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2013년 11월 21일 목요일

호박이 밝힌 중생대의 비밀 - 공룡은 산소가 희박한 환경에서 진화했다 ?



 지구가 막 생겼을 무렵, 대기 중에는 산소가 거의 존재하지 않았습니다. 한참의 세월이 흐른 후에야 생물활동의 결과물로 대기중에 산소가 생겨났죠. 산소의 등장은 지구의 생명진화에 획기적인 사건이었는데 산소를 이용한 화학 반응을 통해 많은 에너지를 만들어 낼 수 있기 때문입니다. 이후 다세포 생물의 진화와 생물의 몸이 커진 것은 산소 농도가 높아진 덕에 가능한 일이었습니다. 지금으로부터 3 억년인 석탄기에는 현재의 석탄을 형성한 식물들이 왕성하게 번성해서 대기 중 산소 농도가 30% 를 넘기도 했습니다.  


 하지만 실제로 수억년전의 산소 농도를 측정한다는 것은 쉬운 일은 아닙니다. 대부분 간접적인 방법을 동원해 산소 농도를 측정하게 되는데 연구에 따라서 추정치에 차이가 존재할 수 있습니다. 최근 인스부르크 대학 (University of Innsbruck) 의 랄프 타페트 (Ralf Tappert) 가 이끄는 국제 과학자팀은 나무의 수지가 굳어서 만들어진 화석인 호박 (Amber) 을 분석해서 트라이아이스기 당시 산소 농도가 생각보다 낮았다고 주장했습니다.  



(식물을 포함한 호박.  이런 호박은 수백만년동안 변하지 않고 보존되기 때문에 고생물학자들에게 매우 중요한 자료를 제공합니다.   The team analyzed amber samples from almost all well-known amber deposits worldwide. This amber originates from the Cretaceous period, an inclusion of foliage of the extinct conifer tree Parataxodium sp. from the Foremost Formation at Grassy Lake, Alberta, Canada. It is approximately 77 million years old. (Credit: Ryan C. McKellar) ) 


 유럽, 캐나다, 미국의 고생물학자, 생화학자, 광물학자들로 구성된 과학자팀은 전세계에서 발견된 호박을 조사해 지구의 역사에서 대기 산소 농도를 간접적으로 측정했습니다. 이들이 재구성한 가장 오래된 연대는 2억 2000 만년 전으로 총 412 개의 화석화된 수지 (resin 혹은 호박 amber) 와 126 개의 현대 수지를 분석해서 비교했습니다.  


 식물의 경우 광합성을 하는 과정에서 대기 중 탄소를 흡수하게 되는데 이 때 지구 대기의 산소 농도에 따라 12C / 13C 같은 탄소 동위원소의 비율이 영향을 받게 됩니다. 이들이 분석한 연구팀은 2억 2000 만년 전의 대기 중 산소 농도가 오늘날의 21 % 보다 더 낮은 10 - 15% 사이였다고 추정했습니다.더 나아가 중생대 상당 부분의 산소 농도도 현재보다 낮은 것으로 추정했습니다. 이 부분은 기존의 연구 결과들과 다른 내용입니다. 이 주장에 의하면 공룡이 진화하던 환경인 트라이아이스 (2억 5000 만년에서 2억년 정도) 중기부터 중생대 대부분이 지금보다 산소 농도가 낮았던 것이 되기 때문입니다.  


 보통 더 큰 몸집을 유지하기 위해서는 더 높은 농도의 산소가 유리합니다. 따라서 몸집이 커지는 방향으로 진화가 이뤄지는 gigantism 을 설명하는 가장 흔한 이론 가운데 하나는 대기 중 산소 농도가 올라갔다는 것입니다. 공룡의 진화에 있어서도 높은 산소 농도가 몸집의 거대화를 이룩할 수 있었던 비결로 생각되어 왔습니다. 하지만 이 새로운 연구는 이와 같은 이론에 의문을 제기하고 있습니다.


 과연 진실은 어떤 것인지 궁금하지만 아무튼 중생대 지구 대기의 산소 농도가 어느 수준인지를 두고 다시 한번 과학자계에서 논란이 일게 될 것으로 보입니다. 개인적으로는 그렇게 산소가 희박한 환경에서 대형 척추 동물이 진화하기는 힘들지 않았을까 하는 의견입니다. 하지만 과학자라면 연구 과정에서 기존에 알려진 것과 다른 사실을 발견했을 때는 사실대로 학계에 발표하는 것이 (물론 잘못된 연구가 아니라는 검증을 스스로 충분히 거친 후에 말이죠) 순리 입니다. 앞으로 이 부분에 대한 다른 흥미로운 후속 연구가 있지 않을까 생각되네요. 


 참고 

Journal Reference:
  1. Ralf Tappert, Ryan C. McKellar, Alexander P. Wolfe, Michelle C. Tappert, Jaime Ortega-Blanco, Karlis Muehlenbachs.Stable carbon isotopes of C3 plant resins and ambers record changes in atmospheric oxygen since the Triassic. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2013; 121: 240 DOI: 10.1016/j.gca.2013.07.011
     

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