한 방향을 유지한다.

반면 인간 산도의 입구는 앞뒤로 긴 타원형이지만 중간에서 좌우로 긴 타원형으로 바뀌므로 태아가 골반을 통과하기 위해서는 태아의 머리와 어깨가 이러한 각도 변화에 맞추어 방향을 틀며 나와야 한다. 인간의 출산이 아기뿐 아니라 산모에게도 힘들고 위험한 것은 바로 산도의 형태가 직각으로 꺾이기 때문이다. 더구나 아기의 머리가 작은 공간을 통해 빠져 나오려면 아기의 뇌도 작아서 많은 도움이 필요하다. 즉 신생아를 오랫동안 돌보아 주어야 한다. 바로 이런 점들이 100년 전만 해도 가임 여성의 주 사망 요인은 출산이었다.

인간이 이와 같은 출생의 구조를 갖게 된 것은 인간 특유의 진화 과정 때문이다. 인간이 두 발로 걷는 데 필요한 골격 구조를 얻는 대신 큰 머리와 넓은 어깨를 가진 아기가 통과하기 힘든 골반을 갖게 된 것이다.

직립의 가장 큰 대가는 여성만이 짊어지는 출산의 고통인데 이처럼 위험한 출산 과정이 오늘의 인간을 만든 원동력이란 주장도 있다. 캐런 로젠버그 미국 델라웨어대 교수는 다른 영장류는 동료 눈에 띄지 않는 곳에서 홀로 출산하는 데 반해 사람의 몸은 구조적으로 누군가의 도움이 필요하다는 데 착안했다. 산모뿐 아니라 할머니, 형제, 가까운 친척이 임신 말부터 출생 과정과 산후에 이르기까지 돕는 행동이 인류 조상의 두뇌가 급팽창한 400만〜600만 년 전에 이미 출현했으며, 그것이 사회적 연대의 토대가 됐다는 것이다.

인간이 직립하게 되자 해부학적 변화는 이뿐이 아니다.

네 발 보행에서 직립 보행은 너무나 큰 변화이므로 목 아래의 모든 뼈가 변화되기 시작했다. 두개골과 척추의 모양과 위치가 재조정되어 머리와 상반신이 엉덩이와 발 위로 수직을 이루었다. 체중을 지탱하고 직립에서 오는 압력을 흡수하기 위해 사지와 척추의 관절이 커지고 발이 아치형으로 발달되었다. 골반은 길고 가는 노 형태에서 넓적하고 수평으로 편평한 안장 형태로 바뀌어 체중을 다리 아래로 분산시켜 주었고 골반에는 큰 근육이 붙었다. 바로 이 점이 몸의 균형과 직립 보행의 능률을 높였지만 여성의 산도를 크게 수축시키는 결과를 초래한 것이다.

직립보행에 따른 단점은 이뿐이 아니다. 서서 다니면서 윗몸의 무게가 뒷다리를 누르게 돼 좌골신경통과 허리의 디스크가 많아졌고, 내장은 항문 쪽을 압박해 피의 흐름을 억제한 결과 치질이 생기는 등 다른 동물에서는 볼 수 없는 현상이 나타났다. 직립하면서 변화된 비교해부학적 특징을 권오길 박사의 글에서 인용하면 다음과 같다.

 

① 척추가 S자 모양의 직립 가능한 형태로 바뀌었다.

② 안면각 즉 턱과 이마가 이루는 각이 커졌고 상대적으로 얼굴이 차지하는 면적이 좁아(작아)졌다.

③ 대뇌의 앞쪽이 커지고 결과적으로 이마가 앞으로 나왔다.

④ 두개골의 두께가 얇아지고 뇌 용량이 증가했다.

⑤ 치아의 크기 특히 송곳니가 작아졌다.

⑥ 눈과 눈 사이가 가까워지고 코가 우뚝 솟았다.

⑦ 꼬리는 태아 때만 나타나고 퇴화했다.

⑧ 뒤꿈치가 발달해 발이 납작해졌다.

⑨ 턱뼈의 끝이 앞으로 나오고 예리해졌다.

⑩ 눈(눈알)의 위쪽 뼈가 편평해졌다.

⑪ 엄지발가락과 새끼발가락이 서로 닿을 수 없게 됐다.

⑫ 팔이 점점 짧아졌다.

⑬ 엄지손가락과 다른 손가락이 서로 닿을 수 있게 되었다.

 

이 중에서 대뇌의 발달과 엄지손가락이 다른 손가락과 닿을 수 있게 된 것이 가장 큰 변화로 다른 동물과의 차이다. 특히 손가락의 변화는 매우 중요하다. 손가락이 서로 협동하여 사용될 수 있게 되자 도구를 자유롭게 사용할 수 있게 되었고 대뇌의 발달은 손의 정교함을 더욱 촉진시켰다. 학자들은 궁극적으로 대뇌와 손의 변화가 인간으로 하여금 지구를 지배하게 하는 결정적인 요인이었다고 설명한다.

직립 보행은 안정성과 속도를 포기하게 만들고 발이 물건을 잡을 수 있는 기능도 포기하게 만들었다. 그 대신 얻은 것은 역설적으로 해면질의 뼈, 연약한 관절, 수많은 아기와 산모들의 죽음을 초래하는 힘들고 위험한 출산이다.

이런 인간의 진화는 인간이 굳이 직립보행을 고집하게 된 이유가 무어냐는 질문으로 귀결된다. 이 질문은 사실상 인간의 근본을 찾는 것이나 마찬가지이므로 이들 문제는 앞으로 발굴과 연구가 계속되면서 그 설명과 이론이 끊임없이 계속 보완․수정되고 있는 것은 사실이다. 그러므로 현재까지 인간이 왜 직립보행하게 되었는지에 대한 이론 중에서 주목받는 것은 다음과 같다.

가장 잘 알려진 것이 아기를 안고 먹을 것을 운반하도록 팔을 자유롭게 하기 위한 것이라는 이론과 손을 뻗어 나무 위의 과일을 따 먹기 위해서라는 이론이다. 그러나 캘리포니아의 마이크 소콜 교수는 그 대답을 에너지 차원에서 설명한다.

 

‘인류의 조상이 처음으로 직립 보행을 시작한 600～800만 년 전에 식량을 찾아 점점 더 멀리 이동해야 했다. 동아프리카의 적도 지방에서 강우량이 감소하여 울창했던 숲이 점점 사라지고 식량도 줄어들었기 때문이다. 인류의 조상들은 식량을 구하기 위해 더 먼 곳까지 돌아다녀야 했다면 두 발로 걷는 편이 에너지를 적게 소모하는데 유리하다.’

 

과일을 따기 위해서건, 식량을 찾아 더 멀리 돌아다니기 위해서건, 수평선 너머에 포식동물이 있는지 살피기 위해서건 두 발 보행은 지속되어 왔고 마침내 인간은 아주 먼 거리를 걷고 뛸 수 있게 되었다.

여기에 ‘러브조이 가설’도 합류한다. 미국 켄트대학의 인류학자인 러브조이 박사는 여성의 성(性)이 확장되고 음식물의 분재가 이루어지는 과정에서 필연적으로 직립보행이 이루어졌을 것이라고 설명한다. 직립보행은 네 발 걸음보다 운동성이나 순발력이 엄청나게 떨어진다. 그럼에도 불구하고 인간이 이런 방향으로 진화해온 것은 이익이 그 손실보다 훨씬 컸기 때문이다. 즉 인간은 식량을 등에 지고서 상당히 먼 거리를 비교적 빠른 걸음으로 움직일 수 있으므로 생존경쟁에서 결코 불리하지 않다는 것이다.

진화는 그때그때 최선의 선택을 할 뿐 완벽함을 향해 나아가는 것이 아니다. 기근이 잦은 외딴섬 사람을 살아남게 했던 비만유전자나, 강한 자외선으로부터 피부를 보호하려고 진화한 피부색이 건물 안에서 사는 도시생활 속에서 무력해진 것은 단적인 예다.

물속에 오래 담근 손이나 발에 주름이 잡히는 이유도 피부가 물에 붇는 것이 아닌 진화적 의미가 있음이 최근 밝혀졌다. 주름진 손은 젖은 물체를 미끄러뜨리지 않고 쥐는 데 팽팽한 손보다 훨씬 유용하다는 것이다. 마치 트레드가 있는 타이어가 빗길에서 잘 미끄러지지 않는 것과 마찬가지 이치이다. 쭈글쭈글한 손가락은 습지에서 먹을 것을 찾아 헤매던 우리 조상이 남긴 유산이라는 설명이다. 인체에는 ‘부실 설계’보다 우리가 모르는 신비가 더 많다는 뜻이다.

 

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