[책걸상 '벽돌 책' 함께 읽기] #27. <경이로운 생존자들>

“ 여기에는 전설이 하나 있다. 그리고 마이크는 그 전설이 사실이라 믿고 있다. 장학금 관리자가 얼마 남지 않은 돈을 가져다가 경마에 모두 걸어서 큰 돈을 벌었고, 그래서 갑자기 마이크가 호주의 화석과 현존 육식동물에 대해 박사학위 공부를 계속 할 수 있는 1년 치 연구비가 더 생겼다는 이야기다. ”

“ 매립지가 되는 대신 이 구덩이는 유네스코 세계문화유산이 됐다. UN이 문화적, 역사적, 과학적으로 뛰어난 영향력을 갖고 있다고 판단해 유네스코 세계문화유산으로 지정한 곳은 전 세계적으로 1100곳 정도밖에 없다. 이 메셀 구덩이가 세계 문화유산으로 지정된 이유는 광산 또는 해당 지역에서 있었던 인류의 역사와는 아무런 상관도 없다. 오직 검은 이판암 안에서 발견된 화석 때문이었다. 이 화서들은 에오세 중기인 약 4800만 년 전의 훨씬 오래된 역사적 이야기를 들려준다. 이때는 최초의 태반 포유류 공동체가 팔레오세의 뉴멕시코에서 번성했던 시간이다. ”

“ 이 포유류 공동체는 종이 더 많아서 생태, 식습관, 체형, 행동 등이 팔레오세의 뉴멕시코 동물상이나 팔레오세 다른 어떤 포유류 생태계보다도 훨씬 다양했다. 팔레오세가 백악기보다 더 다양했던 것처럼 에오세도 팔레오세보다 더 풍요로웠다. 그리고 그것 말고도 매세의 포유류는 두드러지는 특징이 두 가지 더 있다. 메셀 호수에 보물 같은 화석이 매장되는 동안 다구치류는 멸종의 길을 걸었고 약 3400만 년 전에 에오세가 끝날 즈음에는 사라져 있었다. 메셀 동물상의 두 번째 중요한 측면은 이 태반류가 우리도 알아볼 수 있는 것들이었다는 점이다. 우리는 이 동물들을 현존하는 주요 집단으로 분류할 수 있다. ”

“ 하지만 계통수에 대한 이런 접근 방식은 한 가지 심각한 문제를 갖고 있었다. 바로 수렴진화다. 서로 다른 두 생명체가 비슷한 환경의 압력에 직면하면 동일한 특성을 독립적으로 진화시킬 수 있다. 발굽을 예로 들어보자. 발굽이 오늘날 발굽을 달고 있는 모든 종의 공통 선조에서 딱 한 번만 진화해야 한다는 법은 없다. 그보다는 몇 번에 걸쳐 독립적으로 발달해 나왔을 수도 있다. 서로 친척관계가 먼 다른 종이라도 탁 트인 평야에서 더 빠르게 달려야 살아남을 수 있었다면 말이다. 심슨과 노바체크도 이런 결점을 알고 있었지만 이들에게는 수렴진화로부터 공통의 선조를 분리해낼 수 있는 도구가 없었다. 여기서 DNA가 구세주로 나타났다. 하지만 한참 후인 1990년대가 되어서야 등장했다. 이때는 과학 역사상 가장 위대한 성취 중 하나인 인간 유전체 프로젝트의 시대였다. 이것은 인간의 유전암호를 지도로 작성해서 모든 인류의 공통 토대를 밝히는 프로젝트였다. 이때는 또한 DNA 지문 분석이 법 집행에서 흔히 사용되는 기법으로 자리 잡아서 그 덕분에 많은 살인자를 감방에 가둘 수 있었던 시대이기도 했다. 이 모든 것의 뒤에는 유전자 염기서열 분석 기술의 발전이 있었다. 이 기술은 본질적으로 인간의 조직을 기계에 집어넣으면 그 기계가 화학 반응을 이용해 A, C, G, T 등의 글자로 이어지는 유전암호를 줄줄이 판독해내는 기법이다. 이와 동일한 기술을 동물의 조직에도 적용할 수 있었고 머지않아 계통수 구축에 필요한 완벽한 증거들이 넘쳐나게 됐다. ”

“ 실질적으로 이것은 다른 종에게는 없지만 특정 종끼리는 공유하는 DNA 돌연변이를 바탕으로 종들을 묶어서 계통수를 구축한다는 의미다. 발굽이나 치아의 발달과 마찬가지로 각각의 돌연변이도 별개의 진화적 사건이다. 해부학적 특성처럼 DNA도 수렴진화의 영향을 받을 수 있다. 하지만 이것은 그렇게 큰 문제가 되지 않는다. 서로 비교해볼 수 있는 염기성이 잠재적으로 수십억 개 존재하기 때문에 몇 안 되는 수렴 돌연변이는 쉽게 걸러낼 수 있다. 마침내 고생물학자들은 두 포유류가 공유하는 해부학적 특성이 선조가 같아서 그런 것인지, 따라서 그것을 계통수 구축에 이용할 수 있는 것인지, 아니면 수렴이 만들어낸 착시 효과인지 가려낼 방법을 갖게 됐다. 그리고 더 나아가 고생물 학자들은 해부학적인 문제를 전혀 고민하지 않고도 분자 생물학자들과 함께 DNA를 이용해서 계통수를 구축할 수 있게 됐다. ”

“ 따라서 계통수의 전체적인 구조는 해부나 생태보다는 지리를 반영하고 있다. 태반류 하위 집단의 역사는 대체로 특정 대륙이나 땅덩어리에서 펼쳐졌고 이렇게 따로 살다가 이 하위집단들이 식습관이나 생활 방식에서 서로 수렴하는 경우가 많았다. 이는 대륙이 더 가까웠던 때에 하위집단들이 갈라져 나왔다가 대륙들끼리 멀어지면서 아프로테리아 상목과 빈치류가 각각 아프리카와 남아메리카 대륙에 고립되었음을 암시한다. 반면 북반구의 집단들은 백악기 이후로 북아메리카 대륙, 유럽 대륙, 아시아 대륙을 간헐적으로 연결해주던 고위도의 육교를 통해 더 자유롭게 왕래할 수 있었다. 이런 일반적인 패턴에 덧붙여 분산 사건이 일어나서 일부 아프로테리아상목 (매너티 매머드 등)과 빈치류 (아르마딜로 등)를 북쪽으로 영장류와 설치류 같은 북반구 종을 남쪽으로 퍼뜨렸다. ”

“ 팔레오세-에오세 최대온난기 또는 약자로 PETM이라고 하는 이 잠깐 동안의 기후변화는 지질학적 기록으로 남은 대표적인 지구온난화 사건이다. 현재의 기후 변화를 더 잘 이해해 지구가 어떻게 반응할지 예측해보려는 수많은 과학자가 PETM을 연구해왔다. 이것은 분명 우리가 현재 겪고 있는 곤경을 이해하기에 가장 적합한 고대의 사례라 할 수 있다. 하지만 그 이유는 달랐다. 현재 일어나는 온난화의 책임은 우리가 석유와 천연가스를 태워 이산화탄소를 내뿜어서 생기는 것이지만 PETM은 선사시대의 여러 열파가 그랬던 것처럼 화산 활동에 의한 것이었다. 당신이 이 글을 읽는 동안에도 북대서양 밑에서는 마그마가 맨틀과 지각을 뚫고 새어 나와 차가운 바닷물과 만나면서 딱지가 생기듯 현무암을 만들어내고 있다. 아직도 자라고 있는 이 현무암 덩어리는 이름을 갖고 있다. 아이슬란드다. 이곳은 유럽 대륙과 북아메리카 대륙이 팔레오세 말기에 분리되기 시작한 그 지점을 표시하고 있다. 그때까지만 해도 그린란드는 유럽 대륙과 이어져 있었다. 그러다 마그마 기둥이 솟아올라 두 땅 덩어리를 밀어서 떨어뜨리면서 북대서양의 길을 트기 시작했다. 이것은 1억 4000만 년 전 최초의 포유류가 출몰하던 시기부터 시작된 판게아 해체의 마지막 과정 중 하나였다. 우리는 실험실 연구를 통해 이 두 동위원소의 비율이 고대 온도계로 작동한다는 것을 알게 됐다. 이 온도계는 팔레오세-에오세의 경계 당시 기온이 섭씨 5~8도 올랐음을 정확하게 가리키고 있다. ”

“ 일반적으로 이 이주 동물들은 상대적으로 우둔했던 팔레오세의 고대 태반류에 비해 뇌가 컸다. 지구 온난화를 견디는 동안 이 이주 동물 다수, 그리고 현지 동물 일부에게 무언가 특이한 일이 생겼다. 왜소화한 것이다. 그러다 기온이 내려가자 다시 커졌다. 이런 패턴을 제일 먼저 눈치챈 사람은 필립 진저리치였다. 2012년에 발표한 획기적 연구에서 로스는 빅혼 분지 포유류 화석에 대해 조사했다. 그는 PETM 동안에 팔레오세 현지 동물의 40% 정도가 몸집이 작아졌다가 대부분은 다시 커졌다는 것을 발견했다. 더욱 눈에 띄는 것은 이주동물 특히 작은 말 시프립푸스의 운명이었다. 이런 몸집 크기 변화의 추세는 바위의 산소동의 원소 고대 온도계에서 나타나는 기온의 추세와 거의 완벽하게 맞아 떨어진다. 세상이 더워지자 이 말들은 점차 크기가 작아지다가 세상이 시원해지자 다시 커졌다. 시간적 척도가 아니라 공간적 척도에서 일어나는 경우이기는 하지만 오늘날에도 비슷한 현상이 나타나고 있다. 더운 지역에 사는 동물들은 더 추운 기후에 사는 동시대의 동물보다 크기가 작은 경우가 많다. 이런 생태학적 원리를 베르크만 법칙이라고 한다. 그 이유를 아직 완전히 이해하고 있는 것은 아니지만 아마도 체구가 작은 동물은 큰 동물에 비해 부피 대비 표면적인 넓어서 과잉체열을 신속하게 발산할 수 있기 때문일지도 모른다. 로스의 연구에서 흥미로운 점은 오늘날 기온이 상승함에 따라 많은 포유류가 몸집이 작아질 것으로 예측할 수 있다는 점이다. 여기에는 인간도 포함된다. ”

“ PETM의 지구온난화는 대멸종을 불러오지 않았다. 하지만 시간이 흐르면서 PETM 이주의 결과가 서서히 나타나기 시작했다. 고대 태반류가 한동안은 살아남을 수 있었으나 사형 선고는 이미 내려진 상태였다. 미래는 원숭이 소 말의 것이었다. 에오세 나머지 기간 동안 정말로 번성했던 것은 말과 그들의 기제류 친척들이었다. 오늘날 기제류는 훨씬 다양한 우제류 사촌들에 비하면 규모가 보잘것 없다. 기제류는 후장발효동물이기 때문에 식물에 들어있는 셀룰로스 성분을 위를 통과시킨 다음에 분해한다. 우리 인간도 그렇고 대부분의 포유류가 이렇게 한다. 하지만 에오세는 여전히 숲의 시대였기 때문에 초원은 훨씬 후에야 확산됐다. 과일과 이파리가 풍부했던 이 세계는 기제류가 번성하기에 유리했다. ”