소식

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생명 진화의 오랜 역사에서 해면동물의 진화는 늘 흥미롭지만 풀기 어려운 미스터리였습니다. 해면은 지구상에서 가장 초기의 다세포 동물 중 하나로 간주되며 단세포 유기체와 복잡한 동물 사이의 중요한 다리입니다. 그러나 해면동물의 기원과 초기 진화에 관해 과학계에는 커다란 인지적 격차가 있었습니다.

최근까지 중국 과학자들은 이 미스터리를 풀 수 있는 핵심 단서를 제공하는 획기적인 발전을 이루었습니다. 중국과학원 난징지질고생물학연구소 위안순라이(Yuan Xunlai) 연구원이 이끄는 국제협력팀은 약 5억 5천만년 전 후베이성 ​​이창(Yichang)에서 해면화석을 발견했다.

이번 발견은 해면동물의 초기 진화 과정에서 중요한 공백을 메울 뿐만 아니라, 생명의 전체 진화를 재검토할 수 있는 새로운 시각을 제공합니다.

나선형격자 스펀지 복원 사진(사진출처:참고2)

스펀지: 진화론적 생명나무의 살아있는 화석

단순해 보이지만 신비한 유기체 그룹인 해면은 동물계에서 독특한 위치를 차지하고 있습니다.

해면동물은 단순한 신체 구조와 명확한 기관 체계를 가지고 있지 않지만 놀라운 생존 능력을 가지고 있습니다. 그들의 몸은 거대한 필터처럼 작용하여 물을 흡수하고 배출하여 영양분과 산소를 ​​얻습니다. 이 간단하고 효율적인 생존 방법 덕분에 해면 동물은 수억 년 동안 지구상에서 번성할 수 있었습니다.

현대 해양에는 모양이 다른 다양한 종류의 해면이 있습니다. 일부 스펀지는 섬세한 꽃병과 비슷하고 다른 스펀지는 거대한 양동이 또는 부채와 비슷합니다. 또한 필요한 모든 것을 갖춘 다양한 색상으로 제공됩니다. 이 다채로운 해면은 수중 세계에 화려한 색상을 더할 뿐만 아니라 해양 생태계의 균형에도 중요한 기여를 합니다.

다양한 해면동물(이미지 출처: Wikipedia)

어려운 미스터리: 스펀지의 '잃어버린 세월'

현대의 해면은 매우 흔하지만 지질학적 역사에서 오랫동안 "실종"되어 왔습니다. 이 현상은 풀리지 않는 수수께끼처럼 과학자들을 당혹스럽게 만들었습니다.

당신이 해면동물의 조상을 찾는 고생물학자라고 상상해 보세요. 당신은 신나게 다양한 지질학적 연대의 암석층을 파헤쳤지만, 약 5억 3900만 년 전인 캄브리아기 이전에는 해면동물의 화석 기록이 거의 비어 있다는 사실을 발견했습니다. 처음 몇 장의 페이지가 모두 누락된 두꺼운 가족 역사와 같습니다.

과학자들은 분자생물학 연구와 분자시계를 통해 해면동물이 약 7억년 전에 유래했을 것이라고 추측하고 있습니다. 그러나 실제 화석기록에서 확인된 해면화석은 캄브리아기 이전에는 대량으로 나타나지 않았다. 이는 해면 동물의 화석 기록에 1억 6천만 년이라는 엄청난 공백이 있다는 것을 의미합니다. 과학자들은 이 기간을 해면 동물의 초기 진화에서 "잃어버린 세월"이라고 생생하게 부르고 있습니다.

왜 그런 상황이 있습니까? 과학자들은 두 가지 주요 가설을 제안했습니다.

첫 번째 가설은 해면동물의 공통 조상이 광물화된 스피큘(해면동물의 지지 구조)을 가졌을 수도 있다는 것입니다. 그러나 캄브리아기 이전 환경은 이러한 골침을 보존하는 데 도움이 되지 않아 화석을 찾는 것이 어려울 수 있습니다.

두 번째 가설은 초기 해면동물이 광물화된 스피큘을 전혀 갖지 않았을 수도 있고 대신 연조직 조직으로 구성되었을 수도 있음을 시사합니다. 이로 인해 화석화 과정에서 파괴하기가 더 쉬워지고 식별하기가 더 어려워집니다. 이는 마치 물로 바위 위에 그림을 그리는 것과 같습니다. 빠르게 증발하여 흔적도 남지 않습니다.

이 미스터리는 이 미스터리를 해결하는 핵심 단서를 제공하는 최근 연구까지 과학자들을 당황하게 했습니다.

현대 석회 스폰지 스폰지의 다양한 유형의 스피큘(이미지 출처: Wikipedia)

나선형 그리드 스폰지: 스폰지 진화의 신비를 밝히는 "로제타 스톤"

후베이성 이창에서 과학자들은 약 5억 5천만년 전으로 거슬러 올라가는 시반탄 생물군(Shibatan Biota)에서 흥미로운 새 화석을 발견했습니다. 이 화석의 이름은 '나선형 격자 스펀지(Spiral Grid Sponge)'로 명명됐다. 그 발견은 마치 해면동물 초기 진화의 공백을 메우며 광대한 역사 속에서 연결점을 찾는 것과 같다.

나선형 격자 스펀지는 놀라운 형태학적 특징을 가지고 있으며 몸체는 우아한 원뿔 모양을 하고 있으며 바닥에는 해저에 고정하는 데 사용할 수 있는 원반 모양의 구조가 있습니다. 가장 눈에 띄는 점은 표면 구조가 정사각형으로 구성되어 있으며, 이를 더 작은 정사각형으로 세분화하여 복잡하고 질서정연한 네트워크 구조를 형성할 수 있다는 것입니다.

나선형 격자 해면 화석 사진(a)과 레이저 스캐닝 고도 지도(b) (사진 출처: 충칭

구조는 현대의 육각형 스폰지를 연상시키지만 한 가지 주요 차이점이 있습니다. 나선형 메쉬 스폰지의 메쉬는 광물화된 스피큘이 아닌 유기물로 만들어졌습니다.

이 발견은 해면동물의 초기 진화에 대한 새로운 관점을 제시합니다. 이는 먼 에디아카라기 후기에 광물화된 스피큘이 없는 해면이 이미 존재했음을 알려줍니다. 이는 아직 단단한 스피큘이 발달하지 않았지만 이미 스펀지의 기본 특성을 갖고 있는 스펀지의 "원시 버전"을 발견한 것과 같습니다.

과학자들은 나선형 메쉬 스폰지에 대한 자세한 연구와 분석을 수행했습니다. 그들은 화석을 다양한 살아있는 동물 및 기타 화석과 비교하고 복잡한 데이터 매트릭스를 구축했으며 엄격한 계통발생 분석을 수행했습니다. 결과는 나선형 격자 스폰지가 크라운 그룹 스폰지에 속하며 6피트 스폰지와 밀접한 관련이 있음을 보여줍니다. 이 발견은 해면동물의 진화에서 나선형 격자 해면동물의 중요한 위치를 더욱 확증해 줍니다.

특정 종류의 6개 해면동물입니다. 이 동물은 규산질 침상을 가지고 있습니다. 일부 침상은 뼈에 해면질 같은 골격이 뭉칠 수 있습니다. 따라서 이 클래스를 유리 스펀지라고도 합니다. (이미지 출처: 위키피디아)

나선형 격자 스펀지의 발견은 동물의 초기 진화를 이해하는 데 중요한 정보를 제공합니다. 이는 선캄브리아기 해면 화석을 찾을 때 현대 해면을 표준으로 삼을 수는 없음을 알려줍니다. 초기 해면에는 광물화된 스피큘이 없을 수도 있고 우리에게 익숙한 일부 기능이 부족할 수도 있습니다. 이 발견은 우리의 지평을 넓히고 미래 연구의 새로운 방향을 제시합니다.

스펀지와 생명의 폭발: 생명 진화 과정의 재검토

나선형 격자 해면의 발견은 또한 우리에게 생명의 전체 진화에 대한 새로운 관점을 제공합니다. 과학자들은 선캠브리아기와 캄브리아기의 생물군계가 크게 다르다고 오랫동안 믿어왔습니다.

에디아카라기는 기이한 형태와 알 수 없는 친화력을 지닌 생물들이 지배하던 시대로 여겨진다. 캄브리아기에는 현대의 다양한 동물군이 갑자기 대량으로 등장했는데, 이것이 그 유명한 '캄브리아기 폭발'이다. 이 견해는 완전히 다른 두 세계를 묘사하는 것과 같습니다. 하나는 신비한 생물들로 가득 찬 고대 세계이고, 다른 하나는 우리에게 친숙한 현대 해양 생태계의 원형입니다.

그러나 나선형 격자 스펀지의 발견으로 겉보기에 분리되어 있는 것처럼 보이는 이 두 세계 사이에 다리가 생겼습니다. 이는 에디아카라 후기에 이미 현생 동물과 직접적인 진화 관계에 있는 생물이 존재했음을 알려준다. 즉, 고대가족사에서는 고대의 조상과 현대의 후손을 연결하는 핵심적인 사진이 발견된 것이다.

이 발견은 또한 우리로 하여금 "캄브리아기 폭발"의 본질을 다시 생각하게 만듭니다. 아마도 생명의 진화는 갑작스러운 '폭발'이 아니라 점진적인 과정일 것이다. 다양한 동물의 문은 캄브리아기 이전에 다양화되기 시작했을지 모르지만 단단한 껍질이나 뼈가 발달하지 않았기 때문에 화석 기록으로 보존하기가 어려웠습니다.

이 새로운 발견은 또한 우리에게 더 많은 질문을 불러일으킵니다. 나선형 격자 스펀지 이전에 더 이른 해면 동물이 있었습니까? 해면동물의 조상은 어떻게 뼈 침상을 광물화하는 능력을 얻었습니까? 이러한 질문에 대한 답은 고대 암석층에 숨겨져 미래의 과학자들이 발견하기를 기다리고 있을 수 있습니다.

나선형 격자 해면과 다른 동물 사이의 진화 관계(이미지 출처: 참고문헌 2)

결론

해면동물의 진화는 수억 년에 걸친 서사시와 같습니다. 초기 연체 구조부터 복잡한 광물화된 골침의 발달까지, 모든 단계는 생명 진화의 신비를 기록합니다. 나선형 격자 스펀지의 발견은 이 서사시에 풍부한 감동을 더해주며, 고대 바다의 신비로운 모습을 엿볼 수 있게 해줍니다.

미래에는 기술의 발전과 새로운 방법의 적용으로 더 많은 초기 동물 화석을 발견하고 생명의 진화에 대한 그림을 더욱 향상시킬 수 있을 것입니다. 스펀지 이야기는 계속해서 우리에게 생명의 본질에 대해 생각하도록 영감을 주고, 미지의 영역을 탐험하도록 격려하며, 생명 진화의 신비를 추구하도록 격려할 것입니다.

참고자료:

1. Xiaopeng Wang, Alexander G. Liu, Zhe Chen, Chengxi Wu, Yarong Liu, Bin Wan, Ke Pang, Chuanming Zhou, Xunlai Yuan & Shuhai Xiao, 후기 에디아카라 왕관 그룹 해면 동물

제작사: Popular Science China

저자: 리 진주안(와세다 대학)

제작자: 중국 대중 과학 박람회