[사이언스 데일리] 과학자들은 수십년 간의 과학적 발견을 종합하여 고래, 돌고래, 물개 및 기타 종들이 육지에서 바다로 옮겨가면서 겪었던 엄청난 변화를 만들어낸 공통된 패턴과 독특한 경로를 밝혀냈다. 고생물학, 분자생물학, 보존생태학 등 여러 분야의 최신 성과들에 힘입어 이루어진 이번 연구에서는 해양 생명체들이 트라이아스기에서 인류세까지 환경변화에 어떻게 반응해 왔는지 종합적인 관점을 제공해준다.

(2015년 4월 16일 Science Daily 기사 번역)

정보출처: 스미소니언

현생 돌고래 (사진) 과 멸종한 해양파충류인 어룡은 다른 육상생물의 후손들이며, 살았던 시기에도 5천만년 이상의 차이가 있지만, 이 둘은 독립적으로 물고기같이 생긴, 서로 아주 비슷한 형태의 몸으로 수렴하게 되었다. 2015년 4월, 스미소니언의 과학자들은 수십년 간의 과학적 발견을 종합하여 고래, 돌고래, 물개 및 기타 종들이 육지에서 바다로 이주하면서 겪었던 엄청난 변화를 만들어낸 공통된 패턴과 독특한 경로를 밝혀내어 해양 생명체들이 트라이아스기에서 인류세까지 환경변화에 어떻게 반응해 왔는지 종합적인 관점을 제공해준다. Credit: Courtesy of NOAA

2억5천만년 이상 네발동물이라 불리는 네 다리를 지닌 육상동물은 반복해서 바다를 정복해 왔다. 이들 생명체 – 플레시오사우루스, 펭귄, 바다거북 등 – 은 각각 별개의 육상 척추동물로부터 유래했으며 수중환경에서 번성하기 위해 수렴진화를 해왔다.

새로 발표된 리뷰 논문에서 스미소니언의 과학자들은 수십년 간의 과학적 발견을 종합하여 고래, 돌고래, 물개 및 기타 종들이 육지에서 바다로 이주하면서 겪었던 엄청난 변화를 만들어낸 공통된 패턴과 독특한 경로를 밝혔다. 고생물학, 분자생물학, 보존생태학 등 여러 분야의 최신 성과들에 힘입어 이루어진 이번 연구에서는 해양 생명체들이 트라이아스기에서 인류세까지 환경변화에 어떻게 반응해 왔는지 종합적인 관점을 제공해준다. 또 이 논문은 오늘날 인간의 활동이 해양생물들에 미치는 영향을 진화사적으로 어떻게 이해할 수 있는지 잘 보여준다. 자세한 내용은 4월 17일자 사이언스 지에서 찾아볼 수 있다.

해양 네발동물에는 현생 및 멸종한 다양한 포유류, 파충류, 양서류 및 조류들이 있으며 이들 모두는 해양생태계에서 대형 포식자로 중요한 역할을 수행했다. 반복적으로 이루어진 육지에서 바다로의 이주는 대량멸종 및 변화하는 해양생태계라는 배경에 대항해 혁신, 수렴 및 다양화를 이끌어냈다. 그에 따라 이들은 긴 시간동안 종의 진화에 대한 가설을 검증해볼 수 있는 이상적인 모델을 제공해 주게 되었다. 현생 해양 네발동물들은 기후변화, 서식지 파괴, 선박과의 충돌 및 수중 잡음에 이르기까지 서식환경에 가해지는 인간이 만들어내는 여러 충격에 직면하고 있다.

“화석기록을 보면 예전 바다에 큰 변화가 있었던 시기가 해양생물의 진화사에 있어서 중요한 전환점이었다는 것을 알 수 있습니다.” 미국 국립자연사박물관 고생물학과의 피터 버크 박사후 연구원이자 이번 논문의 주 저자인 닐 켈리의 말이다. “오늘날의 바다는 주로 인간의 활동에 의해 계속 변화하고 있습니다. 이번 논문은 살아있는 해양 포식자 종들이 인류세의 생활에 어떻게 적응하고 진화하는지 이해하기 위한 진화적 맥락을 제공해 줍니다.”

화석기록에 대한 최근의 조사를 통해 해양 네발동물이 바다에서 번성할 수 있게 해 준 특징들이 어떻게 진화했는지 새로운 통찰을 얻을 수 있었다. 어떤 경우에는 해양생활에 적응한 서로 다른 계통들에서 유사한 해부학적 구조가 진화하기도 했다. 에를 들어 현생 돌고래와 멸종한 해양파충류인 어룡은 서로 다른 육상동물의 후손들이며, 살았던 시기에도 5천만년 이상의 차이가 있지만, 이 둘은 독립적으로 물고기같이 생긴, 서로 아주 비슷한 형태의 몸으로 수렴하게 되었다. 땅 위에서 걷는 일에 적응된 다리가 여러 차례 반복하여 지느러미로 변한 것도 수렴진화의 고전적인 예다. 물개에서 모사사우루스류에 이르기까지 여러 종들이 땅 위의 생활에서 바다로 이행하면서 독립적으로 유선형의 앞다리를 발달시켜 물 속에서 더 빠르고 효율적으로 움직일 수 있게 되었다. 이런 이행은 유전체 수준에서 평행적인 변화를 통해 이루어졌을 수 있다.

“땅에서 바다로의 이행은 여러번의 대량멸종을 거치면서 파충류, 포유류, 그리고 조류들 사이에서 수십 차례 이루어졌습니다.” 박물관의 화석 해양포유류 큐레이터인 니콜라스 피엔슨의 말이다. “종종 유사한 겉모습을 가지는 결과가 나오지만 수렴진화는 겉모습에만 국한된 것은 아닙니다. 분자에서 먹이그물에 이르기까지 다양한 수준에서, 수억년에 걸쳐 이루어지는 것을 볼 수 있습니다.”

부리고래나 물개류와 같이 깊이 잠수하는 동물들의 경우에는 긴 시간 동안 물 속에서 생존하기 위해 근육에 산소와 결합하는 미오글로빈이라는 단백질을 가지고 있는데, 이것은 서로 다른 계통에서 각각 독립적으로 진화했다. 과학자들은 또 서로 다른 해양생물인 고래, 물개 및 해우 등에서 동일한 유전자 염기서열을 발견했다. 눈에 보이지 않는 이러한 분자의 유사성이 더 큰 규며의 눈에 띄는 수렴진화의 패턴을 설명할 수 있는지, 혹은 해부학적으로 수렴된 특징들이 서로 다른 그룹에서 서로 다른 유전적 경로를 따르는지는 아직 답을 찾지 못한 중요한 질문으로 더 많은 종들의 유전체 염기서열이 알려져야 답을 할 수 있을 것이다.

해양 네발동물에서 볼 수 있는 모든 적응이 수렴진화로 설명될 수는 없다. 예를 들면 수염고래는 물속에서 살도록 진화하면서 이빨 대신 머리카락 같은 판들로 이루어진 독특한 여과섭식기관을 가지게 되었다. 그와 대조적으로 이빨고래들은 노래를 하고 소나와 비슷하게 물체에 반사되어 돌아오는 반향을 이용해 바다 속에서 사물의 의치를 파악하여 먹이를 잡아먹도록 진화했다.

켈리와 피엔슨은 연구를 진행하며 기존에 수행되었던 연구들을 종합하고 스미소니언의 고생물학 소장품을 참고하였다. 이들은 이번 종합적인 리뷰가 향후 여러 분야의 과학자들이 서로 협동하도록 격려하는 계기가 되어 진화생물학, 고생물학 및 해양보존에 새로운 통찰을 가져올 수 있기를 바라고 있다.

참고문헌

• Neil P. Kelley, Nicholas D. Pyenson. Evolutionary innovation and ecology in marine tetrapods from the Triassic to the Anthropocene. Science, 2015 DOI: 10.1126/science.aaa3716

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