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녹색 식물, 10억 년 전 바다서 출현

중국 다롄시 부근서 10억 년 된 해조류 화석 발견

오래된 바위에 정맥같이 생긴 이상한 모습의 해조류 화석은 광합성의 연대표를 추정하는 데 있어 가장 중요한 단서 중 하나이다. 미국 조지아 공대 과학자들은 지금까지 발견한 녹조류 중 가장 오랜 10억 년 된 화석을 발견했다.

10억 년 전의 오래된 것이지만, 이 화석들은 현대 해조류와 공통되는 특징들을 보여준다. 가지 구조와 심지어 뿌리 체계는 물론 다세포 유기체를 가졌다.

고생물학자들은 새로 발견한 해조류에 프로테로클라더스 안티쿠스(Proterocladus antiquus)라는 이름을 붙였는데, 이것은 지금까지 발견된 것 중 가장 오래된 8억 년 된 프로테로클라두스를 능가한다.

이번 발견은 해초가 마른 땅으로 이동하기 훨씬 전에 이미 바다에서 번성하고 있었다는 것을 암시한다고 과학자들은 밝혔다.

해조류 기록 2억 년 앞당겨

10억 년 된 녹색 해조류 화석. 2mm의 작은 크기를 확대해서 찍은 것이다. ⓒ 버지니아 공대

과학자들은 녹색 식물이 25억 년에서 6억 3500만 년 전에 출현했다고 생각해 왔다. 고대 식물 화석은 드물기 때문에, 연대표를 좁히는 것은 매우 어렵다. 과학자들은 아직 언제 그들이 단세포에서 다세포 유기체로 진화했는지, 혹은 그들이 어디서 시작했는지조차 알지 못한다.

버지니아 공대 고생물학자들은 중국에서 주목할 만한 발견을 했다. 4억 5000만 년 전에 처음으로 등장한 최초의 육상 식물과 나무의 조상과 관련이 있을 수 있는 10억 년 된 녹색 해조류의 미세 화석이다.

‘프로테로클라두스 고대(Proterocladus antiquus)’로 알려진 이 작은 화석은 해조류의 일종으로 길이가 2㎜로, 대략 벼룩 크기만 해서 육안으로 거의 볼 수 없다. 슈하이 샤오(Shuhai Xiao) 교수는 이 화석들이 지금까지 발견된 해조류 중 가장 오래된 것이라고 말했다.

이 화석은 중국 북부 랴오닝(Liaoning) 성의 다롄(Dalian)시 부근의 메마른 땅에서 채취한 바위에서 발견됐다. 지금까지 발견된 녹색 해조류 화석 중 가장 오래된 것은 약 8억 년 된 바위들에서 발견되었다.

버지니아 공대 지구과학부 슈하이 샤오(Shuhai Xiao)교수와 칭 탕(Qing Tang) 박사가 발표한 이번 연구결과는 ‘네이처 에코로지&진화’(Nature Ecology & Evolution) 저널에 발표됐다.

샤오 교수는 “이 화석은 녹색 해초가 후에 육지로 이동해서 건조한 땅을 장악하기 훨씬 전에 바다에서 중요한 역할을 했다는 것을 암시한다”고 말했다.

또한 샤오 교수는 “전체 생물권은 식량과 산소를 위해 식물과 조류에 크게 의존하고 있지만, 육지 식물은 약 4억 5000만 년 전까지 진화하지 않았다”고 말했다. 이번 연구는 녹조 해조류가 늦어도 10억 년 전에 진화하였으며, 녹조 해조류의 기록을 약 2억 년이나 앞당겼다는 것을 보여준다.

육지 식물, 바다에서 태어나 육지로 이동

샤오 교수는 현재의 가설은 나무, 풀, 식량작물, 덤불, 심지어 칡 같은 육지 식물이 수생식물인 녹색 해조류에서 진화했다는 것이라고 말했다. 오랜 지질학적 시간을 통해 그들은 물 밖으로 이동했고 새로운 자연환경인 마른 땅에 적응하고 번성했다. 이 화석들은 오늘날 우리가 보는 모든 현대식 육지 식물의 조상들과 관련이 있다.

그러나 샤오 교수는 모든 지질 생물학자들이 녹색 식물의 기원에 대해 같은 의견을 가진 것은 아니라고 말했다. 일부 과학자들은 녹색 식물이 강과 호수에서 시작되어 나중에 바다와 육지를 정복했다고 생각한다.

해조류의 종류는 크게 갈색, 녹색, 적색 등 3종류가 있으며, 종류별로 수천 종에 이른다. 현재 해저에서 흔히 볼 수 있는 붉은 해초 화석은 10억 4700만 년 전으로 거슬러 올라간다.

샤오는 “우리가 발견한 화석과 매우 비슷하게 생긴 현대식 녹색 해조류가 있다”고 말했다. 사이포노클라디칼란스(siphonocladaleans)로 알려진 현대의 초록색 해조류는 이번에 발견된 화석과 모양과 크기가 특히 비슷하다.

10억 년 전 바닷속에서 서식한 해조류를 디지털로 복원한 모습. ⓒDinghua Yang

광합성 식물은 물론 광합성을 통해 유기탄소와 산소를 생산하고, 헤아릴 수 없는 수의 포유류, 물고기 등을 위한 식량과 피난처를 제공하기 때문에 지구의 생태적 균형에 필수적이다. 그러나 20억 년 전으로 거슬러 올라가면 지구는 해양에 녹색 식물이 전혀 없었다고 샤오는 말했다.

버지니아 공대 캠퍼스에서 전자현미경을 이용해 해조류의 마이크로 화석을 발견해 샤오에게 가져다준 것은 탕 박사였다. 화석을 더 쉽게 보기 위해, 강한 대조를 이루기 위해 광물 기름을 화석에 떨어뜨렸다.

탕 박사는 “이 해조류들은 여러 개로 나뉜 가지, 곧게 뻗은 성장, 그리고 이런 종류의 화석에서는 매우 흔한 무성포자로 알려진 특수한 세포들을 가지고 있다”고 말했다. 이 특징들을 종합해 보면, 이 화석은 10억 년 정도 된 복잡한 다세포성을 가진 녹색 해초라는 것을 강력히 시사한다.

아마도 녹색 해조류의 가장 초기 화석을 나타낸다. 간단히 말해서, 이번 연구는 오늘날 우리가 사방에서 볼 수 있는 녹색 식물이 적어도 10억 년 전에 나타났음을 보여준다.

샤오와 탕에 따르면, 이 작은 해조류는 한때 얕은 바다에 살다가 죽었고, 그 후 두꺼운 퇴적물 더미 밑에서 ‘조리’되어 화석으로 보존됐다. 수백 만 년 후, 퇴적물은 바다에서 끌어올려졌고, 중국의 난징 지질학 및 고생물학 연구소의 과학자에 의해 건조한 바위가 되어 발견됐다.

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