지구상 최초의 화석

남아프리카 금광에서 발견된 32억 년 된 것으로 추정되는 미화석 유기체는 지구상 생명체 중에서 가장 오래된 화석 증거로 여겨집니다. 이 화석들은 최초의 생명체 형태에 대해서 무엇을 알려줄까요?

 

19세기 말에 찰스 다윈 종의 기원이 출간되면서 복잡한 생명체가 출현하기 전부터 있었던 고대 암석에서 원시 유기체의 화석이 곧 발견될 거라는 기대가 솟구쳤습니다. 1859년 종의 기원이 출간되었을 때 생명체의 화석 기록은 이미 초기 캄브리아기 지층까지 추적되었기 때문에 선캄브리아기 암석에서 더 원시적인 화석이 발견될 거라는 기대감이 사방으로 번졌습니다. 하지만 이런 기대감이 충족된 것은 거의 한 세기가 지나서였고, 오늘날에도 지구상 최초의 생명체의 화석 흔적은 추적하기가 상당히 힘듭니다.

초기 생명체를 화석 형태로 찾기가 어려운 주된 이유는 화석화 공정 그 자체 때문입니다. 살아 있거나 최근에 죽은 유기체의 시체가 암석에 보존되는 것은 쉬운 일이 아니고, 유기체가 뼈나 껍질, 목질 같은 물리적, 화학적으로 단단한 조직을 가지고 있는 경우에도 부패, 매장, 화학적 변성을 일으키는 과정에서 일반적으로 가장 강한 부분을 제외하면 전부 다 사라지게 마련입니다.

 

선캄브리아기 생명체들은 전부 연조직이었기 때문에 이 조그만 유기체들이 보존될 가능성이 낮은 것도 당연한 일입니다. 게다가 암석이 오래될수록 광범위한 변형이나 재구성을 거치지 않고 살아남을 가능성은 더 적어집니다.

 

건플린트 미생물상

1950년대에 최초로 진짜 선캄브리아기 화석이 마침내 캐나다 온타리오 서부에 있는 수비리어 호수 북쪽 연안을 따라 노출된 호상철광층인 건플린트 처트에서 발견되었습니다. 하지만 그러고도 10년이 더 지나서야 이 단세포 유기체의 현미경 분석 결과가 발표되었습니다.

 

화석은 대부분 작은 구형과 막대형, 사상체형으로 길이는 0.1mm가 채 안 되었고, 오늘날에는 일반적으로 시아노박테리아라고 하는 광합성 미생물을 나타내는 것으로 여겨집니다. 이들은 규산염이 풍부한 퇴적암 처트 안에 놀랄 만큼 잘 보존되어 있었는데, 아마 유기체가 고대의 얕은 해저에서 부패하기 전에 유기체의 연약한 세포막을 아주 빠르게 감싸고 보존해서 만들어졌을 것입니다.

 

18억 8천만 년 된 것으로 추정되는 건플린트 미생물상의 역사와 보존성은 과학계를 놀라게 했습니다. 세세한 부분까지 잘 보존되어 있어서 일부 생물학자들은 처음에 그들이 좀 더 후대에 끼어든 것이라고 생각했을 정도였습니다. 건플린트 화석은 이제 더 이상 가장 오래된 화석은 아니지만, 여전히 가장 다양한 화석 중 하나입니다.

 

남아프리카 아크리타크

좀 더 최근의 발견으로 초기 화석 기록이 훨씬 옛날인 32억 년 전까지 거슬러 올라가게 되었습니다. 미화석의 귀중한 매장물은 지하 약 600m에 위치한 남아프리카 아그네스 금광 벽의 이암에서 발견되었습니다. 유기체 유물을 추출하는 것은 굉장히 섬세한 작업으로, 암석 샘플에 있는 무기 원소들을 플루오르화수소산과 염산으로 녹인 뒤 주변을 둘러싼 모암으로부터 유기물만을 빼내야 합니다. 그런 다음에 손으로 하나의 화석을 빼내 영상 기술을 이용해 조사합니다.

 

미화석은 대체로 지름이 최대 0.3mm인 단순하고 평평한 구형으로 이루어져 있습니다. 표면 장식이나 눈에 띄는 내부 구조가 없고, 지금까지 발견된 미생물 중에서 가장 오래되고 가장 큽니다. 일반적으로 아크리타크라고 분류되는 이 아그네서 광산 화석들은 지금까지 발견된 다른 선캄브리아기 아크리타크보다 약간 더 크지만, 훨씬 어린 암석에서 발견된 것들과 비교할 만합니다.

 

관련성 문제

아그네서 광산 화석을 채취하고 준비하는 과정을 대단히 꼼꼼하게 검수했기 때문에 고고학자들은 그 진위와 연대를 대단히 확신했고, 이런 구조를 만들 수 있는 비생물학적인 방법도 현재로서는 달리 없었습니다.

 

하지만 이것이 명백하게 살아 있었던 유기체의 잔해라고 해도, 이들의 생물학적 관계를 밝히는 것은 여전히 엄청난 과제입니다. 아주 기본적인 수준인 생명체의 세 가지 영역 고세균류, 세균류, 진핵생물류 중에서 어디에 속하는지를 알아내는 것조차 어렵습니다.

 

이 화석들은 알려진 고세균류보다는 더 큽니다. 일부 세균류가 이 크기까지 자라긴 하지만 세균류의 개별 세포들은 이런 식으로 보존되는 단단한 유기질 벽을 만들지 못합니다. 반면 광합성을 하는 군체형 시아노박테리아는 두꺼운 벽의 포낭을 만들 수 있지만, 마찬가지로 이 크기의 시아노박테리아 화석은 알려진 바가 없습니다. 한 가지 가능성 있는 추측은 아그네스 광산 아크리타크가 군체 상태에서 유기질 벽을 더 단단하게 만들도록 발달한 시아노박테리아의 선조라는 것입니다.

 

마지막 선택지는 화석이 훨씬 더 복잡한 진핵 세포 구조를 가진 단세포 생명체인 원생생물의 잔해라는 것입니다. 하지만 그 크기를 제외하면 화석들은 이런 관계를 뒷받침할 만한 어떤 특징도 보이지 않습니다.

 

최초의 진핵 세포도 그보다 훨씬 뒤에 발달한 것으로 여겨집니다. 가장 오래된 것으로 확인된 원생생물 화석은 18억 년 정도 되었고 중국의 창청 지층에서 발견되었습니다. 창청 화석은 아그네스 광산 화석과 비슷한 크기지만 확실하게 진핵생물의 특성을 드러내는 복잡한 다중볍 구조를 갖고 있습니다.