지구 최초의 해면동물

최근에 오만과 호주의 6억 3,500만 년 된 지층에서 해면동물 화석 유적이 발견되었습니다. 이 유기체들은 단순하기는 해도 확실하게 최초의 동물을 대표하기 때문에 생명체의 역사가 크게 발전한 셈입니다.

 

19세기 중반에 자연 선택에 의한 진화론으로 자연계를 보는 우리의 시각을 바꿔 놓은 찰스 다윈은 당시에 알려져 있던 화석 기록들이 더 작은 단세포 조상들로부터 다세포 후생동물이 발달했다는 기본적인 진화설에 별로 증거가 되지 못한다는 것을 굉장히 잘 알고 있었습니다.

 

당시 화석 기록에는 선캄브리아기 후기 선조들에 관한 기록이 전혀 없어서 해면동물부터 절지동물에 이르는 풍부하고 다양한 형태의 동물들이 약 5억 4,200만 년 전인 캄브리아기 초기에 갑자기 나타난 것처럼 보였습니다.

 

다시 백 년이 흐르고 나서야 고생물학자들은 최초의 선캄브리아기 후기 생명체들의 유적을 발견하기 시작했습니다. 그때도 에디아카라 생물군의 연체 유기체들은 다윈의 동물 진화라는 깔끔한 개념에 들어맞지 않는 것 같앗습니다. 따라서 에디아카라가 분류학자들에게 새로운 문제를 제시했을지도 모릅니다. 

 

하지만 적어도 에디아카라는 당시에 커다랗고 다세포인 생물체가 존재했음을 보여줍니다. 그리고 아주 최근에 발견한 가장 원시적인 동물과 관계가 있어 보이는 화학 화석과 몸체 화석은 진화적 틈을 메우는 데 도움을 주고 있습니다. 이 6억 3,500만 년 된 초기 해면동물의 화석화 흔적은 최초의 후생동물이 눈덩이 지구 빙기의 극단적인 기후 속에서 진화했을 뿐만 아니라 널리 번성했다는 두 가지 독립적인 증거를 제시합니다.

 

오만에서 발견된 흔적

화석의 일반적인 모습은 암석 지층에 박혀 있는 껍질과 뼈 중 하나이며, 대부분의 화석들이 실제로 유기체의 부드러운 부분이 썩어 없어진 후에도 남아 있는 단단한 부분으로 형성됩니다. 이런 연조직들은 대부분 물로 이루어졌지만 다양한 유기 화합물도 포함하고 있거, 그중 일부가 장시간 동안 암석 속에서 보존될 수 있습니다.

 

비록 이것을 회수하고 그 기원을 입증하는 것은 어렵지만, 이런 화학 화석들은 단단한 몸체 조직이 발달하기 이전인 선캄브리아기에 쌓인 지층에서 귀중한 생명의 증거를 제공합니다. 또한 이런 화학적 특성은 다윈이 이 고대의 암석에서 예측했던 굉장히 단순한 동물군, 바로 해면동물과 관련되어 있을 수 있습니다.

 

해면동물은 기본적으로 연체 세포로 이루어졌지만 종종 침골이라고 하는 가시 모양과 별 모양 조직으로 이루어진 정교한 골격으로 지지됩니다. 이 침골은 세 가지 주요 해면동물군 안에서 다양하게 조성됩니다.

 

육방 해면류에서는 이산화규소로 만들어졌고, 석회해면류에서는 탄산칼슌으로 이루어졌으며, 보통해면류에서는 유기 단백질 해면질을 포함한 다양한 물질로 되어 있습니다. 육방해면류의 골격 유물은 캄브리아기 초기 지층에서 나왔고, 약 7억 5천만 년 된 암석에서 보통해면류의 것으로 보이는 침골도 나왔습니다. 두샨투오 배아가 육방해면류 성장의 초기 단계를 나타낸다는 주장도 있습니다.

 

하지만 2009년이 되어서야 매사추세츠 공과대학 과학자들이 현존하는 보통해면류를 대표하는 수많은 화학 화석을 발견하여 6억 3,500만 년 이상 된 원시 후생동물의 존재를 입증하는 확실한 증거로 제시했습니다.

 

지구생물학자 로저 시몬스와 그의 팀은 지구상에서 가장 오래된 것으로 알려진 석유 저장층과 연결된 오만에 있는 유정에서 채취한 샘플을 분석했습니다. 여기서 그들은 굉장히 회복력이 강하고 독특한 탄화수소 생물 지표를 찾아냈습니다.

 

가장 주목할 만한 것은 24-아이소프로필콜레스테인이라고 알려진 탄소 30개의 스테로이드 분자입니다. 이 복잡한 분자는 자연계에서는 보통해면류에만 있는 것으로 알려져 있고, 오만에서 채취한 여러 석유 샘플에서 이 분자가 나왔다는 것은 고대 해저 환경에서 이 해면동물들이 번성했다는 것을 의미합니다. 비록 몸체 화석은 아직까지 발견되지 않았지만 말입니다.

 

석유 저장층은 중간에 있는 화산재 층 덕택에 연대를 파악할 수 있으며, 결정적으로 샘플과 주변 암석들을 엄격하게 시험해서 이 분자들이 더 어린 지층에서 끼어든 오염물이 아니라는 것도 확인했습니다.

 

호주에서 발견된 몸체

2010년에 프린스턴 대학의 애덤 말루프가 이끄는 팀이 남호주 플린더스산맥의 크라이오제니아기 지층에서 해면동물 같은 모양의 몸체 화석을 발굴했습니다. 이 화석들은 오만의 석유 퇴적층보다 500만 년쯤 더 오래된 것으로 추정되었습니다.

 

몇 밀리미터 너비의 이 화석들은 스트로마톨라이트 석회암에서 발견되었고 일련의 내실 및 관들을 가진 불규칙한 모양의 유기체들로 이루어져 있었습니다. 문제는 호주의 화석에는 해면동물이 물을 뱉어 내는 커다랗고 특징적인 분출구가 없고, 침골도 없어보여서 일반적으로 인정하는 해면동물 몸체 구조와는 맞지 않았습니다. 그러나 이 화석들은 이런 구조가 아직 완전히 발달하지 않은 원시 해면동물의 잔해일 수도 있습니다. 만약 그렇다면 오만의 생물 지표도 같은 해면동물 선조에서 나온 것일 수 있습니다.

 

이 모든 증거들은 해면동물이 눈덩이 지구 후반기 동안 자신의 자리를 훌륭하게 확립했으며 6억 6천만 년 전에서 6억 3,500만 년 전의 세계적인 마리노 빙기와 이후의 가스키어스 빙기에도 살아남을 수 있었음을 보여 줍니다. 

 

심지어 캄브리아기에 최초의 갑각류가 나타나기 1억 년 전에도 천해에는 이 초기 동물들을 먹여 살릴 정도로 충분한 산소가 녹아 있었던 듯 합니다. 더 오래된 화학 화석과 몸체 화석을 찾으려는 노력은 당현히 계속될 것이고, 새로운 종류의 생물 지표 분자가 나와서 최초의 동물이 나타난 시기를 더 명확하게 알려 주는 데 도움이 되기를 바랍니다.