[사이언스 데일리] 새로운 연구에서 ‘5 대’ 대량멸종 사건 중 하나인 페름기-트라이아스기 사건을 조사하여 어떤 동물이 멸종에 가장 취약했는지, 그리고 크나큰 변화가 일어나는 시기에 군집의 안정성을 가장 잘 예측할 수 있는 요인이 어떤 것인지에 대해 살펴보자 예상치 못한 결과가 나왔다. 저자들에 따르면 대량멸종 이전, 도중, 이후에 동물군집이 어떤 모습이었는지 예측하기 위해서 먹이그물에 대한 이해가 얼마나 중요한지를 강조해주는 이번 연구에 최첨단 모델링 테크닉이 도움이 되었다고 한다.

독창적인 모델링 기법을 통해 고대 생태계의 안정성이 먹이그물에서 큰 그림을 담당하는 주요 종에 의존한다는 것이 밝혀졌다.

(2015년 10월 1일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 캘리포니아 과학아카데미

이 시기의 멸종에서 살아남은 가장 유명한 동물인 리스트로사우루스가 보이는 페름기 후기의 모습. Credit: Copyright California Academy of Sciences and Marlene Hill Donnelly

지구의 여섯번째 대량멸종이 막 시작된 지금, 과학자들은 고대의 생태계가 충격적인 대변동을 통해 어떻게 붕괴하고 회복되었는지를 탐구하여 우리 앞에 놓인 불확실한 진로에 대한 단서들을 찾으려 하고 있다. 새로운 연구에서 “5 대” 대량멸종 사건 중 하나인 페름기-트라이아스기 사건이 일어나는 긴 시간 동안 남아프리카의 생태계가 붕괴하고 회복되는 과정을 추적하여 어떤 동물이 멸종에 가장 취약했는지, 그리고 크나큰 변화가 일어나는 시기에 군집의 안정성을 가장 잘 예측할 수 있는 요인이 어떤 것인지에 대해 살펴보자 예상치 못한 결과가 나왔다. 캘리포니아 과학 아카데미의 피터 루프나린 박사를 포함한 이번 연구의 저자들에 의하면 대량멸종 이전, 도중, 이후에 동물군집이 어떤 모습이었는지 예측하기 위해서 먹이그물에 대한 이해 (“누가 무얼 먹는지” 를 아는 것) 가 얼마나 중요한지를 강조해주는 이번 연구에 최첨단 모델링 테크닉이 도움이 되었다고 한다. 시사하는 바가 많은 이번 연구는 이런 종류로는 최초의 것이며 오늘 사이언스 지에 출판되었다.

심원한 시간 속의 “중요한 단서”

“지금 이 순간에 우리 행성에 무슨 일이 일어나고 있는지에 대해 배울 수 있을 만한 과거의 사건이란 것은 없습니다.” 시카고 필드 자연사박물관의 케네스 앤지엘지크 박사와 함께 이번 논문을 공저한 루프나린의 말이다. “최근의 역사를 살펴보면서 지금 일어나고 있는 점점 빨라지고 있는 기후변화, 서식지 파괴, 그리고 전세계적 멸종의 조합과 같은 예를 찾을 수는 없습니다. 하지만 머나먼 과거로 거슬러 올라가 무슨 일이 일어났고 생태계가 어떻게 반응했는지를 재구성해보기 위해 화석 기록에서 극단적인 위기의 예들을 살펴보는 것은 가능합니다.”

지질학 큐레이터인 루프나린은 “심원한 시간 (deep time)” 에 대해 생각하는 것에 익숙해져 있다. 심원한 시간이란 것은 수백만 년에 걸치는 광대한 기간을 가리키는 것으로 과학자들은 이를 통해 인간이 살기 이전 지구의 수수께끼를 밝혀 나간다. 과거의 멸종과 기후 섭동에 오늘날의 현상의 원인이 되는 인간이라는 요인은 없었지만 루프나린은 이러한 과거의 사건들이 자연적으로 만들어진 생물군집이 위기에 반응하고 재건해 나가는 방식에 대해 “중요한 단서를 포함하고 있다” 고 말한다.

“2억 년도 더 전에 일어났던 멸종에 대해 연구하는 것의 어려움이라면 온전한 생태계를 다시 만들어낼 수 있는 충분한 화석, 혹은 기타 지질학적 증거들이 충분하지 않다는 점입니다.” 루프나린의 말이다. “말하자면 길고 복잡한 실험 — 대량멸종 — 이 수행되었다는 것은 알지만 아무도 기록을 남겨 놓지 않은 것과 비슷하죠. 재구성과 모델링이 그래서 필요합니다.”

고대의 멸종을 모델링하기

루프나린과 앤지엘지크는 고대 남아프리카의 생물군집이 대규모 변동에 맞닥뜨렸을 때 어떤 요인들이 그 안정성을 강화시키는지, 혹은 약화시키는지 알아내는 것에 관심을 가졌다. 이들은 넓은 범위의 생태계에서 각 종이 종다양성 — 한 생태계 내의 서로 다른 생물종의 수 — 의 숫자를 늘려주는 것 외에 또 어떤 영향을 끼치는지, 그리고 여러 종들 간에 일어나는 상호작용의 수와 강도는 어떠했는지를 알아내고 싶어했다. 그래서 이들은 (때로 매우 불충분한) 화석 먹이그물에서 이러한 변수들의 중요성을 파고들기 위해 기발한 형태의 수학적 모델링 기법을 사용하기로 했다.

“엄청난 시간 범위를 두고 먹이그물을 비교하는 것은 어려운 일입니다. 게다가 화석 기록에는 간극들이 있지요.” 루프나린의 말이다. “각 시간단위마다 우리가 존재했다고 알고 있는 종들로 구성된 ‘실제’ 멸종 이전 생태계를 이용해 동일한 장소와 시간에 대해 여러 개의 서로 다른 먹이그물 모델을 만들었습니다. 종의 수는 항상 일정하게 유지했지만 각 동물이 수행한 역할은 물론 포식자와 먹이종 사이의 연결관계에도 변화를 주었스니다.”

주요 시기에 대해 서로 다른 여러 먹이그물 모델을 생성한 후 과학자들은 각 시기를 조사해 생태계가 얼마나 안정적이었는지를 살펴보았다. 결과는 놀랄 만한 것이었다.

“멸종 이전의 생물군집과 여러 종류의 모델 모두에 충격을 가한 후 결과를 보면, 실제 생물군집이 언제나 가장 안정적인 것으로 나타났습니다.” 루프나린의 말이다. “종다양성을 일정하게 유지했기 때문에 각 종의 생태학적 역할 — 먹이그물에서 하는 일 — 이 큰 그림에서의 안정성에 영향을 주는 주요 요인이라는 것을 알 수 있었습니다. 이들 생태계 중 일부는 다양성이 크게 감소한 상태에서도 상대적으로 안정적인 상태를 유지했으리라는 사실은 놀랄만한 것입니다.

“쥐로써는 살기 힘든 시기”

인류의 영향이 확실히 없기도 했지만 페름기의 대량멸종은 오늘날 지구에서 볼 수 있는 생태학적 대변동과는 상당히 달라 보인다. 현재 볼 수 있는 보존을 위한 노력은 대형 동물 — 호랑이, 코끼리, 그리고 늑대 등 — 과 멸종 위기의 상위 포식자를 위주로 돌아가고 있지만 루프나린과 앤지엘지크는 긴 기간 동안 걸쳐 일어난 페름기의 대멸종의 초기 단계에서는 소형 양막동물 (파충류와 고대 포유류 친척들) 이 가장 취약했다는 것을 보였다.

“초기에 소형 양막동물들이 가장 위험에 처한 동물이었다는 것에 놀랐습니다.” 루프나린의 말이다. “오늘날 우리가 땅 위에서 볼 수 있는 멸종의 진행과정과는 맞아들어가지 않기 때문입니다만, 그때와 비교해 오랜 시간이 지난 지금 지구가 얼마나 다른 모습인지를 생각해 보면 이치에 맞습니다.”

“그러니까 제 말은,” 루프나린이 덧붙였다. “그 당시는 쥐로써 살기 힘든 시절이었다는 이야기입니다. 오늘날에 어떤 일이 일어나더라도 쥐들은 살아남을 것이라고 생각합니다만 페름기와 트라이아스기에 쥐의 사촌격인 고대 생물은 큰 규모의 동물군집 내에서 운이 나쁜 역할을 맡았던 것입니다. 이 당시의 먹이그물은 만일 작은 양막동물들이 없이 대형 양막동물들만 있다고 하더라도 안정적으로 유지되었겠지만 그 반대의 경우는 아니었습니다. 개별적으로는 성공적이었을 수 있지만 전체적으로 작은 종들은 아주 안정적인 동물군집을 지탱해 나갈 수 없었습니다. 시간이 흐름에 따라 단일한 업체 하나의 품질이 전체 경제의 품질보다 덜 중요해지는 것입니다.”

보존을 위하여 먹이그물을 이용하기

복잡한 먹이그물을 구성하는 하나하나의 관계들은 에너지 교환과 강력한 생태계 내의 상호작용을 나타낸다. 재난 이후 회복하는 데 성공했거나 실패했던 과거 생태계에서 얻은 단서들로부터 과학자들은 항상 변하고 있는 자연세계의 미래를 들여다 보는 일에 도움을 받는다. 이번 연구의 결과는 현재의 먹이그물에 대해 관심을 더 가져야 한다는 긴급한 메시지이다. 루프나린은 이전에 볼 수 없었던 환경 스트레스가 가해지는 이 시점에서 현생 먹이그물에 더 많은 관심을 쏟아야 한다고 말한다.

“우리가 멸종으로 몰아가고 있는 종들 간의 관계, 그리고 생태계의 안정성에서 그들이 하고 있는 역할을 이해해야 합니다.” 루프나린의 말이다. “대서양 대구(cod) 군집의 붕괴가 해양 생태계에 큰 혼란을 가져왔다는 것을 알고 있지만 생태학적 안정성과 관련하여 대부분의 종들이 어떤 역할을 하는지는 알고 있는 것이 거의 없습니다. 어떤 종이 생태계를 하나로 묶어 지탱하게 해주는지 알게 된다면 깜짝 놀랄 수도 있습니다. 현생 환경에 대한 더 많은 자료가 시급히 필요합니다.”

루프나린은 환경을 안정적으로 유지하는 데 어떤 생물들이 필요한지를 이해하는 데 캘리포니아 과학 아카데미가 소유한 46만 개의 표본을 포함하여 박물관의 컬렉션이 도움이 된다고 말한다. 신기술과 발전된 기법들이 과학 표본들에 적용된다면 세계 각지의 생물다양성이 풍부한 — 그리고 현재 위협받고 있는 — 지역들에서 복잡한 생태학적 관계들을 밝히는 데 도움이 될 것이라고 한다.

참고문헌

P. D. Roopnarine, K. D. Angielczyk. Community stability and selective extinction during the Permian-Triassic mass extinction. Science, 2015; 350 (6256): 90 DOI: 10.1126/science.aab1371

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