광합성의 진화와 숲이 만든 대기의 역사는 인류가 살아가는 이 지구 환경을 가능하게 만든 자연의 가장 위대한 혁명 중 하나다. 오늘날 우리가 숨 쉬는 산소, 지구를 감싸는 대기의 조성, 그리고 생태계의 뼈대를 이루는 생명 활동의 대부분은 바로 이 과정의 결과물이라 할 수 있다. 그러나 이 놀라운 변화는 단번에 이루어진 것이 아니다. 수십억 년에 걸친 진화와 생명체 간의 복잡한 상호작용 속에서 천천히, 그러나 거대한 방향으로 이어진 흐름이었다.
1.대기의 시작-산소 없는 세상의 지구
지구가 형성된 약 46억 년 전 우리의 행성은 지금과는 전혀 다른 환경을 가지고 있었다. 초기 지구의 대기는 수증기, 이산화탄소, 메탄, 암모니아, 황화수소 등으로 구성되어 있었으며 오늘날 우리가 가장 중요하게 생각하는 산소는 거의 존재하지 않았다. 이 시기의 지구 대기는 생명체가 살기에 적합하지 않은 극한 환경이었고, 모든 생명체는 혐기성 생물로서 진화하였다.
하지만 바로 이 시기에 결정적인 변화의 조짐이 나타난다. 약 35억 년 전 가장 원시적인 형태의 광합성 생물인 시아노박테리아가 바다 속에서 등장했다. 이들은 햇빛을 이용해 물과 이산화탄소로부터 당을 만들어내고 그 부산물로 산소를 방출하는 산소 광합성을 수행했다. 이 작은 미생물의 활동이야말로 대기 조성을 바꾸는 장대한 서사의 서막이었다.
2.지구를 바꾼 산소 혁명인 산소 대폭팔
약 24억 년 전 시아노박테리아의 지속적인 광합성 활동은 마침내 지구 대기의 조성에 변화를 불러온다. 이 시기를 우리는 산소 혁명이라고 부른다. 산소는 처음에는 해양 속 철 이온과 반응해 바닷속에 침전물을 만들었고 이후에도 화학적으로 다양한 물질과 결합해 버퍼 역할을 하는 과정이 이어졌다. 하지만 이러한 화학적 저장소들이 점차 포화됨에 따라 산소는 대기 중으로 누출되기 시작했고 이는 곧 지구 생물권에 엄청난 생태학적 변화를 불러왔다.
산소는 생명체에게 양날의 검이었다. 일부 혐기성 생물에게는 독이었고 이들 대부분은 멸종하거나 극한 환경으로 밀려났다. 반면 산소 호흡이라는 효율적인 에너지 생성 시스템을 가진 생물들은 폭발적인 진화를 이루기 시작한다. 이 시기는 다세포 생물의 출현과도 밀접히 연관되어 있으며 진핵생물이 등장한 것도 이 산소 혁명 이후의 일이었다.
3.식물의 출현과 숲의 탄생, 생태계의 재구성
육상 식물의 등장과 숲의 형성은 지구 대기 변화에서 또 다른 결정적 전환점을 마련했다. 약 4억 7천만 년 전 최초의 육상 식물이 등장하고 그 이후 약 3억 년 전에는 고사리류와 침엽수류를 중심으로 한 대규모의 숲이 형성된다. 이 시기는 석탄기로 불리며 이름처럼 오늘날 우리가 사용하는 석탄의 상당수가 이 시기의 식물 유해에서 기원한다.
식물들은 공기 중 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출하는 산소 순환의 주역이 되었으며 특히 대규모의 삼림은 기후 조절자 역할까지 수행했다. 그늘과 수분 조절 이산화탄소의 장기적 저장 기능까지 갖추며 지구 생태계의 안정화에 큰 영향을 미친 것이다. 또한 이 시기의 식물들은 그 거대한 생체량으로 대기 중 탄소를 고정하고 지하에 유기물을 축적함으로써 장기적인 지구 냉각 작용에도 기여했다.
더불어 숲은 생명 다양성의 보고로서 광합성을 수행하는 식물뿐만 아니라 이를 기반으로 한 곤충, 조류, 포유류 등 복합적 생태계의 중심이 되었다. 인간이 탄생하기도 전부터 숲은 이미 수많은 생명체의 삶의 무대였다.
4.현대 대기 속 숲의 역할과 기후 위기의 연결고리
오늘날 대기의 산소는 약 21퍼센트를 차지하며 안정적으로 유지되고 있지만 이는 지속적인 숲과 해양 생물의 광합성 활동 덕분이다. 특히 열대우림은 지구 산소의 20퍼센트 이상을 생산는 중요한 녹색 폐 역할을 수행하고 있다. 그러나 아이러니하게도 인간의 산업 활동과 도시화는 이 숲을 빠르게 파괴하고 있다.
산림 파괴는 단순히 산소 생산량 감소를 의미하지 않는다. 이산화탄소를 흡수하던 기능이 사라짐으로써 온실가스 농도는 상승하고 이는 곧 기후변화를 가속화시키는 구조로 이어진다. 지구 평균 기온 상승, 해수면 상승, 이상기후, 생물종 멸종 등 여러 위기의 뿌리에는 숲의 붕괴라는 공통된 키워드가 존재한다.
뿐만 아니라 산림은 국지적 날씨 조절, 수문 순환, 토양 보호, 생태계 유지 등 눈에 보이지 않는 수많은 기능을 수행하고 있다. 숲의 감소는 곧 인간 삶의 질과 생존의 위협으로 연결되며 산소라는 생명 유지 인프라 자체가 흔들릴 수 있다.
이제 우리는 단순히 숲을 ‘녹색 풍경’으로 보아서는 안 된다. 그것은 수십억 년에 걸친 광합성 진화의 결정체이며 지금 이 순간에도 우리가 숨 쉴 수 있게 해주는 고요한 조력자다.
광합성의 진화와 숲이 만든 대기의 역사는 단지 과거의 일이 아니라 현재와 미래의 이야기다. 생명이 숨 쉬는 조건을 가능케 한 산소의 축적 그것을 일구어낸 미생물과 식물 그리고 그 식물의 총체인 숲은 인류 생존의 근간이라 할 수 있다.
우리가 숲을 지키는 일은 결국 인간 자신을 지키는 일이며 기후 위기 속에서 이 진리를 얼마나 빠르게 이해하고 실천하는가가 미래를 결정할 것이다. 지구의 숨결은 곧 숲의 숨결이고 그 숨결은 곧 우리의 것이기도 하다