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공룡이 인간을 디자인하다   <
정복자 : 공룡
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- 공룡은 중온성?

- 정복자 : 시아노박터

   

- 항온성 --> 밤의 세계에 진출 --> 주의 집중

고양이가 박스를 좋아하는 이유

클라우디아 빈케(Claudia Vinke)는 고양이가 좁은 은신처를 선호하는 이유가 환경 변화에서 안전하게 보호받기 위해서라고 설명했습니다. 고양이 같은 작은 동물이 자연 상태에서 안전하기 위해서는 사냥할 때를 제외하고는 가능하면 눈에 띄지 않는 장소에서 휴식을 취하는 것이 안전할 것입니다. 이와 같은 고양이의 야생 습성이 남아 있다는 것은 아직 고양이가 개만큼 가축화가 덜 된 상태이기 때문일 것입니다.
또 다른 가능한 이유로 지목되는 것은 것은 체온입니다. 고양이는 주변 환경이 30 – 36℃ 정도일 때 가장 안정감을 느낀다고 알려져 있습니다. 고양이 같은 작은 육식 동물은 체온을 쉽게 빼앗기기 때문에 체온을 유지하는데 많은 에너지가 듭니다. 따라서 사냥할 때 이외에는 가능하면 좁은 공간에서 몸을 웅크린채로 체온을 빼앗기지 않게 하고 자는 것이 생존에 유리합니다. 사냥할 때만 날렵하게 움직이면 되는 것이죠.


- 포유류의 진화는 쥐라기에 가장 빠르게 일어났습니다
2015년 7월 22일  |  By: Diplo  |  과학  |  댓글이 없습니다
새로운 연구에서 밝혀진 바에 의하면, 쥐라기 말기에 비해서 쥐라기 중기에는 포유류의 진화가 최대 10배까지 더 빠르게 일어났으며 이 시기에 새로운 적응이 폭발적으로 일어났다고 합니다.

초기 포유류들은 중생대 (2억5200만년에서 6600만년 전) 동안 공룡들과 함께 살았습니다. 예전에는 당시의 포유류들이 모두 몸집이 작고 야행성으로 곤충을 잡아먹는 종류로만 이루어져있다고 생각했으나 지난 십여년 간 발견된 화석들 — 특히 중국과 남아메리카에서 발견된 — 은 이들이 섭식방법 및 활강, 땅파기, 그리고 헤엄치기 등의 이동방식을 포함하여 다양한 적응방식을 발달시켰다는 것을 보여주었습니다.

이와 같은 새로운 몸의 형태가 언제, 그리고 얼마나 빠른 속도로 출현했는지를 알아내기 위해 옥스포드 대학의 과학자들이 이끄는 연구팀이 중생대 포유류의 골격 및 치아의 변화에 대한 최초의 대규모 분석을 수행했습니다. 이들은 중생대 전체에 걸친 진화의 속도를 계산함으로써 포유류들이 ‘폭발적’으로 빠른 진화적 변화를 겪었으며 이 변화가 쥐라기 (2억년에서 1억4500만년 전) 중기에 절정에 달했다는 것을 보였습니다.

연구팀은 영국 옥스포드 대학과 오스트레일리아 맥쿼리 대학의 연구자들로 구성되었습니다. 이번 연구의 결과는 ‘커런트 바이올로지 (Current Biology)’ 에 출판되었습니다.

“이번 연구를 통해 여러 종류의 다른 몸 설계도와 이빨 종류를 가지고 했던 포유류들의 ‘실험’이 쥐라기 중기에 절정을 이루었다는 것을 알 수 있습니다.” 논문의 주저자인 옥스포드 대학 지구과학과의 로저 클로즈 박사의 말입니다. “근본적인 변화가 일어났던 이 시기를 통해 수천만년 동안 지속적으로 알아볼 수 있는 특징적인 몸의 형태가 만들어졌습니다.”

연구팀은 포유류의 각 계통들에서 몸의 형태와 이빨에서 눈에 띄는 변화가 백만년 당 몇 개나 일어났는지를 기록했습니다. 쥐라기 중기에 이러한 변화의 빈도는 계통당 1백만년마다 8 개에 이르렀습니다. 이런 예를 잘 볼 수 있는 것은 현재의 유태반류 및 유대류 포유류의 조상격인 수류(therian) 포유류 계통인데,이들은 쥐라기 중기에 평균보다 13배나 빠르게 진화했으나 쥐라기 말기에 가서 이들의 진화는 평균보다 훨씬 낮은 속도로 떨어졌습니다. 쥐라기 말기에 포유류 종 수 자체는 증가하고 있었음에도 불구하고 이러한 ‘감속’ 현상이 일어났던 것입니다.

“폭발적인 진화를 일으킨 원인이 무엇인지는 알지 못합니다. 환경적 변화 때문일 수도 있고, 어쩌면 포유류가 이때쯤 여러 종류의 서식지에서 번성하고 생태학적으로 다양화할 수 있게 해준 ‘주요 혁신’ — 예를 들면 태생(live birth)이나 온혈성, 그리고 털 등 — 들이 쌓여 ‘임계질량’ 에 도달했을 수도 있습니다.” 클로즈 박사의 말입니다. “높은 수준의 생태적 다양성이 진화하고 난 후에는 혁신의 속도가 느려졌습니다.”

예를 들면, 다구치류(Multituberculates)의 경우 쥐라기 중기에 골격과 이빨에 급진적인 변화가 있었습니다. 쥐라기 중기가 끝날 때쯤 이들은 설치류 비슷한 몸의 형태와 독특한 모양의 이빨을 갖추게 되었고, 다구치류는 수백 개의 다른 종으로 분화되었음에도 불구하고 이때 완성된 전반적인 형태를 그로부터 1억3000만년 후 멸종할 때까지 유지했습니다.

“비슷한 종류의 다른 ‘적응방산’ 사건, 예를 들면 ‘캄브리아기 대폭발’ 에서도 이와 유사한 특성을 볼 수 있습니다.” 클로즈 박사의 말입니다. “쥐라기에는 여러 종류의 기묘하고 놀라운 포유류 몸 형태들이 갑작스럽게 나타났고, 그 이후 ‘걸러내는’ 과정을 거쳐 가장 성공적인 형태들만 살아남았던 것입니다. 이번 연구에서 밝혀낸 것은 포유류도 그들만의 ‘캄브리아기 대폭발’ 에 해당하는 시기, 즉 우리가 알 수 없는 방식으로 진화적 실험이 진행되면서 미래의 포유류 형태가 어떤 것이 될 지 불확실했던 시기가 있었다는 점입니다.” (사이언스 데일리)


포유류의 진화는 쥐라기에 가장 빠르게 일어났다

2015년 7월 22일  |  By: Diplo  |  과학  |  댓글이 없습니다

쥐라기 말기에 비해서 쥐라기 중기에는 포유류의 진화가 최대 10배까지 더 빠르게 일어났으며 이 시기에 새로운 적응이 폭발적으로 일어났다는 사실이 새로운 연구 결과 밝혀졌습니다.
초기 포유류들은 중생대 (2억 5,200만~6,600만 년 전) 동안 공룡들과 함께 살았습니다. 예전에는 당시의 포유류들이 모두 몸집이 작고 야행성으로 곤충을 잡아먹는 종류로만 이루어져있다고 생각했으나, 지난 10여 년간 발견된 화석들 — 특히 중국과 남아메리카에서 발견된 — 은 이들이 섭식 방법 및 활강, 땅파기, 그리고 헤엄치기 등의 이동 방식을 포함하여 다양한 적응 방식을 발달시켰다는 것을 보여주었습니다.
이와 같은 새로운 몸의 형태가 언제, 그리고 얼마나 빠른 속도로 출현했는지를 알아내기 위해 옥스포드대학의 과학자들이 이끄는 연구팀이 중생대 포유류의 골격 및 치아의 변화에 대한 최초의 대규모 분석을 수행했습니다. 이들은 중생대 전체에 걸친 진화의 속도를 계산함으로써 포유류들이 ‘폭발적’으로 빠른 진화적 변화를 겪었으며 이 변화가 쥐라기 (2억~1억4,500만 년 전) 중기에 절정에 달했다는 것을 보였습니다.
연구팀은 영국 옥스포드대학과 오스트레일리아 맥쿼리대학의 연구자들로 구성되었습니다. 이번 연구의 결과는 <커런트 바이올로지(Current Biology)>에 출판되었습니다.
“이번 연구를 통해 여러 종류의 몸 설계도와 이빨 종류를 가지고 했던 포유류들의 ‘실험’이 쥐라기 중기에 절정을 이루었다는 것을 알 수 있습니다.” 논문의 주저자인 옥스포드대학 지구과학과의 로저 클로즈 박사는 말합니다. “근본적인 변화가 일어났던 이 시기를 통해 수천 만 년 동안 지속적으로 알아볼 수 있는 특징적인 몸의 형태가 만들어졌습니다.”

연구팀은 포유류의 각 계통들에서 몸의 형태와 이빨에서 눈에 띄는 변화가 1백만 년 당 몇 개나 일어났는지를 기록했습니다. 쥐라기 중기에 이러한 변화의 빈도는 계통당 1백만 년마다 8개에 이르렀습니다. 이런 예를 잘 볼 수 있는 것은 현재의 유태반류 및 유대류 포유류의 조상격인 수류(therian) 포유류 계통인데,이들은 쥐라기 중기에 평균보다 13배나 빠르게 진화했으나 쥐라기 말기에 가서 이들의 진화 속도는 평균보다 훨씬 더뎌집니다. 쥐라기 말기에 포유류 종의 수 자체는 증가하고 있었음에도 불구하고 이러한 ‘감속’ 현상이 일어났던 것입니다.
“폭발적인 진화를 일으킨 원인이 무엇인지는 알지 못합니다. 환경 변화 때문일 수도 있고, 어쩌면 포유류가 이때쯤 여러 종류의 서식지에서 번성하고 생태학적으로 다양화할 수 있게 해준 ‘주요 혁신’ — 예를 들면 태생(live birth)이나 온혈성, 그리고 털 등 — 들이 쌓여 ‘임계 질량’에 도달했을 수도 있습니다.” 클로즈 박사의 말입니다. “높은 수준의 생태적 다양성이 진화하고 난 후에는 혁신의 속도가 느려졌습니다.”

예를 들면, 다구치류(Multituberculates)의 경우 쥐라기 중기에 골격과 이빨에 급진적인 변화가 있었습니다. 쥐라기 중기가 끝날 때쯤 이들은 설치류 비슷한 몸의 형태와 독특한 모양의 이빨을 갖추게 되었고, 다구치류는 수백 개의 다른 종으로 분화되었음에도 불구하고 이때 완성된 전반적인 형태를 그로부터 1억 3천만 년 후 멸종할 때까지 유지했습니다.

“비슷한 종류의 다른 ‘적응방산’ 사건, 예를 들면 ‘캄브리아기 대폭발’에서도 이와 유사한 특성을 볼 수 있습니다.” 클로즈 박사의 말입니다. “쥐라기에는 여러 종류의 기묘하고 놀라운 포유류 몸 형태들이 갑작스럽게 나타났고, 그 이후 ‘걸러내는’ 과정을 거쳐 가장 성공적인 형태들만 살아남았던 것입니다. 이번 연구에서 밝혀낸 것은 포유류도 그들만의 ‘캄브리아기 대폭발’에 해당하는 시기, 즉 우리가 알 수 없는 방식으로 진화적 실험이 진행되면서 미래의 포유류 형태가 어떤 것이 될지 불확실했던 시기가 있었다는 점입니다.” (사이언스 데일리)


공룡의 등장으로 위기에 처했던 포유류, 야간 활동으로 살아남아

[이정모의 자연사 이야기]  [중앙일보] 입력 2015.07.25 13:39
춥고 어두운 환경으로 밀려났지만 뇌·귀·이빨의 진화로 경쟁력 확보
공룡 사라지는 상황에서도 살아남아


1989년 미국 서부 뉴멕시코의 2억2000만 년 전 중생대 트라이아스기 후기 지층에서 누구의 것인지 알 수 없는 분석(糞石, 똥 화석)이 발굴되었다. 여기서 아주 작은 뼈 하나도 발견했다. 그것은 가장 오래된 포유류 아델로바시레우스(Adelobasileus)의 머리뼈 일부라는 사실이 밝혀졌다. 아델로바시레우스는 길이가 10㎝ 정도였던 것으로 추정된다. 꼬마 아이에게 아델로바시레우스를 보여주면 ‘쥐’라고 대답할 것이다. 그런데 이때는 아직 공룡은 등장도 하기 전이었다.

공룡이 없다고 해서 아델로바시레우스가 살만 했던 것은 아니다. 공룡 대신 길이가 1m가 넘는 메토포사우루스라고 하는 양서류와 길이가 10m가 넘는 피토사우루스라고 하는 파충류가 사방천지에 널려 있었다. 이들은 웬만한 것은 한 입에 꿀꺽 삼킬 수 있는 절대 강자였다. 거대 양서류와 파충류에게 쉽게 당하지 않으려면 온 몸을 단단한 갑옷으로 감싸야 했다. 갑옷 같은 것이 있을 리 없는 포유류인 아델로바시레우스는 두려움 속에서 살아야 했다.

그렇지 않아도 힘겨운 삶을 살고 있는 아델로바시레우스에게 새로운 강자가 등장했다. 지구 최초의 공룡 코엘로피시스가 나타난 것이다. 공룡이 커서가 아니었다. 코엘로피시스는 머리에서 꼬리까지 길이가 2m 정도이고 꼬리를 제외한 몸통의 길이는 1m에 불과했다. 당시 살고 있던 거대 양성류와 거대 파충류에 비하면 꼬마에 불과했다. 그런데 서서히 지구 대륙은 공룡의 차지가 되어가고 있었다.

생지옥으로 변한 지구

최초의 포유류 아델로바시레우스와 최초의 공룡 코엘로피시스가 등장하던 때는 초대륙 판게아가 한창 분열하고 화산 활동이 빈번하던 때였다. 대기 중에 이산화탄소가 늘어나 지구온난화가 일어났고 대륙은 사막으로 변해갔다. 식물들은 말라죽었다. 엎친 데 덮친 격으로 직전에 30%에 달했던 산소 농도가 11%까지 급격히 떨어졌다. 오늘날 대기 산소 농도 21%에 비해도 절반밖에 안 되는 것이다. 동물들은 숨을 쉬기 힘들었다. 포유류와 공룡이 탄생한 시기는 굉장히 덥고 건조할 뿐만 아니라 산소가 적어 숨쉬기조차 힘든 시대였다.

이 시기에 등장한 포유류와 공룡은 환경 조건에 맞는 신체 구조였지만 그 이전부터 살고 있었던 거대 양서류와 파충류들은 서서히 사라질 수밖에 없었다. 이제 그 땅을 누가 차지할 것인가? 포유류와 공룡은 지배자가 되기 위한 경쟁을 시작한다.

이미 출발선이 달랐다. 공룡은 포유류보다 훨씬 컸으며 파충류답지 않게 빨랐다. 파충류들은 다리가 몸통 옆으로 튀어나와 있어서 빨리 이동하지 못하고 몸을 구불거리며 움직일 때마다 허파가 눌려서 호흡이 자유롭지 못하다. 걸을 때와 숨쉴 때를 구분해야 했다. 포유류 아델로바시레우스도 이들과 마찬가지로 몸을 구불거리면서 걸었다. 그런데 공룡은 다리가 몸통에서 바닥을 향해 아래로 똑바로 나왔다. 공룡은 두 발로 서서 걸었다. 하반신과 상반신이 따로 움직일 수 있게 되었다. 따라서 공룡은 걸으면서도 숨을 쉴 수 있었다. 공룡은 인간보다도 훨씬 앞서서 이미 2억 년 전에 직립보행을 한 것이다.

게다가 공룡에게는 공기뼈라는 게 있었다. 뼈 속에 둥글고 작은 구멍과 튜브 형태의 공간이 있는 것이다. 공기뼈에는 공기주머니가 달려 있었다. 산소를 저장하는 탱크가 몸 안에 있는 셈이다. 이런 공룡과 함께 살아야 했던 포유류의 삶은 얼마나 고달팠을까! 출발점도 달랐지만 시간이 지날수록 격차가 더 커졌다.

빛에서 얻던 정보를 소리에서 얻다

7000만 년을 건너뛰어 보자. 이제는 쥐라기 후기다. 등에 거대한 골판(骨板)이 달린 스테고사우루스와 포악한 알로사우루스, 길이가 30m가 넘는 수페르사우루스가 살던 시대다. 공룡들이 각양각색의 모습으로 다양성을 과시했다. 이때의 대표적인 포유류는 라올레스테스(Laolestes)다. 7000만 년 전과 차이점을 거의 느낄 수 없다. 크기도 15㎝ 정도에 불과했다. 꼬마 아이에게 라올레스테스를 보여줘도 ‘쥐’라고밖에 대답할 수 없을 것이다.

그런데 여전히 작고 보잘 것 없는 라올레스테스에는 한 가지 혁신이 숨겨져 있다. 조상들과 달리 라올레스테스의 턱은 한 개의 뼈로 구성되어 있다. 턱 뼈가 하나로 줄어들었으니 더 단단해졌을 것이다. 그런데 이걸 가지고 혁신이라고 할 수는 없다. 여러 개의 턱뼈가 합쳐져서 하나의 턱뼈가 된 게 아니라 여러 개의 턱 뼈 가운데 하나만이 턱으로 남았다는 것이다. 그러면 나머지 뼈는 어디로 갔을까?

나머지 뼈의 행방은 귀에서 찾을 수 있다. 턱에 있던 뼈들이 귓속으로 이동해 망치뼈와 모루뼈가 되었다. 망치뼈와 모루뼈는 고막을 통해 전달되는 소리를 증폭시키는 역할을 한다. 덕분에 포유류는 높은 소리를 잘 들을 수 있게 되었다. 파충류에는 망치뼈와 모루뼈가 없다. 이런 뼈가 보인다면 그것은 포유류라고 할 수 있다.

턱뼈가 줄어들고 속귀가 발전했다는 게 그래서 무슨 의미일까? 그것은 포유류가 밤의 세계로 진출했다는 것을 뜻한다. 이전까지는 빛이라는 정보에 의존해서 살았다. 속귀가 발명되자 소리라는 정보를 쉽게 해석할 수 있게 되었다.

소리만 들린다고 밤의 세계에 진출할 수 있는 것은 아니었다. 밤에는 춥다. 몸이 사용하는 에너지는 화학반응을 통해 얻어지는데, 화학반응은 일정한 온도가 유지돼야만 일어난다. 그런데 포유류는 체온이 언제나 일정했다. 이걸 내온성(內溫性)이라고 한다. 내온성을 얻기 위해서는 세포 하나에 미토콘드리아가 수천 개씩 들어있어야 한다. 라올레스테스가 속귀를 가졌다는 것은 밤에 생활을 했다는 뜻이고 밤에 생활을 했다는 것은 내온성을 확보했다는 말이 된다. 마침내 어둡고 추운 밤의 세계로 척추동물이 발을 들여놓았다. 포유류에게는 이전과는 다른 전혀 새로운 세상이 열렸다.

체온 유지 위해 더 많이 먹어야

밤은 가혹한 세계다. 밤에 활동을 하려면 몸 안에서 열을 내야 하는 내온성이 있어야 한다. 몸에서 열을 내려면 연료가 많이 필요하고, 연료를 확보하려면 먹이를 많이 얻어야 한다. 그런데 귀가 좀 들린다고 먹이를 많이 얻을 수 있겠는가? 먹이를 조금만 먹고도 체온을 유지할 방법을 찾아야 했다. 그런데 포유류는 몸집마저 작아서 체온 소실이 매우 컸다. 그래서 작은 동물일수록 먹이가 더 많이 필요하다. 이건 털로 해결할 수 있는 문제가 아니다. 포유류는 새로운 장치를 발명해야 했다.

중국 라오닝성의 1억 2500만 년 전 백악기 전기 지층에서 포유류 에오마이아(Eomaia) 화석이 발견되었다. 크기는 여전히 15㎝에 불과했다. 그런데 에오마이아의 턱에는 그 전의 포유류와는 달리 요철(凹凸) 모양의 어금니가 있었다. 초기의 포유류 이빨은 산(山) 모양이어서 먹이를 ��지 못했다. 이젠 음식을 찢고 갈아 으깰 수 있는 이빨을 가진 것이다. 그 결과 먹을 수 있는 곤충의 종류가 늘어났다. 식량의 폭이 확대된 것이다. 심지어 식물을 먹을 수 있는 포유류들도 생겨났다. 식성이 좋아진 것이다. 이젠 밤의 세계에서도 에너지를 충분히 얻을 수 있게 되었다.

우리 인간은 포유류의 대표선수가 아니다. 인간은 별난 포유류일 뿐이다. 따라서 포유류 이야기를 할 때 우리 인간을 생각하면 안 된다. 우리가 풍부한 색깔의 세계를 누리고 있다고 해서 다른 포유류들도 그런 것은 절대로 아니다. 아름다운 색체의 세상을 보고 있는 포유류는 인류를 비롯한 몇 가지 영장류에 불과하다.

대부분의 포유류들은 색을 잘 구분하지 못한다. 왜냐하면 포유류는 밤의 동물이기 때문이다. 캄캄한 밤에 색깔은 중요하지 않다. 밤이라는 세계에 사는 포유류는 색을 구분하는 능력을 포기하고 대신 약한 빛을 받아들이는 능력을 택했다. 낮에 활동하게 된 포유류들도 마찬가지로 색을 구분하는 능력이 거의 없다. 지금은 사라진 투우장에서 소가 빨간색 천을 보고서 흥분한 게 아니었다. 소들은 팔랑거리며 움직이는 천의 모습에 반응했을 뿐이다.

작고 짧은 수명 덕분에 빠른 진화

캄캄한 밤에 소리에 의지해서 곤충의 위치와 움직임을 파악하는 일은 매우 어려운 일이다. 또 캄캄한 밤에 나갔다가 새벽이 오기 전에 다시 굴 속으로 돌아오는 일도 여간 어려운 일이 아니다. 이빨 모양이 바뀌고 다양한 식성을 갖게 된 탓에 뇌에 충분한 에너지를 공급하는 것만으로 가능한 게 아니다.

포유류들은 공룡과는 다른 뇌를 가져야 했다. 단지 뇌의 크기가 달랐다는 말이 아니다. 포유류의 뇌에는 대뇌새겉질(cerebral neocortex)이 있다. 기억과 학습 그리고 의사소통의 능력을 제공하는 영역이다. 밤의 세계로 진출한 포유류는 대뇌새겉질을 만들어 내고 크게 키워냈다. 그 끝에 우리 인류가 있다.

밤의 세계로 진출하면서 포유류는 공룡의 공포에서 벗어날 수 있었다. 이 과정에서 턱과 귀, 이빨과 뇌의 구조를 바꿨다. 하지만 커다란 공룡이 100년까지도 살 수 있는 데 반해 포유류는 여전히 작았고 수명은 2~3년에 불과했다. 슬픈 일이 아니다. 짧은 수명은 빠른 세대교체를 의미한다. 세대가 거듭될 때마다 돌연변이가 일어난다. 그리고 작을수록 고립될 확률이 크다. 따라서 작고 수명이 짧을수록 진화할 수 있는 기회가 많다. 결정적인 환경 변화에 살아남을 수 있다는 뜻이다. 6600만 년 전 공룡이 멸종할 때 포유류가 살아남아 진화를 계속하다가 결국 인류가 탄생한 이유가 여기에 있다. 원시 포유류가 밤의 세계로 진출하지 않았다면 우리 인류도 없었다.