(An artist's rendering of a prehistoric jawed fish from the Late Devonian called Dunkleosteus. These sorts of large, active vertebrates evolved shortly after the deep ocean became well-oxygenated. Credit: 2008 N. Tamura / CC-BY-SA)
고생대의 네 번째 시기인 데본기는 어류의 시대로 불립니다. 이전까지는 비교적 마이너 그룹이었던 척추동물이 이 시기 급격히 진화해 생태계에서 주도적인 위치를 차지했기 때문입니다.
지금은 사라진 판피류를 비롯해 연골어류, 경골어류가 다양하게 진화했으며 경골어류의 주요 그룹인 조기어류와 육기어류 역시 이 시기에 분화됐습니다. 육기어류의 일부가 지상에 상륙을 시도하면서 사지류의 조상으로 진화하기 시작한 시기이기도 합니다.
데본기에 이르러 둔클레오스테우스 같은 거대 판피류를 포함해 다양한 어류가 진화한 이유는 아직도 잘 모릅니다. 하지만 최근 과학자들은 산소 농도의 증가가 중요한 원인이라는 증거를 발견했습니다.
듀크 대학의 마이클 킵 교수 (Michael Kipp, assistant professor of Earth and climate sciences in the Duke University Nicholas School of the Environment)가 이끄는 국제 과학자 팀은 고생대 시기인 5억 4100만 년 전부터 2억 5200민 년 전 사이 바다였던 대륙 가장자리 지층에서 암석 샘플을 얻어 분석했습니다.
연구팀이 집중한 것은 셀레늄 동위원소로 이를 분석하면 당시 바다에 녹아 있던 산소의 양을 알 수 있습니다. 연구 결과 해양 산소 농도는 두 차례에 걸쳐 크게 증가했습니다. 한 번은 캄브리아기 대폭발이 일어나 현생 동물문의 조상이 대부분 등장한 5억 4000만년 전이고 다른 하나는 어류의 진화가 빠르게 진행된 3억 9300만 년에서 3악 8200만 년 사이입니다.
특히 후자의 경우 깊은 바다까지 산소 농도가 높아져 큰 동물이 진화할 수 있을 만큼 바다의 생활권이 넓어졌습니다. 그 결과 척추동물처럼 크고 복잡한 생물이 다양하게 진화할 수 있는 기반이 마련된 것으로 보입니다. 그리고 이때 올라간 깊은 바다의 산소 농도는 지금까지 유지되고 있습니다.
이때 산소 농도가 올라간 이유는 정확히 모르지만, 연구팀은 당시 육지로 진출해 자리잡기 시작한 육상 식물이 원인일 가능성이 높다고 보고 있습니다. 과거와 달리 육지에서도 광합성을 통해 대량의 산소를 공급하면서 지구의 전체적 산소 농도가 상승했고 지금까지 이 추세가 이어졌다는 것입니다.
이 가설이 맞다면 지금 인간이 있을 수 있는 것은 육상 식물의 오랜 조상 덕분일지도 모릅니다.
참고
https://phys.org/news/2025-08-deep-ocean-oxygen-marine-habitats.html#google_vignette
Kunmanee Bubphamanee et al, Mid-Devonian ocean oxygenation enabled the expansion of animals into deeper-water habitats, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2501342122
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