세계 곳곳에 있는 계단식 비탈 지형 ‘테라세트’…대체 누가 만들었을까 [지구를 보다]

찰스 다윈은 우리에게 진화론과 자연 선택설을 설명한 ‘종의 기원’으로 가장 잘 알려져 있지만, 사실 다방면에 많은 업적을 세운 과학자다. 다윈은 남다른 관찰력과 직관으로 여러 가지 예측을 남겼는데, 지금도 과학자들은 다윈의 예측을 확인하며 그의 남다른 선견지명에 감탄하곤 한다. 최근 미국 조지아 공과대학교와 콜로라도 대학교 바이오 프론티어 연구소의 과학자들은 다시 한번 다윈의 생각이 옳다는 사실을 150년 만에 증명했다.

1881년 다윈은 ‘지렁이의 작용을 통한 식물성 토양의 형성 및 그 습성에 대한 관찰’(The Formation of Vegetable Mould, through the Action of Worms)라는 책에서 “세계 여러 지역의 가파른 풀밭 경사면에서 하나씩 겹쳐 쌓인 작은 수평 턱들이 관찰됐다”고 기술했다. 실제로 세계 곳곳의 비탈에는 마치 계단식 논 같은 구조들이 반복적으로 발견된다.


사람이 인위적으로 만든 것도 아닌데, 이런 독특한 구조가 생긴 이유에 대해서 다윈은 풀을 먹는 초식동물들에 의한 반복적인 지형 눌림이라고 보고 “이런 턱들은 동물들이 풀을 뜯어 먹으면서 같은 수평선을 따라 반복적으로 경사면을 이동하면서 형성된 것으로 여겨져 왔으며, 실제로 동물들이 그렇게 이동하며 턱들을 이용하는 것은 확실하다”고 기술했다.

이후 과학자들은 초식동물의 작용과 자연적인 토사의 흘러내림에 의한 작용을 두고 논쟁을 벌여 왔다. 마치 닭과 달걀의 논쟁처럼 사람이 기르는 소나 양, 혹은 사슴 같은 야생동물이 이미 형성된 지형을 반복적으로 오가는 것인지 반대로 초식동물이 반복적으로 이동하면서 ‘테라세트’(Terracettes)라고 불리는 계단식 지형이 생긴 것인지를 두고 100년 이상 갑론을박이 이어졌다.

연구팀은 수수께끼를 풀기 위해 정교한 시뮬레이션을 사용했다. 시뮬레이션 모델에서 초식동물의 움직임은 매우 간단한 수학적 규칙을 따랐다. 가상 초식동물은 먹이를 많이 먹으면서 동시에 이동에 에너지를 최대한 덜 소모하게 행동한다고 가정했다. 모형 동물을 풀어놓고 동물의 움직임이 비탈면의 모양에 어떤 영향을 미치는지 관찰한 결과 동물들이 수천 걸음을 걷고 나서 옆으로 이동하는 경향이 강해졌다. 그리고 이에 따라 비탈면은 점차 계단식 패턴을 보이기 시작했다.

경사 지형에서는 아래위로 이동하는 것보다 가로로 이동하는 것이 에너지 효율이 높다. 계속해서 가로로 이동하는 동물의 발걸음은 토양을 다지고, 식생을 줄여서 지형을 변화시킨다. 결국 나중에 오는 동물도 같은 경로로 이동하는 것이 가장 에너지를 적게 사용하는 방법이 되면서 이런 경향이 강화된 것이다. 이렇게 서로 조율하지 않지만, 간접적인 환경 수정을 통한 행동 유도가 반복되면서 무질서한 개체 움직임이 질서 있는 패턴으로 조직화되는 경향을 ‘스티메르기적 피드백’(Stigmergic Feedback)이라고 한다.

연구팀에 따르면 시뮬레이션에서 생성된 계단식 지형은 실제 지구 곳곳에서 관찰되는 비탈 지형과 매우 흡사했다. 그리고 이런 형태의 지형이 초식동물이 살지 않는 사막이나 극지에서는 발견되지 않는다는 점을 생각하면 초식동물의 반복적인 이동에 의한 지면 눌림이라는 다윈의 생각이 옳았다는 점을 알 수 있다. 많은 사람이 봤던 자연 지형이지만, 예리한 관찰력과 통찰을 통해 새로운 과학적 사실을 알아낸 다윈의 능력에 다시 한번 감탄하지 않을 수 없다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com