[사이언스 데일리] 연구자들이 3억6천만 년 된 네발동물 아칸토스테가의 화석들이 모두 성체가 아니라 어린 개체들이라는 것을 보였다. 아칸토스테가는 어류와 육상동물의 중간 형태로 상징적인 위치를 차지하고 있는 동물 중 하나이다. 이번 결론은 고해상도 싱크로트론 X-레이를 이용하여 화석 다리 뼈를 스캔한 결과에 기반한 것이며 아칸토스테가의 생활사, 그리고 이른바 네발동물의 육상 정복에 대해 새로운 실마리들을 던져주고 있다.

(2016년 9월 7일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 유럽 싱크로트론 방사 시설

아칸토스테가 화석의 사진. Credit: Jennifer Clack

이번주 학술지 네이처에 실린 논문에서 스웨덴 웁살라 대학, 프랑스의 유럽 싱크로트론 방사 시설 (ESRF), 그리고 영국 캠브리지 대학의 학자들로 이루어진 연구팀이 3억6천만 년 전에 살았던 네발동물 아칸토스테가의 화석들이 성체가 아니라 모두 어린 개체라는 것을 보였다. 아칸토스테가는 어류와 육상동물의 중간 형태로 상징적인 위치를 차지하고 있는 동물 중 하나이다. 이번 결론은 화석 다리 뼈를 고해상도 싱크로트론 X-레이를 이용하여 스캔한 결과에 기반한 것이며 아칸토스테가의 생활사, 그리고 이른바 네발동물의 육상 정복에 대해 새로운 실마리들을 던져주고 있다.

네발동물은 다리가 넷 달린 척추동물이며 오늘날 양서류, 파충류, 조류와 포유류로 대표된다. 데본기 (4억1천9백만 년에서 3억5천9백만 년 전) 의 초기 네발동물은 고생물학자들에게 매우 흥미로운 연구대상이다. 이들은 위험을 무릅쓰고 육지로 올라온 가장 초기의 척추동물로 그 이후 육상에 살았던 모든 척추동물을 위해 길을 열었다. 물에서 육지로의 이주는 이들 동물의 모든 생물학적 측면에 영향을 미쳤을 것이지만 지금까지 이들의 생활사를 조사하기 위한 진지한 시도는 없었다. 예를 들면 이들의 수명이 얼마나 되었는지, 어린 시절에는 물 속에서 살았는지, 등의 질문들을 던져볼 수 있다. 잘 보존된 골격을 찾기는 힘들며, 발견된 화석은 모두 성체로 간주되어 왔다.

데본기 네발동물이 가장 풍부하게 발견되는 장소는 캠브리지 대학과 코펜하겐 대학의 연구팀을 이끌고 있으며 이번 연구의 저자 중 한 명인 제니퍼 클랙이 1987년 그린란드에서 찾아낸, 아칸토스테가 대량 사망 퇴적층이라고 불리는 곳으로 수십 개의 골격이 통조림 속의 정어리처럼 꽉꽉 들어차있다. 이 네발동물들은 “내륙 삼각주” (오늘날 보츠와나의 오카방고 같은 곳) 안의 작은 지류가 말라버렸을 때 한꺼번에 죽은 것으로 보인다. 연구팀은 윗팔뼈의 내부구조를 살펴봄으로써 이 화석의 생활사를 조사하기로 했다. “싱크로트론 X-레이의 엄청난 파워를 이용하여 촘촘하게 쌓여있는 표본들에 손상을 주지 않은 채 현미경으로나 들여다보아야 알 수 있는 세부사항들을 마치 진짜 조직학 슬라이스들을 보는 것처럼 살펴볼 수 있었습니다.” ESRF 의 폴 타포로의 말이다.

이들 화석 네발동물의 뼈는 미세 구조들까지 거의 완전하게 보존되어 있었다. “성장하는 나무처럼 다리뼈는 계절에 따라 성장속도가 달라지고 매년 성장의 흔적이 고리로 남게 됩니다.” 이번 연구의 주저자로 웁살라 대학과 ESRF 에서 일하고 있는 소피 산체스의 말이다. “이 성장고리는 화석 및 현생 네발동물에서 모두 볼 수 있으며 해당 개체의 발생 및 나이에 대한 정보를 줍니다.”

ESRF 의 강력한 X-레이 빔을 통해 연구에 사용된 아칸토스테가의 화석 모두가 미성숙한 개체라는 것이 밝혀졌는데, 이들의 나이는 최소한 여섯 살, 아마도 그보다 더 많았을 것이다. 아칸토스테가의 성장은 아직 느려지지 않은 상태였다. 성장이 느려진다는 것은 성적으로 성숙했음을 의미한다. 여기에 더해 연구자들은 아칸토스테가의 앞다리가 발생이 더 진행되기 전까지 연골 상태로 남아있다는 것을 보였다.

연골은 뼈와는 달리 광물화되지 않은 조직으로 탄력이 있으며, 연골로 된 앞다리는 물 밖에서 동물의 몸무게를 지탱하기에는 너무 약하다. “그렇게 보면 아칸토스테가 대량 사망 퇴적층은 물에 살던 한 무리의 어린 개체들로 이루어진 것이며, 성체는 없거나 거의 없었다는 이야기가 됩니다.” 웁살라 대학의 페르 알베리의 말이다. 그렇다면 다 큰 아칸토스테가는 어디에 살았을까? 최소한 어떤 시점에서는 어린 개체와 성체가 따로 격리되어 분포했던 것일까? 이런 질문들에 대한 답은 앞으로 찾아야 할 것이다. 또한 ESRF 의 ID19 빔라인에서 이루어진 이번 스캔을 통해 아칸토스테가 다리의 골형성이 시작되는 시점은 개체에 따라 편차가 크다는 것이 알려졌는데, 성적이형성이나 적응 전략, 혹은 경쟁과 관련된 크기 변이가 존재했을 가능성이 있다.

네발동물이 육지로 이주한 사건은 척추동물 진화의 역사에서 가장 급격한 적응적 변화 중 하나라고 볼 수 있다. “이번 연구를 통해 초기 네발동물의 생활사와 관련된 특징을 최초로 들여다볼 수 있었습니다. 향후에는 초기 네발동물의 생활사에 대하여 더 완전한 조사를 진행할 예정이며, 그렇게 된다면 모든 교과서에 실린 이론들에 영향을 주게 될 것입니다.” 소피 산체스의 결론이다.

이번 연구는 ERC 의 연구비 지원과 베텐스캅스라데트의 연구비 지원으로 이루어졌다.

참고문헌

Sophie Sanchez, Paul Tafforeau, Jennifer A. Clack, Per E. Ahlberg. Life history of the stem tetrapod Acanthostega revealed by synchrotron microtomography. Nature, 2016; DOI: 10.1038/nature19354

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