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2014년 1월 29일 수요일

뒷다리의 진화를 밝혀줄 틱타알릭

 

 사지동물 (Tetrapoda : 척추 동물 중 어류를 제외하고 양서류, 파충류, 조류, 포유류 처럼 네 다리를 가진 동물의 총칭. 날개나 팔처럼 앞다리가 변형된 동물도 포함) 의 진화는 매우 흥미로운 주제 중 하나입니다. 지금까지는 '뒷다리가 쏙~ 앞다리가 쏙~' 하는 올챙이 송의 주인공과는 반대로 초기 사지 동물의 뒷다리는 매우 빈약할 것으로 생각했는데 이를 뒤집을 수 있는 화석상의 증거가 틱타알릭 로제 (Tiktaalik roseae) 의 화석에서 발견되었다고 합니다. 


 사지 동물의 조상은 사실 몸통에 살덩어리 처럼 붙어 있는 앞뒤 두쌍의 지느러미를 가진 어류였습니다. 이들은 강가나 호수에서 진화하면서 얕은 물속에서 최초의 다리 같은 부속지를 진화시키는데 이 단계를 보여주는 기념비적인 화석이 2004 년 북극권에 인접한 캐나다의 섬인 엘레스미어 섬 (Ellesmere Island) 에서 발견됩니다. 


 이 화석을 발견한 것은 시카고 대학의 고생물학자인 네일 수빈 (Neil Shubin) 교수로 물고기에서 사지 동물로 진화하는 딱 중간 단계에 있는 전이종 (transitional species) 의 대표적 사례로 순식간에 학계의 주목을 받게 됩니다.  



(시카고 필드 박물관의 틱타알릭 화석  http://en.wikipedia.org/wiki/File:Tiktaalik_Chicago.JPG )  



(틱타알릭의 초기 복원도. 빈약한 뒷지느러미는 이제는 다소 수정할 필요가 생겼음. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Tiktaalik_BW.jpg ) 


 어류와 사지 동물의 중간단계 특성을 가진 때문에 틱타알릭은 Fishapod (Fish + Tetrapod) 라는 명칭으로 불리기도 하는데 특히 그 앞지느러미 + 앞발에 이런 특징이 잘 나타나 있습니다. 즉 틱타알릭의 앞발은 오늘날의 사지 동물처럼 어깨뼈 및 손목 관절을 가지고 있지만 끝 부분은 발가락 대신 지느러미를 가지고 있습니다. 이는 마치 깃털과 도마뱀의 골격을 가지고 있어 한 때 조류와 파충류의 중간 단계로 여겨졌던 시조새 같은 경우라고 할 수 있습니다.  


 고생대 데본기 (대략 419.2 ± 3.2 ~ 358.9 ± 0.4 Mya, 즉 4.2 억년에서 3.6 억년 정도 전) 의 얕은 강가에는 이 환경에 적응해서 진화한 총기어류 (lobe-finned fish. 실러캔스 같은 어류) 들은 몸통에서 돌출한 살덩어리 같은 지느러미 덕분에 강바닥의 진흙이 많은 환경에서도 쉽게 이동이 가능했습니다.  


 3억 8500 만년에서 3억 8000 만년 사이에는 마치 다리 처럼 수초와 진흙을 헤치면서 나가던 유스텐놉테론 (Eusthenopteron) 이나 판데리치티스 (Panderichthys) 는 이 환경에 더 적응된 Fishapod 들로 진화하는데 그 중 하나가 3억 7500 만년 전 살았던 틱타알릭 (Tiktaalik) 으로 생각되고 있습니다.  


 틱타알릭이 나중에 등장하는 다른 사지동물의 조상인지 아니면 당시에 존재했던 Fishapod 가운데 하나로 후손을 남기지 못하고 멸종했는지는 알 수 없지만 (현재는 시조새가 후자 같은 경우가 아니었는지 생각하고 있음) 다리 + 지느러미 형태의 사지를 가지고 있다는 점은 중요합니다. 그리고 대략 3억 6500 만년 전에는 아칸소스테가 (Acanthostega) 같은 보다 제대로된 발가락을 갖춘 초기 사지 동물들이 등장하게 됩니다.    




(총기어류에서 양서류로의 진화  http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fishapods.png )    


 그런데 사실 과학자들은 틱타알릭의 뒷다리/뒷지느러미가 어떻게 생겼는지는 잘 모르고 있었습니다. 또 골반뼈 (pelvic bone) 가 어느 정도로 진화 했는지도 확실치 않았습니다. 따라서 초기 복원도에서는 막연하게 작은 뒷지느러미로 묘사했는데 사실 이 복원도는 (위에 보이는 것 같 복원도) 잘못된 것이었습니다.  


 최근 시카고 대학의 네일 수빈 교수는 이전에 발굴 지점을 다시 조사해 틱타알릭의 나머지 골격 화석을 발견하는데 성공했습니다. 그리고 예상외로 잘 발달된 뒷다리와 골반뼈를 발견하고 이 결과를Proceedings of the National Academy of Sciences 에 발표했습니다.  




(틱타알릭의 새로운 복원도. 뒷지느러미와 골반뼈는 매우 잘 발달되어 있어 진흙바닥에서 앞으로 가는 추진력을 충분히 제공할 수 있었던 것으로 보임.  This is an updated illustration of Tiktaalik roseae in its natural environment. Credit: University of Chicago, Neil Shubin )    




(어류에서 사지 동물의 진화. 틱타알릭 로제 (위에서 중간) 의 골반과 뒷지느러미/다리가 복원 됨에 따라 더 정확한 뒷다리와 골반의 진화에 대한 정보를 알게 됨.   Updated reconstruction of the skeleton of Tiktaalik roseae based on the new material. Credit: John Westlund, University of Chicago.)  



(동영상 )  


 이 복원 결과는 매우 놀라운데 틱타알릭 로제가 생각보다 큰 골반을 가지고 있었기 때문입니다. 그리고 관골구 (Acetabulum : 골반뼈에 있는 둥근 홈으로 대퇴골과 관절을 이루는 부분) 도 잘 발달되어 있어 뒷지느러미/다리를 꽤 자유롭게 사용했을 것이라는 추측을 가능하게 만듭니다. 다른 한편으로 이 골반뼈에는 iliac process 는 존재하지만 sacral rib 이나 좌골 (ischium) 은 붙어 있지 않은 원시적 특징도 같이 발견되었습니다.  


 개인적인 의견이긴 한데 틱타알릭 로제는 올챙이 송의 주인공처럼 뒷다리가 먼저 진화된 건 아니지만 적어도 앞다리보다 늦게 진화한 건 아니라는 사실을 보여주는 것 같습니다. 이 녀석이 살았던 강바닥에서는 뒷다리 내지는 뒷지느러미로 바닥을 박차고 나가는 게 추진력을 얻기 더 적당할 것이고 그렇게 생각하면 최소한 뒷다리가 앞다리보다 더 튼실한 건 그럴듯해 보입니다. 과거에는 틱타알릭이 현재의 망둥이와 비슷하게 주로는 앞지느러미와 꼬리를 이용해 움직였다고 믿었지만 이 발견으로 이와 같은 의견은 수정 될 것 같네요.  


 한편 틱타알릭이 정말 사지 동물의 직접적인 조상인지에 대해서는 아직 논란이 있습니다. 왜냐하면 2010 년 네이처에 틱타알릭의 시대보다 더 전에 사지동물의 발자국 화석으로 의심되는 화석이 보고되었기 때문입니다. 이것이 진짜라면 틱타알릭은 살아있는 화석 같은 존재이고 실제 사지동물의 조상은 따로 존재할 가능성도 있습니다. (즉 중간 단계 전이종인데 오래 살아남은 경우로 현재의 실러캔스나 멸종된 시조새와 비슷한 경우) 그러나 아직 분명하지는 않습니다.


 아무튼 계속해서 발굴하다보면 새로운 사실들이 계속 발견되겠죠. 그리고 그 때 마다 진화 계통도와 복원도들도 조금씩 변하지 않을까 생각됩니다.  


 참고


Journal Reference   

1. Neil H. Shubina, Edward B. Daeschlerb, Farish A. Jenkins, Jr.  Pelvic girdle and fin of Tiktaalik roseae.  893–899, doi: 10.1073/pnas.1322559111 






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