캄브리아 대폭발 이후, 고대동물의 왕국 (생태, 진화, 멸종)

 

 

캄브리아기 대폭발이란?

캄브리아기 대폭발은 5억 4200만 년 전에 다양한 종류의 동물화석이 갑작스럽게 출현한 지질학적 사건을 일컫습니다. 더하여 유사한 형태의 다양화가 식물성 플랑크톤 이나 칼슘 을 이용하는 다른 군집생물들에게서도 나타났습니다. 캄브리아기 의 최하층의 또 다른 특징은 탄소 와 황 동위원소 등의 지화학적 교란이라고 합니다.

캄브리아기 대폭발은 과학계와 일반인들의 관심을 불러일으켰습니다. 찰스 다윈 은 이 현상이 자신의 진화론 에 의한 진화 이론에 대한 주요한 반대 근거로 창조론자 들이 이용할 수 있다고 생각했습니다. 과학자들은 오랫동안 이 현상이 그토록 갑작스럽게 일어났다는 것에 대하여 의아스럽게 생각해 왔습니다. 캄브리아기 생물의 선조뻘로 보이는 생물은 이전 지층에서 거의 발견되지 않았습니다. 현재 이 현상에 대한 의문은 다음 세가지로 요약될 수 있습니다.

1. 실제로 "폭발"이 일어났었는가?
2. 이 현상은 동물 의 기원과 진화 에 대하여 어떤 이야기를 해 줄 수 있는가?
3. 왜 일어났는가

 

 

캄브리아기 대폭발의 원인과 결과

캄브리아기 대폭발의 원인과 결과에 대해서는 여러 가지 가설과 연구가 제시되었습니다. 그 중에서 몇 가지를 소개해보겠습니다.

산소량의 증가
캄브리아기 대폭발의 가장 널리 받아들여지는 원인은 산소량의 증가라고 합니다. 산소는 다세포 생물의 에너지 생산에 필수적인 요소이기 때문에, 산소량이 늘어나면 다양하고 복잡한 생명체가 출현할 수 있는 환경이 조성됩니다. 산소량이 증가한 이유는 다음과 같습니다.

*지각판 변동에 따른 화산 활동 증가: 약 5억5천만년 전 남반구에 초대륙 '곤드와나 (Gondwana)'가 형성되면서 대륙판과 해양판이 충돌해 수천 킬로미터에 걸쳐 화산 고리가 만들어졌습니다. 화산 활동으로 이전에 지하 퇴적암에 저장됐던 이산화탄소 (CO₂)가 방출돼 대기로 흘러들면서 지구 기온이 오르고, 이는 암석에 대한 풍화작용을 강화해 영양분인 인 (燐)이 바다로 흘러드는 양을 늘리는 결과로 이어졌습니다. 결국 이는 광합성을 하는 바다 미생물의 활동을 늘려 산소량 증가로 연결된다고 합니다.

* 미생물의 진화: 바다 미생물 중에서도 특히 식물성 플랑크톤인 세균류와 조류가 캄브리아기 전후로 진화하면서 광합성 능력이 향상되었습니다. 이들은 대기 중의 CO₂를 이용해 유기물을 만들고, 그 과정에서 산소를 방출합니다. 따라서 이들의 활동이 활발해지면 산소량이 늘어납니다. 또한, 세균류와 조류는 칼슘을 이용해 자신들의 세포벽을 강화하는 형태로 진화했습니다. 이는 CO₂와 칼슘을 결합시켜 칼슘탄산염을 생성하고, 그 결과 CO₂의 양을 줄이고 산소의 양을 늘리는 효과를 가져왔습니다.

* 동물의 출현: 캄브리아기 대폭발로 다양한 동물이 등장하면서, 그들은 바다 속의 유기물을 소비하고, 그 과정에서 CO₂를 방출하고 산소를 사용합니다. 하지만 동물들은 유기물을 완전히 분해하지 못하고 일부를 배설물로 남겨두기 때문에, 그 배설물은 바닥으로 침전되어 탄소 순환에서 제외됩니다. 따라서 동물들은 CO₂의 양을 줄이고 산소의 양을 늘리는 역할도 하게 됩니다.

산소량의 증가는 캄브리아기 대폭발의 결과로도 볼 수 있습니다. 즉, 산소량이 늘어나면서 다양하고 복잡한 생명체가 출현할 수 있는 환경이 조성되었고, 그러면 산소량이 늘어나면서 다양하고 복잡한 생명체가 출현할 수 있는 환경이 조성되었고, 그러면서 또 산소량이 더 늘어나는 효과가 발생했습니다. 즉, 산소량의 증가는 원인과 결과가 상호작용하는 과정이었습니다.

 

 

 

캄브리아기의 동물들

캄브리아기에는 현재와는 매우 다른 형태와 특징을 가진 동물들이 많이 나타났습니다. 그 중에서 몇 가지를 소개해보겠습니다.

삼엽충
삼엽충은 캄브리아기 대폭발의 대표적인 동물로, 절지동물 문에 속하는 무척추 동물입니다. 그 이름은 몸통이 앞뒤로 세 개의 부분으로 나눠져 있기 때문에 붙여졌습니다. 삼엽충은 바다 밑바닥에서 기어다니거나 헤엄치면서 유기물을 먹거나 육식성으로 사냥을 했습니다. 몸통은 단단한 외각설질로 덮여 있어 화석으로 잘 남았습니다. 삼엽충은 크기가 1mm에서 70cm까지 다양했으며, 약 2만여 종이 알려져 있습니다.

오파비니아
오팈비니아는 캄브리아기에만 존재했던 독특한 동물로, 어느 문에도 속하지 않는다고 합니다. 오팈비니아는 몸길이가 5~10cm 정도로 작았으며, 몸은 부드러운 외피로 덮여 있었습니다. 오팈비니아의 가장 특이한 점은 머리에 달린 다섯 개의 눈과 긴 유압관 모양의 주둥이였습니다. 오팈비니아는 주둥이로 바닥의 유기물을 빨아들여 먹었다고 추정됩니다.

위왁시아
위왁시아는 해면과 같은 연체동물로, 캄브리아기에만 존재했습니다. 위왁시아는 몸길이가 3cm 정도로 작았으며, 몸은 성게와 비슷한 방석 모양이었습니다. 위왁시아의 가장 특징적인 부분은 몸 전체를 감싸고 있는 가시였습니다. 가시는 길이와 모양이 다양했으며, 방어나 이동에 사용되었다고 추정됩니다.

마렐라
마렐라는 절지동물 문에 속하는 동물로, 캄브리아기에만 존재했습니다. 마렐라는 몸길이가 2~5cm 정도로 작았으며, 몸은 단단한 외각설질로 덮여 있었습니다. 마렐라의 가장 특이한 점은 머리에 달린 두 개의 긴 뿔이었습니다. 뿔은 눈과 감각기관의 역할을 했다고 추정됩니다. 마렐라는 바다 밑바닥에서 기어다니면서 유기물을 먹었습니다.

 

 

 

캄브리아기의 생명체 퇴화와 진화

캄브리아기에는 다양하고 복잡한 생명체가 출현했지만, 그들 모두가 성공적으로 진화하고 번성한 것은 아니었습니다. 캄브리아기 이후에는 많은 동물들이 멸종하거나 흔적을 감소시켰습니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

* 환경 변화: 캄브리아기 후반부에는 지구의 기후가 급격히 변화했습니다. 대륙이 이동하고 해수면이 낮아지면서 바다의 환경이 변화했고, 산소량이 과도하게 증가하면서 일부 동물들에게 유해한 영향을 미쳤습니다. 또한, 화산 폭발이나 운석 충돌 등의 재해도 생명체들에게 영향을 줬습니다.

* 경쟁과 포식: 캄브리아기에는 다양한 동물들이 나타났지만, 그들은 한정된 자원과 공간을 두고 경쟁하고 포식했습니다. 특히, 육식성 동물들이 출현하면서 식물성 플랑크톤이나 해면과 같은 간단한 동물들은 희귀해지거나 멸종했습니다. 반면, 방어나 이동에 유리한 특징을 가진 동물들은 진화하고 번성했습니다.

* 진화의 병목 현상: 캄브리아기에는 많은 동물 문이 출현했지만, 그 중에서도 몇몇 문만이 현재까지 살아남았습니다. 이는 진화의 병목 현상이라고 부르는 현상으로, 특정한 조건 하에서 생존할 수 있는 동물들만이 진화의 가지를 이어나갈 수 있었기 때문입니다. 예를 들어, 외각설질을 가진 절지동물이나 척추동물은 다른 동물들보다 방어나 이동에 유리하여 진화의 병목을 통과할 수 있었습니다.

 

 

 

결론

캄브리아기는 지구 역사상 가장 중요한 시기 중 하나로, 생명의 다양성과 복잡성이 폭발적으로 증가한 시기입니다. 캄브리아기 대폭발의 원인과 결과로 산소량의 증가가 가장 큰 역할을 했으며, 환경 변화, 경쟁과 포식, 진화의 병목 현상 등으로 인해 많은 동물들이 퇴화하거나 멸종했습니다. 캄브리아기의 동물들은 현재와는 매우 다른 형태와 특징을 가지고 있었으며, 그 중 일부는 아직도 연구되고 있는 미스터리입니다. 캄브리아기는 현재의 생명체들과의 관계에서도 중요한 의미를 가집니다. 캄브리아기에 출현한 동물들은 현재의 동물들의 조상이나 가까운 친척이라고 할 수 있습니다. 예를 들어, 삼엽충은 완족동물과 같은 절지동물 문에 속하므로, 곤충이나 갑각류와는 근연 관계에 있습니다. 오팈비니아는 어느 문에도 속하지 않지만, 머리에 달린 다섯 개의 눈은 해면과 비슷하다고 합니다. 위왁시아는 해면과 같은 연체동물로, 오징어나 문어와는 같은 문에 속합니다. 마렐라는 절지동물 문에 속하므로, 완족동물과는 친척이라고 할 수 있습니다.

캄브리아기의 동물들은 현재의 동물들과 비교하면 매우 다른 형태와 특징을 가지고 있었습니다. 그러나 그들은 현재의 동물들과 공통된 구조나 기능을 가지고 있기도 했습니다. 예를 들어, 삼엽충은 몸통이 세 부분으로 나눠져 있으므로, 현재의 절지동물과 같은 체계를 가지고 있습니다. 오팈비니아는 주둥이로 유기물을 빨아들여 먹으므로, 현재의 무척추 동물 중에서도 유사한 방식으로 영양을 섭취하는 것들이 있습니다. 위왁시아는 몸 전체를 감싸고 있는 가시로 방어나 이동을 하므로, 현재의 성게나 해삼과 같은 방식을 사용합니다. 마렐라는 머리에 달린 뿔로 눈과 감각기관의 역할을 하므로, 현재의 절지동물 중에서도 비슷한 구조를 가진 것들이 있습니다.

이렇게 보면 캄브리아기의 동물들은 현재의 동물들과 비교할 수 있는 공통점과 차이점을 모두 가지고 있습니다. 이는 캄브리아기가 생명체의 진화에 있어서 중요한 시기였음을 보여줍니다. 캄브리아기에서 다양한 동물 문이 출현하면서 생명체의 기본적인 구조와 기능이 정해지고, 그 후에는 그 구조와 기능을 바탕으로 세부적인 변화와 발전이 일어난 것입니다. 즉, 캄브리아기는 생명체의 진화에서 큰 틀을 잡아주는 역할을 했다고 할 수 있습니다.