[사이언스 데일리] 한 연구에 의하면 1억 년에 걸쳐 바다와 대기중의 산소 농도가 증가하고 나서야 지금으로부터 6억년 전, 마침내 지구 상의 동물이 폭발적으로 생겨날 수 있는 산소 농도에 도달했다고 한다.

(2015년 12월 18일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 유니버시티 칼리지 런던

유니버시티 칼리지 런던의 연구자들이 주도하고 자연환경연구위원회의 연구비지원을 받은 연구에 의하면 1억 년에 걸쳐 바다와 대기중의 산소 농도가 증가하고 나서야 지금으로부터 6억년 전, 마침내 지구 상의 동물이 폭발적으로 생겨날 수 있는 산소 농도에 도달했다고 한다. Credit: © timothyh / Fotolia

유니버시티 칼리지 런던의 연구자들이 주도하고 자연환경연구위원회의 연구비지원을 받은 연구에 의하면 1억 년에 걸쳐 바다와 대기중의 산소 농도가 증가하고 나서야 지금으로부터 6억년 전, 마침내 지구 상의 동물이 폭발적으로 생겨날 수 있는 산소 농도에 도달했다고 한다.

지금까지는 지구의 바다와 대기의 산소농도가 얼마나 빨리 증가했는지, 그리고 동물이 크게 늘어난 것이 산소농도의 증가 이전이었는지 이후였는지가 알려져 있지 않았다. ‘네이처 커뮤니케이션 (Nature Communications)’ 에 출판된 새 연구에서는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 일찍, 갑작스럽게 산소농도가 증가하기 시작했으며 상당히 오랜 기간에 걸쳐 이 현상이 지속되었다는 것을 보였다. 따라서 동물의 행동이 변화하여 산소농도 증가로 이어진 것이 아니라 늘어난 산소량에 의해 초기 동물의 진화가 촉발되었을 가능성이 높다고 한다.

연구를 주도한 필립 포게 본 스트란드만 박사 (유니버시티 칼리지 런던 지구과학과) 의 말이다. “생명의 진화가 어떻게 우리 기후의 진화와 연관되어있는지를 알아내고 싶었습니다. 생명이 지구의 기후에 능동적으로 얼마나 큰 영향을 끼쳤는지, 그리고 지구가 왜 이렇게 오랜 기간동안 생명체가 살 수 있는 곳으로 유지되어 왔는지 하는 질문들은 기후계는 물론 지구 상에 생명이 애초에 어떻게 생겨났는가를 이해하는 데 있어서 엄청나게 중요한 질문들입니다.”

유니버시티 칼리지 런던, 버크벡, 브리스톨 대학, 워싱턴 대학, 리즈 대학, 유타 주립대학, 그리고 남덴마크 대학의 연구자들은 전지구적으로 7억7천만년에서 5억2천만년 전의 기간 동안 산소농도가 어떻게 변해왔는지를 추적하기 위해 새로운 추적기법으로 미국, 캐나다 및 중국 전역의 암석을 조사했다.

지구의 바다 및 대기 중 산소 농도에 대한 전지구적 그림을 그리기 위해 서로 다른 시기에 바다 밑바닥에 가라앉은 암석 표본들을 여러 곳에서 채취했다. 암석의 셀레늄 동위원소를 측정하여 연구팀은 1% 미만이었던 산소농도가 오늘날의 수준인 10% 이상으로 상승하는 데 1억 년이 걸렸다는 것을 밝혔다. 논쟁의 여지는 있겠지만 이 사건은 지구의 역사에 있어서 가장 중요한 산소 증가 사건이라고 할 수 있다. 오늘날까지 계속되고 있는 동물의 시대가 이로 인해 시작되었기 때문이다.

포게 본 스트란드만 박사의 말이다. “셀레늄 동위원소 추적자를 이용하는 새로운 접근법을 통해 해양 셰일층을 분석하여 산소 농도의 점진적인 변화에 대해 이전에 사용되던 더 일반적인 기법에서 할 수 있었던 것보다 더 풍부한 정보를 얻었습니다. 지구가 산소를 만들어내는 과정이 얼마나 오래 걸렸는지를 알고 깜짝 놀랐습니다. 이번 발견은 산소 농도 증가가 동물의 행동에 의해 일어난 빠른 변화였다는 이론이 틀렸다는 것을 보여줍니다.”

연구 대상이 된 기간에는 ‘눈덩어리 지구’ 를 만들어낸 세 차례의 큰 빙하기가 있었다. 스투르티안 (7억1천6백만 년 전), 마리노안 (6억3천5백만 년 전), 그리고 개스키어스 빙하기 (5억8천만 년 전) 가 그것으로 이 시기 동안 지구의 육지는 얼음으로 덮였고, 극지방에서 열대까지 바다의 대부분은 얼어 있었다. 이 시기 동안 기온은 급격히 떨어졌다가 다시 상승하여 빙하를 녹였고 영양소가 바다로 흘러들었으며 연구자들은 이로 인해 바다 깊은 곳의 산소 농도가 증가했다고 생각하고 있다.

영양소가 증가했다는 것은 바다에 플랑크톤이 많아져 플랑크톤이 죽을 경우 해저 퇴적물에 유기 탄소가 쌓이게 된다는 것을 의미한다. 탄소가 매장되면 산소가 증가하여 지구의 조건을 극적으로 변화시킨다. 지금까지는 산소농도 증가가 상대적으로 짧았던 개스키어스 빙하기가 끝나면서 일어났다고 생각되어 왔다. 이번 연구에서 발견한 내용에 따르면 산소가 증가하기 시작한 시기를 그보다 훨씬 더 이전인 마리노안 빙하기로 끌어내렸다. 이 시기 이후에 동물들은 더 나아진 환경에서 번성하기 시작하여 동물이 크게 증가하는 최초의 사건으로 이어졌다.

공저자인 데이비드 캐틀링 교수 (워싱턴 대학 지구우주과학과) 가 덧붙였다. “산소는 동물의 폭발적인 증가에서 느리게 작동하는 신관같은 역할을 했습니다. 6억3천5백만 년 전에는 작은 해면동물이 살 수 있을 만한 정도의 산소가 있었을 겁니다. 5억8천만 년 전에는 피자 같은 모양의 이상한 생물이 어느 정도 산소 농도가 높아진 해저에 살고 있었죠. 그로부터 5천만 년 후에는 척추동물의 조상이 산소가 풍부한 바닷물에서 헤엄을 치고 있었습니다. 산소가 어떻게 증가했는지를 추적하는 것은 이 과정이 왜 그렇게 오래 걸렸는지를 알아내기 위한 첫 걸음입니다. 궁극적으로는 산소농도가 지질학적으로 어떻게 조절되는지를 알아내는 것이 우주의 다른 곳에 위치한 지구와 비슷한 행성에 동물과 같은 형태의 생명이 존재할 수 있는지 없는지를 이해하는 데 도움을 줄 것입니다.”

참고문헌

Philip A. E. Pogge von Strandmann, Eva E. Stüeken, Tim Elliott, Simon W. Poulton, Carol M. Dehler, Don E. Canfield, David C. Catling. Selenium isotope evidence for progressive oxidation of the Neoproterozoic biosphere. Nature Communications, 2015; 6: 10157 DOI: 10.1038/NCOMMS10157

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태그:고기후학, 산소농도