[뉴마인드] 뇌의 진화, 뇌는 왜 만들어지게 되었는가? I 뇌과학

 

 

동물들을 관찰해보면

대부분이 다 뇌를 머리에 가지고 있는 것으로 보입니다.

왜 이 중요한 신체 기관인 뇌는

머리에 위치하고 있을까요?

그 답은 뇌가 어떻게 진화해 왔는지에 대한 설명이 필요합니다.

 

 

지구상에 생명체가 어떻게 시작되었는지는

아직 정확히는 알 수 없습니다.

그러나 과학자들은

다세포 생명체가 생겨난 후에

세포가 기능에 따라 분화되었다고 추측하고 있습니다.

쉽게 말해 세포의 일부분을

환경에 맞는 기능으로 사용하기 시작한 것이죠.

 

최초의 동물은

신경계가 없는 해면동물과 유사한 형태를 띠고 있었을 것이라고 보는데

해면동물은

주로 해저 표면이나 바위에 붙어서 삽니다.

그래서 언뜻 식물이라고 생각할 수도 있는데

식물과는 달리 세포에 세포벽이 없을 뿐 아니라

정자를 만들고

박테리아와 같은 다른 생명체를 잡아먹으며 살기 때문에

동물로 분류됩니다.

놀라운 사실은 해면동물은 근육세포가 없는데도

세포 겉부분에 편평세포를 이용해서

아주 느리게 이동이 가능합니다.

 

그러다가 동물은 특정 신체 부위를 원하는 대로 움직일 수 있도록

신경세포와 근육세포를 진화시켜

자신의 목적에 맞게 이용할 수 있게 되었습니다.

그중에서도 신경세포는

환경에 따라 다양한 형태로 분화해

생물종마다 구분되는 신경계를 구성했습니다

최근에는 DNA 분석을 통해

각 동물들이 공통 조상으로부터 갈라져 나온 시점을

상당히 정확하게 추측할 수 있게 되었습니다.

 

과학자들은 최초의 동물의 신경계는

최소한 6억 년 전 정도일 것이라고 추측합니다.

근육세포와 신경세포가 만들어지게 된 것은

사냥이라는 환경에서

효율성을 높이고 생존율을 높이기 위해서였을 것입니다.

 

물론 초기에는 기능이 단순하고 보잘 것 없었지만

이동이 전혀 불가능했던 다른 동물들보다

좀 더 효율적으로 사냥을 했을 것입니다.

 

 

현존하는 동물들 중에

가장 단순한 신경계를 가지고 있는 것은

해파리와 같은 자포동물들입니다.

 

이들의 신경세포들을 보면

한곳에 집중되어 있지 않고

신체의 여러 부위에 분산되어 있습니다.

아마도 주위에 있는 근육세포들을 제어하는 역할을 했었을 것입니다.

 

 

그러다 대략 5억 4천만년 전부터 2천만년 전까지의

캄브리아기라고 불리는 시기에

현존하는 동물들의 원형들이 등장했습니다.

 

곤충을 포함하는 절지동물

오징어나 낙지를 포함하는 연체동물

그리고 인간을 비롯한 척추동물을 포함하는 척색동물이 등장한 시기입니다.

 

그중 척추동물의 경우에는

신경세포들이 동물의 등쪽에 집중되어 끈의 형태를 하게 되고

점차 머리에 신경세포가 집중되는 대뇌화 과정을 거쳐

뇌를 형성하게 되었습니다.

 

머리에는 시각, 청각, 후각과 같은

대부분의 주요 감각들이 집중되어 있고

뇌가 머리에 위치함으로써

감각기관을 통해 들어오는 여러가지 유용한 정보들을 받아들이고

의사결정을 내리는데

빠르고 적절하게 처리할 수 있게 된 것입니다.

바로 뇌가 머리에 있게 된 이유입니다.

 

 

절지동물, 연체동물, 그리고 척추동물의 신경계는

5억년 이상의 긴 시간 동안

별도의 진화를 거쳐

차이점을 가지게 된 것으로 보입니다.

 

척추동물의 신경계는 뇌와 척수로 이루어집니다.

중요한 의사결정은 주로 뇌에서 이루어지고

척수는 외부로부터 들어오는 정보를 뇌로 전달하고

뇌에서 내려진 명령을 근육의 전달하는 역할을 하게 됩니다.

 

포유류, 조류, 파충류, 양서류, 어류와 같은 척추동물의 신경계는

머리에 있는 뇌에 집중되는 중앙집권형이라고 할 수 있습니다.

하지만 모든 동물의 신경계가 척추동물처럼 중앙집권형인 것은 아닙니다.

 

예를 들어 절지동물이나 연체동물의 신경계는

여러 개의 신경세포가 뭉쳐있는 구조인

다수의 신경절과

그것을 연결하는 신경섬유 또는 신경삭으로 이루어져 있습니다.

 

그래서 신경계가 위치하는 장소에 따라서

필요한 의사결정을 할 수 있습니다.

쉽게 말해 신경계가 다리에 위치하면

그 부분에 의사결정을 다리에서 바로 내리는 것입니다.

즉 무척추동물에 신경계는 지방분권형인 것이죠.

 

예를 들어 문어는

무척추동물 중에서도 지능이 뛰어납니다.

많이 알려진 바와 같이

갇힌 곳에서 탈출도 하는 문어의 놀라운 지능은

문어의 신경계가 5억개 가량의 신경세포로 이루어졌다는 사실과

관련이 높습니다.

이는 비둘기나 쥐와 같은

척추동물의 신경세포의 수보다 많은 것 있습니다.

 

그런데 문어는 신경세포의 3분의 2 이상을

다리와 몸에 지니고 있습니다.

그래서 뇌의 통제 없이도

8개의 다리가 각기 환경의 변화에 맞춰

영리하게 행동합니다.

 

 

비록 인간을 비롯한 척추동물들의 뇌가

놀라운 성능을 가지고 있지만

모든 척추동물의 신경계가 무척추동물의 신경계보다

항상 우월하다고 말할 수 있는 것은 아닙니다.

 

모든 생명체의 뇌는

그저 각자의 환경에서 다르게 진화해 온 것입니다.

이렇게 다양한 뇌를 만드는 모든 과정에는

유전자가 관여하고 있습니다.

 

중요한 사실은

유전자가 뇌의 모든 구조와 활동을 결정하는 것은

아니라는 것입니다.

 

만약 유전자가 뇌의 기능을 완전히 결정해 버린다면

그런 뇌는 동물의 경험과 환경을 무시하고

상황에 맞지 않는 행동을 선택하게 될 수도 있기 때문에

생존율이 높지 않을 것입니다.

 

그리고 유전자가 직접 환경에 맞는 변화를 하기 위해서는

긴 시간이 필요합니다.

그래서 유전자가 실시간으로 환경에 맞는 제어를 하기 위해

뇌가 필요하게 되었습니다.

 

현재의 환경에서 가장 바람직한 행동은

과거의 경험에서 얻은 정보를 필요로 하기 때문에

뇌는 경험을 통해 최선의 행동을 학습하고 기억해야 합니다.

 

이렇게 유전자는 환경에 맞게

유연하게 학습하고 행동하는 뇌를 만든 것입니다.

 

그래서 우리의 뇌는 유전자로부터 완전히 자유로울 수는 없지만

경험과 학습을 통해

뇌의 기능이 수정된다는 점에서

유전자가 뇌를 완벽하게 제어하는 것도 아닙니다.

 

존스 홉킨스대 뇌과학자 이대열 박사는 말합니다.

“뇌는 유전자가 자기 복제를 위해 만든 부속기관이면서

동시에 유전자의 지시가 없더라도

독립적으로 행동을 선택하는

유전자의 대리인이라는 사실을 명심해야 한다.”

 

뇌를 통해 생각하고 행동하는 우리는

인간의 본성을 알기 위해

그리고 자기 자신을 알기 위해

항상 이 사실을 염두에 둬야 할 것 같습니다.