지구 생명체의 진화(10). 5대멸종III(포유류의 세상)

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<포유류 세상>

6500만 년 전 공룡이 갑자기 지구상에서 사라지자 포유류의 세상이 되었다는 것은 잘 알려진 사실이다. 화석의 기록을 보면 인간을 포함하여 오늘날 거의 5,000종의 동물이 속하는 유태반류 포유류가 멸종 사건 이후 1000만 년에 걸친 팔레오세 기간 동안 해부학적으로 훨씬 다양해졌다는 것을 보여준다.

유니버시티 칼리지 런던의 안잘리 고스와미 박사는 지구구 상의 포유류 다양성은 공룡 멸종 사건 직후 폭발적으로 증가했다며 다음과 같이 설명했다.

 

‘공룡이 멸종했을 때 포유류의 경쟁자이자 포식자인 수많은 동물들이 사라졌다. 다시 말해 포유류의 생태적 역할에 가해졌던 제약의 상당한 부분이 제거되었다는 뜻인데 포유류는 이 기회를 잘 이용했다. 이는 몸 크기와 생태적 다양성이 급격히 증가한 것을 보면 알 수 있다. 포유류는 공룡의 지배 하에 살던 그 이전 1억6천만 년과 비교했을 때 공룡이 멸종한 직후 수백만 년 동안 훨씬 더 다양한 형태를 진화시켰다.’

 

특히 공룡이 멸종된 후 여러 종류의 포유류들이 최초로 나타났다. 즉 새로운 형태로의 진화가 폭발적으로 일어나고 그 뒤를 이어 특수한 형태로 분화가 일어나 결국 오늘날 우리가 보는 포유류 그룹들이 생겨났다는 것이다.

유태반류 포유류의 화석 중 가장 이른 시기의 것은 대량멸종 이후 수십만 년 이내에 나타난다. 인간을 포함한 포유류 그룹의 다양성이 높아지는 데 멸종 사건이 주요 역할을 담당했다는 것이다.

고스와미 박사는 세 가지 서로 다른 방법론을 사용하여 포유류 형태의 범위와 변이를 조사하였고, 세 가지 방법론 모두 공룡의 멸종 이후 포유류 다양성이 폭발적으로 증가하였다는 결과를 얻었다. 이것은 포유류를 잡아먹거나 자원을 놓고 포유류와 경쟁하던 공룡이 사라지자 포유류가 번성하게 되었다는 이론과 잘 맞아 들어간다. 대량 멸종은 공룡에게 끔찍한 일이었지만 그로인해 유태반류 포유류 및 공룡의 후손인 조류 등 살아남은 종들에게는 엄청난 기회를 만들어주었다는 것이다.

 

공룡의 멸종

현재 지구의 최강자인 인간이 포유류인데 인간의 선조 포유류는 공룡시대에 그야말로 미약한 동물이었다는 것은 여러 곳에서 나타난다. 그러므로 초기 포유류는 쥬라기 기간 동안 공룡이 지구를 석권했는데 이들에게 약간의 틈새는 있었다. 즉 공룡이 주간 포식자이므로 포유류는 야행성 생활 방식에 적응했다는 것이다.

초기 포유류가 어떻게 식량을 찾고 생존하기 위해 야간 시력을 진화 시켰는지는 미스테리 였지는데 근래 그에 대한 답이 제출되었다. 새로운 연구에 의하면 이 시기에 포유류의 눈에 위치하여 색깔을 감지하는 원뿔세포(cone cell)가 빛에 매우 민감하게 반응하는 간상체(rod)로 진화하면서 포유류에게 빛이 적은 환경에서도 생활할 수 있는 이점을 안겨주었다는 것이다.

원뿔세포(cone cell) 구조

원뿔세포는 특정한 주파수의 빛에 반응하도록 특화되어 동물이 색깔을 감지할 수 있도록 해주며 간상체는 단 하나의 광자라도 감지할 수 있을 정도로 저조도 환경에 특화되어 있다. “대부분의 포유류들은 주로 간상체로 이루어진 망막을 가지고 있지만, 물고기, 개구리, 혹은 새들을 보면 이들 대부분은 주로 원뿔세포로 이루어진 망막을 가지고 있다.

미국 국립보건원의 아난드 스와루프 박사는 NRL이라 불리는 전사인자가 원뿔세포 발생 과정에 관여하는 유전자들을 억제하여 망막에 위치한 세포가 간상체로 성장하게 한다는 것을 발견했다.

스와루프 박사는 쥐가 태어난 지 이틀 후의 초기 발생단계에서 발생 중인 간상체 세포에서 보통은 짧은 주파수의 빛을 담당하는 성숙한 원뿔세포에서 볼 수 있는 유전자들이 발현되는 것을 확인했다. 다른 동물에서는 자외선을 감지하는 데 사용되는 종류의 원뿔세포다. 즉 간상체 세포를 분리하여 후생학적 조사를 수행하자 쥐가 태어난 지 열흘 이후의 발생과정에서 이런 측면이 히스톤과 DNA 메틸레이션에 의해 억제되고 있다는 것을 발견한 것이다.

제브라 다니오 암컷 성체

주행성이고 원뿔세포가 우세한 제브라피쉬를 대상으로 한 일련의 실험에서는 제브라피쉬의 간상체 세포는 원뿔세포와 전혀 비슷하지 않다는 것도 밝혀졌다. 스와루프 박사는 태반류 포유류에서 현재의 망막이 진화하면서 NRL 조절에 관련된 유전자 작용이 더욱 정교해 졌으며, 포유류가 아닌 몇몇 척추동물 그룹에서는 이 유전자들이 사라졌다는 것을 알아냈다. 이 조절 시스템의 기원은 초기 포유류에서 야행성 진화와 일치한다.

그는 포유류에서 NRL 전사인자가 눈의 광수용체에 제한되면서 세포가 원뿔세포에서 간상체로 변화하도록 강제하여 초기 포유류들이 야간에 활동적으로 생활할 수 있는 이점을 안겨주었다고 결론내렸다. 인간의 시력은 원뿔세포에 더 많이 좌우되는데 이것은 우리 조상들이 낮 시간에 주로 생활하도록 다시 진화했기 때문이다.

그에 의하면 포유류의 눈에 있는 막대가 빛에 극도로 민감하며 이 기간 동안 색을 감지하는 원추 세포(원뿔세포)에서 발달하여 포유류에게 우위를 제공했다는 것이다.

6500만 년 전 지구를 강타한 지름 10㎞ 정도 크기의 소행성을 포함하여 여러 요인으로 공룡이 사라지자 포유류가 급격하게 성장했다는 것은 불문가지이다.

사실 포유류의 먼 조상인 수궁류는 이미 고생대 말인 페름기에 등장했으며 곰이나 들소처럼 거대한 크기로 진화하기도 했다. 하지만 중생대 쥐라기 이후 등장한 포유류 후손들은 대부분 작은 크기로 쥐와 비슷한 크기였다. 비록 중생대에 포유류가 다양하게 진화해 현재 포유류의 특징을 대부분 갖추긴 했지만, 백악기 말까지 가장 큰 것도 8㎏을 넘지 못했다고 추정한다.

하지만 공룡이 사라지자 상황이 급변했다.

미국 덴버 자연사 박물관 타일러 라이슨 박사는 콜로라도 스프링(Spring) 인근의 절벽에서 대멸종 직후 100만 년간 형성된 지층을 발견해 이를 발굴했다. 이 지층은 25.9㎢의 넓은 지역에 퍼져 있는데 그는 6종에 달하는 포유류를 대표하는 신생대 초기 포유류 화석 수백 개와 6,000개의 식물 화석을 발굴했다. 그리고 신생대 초기 포유류의 몸집 불리기가 생각보다 훨씬 빨리 이뤄졌음을 확인했다.

 

포유류 등장

그러나 대멸종에서 포유류도 큰 피해를 보았다. 이 시기에 상당수의 포유류가 같이 멸종했는데, 본래 비주류에 속했던 태반 포유류가 대멸종 직후 상대적으로 많이 살아남아 빠르게 빈 생태계를 장악했다는 것이다. 대멸종 직후 10만 년 이후 생태계에는 야자나무가 흔했으며 가장 큰 포유류는 너구리 정도의 몸길이 40~140cm, 어깨높이 20~40cm, 몸무게 5~29kg 정도였다.

카르시오프티쿠스 코악타투스 (Carsioptychus coarctatus)

그런데 대멸종 후 30만 년 후에는 호두나무를 비롯해 식물종이 다양해지면서 이를 먹는 포유류가 몸집을 키우기 시작했다. 예를 들어 카르시오프티쿠스 코악타투스(Carsioptychus coarctatus) 같은 초식 포유류가 진화하면서 70만 년 후인 백악기 말기에는 볼 수 없던 50㎏ 정도 되는 대형 포유류가 등장한다. 지금 기준으로는 그렇게 큰 포유류는 아니지만, 백악기 말기 평균과 비교해 100배나 커진 것이다.

포유류가 이렇게 빠르게 진화한 이유는 비조류 공룡의 멸종 이후 지상 생태계가 무주공산인데다 먹이가 되는 식물의 다양화가 빠르게 일어난 덕분이다. 특히 대멸종 이후 70만 년 후에 콩과 식물이 본격적으로 등장했는데 학자들은 콩과 식물에 풍부한 단백질이 포유류의 성장에 크게 도움이 됐을 것으로 인식한다. 그리고 초식 동물이 대형화되자 이에 따라 대형 육식 동물도 등장하였다는 시나리오다.

학자들은 단순히 운이 좋아서 포유류가 빠르게 성장했던 것은 아니라고 설명한다. 비록 오랜 세월 작은 생물이었지만, 포유류의 조상은 이미 중생대에 여러 가지 특징을 진화시켰다는 것이다. 예를 들어 새끼를 안전하게 키워서 낳는 태반 포유류 역시 중생대에 등장했다. 준비된 사람이 갑자기 찾아온 기회를 더 잘 활용할 수 있는 것처럼 신생대 포유류의 성공은 이를 보여주는 좋은 사례다.

공룡의 멸종이 당시 가장 열악한 상태에 있던 포유류에게 커다란 기회를 주었다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그런데 근래의 연구는 이들 주장에 반기를 든다. 포유류가 지구를 장악하기 시작한 것은 공룡 멸종보다 훨씬 이른 시기라는 것이다. 즉 새로운 연구에 따르면 널리 알려진 것과는 달리 포유류들은 공룡의 멸종보다 1000만년에서 2000만년 이전에 대규모로 분화하기 시작했다는 것이다.

사우샘프턴 대학의 엘리스 뉴엄 박사는 새를 제외한 공룡들이 활보할 때인 6600만 년 전에 몸집이 작은 포유류들이 그야말로 밤에나 나다닐 정도의 미약한 존재였다는데 의문을 제기했다. 그는 다음과 같은 점을 지적했다.

 

‘전통적인 관점은 ‘공룡의 시대’ 동안 포유류들이 억압되어 있다가 공룡의 멸종 직후 빠른 속도로 번성하게 되었다는 것이다. 하지만 우리 연구에 따르면 현생 포유류 대부분의 조상인 수류 포유류 (therian mammals)들은 멸종사건 한참 전에 이미 분화하고 있었으며 멸종사건으로 인해 오히려 포유류의 다양성도 상당한 타격을 입었다.’

 

뉴엄 박사는 과거의 가설은 발견된 초기 포유류 화석들 중 많은 수가 작고 곤충을 먹는 동물이라는 사실에 기반하고 있다는 점을 지적했다. 다양성 측면에서 특별히 중요해보이지 않게 보인다는 것이다. 하지만 그동안 많은 화석들이 발견되자 초기 포유류 화석 중에서 개만한 크기의 발굽동물 조상도 있었고 이들 동물의 이빨 역시 다양한 모습을 보인다고 설명했다.

 

포유류 등장

뉴엄 박사는 박물관에 보관된 수백 종류의 초기 포유류 어금니들을 분석하여 이들의 이빨이 공룡이 멸종하기 전에 매우 다양했다는 것을 발견했다. 이는 당시 포유류들이 매우 다양한 식성을 가지고 있었다는 것을 의미한다. 이는 간단하게 말하여 서로 다른 식습관이 존재했다는 것이다.

뉴엄 박사가 강조하는 것은 포유류가 이전에 생각했던 것보다 더 일찍 분화하기 시작했으며 그동안 상식처럼 묘사되었던 대량멸종이 포유류의 진화를 위한 완벽한 기회였던 것도 아니라는 점이다. 초기 포유류도 공룡이 멸종할 때 상당수가 멸종했다. 한마디로 포유류 중에서 살아남을 수 있었던 종만 살아남아 이후 번창할 수 있었다는 것이다.

뉴엄 박사와 연구를 함께 한 데이비드 그로스니클 박사는 자신도 대량멸종으로 인해 포유류도 대량 멸종되었다는데 놀랐다고 말했다. 멸종 직후부터 분명히 더 다양한 포유류를 볼 수 있을 거라고 기대했는데 그렇지 않았다는 것이다. 즉 어떤 면에서든 다양성이 감소할 것이라고는 생각하지 않았고 공룡이 사라지자마자 포유류가 재빨리 번성했으리라는 생각과도 다르다는 것이다. 한마디로 이런 생각이 틀렸다는 뜻이다.

그러나 공룡멸종 직전에 포유류의 분화가 일어났던 이유는 아직도 수수께끼다.

속씨식물(들장미)

그로스니클 박사는 비슷한 시기에 분화하기 시작한 속씨식물의 부상과 포유류의 부상 사이에 연관관계가 있을 수 있다고 말했다. 속씨식물이 포유류들이 먹기 좋은 씨앗과 열매를 제공했을 가능성이 있다는 것이다. 특히 식물이 꽃가루받이를 시켜주는 곤충들과 공진화를 했다면 이 곤충들이 초기 포유류의 먹이가 되었을 수도 있다는 설명이다. 상식처럼 알려진 공룡과 포유류의 관계가 재검토되는 것 자체가 과학의 큰 덕목이 아닐 수 없다.