생물은 어떻게 육지로 올라왔나

육지로 도약한 후 단시간에 다양화하고, 천천히 변화

지구가 생성된 후 땅 위의 생물은 바다 생물에서 비롯된 것으로 알려져 있다. 그러면 바다 생물은 어떤 과정을 거쳐 육지로 올라왔을까.

과학자들은 땅에서 자라는 동물들은 바다 생물이 어느 날 육지로 뛰어올라와 짧은 시간에 번성하게 된 것으로 확신하고 있다. 미국 포츠머스대학 연구팀은 바다 생물이 일단 육지로 올라오는 ‘도약’을 한 후 어떻게 급속히 퍼져 변화했는지에 대한 ‘명확한’ 그림을 내놓았다.

이 대학 지구 및 환경과학대 니콜라스 민터(Nicholas Minter) 교수가 이끈 이 연구는 ‘네이처 에콜로지와 진화’(Nature Ecology and Evolution) 최근호에 게재됐다.

사막의 모래 언덕에 있는 현대 절지동물(곤충이나 거미, 게 등)의 흔적. 수백만 년 전에 화석으로 보존된 것으로 보이는 이같은 사례가 이번 연구의 탐구 자료가 됐다.  Credit : Nicholas Minter

사막의 모래 언덕에 있는 현대 절지동물(곤충이나 거미, 게 등)의 흔적. 수백만 년 전에 화석으로 보존된 것으로 보이는 이같은 사례가 이번 연구의 탐구 자료가 됐다. Credit : Nicholas Minter

생흔 화석 분석 통해 동물 행동 진화 연구

동물들이 길을 만들거나 굴을 파거나 하는 행동의 흔적을 살펴볼 수 있는 첫 번째 생흔(生痕) 화석(trace fossils) 연구는 지구에서의 중요한 진화 단계인 서식지 정착(colonisation)이 어떻게 이루어졌는지를 보여준다.

바다 생물의 초기 내습은 육지와 바다 경계선에서부터 범람원, 강, 사막 및 호수로 확장되면서 전세계에서 일어났다.

생흔 화석으로 동물 행동의 진화와 삶의 양식 및 새로운 환경과 상호작용하는 방식을 추적해 이같은 패턴을 확인한 것은 이번이 처음이다.

민터 교수는 “최초의 동물들이 바다에서 육지로 올라왔을 때는 육지가 마치 텅 빈 캔버스 같은 상황이었을 것”이라며, “육지에는 다른 동물이 없었기 때문에 이들이 행동하는 방식과 생태적 역할 등 생명의 무대에서 그들이 맡은 부분은 급속도로 다양화되었다”고 말했다.

2006 년에 발견된 틱탈리크(Tiktaalik) 화석(오른쪽 위 작은 그림)은 물고기와 육지의 척추 동물 사이의 전이를 더욱 자세히 밝혀냈다. 그림은 앞다리가 변이한 과정.  Credit : Age of Animals / A Review of the Universe - Structures, Evolutions, Observations, and Theories

2006 년에 발견된 틱탈리크(Tiktaalik) 화석(오른쪽 위 작은 그림)은 물고기와 육지의 척추 동물 사이의 전이를 더욱 자세히 밝혀냈다. 그림은 앞다리가 변이한 과정. Credit : Age of Animals / A Review of the Universe – Structures, Evolutions, Observations, and Theories

초기에 빠르게 다양화한 후 장기간 느리게 변화

육지로 올라온 동물들은 초기에 새로운 환경에 빠르게 적응하고 다양화한 후 이어 장기간에 걸쳐 느린 변화를 보였다. 이같은 진화적 단계-변화는 그동안 동물의 모양과 크기에서 볼 수 있었으나 행동에서 나타난 것은 이번이 처음이다.

육지로 뛰어오른 생물들은 예를 들면 게와 같은 그룹에서 온 거미들, 오징어나 갑오징어와 같은 그룹에서 나온 민달팽이와 달팽이 등과 같은 소수의 해양 생물들이다. 민터 교수는 “어떤 그룹이나 동물 문(門) 가운데 적은 수만이 바다에서 육지나 민물로 이동했다”고 말했다.

그는 “놀라운 일은 진화에서의 도약이 초기에는 급속한 다양화가 따르는 진화적 파열 다음에 장기간의 상대적 평온이 지속되는 패턴을 따른다는 점으로서, 그 때마다 동물들은 처음 바다와 육지의 경계에서 시작해 범람원, 강과 사막, 호수에까지 서식지를 확장했다”고 말했다. 각 진화적 파열은 진화론적 실험이었으나 그 결과는 매우 유사하다는 것.

트라이아스기 때 고대 공룡(Chirotherium)의 발자국 생흔 화석. 옥스퍼드대 자연사박물관 소장. Credit: Wikimedia / Ballista

트라이아스기 때 고대 공룡(Chirotherium)의 발자국 생흔 화석. 옥스퍼드대 자연사박물관 소장. Credit: Wikimedia / Ballista

2억년 동안의 생흔 화석 7년 간 분석

민터 교수는 “과학에서 매개변수를 변화시키면 다른 결과가 나오는 경향이 있지만 이 경우에는 동물이 육상에서 수행하는 행동과 생태학적 역할에 근본적인 제약을 제시하는 일관성을 보인다”고 말했다 .

이번 연구는 2억년 동안의 모든 알려진 생흔 화석들을 7년 간에 걸쳐 분석하는 철저한 과정을 거쳐 미래에 대해서도 얘기할 수 있는 잠재력을 가지고 있다는 것. 민터 교수는 이 연구를 통해 다른 질문에도 적용할 수 있는 틀을 갖게 되었으며, 고대와 현대의 공동체를 비교해 예를 들어 현대사회가 기후 변화에 대응해 근본적인 변화가 진행되고 있는지를 이해하는데 도움을 줄 수 있다고 밝혔다.

중기 쥐라기 때 갑각류가 만든 수평방향성(Thalassinoides) 굴 생흔 화석. 남이스라엘 마크테쉬 카탄 지역. Credit: Wikimedia / Mark A. Wilson

중기 쥐라기 때 갑각류가 만든 수평방향성(Thalassinoides) 굴의 생흔 화석. 남이스라엘 마크테쉬 카탄 지역. Credit: Wikimedia / Mark A. Wilson

사회 형성과 지적 생명체 등장도 연구 과제

생흔 화석은 누가 거기에 있었는지, 그들이 언제 어떻게 행동했는지를 포함해 동물의 삶에 대해 많은 것을 말해 준다. 민터 교수의 연구에는 지구 곳곳에서 찾아낸 수백 개의 생흔 화석에 대한 조사 보고서가 포함돼 있으나 지구상에는 아직도 알려지지 않은 것들 이 많다.

민터 교수는 “또다른 중요한 단계-변화는 개미나 흰개미와 같이 협동해서 복잡한 구조와 사회를 형성하는 사회적 곤충의 진화이며, 더욱 최근에는 동물의 진화에서 인간과 그 조상, 유인원을 포함해 도구를 만들고 사용하는 지적 생명체가 등장했다”며, “동물들이 이러한 사건들이 진행되는 동안 어떻게 자신들을 둘러싼 환경을 다양화하고 수정했는지 그리고 이런 것들이 지구의 모습을 어떻게 형성해 왔는지를 조사해야 한다”고 강조했다.

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