화석 소동

어떻게 생명이 폭발적으로 증가해 온갖 다양한 새로운 유기체가 생기고, 그 가운데 일부는 딱딱한 껍질과 뼈, 치아가 발달해 지구 생물의 영원한 박물관인 화석이 되었을까?

1. 초기의 생명체

약 10억 년 전까지는 지구의 생물이 오직 두 가지 종류로만 이루어져 있었다. 하나는 노폐물로 메탄과 산소를 배출하는 최초의 생물인 단순한 단세포 박테리아였고, 하나는 갈수록 풍부해지는 공기 속 산소를 먹고 사는 훨씬 새롭고 복잡한 다세포 유기체였다. 

그런데 원래는 단순한 세포들이 여럿 융합해 복잡한 세포가 되면서 탄생한 이들 복잡한 생명체 안에서 작지만 중요한 혁명이 일어나기 시작했고, 이를 통해 온갖 다양한 생물이 폭발적으로 증가할 수 있는 길이 열렸다.

수십억 년 동안, 그러니까 아마도 약 10억 년 전까지는 점점 세포가 복잡해지고 정교해지기는 했어도 이들 미생물이 지구상에 존재하는 유일한 생명체였다. 그런데 무언가가 진화의 속도에 불을 붙여 진화의 속도가 눈부실 정도로 엄청나게 빨라졌다.

생물들에 껍질과 뼈, 이가 생겨 이것들이 화석이 되어 암석에 자국을 남기기 시작한 것이 겨우 5억4500만 년 전부터라, 그 전에는 생물이 어떻게 생겼는지를 말해주는 증거가 남아 있지 않은 탓이다.

그런데 생물이 화석을 남기기 전에 유성생식이라는 완전히 새로운 형태의 복제를 하기 시작했고, 이것은 생물이 진화하는 방식을 혁명적으로 변화시켰다.

2. 세포의 복제와 유성생식

세포들이 처음 자신을 복제하기 시작했을 때에는 복제된 세포들이 대부분 자신의 부모와 똑같았다. 어쩌다 복제 시스템에 오류가 발생했을 때만 복제된 세포가 부모가 달랐다. 오류는 좋은 것일 수도 있었고 나쁜 것일 수도 있었을 것이며, 좋은 것일 때는 새끼 세포가 살아남고 나쁜 것일 때는 아마 죽었을 것이다.

그런데 유성 생식이 일어나면 언제나 새끼 세포가 부모 세포와 다르다. 일반적으로 부모는 둘인데, 하나는 수컷이고 하나는 암컷이며, 이 둘의 유전자가 합쳐져서 둘의 것을 조금씩 가진 새로운 존재가 만들어진다.

이는 곧 새로운 세포는 늘 이세상에 하나밖에 없는 유전자 정보를 갖게 된다는 말이며, 이렇게 되면 지구 생물의 다양성이 크게 증가된다. 물론 새끼 세포의 유전자 정보가 기본적으로는 부모 세대의 유전자 정보가 섞인 것이라 새끼가 부모로부터 어떤 특징을 물려받을 수는 있다. 

좋은 오류가 부모 가운데 한쪽이나 양쪽으로부터 새끼에게 전달되어 새끼가 번성하는 데 도움이 될 수도 있다. 나쁜 오류 역시 부모로부터 유전되거나 새끼 자신에게 생길 수 있어, 이런 경우에는 대개 새끼가 죽어 없어져 전체적으로 보면 결국 지구에 남은 생명체들이 더욱 강해지는 결과를 낳을 것이다.

  3. 유전 법칙

유성 생식은 생물의 다양성이 아주 빠르게 증가하도록 도와, 유성 생식이 발생하지 않았다면 걸렸을 세대보다 훨씬 적은 세대 만에 지구의 생물이 지구의 혹독한 환경에서도 살아 남을 수 있도록 해주었다.

생명체가 진화해 아주 단순한 미생물이 되는 데 25억 년이 걸렸는데, 그것이 완전히 달라져 어류와 양서류, 파충류에서 풀과 나무, 새, 포유류, 인간에 이르기까지 오늘날 우리가 아는 모든 것이 되는 데 걸린 시간은 25억 년의 반도 안 되었다.

그레고르 멘델은 수도사로 1822년에 태어나 생애의 대부분을 자연에 파묻혀 살았고, 특히 그가 연구하면서 즐겨 찾던 수도원의 식물원에서 많은 시간을 보냈다. 그는 종류가 다른 완두콩이 수천 종이나 자라는 것에 매료되었고 이 식물원에서 그런 자신의 호기심을 충족시킬 수 있었다.

멘델 수도사를 자극한 것은 이 조금씩 다른 식물들의 씨가 싹이 터서 자랄 때 그 식물들의 차이 또는 특성이 대개는 다음 세대에서도 나타난다는 사실이었다. 새싹들은 부모 식물로부터 어떤 특징을 물려받았다. 

멘델은 1865년에 <식물 교배 실험>이라는 논문에서 이런 유전 개념을 기술하고, 어떻게 유성 생식을 통해 살아 있는 생물의 특징들이 한 세대에서 다음 세대로 전달되는지를 예측할 수 있게 해주는 여러 가지 유전 법칙을 찾아냈다. 그러나 1884년에 죽을때까지 자신의 연구로 전혀 유명해지지 않았다. 

4. 화석의 발견

1946년 아주 오래된 땅을 연구하다가 표면에 얕게 톱니 모양이 나 있는, 이상하게 생긴 암석을 발견했다. 이것은 평범한 암석이 아니라 시간과 자연의 힘이 새겨놓은 이상하고 기괴하고 놀라운 형상들이 확인되는 화석들이었다.

이것들은 세상에서 가장 오래된 다세포 생물 화석이다. 작은 바다 딱정벌레처럼 보이는 것에서부터 납작하고 마디가 있으며 길이가 1미터까지 자랄 수 있는 것에 이르기까지 아주 다양한 수생 생물을 보여준다. 육안으로 볼 수 있는 생물 가운데 이 시대의 것으로서 지금까지 발견된 것은 100가지가 넘으며, 이것들은 러시아와 아프리카 서남부, 캐나다 북서부를 비롯해 세계 여러 곳에서 발견되었다.

지구상의 생물이 약 6억 년 전에는 육안으로는 볼 수 없을 정도로 아주 작은 박테리아의 수준을 넘어서서 크고 작은 새로운 형태의 생물로 진화했다는 것을 보여준다. 그 가운데는 해저에서 빈둥거리며 지나가는 미생물을 모조리 먹어치우는 투명한 젤리같은 얼룩덜룩한 생물도 있었고, 헤엄을 치거나 먹이를 사냥할 때 쓰는 작은 다리가 있는 것들도 있었다.

이러한 발견은 이것들이 발견된 지역의 이름을 따서 이 시대의 이름을 지었을 정도로 중요한 것이었다. 에디아카라기에는 생물이 눈에 보이지 않는 것에서 아주 색다른 것으로 변했다. 이 발견이 굉장했던 것은 이 화석들이 아주 오래된 것이었기 때문이다. 

5. 캄브리아기 생물화석

하지만 이 발견도 ‘캄브리아기의 대폭발‘이라고 부르는 것에서 곧 나타나게 될 생물의 양과 다양성에 비하면 아무 것도 아니었다. 캄브리아기는 5억4200만년 전부터 4억8800만 년 전까지 5400만 년 동안 지속되었다. 이때 처음 비로소 5억 년 전에는 지구상의 생물이 실제로 어떻게 생겼는지를 보여주는 완전하고 분명한 그림이 나타났다. 화석 기록이 실제로 나타나기 시작한 것이다

화석은 조사하는 사람이 지구상에 어떤 종류의 생물이 살았는지를 밝히는 데 매우 큰 도움이 된다. 1909년 화석 수집가 월컷은 높기로 유명한 캐나다 로키 산맥을 걸어가다가 그의 노새가 미끄러지면서 말굽이 벗겨져 흑색 셰일이라고 하는 반짝이는 암석 위로 굴러갔다.

흑색 셰일은 진흙과 찰흙이 단단하게 굳어서 만들어진 암석으로, 대개는 어떤 자국도 쉽게 볼 수 없을 정도로 아주 검다. 그런데 마침 햇볕이 수직으로 내리쬐어 무척 이상한 형태의 윤곽이 드러났다. 그것은 납작한 은색 화석이 줄지어 있는 완벽하게 보존된 캄브리아기 생물이었다. 

약 5억500만 년 전에 산비탈이 무너져 생물들이 질식해 즉사했는데 무너진 흙더미가 타임캡슐처럼 이것들을 영원히 묻어버린 것이었다. 월컷의 발견은 그때까지 발견된 가장 풍부한 화석들 가운데 하나가 되었다. 그는 결국 화석을 6만 점 넘게 수집했고, 그것들은 정말 다양하고 신기했다.

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