| 단세포에서 다세포 동물로 | |
| <colbgcolor=#F1FCFE> 원시세포의 탄생 | 모든 생물의 공통 조상 |
| 원핵생물의 시대 | 남세균 ㅣ 스트로마톨라이트 |
| 진핵생물 | 세포 내 공생 ㅣ 그리파니아 |
| 다세포 동물의 탄생 | 깃편모충 |
| 껍질의 시작과 동물의 분화 | 소형패각화석 ㅣ 에디아카라 동물군 |
| 안구의 시작과 동물의 세분화 | 캄브리아기 대폭발 |
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1. 개요
에디아카라 동물군(Ediacara fauna) 또는 에디아카라 생물군(Ediacara biota)은 고생대 캄브리아기 이전 시기인, 기원전 6억 년경 ~ 기원전 5억 4200만 년경 원생누대 후기, 에디아카라기 때 나타난 독특한 동물군을 가리킨다. 해면과 빗해파리 정도였던 동물이 산호[1]와 해파리 등의 자포동물과 좌우대칭동물 같은 다양한 동물로 분화해 캄브리아기 진화 대폭발의 시발점이 된 동물군이다.[2]2. 연구사
에디아카라 동물군은 주로 기원전 5억 5500만 년경에서 기원전 5억 4300만 년경 시기에 해당되는 에디아카라기에 형성된 지층에서 가장 풍부하고 다양하게 나타난다. 세계적으로 약 30여 곳에서 다양하게 발견되고 있다. 이 화석들의 대부분은 해파리처럼 골격이 없이 부드러운 몸을 가진 생물들의 인상화석(Trace Fossil)이다.
다만 흔하게 알려진 것처럼 최초의 동물군은 아닌 것으로 보인다. 분자시계 측정값에 따르면 동물은 아마 최대 기원전 9억 년 즈음 토노스기부터[3] 깃편모충에서 진화해 존재했을 것으로 추측되고[4] 토노스기에 '오타비아 안티쿠아'(Otavia antiqua)라는 해면과 비슷한 생물로 추정되는 화석도 발견된 바 있다.[5]
처음 발견된 곳이 호주의 남부 사우스 오스트레일리아주 플린더즈 산맥이었고 이 플린더즈 산맥 북쪽의 에디아카라 지역은 오랫동안 많은 화석이 발견되었는데, 여기서 이름을 따 왔다.[6]
에디아카라 동물군에서 발견되는 생물은 크게 세 무리로 나뉘는데, 그 형태에 따라 원형으로 생긴 것과 나뭇잎처럼 생긴 것, 타원형 혹은 긴 타원형으로 생긴 것으로 구분할 수 있다. 하지만 일부 해면동물(sponge)과 좌우대칭동물(bilaterian)을 제외하고는 대부분 자포동물(cnidarians)들이며, 아직 화석은 발견되지 않았지만 DNA 분자시계 측정값을 통해 판형동물과 유즐동물도 있었을 것으로 여겨진다.[7]# 이들은 아마도 해파리처럼 물위를 떠다니거나, 털납작벌레처럼 해저 바닥을 기어다니거나 산호나 해면처럼 한 장소에 붙어 있었을 것으로 추측된다.
독일의 고생물학자이자 대학 교수인 아돌프 돌프 자일라허(Adolf Dolf Seilacher, 1925 ~ 2014)는 1989년에 발표한 자료에서는 '물을 채운 에어 매트리스' 방식으로 구성되어 있다고 생각해서, 내부에 아직 소화계와 순환계 등의 몸속 기관들이 없어 표면적이 엄청난 외부막을 통해 모든 양분과 산소를 안으로 들이고 노폐물을 밖으로 내보냈다고 주장[8]했고, 마크 맥메너넘(1998)은 이 생물들이 공생관계에 있는 조류를 몸속에 거두어 살게 하여, 넓은 표면적 덕분에 몸속 공생 조류가 햇빛에 최대한 노출된 대가로 조류는 덩치 큰 숙주생물의 대사를 거들었다고 주장했다. 하지만 에디아카라 동물상은 죄다 부드러운 해저 진흙에 프린트된 인상(흔적)으로만 알려져 있어서, 이 문제의 진실을 확인하기란 매우 어려웠다.
그러나 과학의 발전은 이전의 이러한 주장들이 일부 틀렸다는 것을 말해주고 있다. '디킨소니아'에서는 동물세포만이 가지고 있는 콜레스테롤을 검출할 수 있었으며, 2020년에는 드디어 소화관을 가진 좌우대칭의 움직이는 동물 - '이카리아'의 실체를 발견하였다. 동물의 진화에서 '입과 항문의 소화관을 가진 좌우 대칭'은 목적을 갖고 몸을 움직일 수 있는 능력을 의미한다. 스콧 에번스[9]는 호주 남부 닐페나의 5억5500만 년 전 에디아카라기 지층의 '이카리아 와리우티아(Ikaria wariootia)' 화석에서 타원형 흔적을 발견한 뒤, 이를 3D 레이저 스캐너로 관찰하여, 입과 항문을 가진 동물의 형체를 찾아냈다. 크기는 길이 2∼7㎜, 폭 1∼2.5㎜로, 근처 구멍 화석에도 딱 맞다. #
이는 이카리아가 에디아카라기까지 해저바닥에 있던 거대한 세균매트 같은 유기물을 위장관으로 섭식하였으며, 또한 굴을 파는 등의 움직임이 있었다는 것을 뜻한다. 이 사실은 무엇보다도 이카리아가 동물이라는 결정적인 증거이다. 그동안 움직이거나 잡아먹힌 흔적을 발견하지 못해서, 과연 '에디아카라 동물군'이 실제로 동물이 맞는지도 오랜 논쟁의 대상이었지만, 이로써 에디아카라 동물군 중 일부는 다세포의 움직이는 생명체라는 것을 확신할 수 있게 되었다. 그 이전까지의 생물이 모두 남세균[10] 같은 단세포 무리거나 다세포 생물이더라도 해면이나 해조류처럼 움직이기 않고 사는 생물에 지나지 않았던 것을 비교해 본다면 놀라운 진화의 발전이다.
또한 작은껍질화석이 에디아카라기 후기부터 등장하기 시작해 동물들의 방어 흔적이 보여 적극적이고 능동적인 사냥이 이미 에디아카라기에 등장한것으로 보인다.
3. 에디아카라 동물군 진화의 원인
지금으로부터 6억 3500만 년 전에서 8억 5000만 년 전 사이, 즉 크리오스진기(Cryogenian period) 시절 지구의 평균 기온은 극단적으로 낮아져 지구 전체가 두꺼운 얼음으로 뒤덮였다. 이 시기를 눈덩이 지구(Snowball Earth)라고 설명한다. 왜 이 시기에 기온이 극단적으로 낮아졌는지는 정확히 모르지만, 이전 리아시아기부터 토노스기까지 대롱편모조식물이나 식물 같은 광합성 다세포 생물의 등장으로 이산화탄소 등 대기 중 온실가스의 급격한 감소 등이 이유로 지목되고 있다. 하지만 극단적인 추위보다 더 중요한 사실은 이 시기가 끝나고 동물이 해면이나 빗해파리 같은 단순한 형태에서 에디아카라 동물군 같은 복잡한 다세포 생물이 등장했다는 점이다. 따라서 과학자들은 이 시기가 다세포 생물의 진화를 촉진시켰다고 믿고 있다.호주 국립 대학의 연구 팀은 당시 형성된 호주 중부의 퇴적층을 조사해서 그 이유 가운데 하나를 밝혔다. 눈덩이 지구는 사실 2억 년 이상 계속해서 진행된 것이 아니라 빙하기와 간빙기처럼 눈덩이 시기와 해빙기를 반복적으로 거치던 시기였다. 그 가운데 7억 1700만 년 전 발생한 스타티안 빙하기(Sturtian glaciation)는 5000만 년 동안 가장 극단적인 추위가 지속된 시기였다. 연구 팀은 스타티안 빙하기가 끝나던 시점에 빙하가 녹으면서 대륙에서 막대한 양의 영양 염류가 바다로 흘러들어갔다는 증거를 발견했다. 당시 바다에 막대한 양의 영양분이 공급되면서 광합성을 하는 단세포 조류(algae)가 크게 증식했고, 이를 잡아먹는 보다 크고 복잡한 동물이 탄생할 수 있었다. 또한 눈덩이 지구 해빙 시기에 열수분출공 등을 통해 지구 안에서 나온 영양분이 가뜩이나 빙하로 인해 수위가 낮아진 바다에 잔뜩 쌓였고, 이는 콜라겐 성분의 생성을 도와 세포와 세포가 더욱 잘 붙게 하여 생명체의 대형화에 일조하였다. 참고 영상
이러한 과정 덕분에 눈덩이 지구가 끝난 6억 3500만 년 전부터는 독특하게 생긴 다세포 생물인 에디아카라 동물군이 등장했고, 5억 4100만 년 전 캄브리아기 대폭발에 이르러서는 대부분의 현생 동물군의 조상들이 등장하게 되었다는 것이다. #
또한 에디아카라기 후기엔 작은껍질화석이 발견되면서 능동적인 사냥과 도주, 방어가 에디아카라기부터 시작되었고 이는 캄브리아기에 동물군이 다양하게 분화하는 캄브리아기 대폭발이 에디아카라기부터 시작되었음을 보여준다.
4. 멸종
에디아카라 동물군이 멸종하고 그 자리를 새로운 동물군이 채우던 시기인 캄브리아 초기에, 지구에는 운석 충돌이나 화산 활동, 빙하기 등의 특별한 이변이 생기지 않았었다. 따라서 에디아카라 동물군의 대멸종은 뭔가 다른 이유와 연관이 있을 것으로 생각되고 있는데 유력한 가설 가운데 하나는 바로 '새로운 동물군의 출현'이다.[11][12]관련 사이트 물론 일부는 캄브리아기에도 살아남았지만 말이다.에디아카라 동물군은 다른 동물을 먹지 않았기 때문에 움직이는 포식동물(초미세 연체동물, 절지동물)이 새롭게 등장함에 따라 기존의 에디아카라 동물군은 이 포식동물들의 좋은 먹이로 전락하여 멸종하였다는 것.
5. 대표 생물들
- 이카리아: 최초의 좌우대칭동물. 동물중에서 몸구조가 복잡한 3배엽 동물의 조상으로 입과 항문이 연결된 위장관이 있으며, 근처에 발견된 땅속 구멍이 능동적인 움직임을 증명하기에 매우 중요한 화석이다. 기존의 있었던 최초의 동물 화석은 해면으로 움직임이 없는 형태였으며, 빗해파리나 털납작벌레 같이 유전자 분자시계를 통해 확인된 먼저 등장한 움직이는 동물도 있었겠지만 이들은 아직 당시 화석으로 발견되지 않았기 때문에 가장 처음 움직인 흔적이 발견된 동물이라는 타이틀도 가지고 있다.
- 스프리기나
- 디킨소니아: 이 화석에서 동물세포의 세포막을 구성하는 콜레스테롤이 검출되었다. 에디아카라 동물군에 이미 '다세포 동물'이 존재하고 있었다는 것을 명확하게 증명하는 화석이다.관련 기사[13]
- 야르네미아
- 나마칼라투스(Namacalathus): 단단한 미세 골격을 가진 화석 가운데서 가장 오래된 것. 단단한 골격이 진화하면 이빨이 탄생할 수 있으므로, 다른 다세포 동물들을 잡아먹는 '포식동물의 기원'을 밝혀주는 매우 중요한 화석이 된다. # 이들이 진화하여 작은껍질화석으로 이어진다.
- 트리브라키디움
- 네미아나
- 킴베렐라(Kimberella): 1964년 중부 호주 탐험 중 목숨을 잃은 당시 학생이자 교사이자 수집가인 38세의 존 킴버(John Kimbe, 1926~ 1964)에서 따온 것으로 식성이 무엇인지 아직 알려지지 않은 동물이다. 확실하지는 않지만 연체동물이라는 추측도 존재한다. 근거
- 푸니시아(Funisia): 현재까지 발견된 화석 기준으로 유성생식의 증거를 보여주는 가장 이른 시기의 동물이다.[14]
- 마우소나이트
- 프테리디늄
- 요르기아
- 이나리아
- 카르니오디스쿠스
- 벤도미아
- 에디아카리아
- 에르니에타
- 페탈로나마에(Petalonamae): 나무의 잎처럼 보이지만 실상은 동물이다. 북한에서 수도인 평양 부근에서 이 계통에 속하는 동물의 화석을 출토했다는 신문 기사가 존재한다.[15]
- 카르니아(Charnia): 영국 레스터셔 주 참나무 숲(Charnwood Forest)에서 1957년 영국의 지질학자이자 대학교수인 로저 메이슨(Roger Mason, 1941 ~ )이 당시 고교생 시절에 암벽 등반에서 우연히 발견하게 되었다. 지질학자, 동굴학자이자 작가인 트레버 데이비스 포드(Trevor David Ford, 1925 ~ 2017)와 함께 국가에 신고하여 알려졌다. 근거
- 아스피델라(Aspidella): 계통 불명의 동물로 1872년 캐나다 신원생대에 속하는 블랙셰일 층에서 발견되었고, 이것이 수 백년간 에디아카라 동물군 화석을 연구하게끔 만든 원인이 되었다.논문
- 키클로메두사(Cyclomedusa): 한때 해파리의 화석으로 보기도 했으나, 현재는 최초의 미생물 군집으로 밝혀졌다. 근거
- 베르나니말큘라(Vernanimalcula): 중국의 후베이 시 두산퉈 시에서 두산투 층에서 발견된 진핵생물로 생존 시기는 6억 년 ~ 5억 8천만 년 전이다./#/# 과거에는 "최초의 좌우대칭동물"로 생각되었지만, 현재는 진균류로 보는 듯 하다.
6. 기타
- 중국에서도 에디아카라 동물군이 살았던 시기의 지층이 존재하며 중화인민공화국 산시 성 시안시의 현급 행정구역인 란톈현(蓝田县)에서 6억 3천만 년 전 퇴적된 지층이 있다.[16]
[1] 엄밀히는 연산호[2] 인터넷에서는 흔히 최초의 다세포 생물의 탄생이라고 말하지만 다세포 생물은 에디아카라 동물군보다 훨씬 이전에 등장했다. 가령 해면, 빗해파리 같은 동물은 7억 년 전, 해조류 계열은 그보다도 훨씬 더 먼저 생겼다.[3] 해조류나 갈조류 같은 최초의 다세포 생물도 대략 10~9억 년쯤 등장한 것으로 보인다.[4] Runnegar 1992; Wray et al. 1996; Ayala et al. 1998.[5] 해면 자체의 화석 중 가장 이른 것은 약 5억 8천만년 전의 중국에서의 화석이다. # 또한 눈덩이 지구가 일어난 크리오스진기에 살았던 해면으로 추측되는 흔적 화석도 발견되었다.[6] 1952년 러시아의 지질학자, 전기 기술자인 보리스 세르게예비치 소콜로프(Борис Серге́евич Соколов, 1914 ~ 2013)는 러시아 북부 지역에서 발견된 이와 같은 시기의 화석들을 벤디아(Vendia) 동물군으로 명명하고, 벤디아기를 제안하였으나 국제 층위학 위원회에서는 에디아카라기를 채택하여 쓰고 있다.[7] 판형동물은 자포동물과 좌우대칭동물의 조상으로 여겨지며, 특히 유즐동물의 대표적인 빗해파리는 DNA 분석을 통해 해면과 함께 최초의 동물로 지목되고 있다.[8] 현재 판형동물이 이러한 순환계를 가지고 있다.[9] 미국 리버사이드 캘리포니아대(UCR)의 고생물학 박사[10] 선캄브리아 시기부터 스트로마톨라이트를 만든 세균이다. 스트로마톨라이트는 한때 지구상 최초의 생물 화석이라고 불리기도 했다.[11] 이는 현재도 충분히 일어나고 있는 멸종 방향으로 대항해시대 혹은 그 이전부터 인류에 의해 많은 종이 멸종했고 상당수가 인류 혹은 인류가 들여온 다른 종의 유입에 의한 (때로는 둘이 복합적으로 작용한) 멸종이다. 그러니 특별히 환경이 나빠진 것도 아닌데 멸종했다면 이쪽을 의심해볼만 하다.[12] 예시로 뉴질랜드에 살던 모아는 마오리족의 사냥과 마오리족이 들여온 돼지가 모아의 알을 다 먹어버리는 바람에 소형 종을 제외하고는 16세기에, 그나마 남아있던 소형종도 19세기에는 멸종한 것으로 보여진다.[13] 에디아카라기 이전 토니아기 동물 화석들은 아직 논란이 좀 있기 때문이다.[14] 유성생식 자체는 그 이전부터 존재하였으나 동물 중에서는 푸니시아가 최초라고 할 수 있다.[15] 근거: https://en.wikipedia.org/wiki/Petalonamae[16] 근거: https://www.dongascience.com/news.php?idx=-5266202[17] 근거: https://www.tongilnews.com/news/articleView.html?idxno=4018[18] 신문 내용으로 봐서는 위에 언급된 페탈로나마에(Petalonamae)계열과 아스피델라(Aspidella)계열으로 보이며 2023년 기준으로 국내에서 제대로된 확인 할 수 방법이 전혀 없으며 혹여나 사실이라면 7억 년 전에 형성된 금강휴게소에 있는 눈덩이 지층이 있는데 그 이후 6억 년 전 생물 화석이 남한 내에서는 없지만 국내외 학계에서 인정받는다면 한국의 고생물학 및 지질학에 대한 대대적인 수정이 불가피하다.