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- 약 3억 8천만 년 전, 최초의 척추동물들이 육상 생활에 적응하기 시작
- 초기 사지동물의 생활 주기는 양서류보다는 인간이나 어류의 생활 주기와 더 유사
- 파충류는 자손이 알 속에 더 오래 머물면서 다리를 발달시키는 방향으로 진화

동물들이 어떻게 해안으로 갔을까

약 3억 8천만 년 전, 최초의 척추동물들이 육상 생활에 적응하기 시작했다. 이전에는 양서류가 가장 원시적인 형태 중 하나로 여겨졌는데, 그 이유는 어린 시절에는 물에서 발달하고 변태 후에야 육지에서 살 수 있었기 때문이다. 그러나 여러 고대 육상 개척자들의 화석화된 어린 개체에 대한 분석은 이러한 이론을 반박한다. 

▲ 현대 양서류와 달리 원시 사지동물의 어린 개체는 성체로 발달하는 과정에서 변태를 거치지 않았다. 사진: © Berit Godring

수생 올챙이에서 육지에서 생존할 수 있는 성체로 진화하는 현대 양서류의 발달 과정은 최초의 척추동물이 육지로 진화하는 과정을 빠르게 되짚어보는 듯하다. 실제로 과학자들은 오랫동안 양서류가 모든 육상 척추동물 중 가장 원시적인 형태, 즉 사지동물이라고 여겨왔다. 시카고 필드 자연사 박물관의 제이슨 파르도는 "우리 중 많은 사람이 학창 시절에 진화의 역사를 단순화해서 배웠다. 어떤 물고기는 양서류로, 어떤 양서류는 파충류로, 또 어떤 파충류는 포유류로 진화했다는 것이다"라고 말했다.

하지만 원시 올챙이는 언급조차 되지 않았다.

이제 파르도와 그의 동료 아르얀 만은 전혀 다른 그림을 보여주는 화석들을 분석했다. 두 연구자는 일리노이주 마존 크릭 지층에서 발견된, 물고기에서 사지동물로 진화하는 과정에 있는 다양한 종의 어린 개체 화석을 조사했는데, 이 화석들은 연조직을 포함한 미세 구조가 놀라울 정도로 잘 보존되어 있었다. 일부 사지동물 새끼들은 부화한 지 얼마 되지 않아 죽었고, 많은 경우 골격의 상당 부분이 아직 골화되지 않은 상태였다.

양서류와 유사한 어린 개체라면 이 시기에 아가미가 있었을 것으로 예상되며, 화석에서는 아가미의 홈이 명확하게 보인다. 그러나 조사된 모든 표본에서 이 중요한 특징이 발견되지 않았다. 파르도 연구원은 "어류에서 사지동물로의 전환기에 있는 다양한 계통을 대표하는 여러 종을 조사했지만, 그 어느 종도 올챙이와 조금이라도 닮지 않았다는 것을 발견했다"고 말했다. "올챙이가 없다면 변태도 없다. 이 초기 사지동물의 생활 주기는 양서류보다는 우리 인간이나 어류의 생활 주기와 더 유사하다.“

▲ 초기 육상 척추동물의 새끼는 부화 직후 다리가 없었다. — © Arjan Mann

사지 발달

따라서 이 연구는 최초의 네발 척추동물이 양서류처럼 자랐다는 근본적인 전제를 반박한다. 연구진은 어린 동물들이 변태 과정 없이 육상 형태로 직접 발달했다는 증거를 발견했다. 하지만 파르도와 만이 관찰했듯이 이러한 발달 또한 점진적으로 이루어졌다. 예를 들어, 많은 어린 사지동물의 사지는 부화 후에야 발달했다. 현대 양서류의 유충과 마찬가지로, 이 어린 사지동물들도 생애 초기에는 아가미 없이 물에서 생활했다. 그들은 "가속화된 사지 발달은 초기 사지동물이 육지로 완전히 전환하기 위한 전제 조건이었을 수 있다"고 썼다.

이 시점에서 후기 양서류와 파충류의 조상은 분화되었을 가능성이 있다. 파충류는 자손이 알 속에 더 오래 머물면서 다리를 발달시키는 방향으로 진화한 반면, 양서류는 다리가 없는 자손에게 일시적으로 아가미를 부여하여 물에서의 초기 생활 단계를 준비하는 것이 더 유리했다. 따라서 변태는 육지로의 전환을 위한 필수 조건이 아니라, 오히려 후기 적응 과정이었다.

출처:
Jason Pardo (Field Museum of Natural History, Chicago) et al., Science, doi: 10.1126/science.aeb7635

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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