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[이정모의 자연사 이야기] 공룡의 ‘밥’이었던 포유류, 야간 모드 개발해 살 길 찾다

중앙선데이 2015.07.26 02:04
지구 최초의 공룡 코엘로피시스. 머리에서 꼬리까지의 길이가 2m 정도였다.
1989년 미국 서부 뉴멕시코의 2억2000만 년 전 중생대 트라이아스기 후기 지층에서 누구의 것인지 알 수 없는 분석(糞石, 똥 화석)이 발굴되었다. 여기서 아주 작은 뼈 하나도 발견됐다. 그것은 가장 오래된 포유류 아델로바시레우스(Adelobasileus)의 머리뼈 일부라는 사실이 밝혀졌다. 아델로바시레우스는 길이가 10㎝ 정도였던 것으로 추정된다. 꼬마 아이에게 아델로바시레우스를 보여주면 ‘쥐’라고 대답할 것이다. 그런데 이때는 아직 공룡이 등장도 하기 전이었다.

밤이 가져온 평화

공룡이 없다고 해서 아델로바시레우스가 살만 했던 것은 아니다. 공룡 대신 길이가 1m가 넘는 메토포사우루스라고 하는 양서류와 길이가 10m가 넘는 피토사우루스라고 하는 파충류가 사방천지에 널려 있었다. 이들은 웬만한 것은 한 입에 꿀꺽 삼킬 수 있는 절대 강자였다. 거대 양서류와 파충류에게 쉽게 당하지 않으려면 온몸을 단단한 갑옷으로 감싸야 했다. 갑옷 같은 것이 있을 리 없는 포유류인 아델로바시레우스는 두려움 속에서 살아야 했다.

그렇지 않아도 힘겨운 삶을 살고 있는 아델로바시레우스에게 새로운 강자가 등장했다. 지구 최초의 공룡 코엘로피시스가 나타난 것이다. 공룡이 커서가 아니었다. 코엘로피시스는 머리에서 꼬리까지 길이가 2m 정도이고 꼬리를 제외한 몸통의 길이는 1m에 불과했다. 당시 살고 있던 거대 양서류와 거대 파충류에 비하면 꼬마에 불과했다. 그런데 서서히 지구 대륙은 공룡의 차지가 돼 가고 있었다.
 
2 쥐라기 후기의 대표적인 포유류 라올레스테스는 턱뼈 일부가 속귀의 뼈로 바뀐 특징을 보인다. 이는 밤에 활동했음을 보여주는 증거다.
1 가장 오래된 포유류 아델로바시레우스. 공룡이 등장하기 전부터 지구에 살고 있었다.
초기 포유류에게 지구는 생지옥
최초의 포유류 아델로바시레우스와 최초의 공룡 코엘로피시스가 등장한 때는 초대륙 판게아가 한창 분열하고 화산 활동이 빈번하던 때였다. 대기 중에 이산화탄소가 늘어나 지구온난화가 일어났고 대륙은 사막으로 변해갔다. 식물들은 말라죽었다. 엎친 데 덮친 격으로 직전에 30%에 달했던 산소 농도가 11%까지 급격히 떨어졌다. 오늘날 대기 산소 농도 21%에 비해도 절반밖에 안 되는 것이다. 동물들은 숨을 쉬기 힘들었다. 포유류와 공룡이 탄생한 시기는 굉장히 덥고 건조할 뿐만 아니라 산소가 적어 숨쉬기조차 힘든 시대였다.

이 시기에 등장한 포유류와 공룡은 환경 조건에 맞는 신체 구조였지만 그 이전부터 살고 있었던 거대 양서류와 파충류들은 서서히 사라질 수밖에 없었다. 이제 그 땅을 누가 차지할 것인가? 포유류와 공룡은 지배자가 되기 위한 경쟁을 시작한다.

이미 출발선이 달랐다. 공룡은 포유류보다 훨씬 컸으며 파충류답지 않게 빨랐다. 파충류들은 다리가 몸통 옆으로 튀어나와 있어 빨리 이동하지 못하고, 몸을 구불거리며 움직일 때마다 허파가 눌려 호흡이 자유롭지 못하다. 걸을 때와 숨쉴 때를 구분해야 했다. 포유류 아델로바시레우스도 이들과 마찬가지로 몸을 구불거리면서 걸었다. 그런데 공룡은 다리가 몸통에서 바닥을 향해 아래로 똑바로 나왔다. 공룡은 두 발로 서서 걸었다. 하반신과 상반신이 따로 움직일 수 있게 되었다. 따라서 공룡은 걸으면서도 숨을 쉴 수 있었다. 공룡은 인간보다도 훨씬 앞서서 이미 2억 년 전에 직립보행을 한 것이다.

게다가 공룡에게는 공기뼈라는 게 있었다. 뼈 속에 둥글고 작은 구멍과 튜브 형태의 공간이 있는 것이다. 공기뼈에는 공기주머니가 달려 있었다. 산소를 저장하는 탱크가 몸 안에 있는 셈이다. 이런 공룡과 함께 살아야 했던 포유류의 삶은 얼마나 고달팠을까! 출발점도 달랐지만 시간이 지날수록 격차가 더 커졌다.

빛에서 얻던 정보를 소리에서 얻다
7000만 년을 건너뛰어 보자. 이제는 쥐라기 후기다. 등에 거대한 골판(骨板)이 달린 스테고사우루스와 포악한 알로사우루스, 길이가 30m가 넘는 수페르사우루스가 살던 시대다. 공룡들은 각양각색의 모습으로 다양성을 과시했다. 이때의 대표적인 포유류는 라올레스테스(Laolestes)다. 7000만 년 전과 차이점을 거의 느낄 수 없다. 크기도 15㎝ 정도에 불과했다. 꼬마 아이에게 라올레스테스를 보여줘도 ‘쥐’라고 대답할 수밖에 없을 것이다.

그런데 여전히 작고 보잘것없는 라올레스테스에는 한 가지 혁신이 숨겨져 있다. 조상들과 달리 라올레스테스의 턱은 한 개의 뼈로 구성되어 있다. 턱 뼈가 하나로 줄어들었으니 더 단단해졌을 것이다. 그런데 이것만 가지고 혁신이라고 할 수는 없다. 여러 개의 턱뼈가 합쳐져서 하나의 턱뼈가 된 게 아니라 여러 개의 턱 뼈 가운데 하나만이 턱으로 남았다는 것이다. 그러면 나머지 뼈는 어디로 갔을까?

나머지 뼈의 행방은 귀에서 찾을 수 있다. 턱에 있던 뼈들이 귓속으로 이동해 망치뼈와 모루뼈가 되었다. 망치뼈와 모루뼈는 고막을 통해 전달되는 소리를 증폭시키는 역할을 한다. 덕분에 포유류는 높은 소리를 잘 들을 수 있게 됐다. 파충류에는 망치뼈와 모루뼈가 없다. 이런 뼈가 보인다면 그것은 포유류라고 할 수 있다.

턱뼈가 줄어들고 속귀가 발전했다는 게 그래서 무슨 의미일까? 그것은 포유류가 밤의 세계로 진출했다는 것을 뜻한다. 이전까지는 빛이라는 정보에 의존해서 살았다. 속귀가 발명되자 소리라는 정보를 쉽게 해석할 수 있게 됐다.

소리만 들린다고 밤의 세계에 진출할 수 있는 것은 아니었다. 밤에는 춥다. 몸이 사용하는 에너지는 화학반응을 통해 얻어지는데, 화학반응은 일정한 온도가 유지돼야만 일어난다. 그런데 포유류는 체온이 언제나 일정했다. 이걸 내온성(內溫性)이라고 한다. 내온성을 얻기 위해서는 세포 하나에 미토콘드리아가 수천 개씩 들어있어야 한다. 라올레스테스가 속귀를 가졌다는 것은 밤에 생활을 했다는 뜻이고 밤에 생활을 했다는 것은 내온성을 확보했다는 말이 된다. 마침내 어둡고 추운 밤의 세계로 척추동물이 발을 들여놓았다. 포유류에게는 이전과는 전혀 다른 새로운 세상이 열렸다.
 
야간에 활발하게 활동하다 무인카메라에 찍힌 동물들. 사향노루(위)와 수달.
색 구분 능력 대신 약한 빛 적응력 키워
밤은 가혹한 세계다. 밤에 활동을 하려면 몸 안에서 열을 내야 하는 내온성이 있어야 한다. 몸에서 열을 내려면 연료가 많이 필요하고, 연료를 확보하려면 먹이를 많이 얻어야 한다. 그런데 귀가 잘 들린다고 먹이를 많이 얻을 수 있겠는가? 먹이를 조금만 먹고도 체온을 유지할 방법을 찾아야 했다. 그런데 포유류는 몸집마저 작아서 체온 손실이 매우 컸다. 그래서 작은 동물일수록 먹이가 더 많이 필요하다. 이건 털로 해결할 수 있는 문제가 아니다. 포유류는 새로운 장치를 발명해야 했다.

중국 랴오닝성의 1억 2500만 년 전 백악기 전기 지층에서 포유류 에오마이아(Eomaia) 화석이 발견됐다. 크기는 여전히 15㎝에 불과했다. 그런데 에오마이아의 턱에는 그 전의 포유류와는 달리 요철(凹凸) 모양의 어금니가 있었다. 초기의 포유류 이빨은 산(山) 모양이어서 먹이를 찧지 못했다. 이젠 음식을 찧고 갈아 으깰 수 있는 이빨을 가진 것이다. 그 결과 먹을 수 있는 곤충의 종류가 늘어났다. 식량의 폭이 확대된 것이다. 심지어 식물을 먹을 수 있는 포유류도 생겨났다. 식성이 좋아진 것이다. 이젠 밤의 세계에서도 에너지를 충분히 얻을 수 있게 됐다.

우리 인간은 포유류의 대표선수가 아니다. 인간은 별난 포유류일 뿐이다. 따라서 포유류 이야기를 할 때 우리 인간을 기준으로 생각하면 안된다. 우리가 풍부한 색깔의 세계를 누리고 있다고 해서 다른 포유류들도 그런 것은 절대로 아니다. 아름다운 색채의 세상을 보고 있는 포유류는 인류를 비롯한 몇 가지 영장류에 불과하다.

대부분의 포유류는 색을 잘 구분하지 못한다. 왜냐하면 포유류는 본래 밤의 동물이기 때문이다. 캄캄한 밤에 색깔은 중요하지 않다. 밤이라는 세계에 사는 포유류는 색을 구분하는 능력을 포기하고 대신 약한 빛을 받아들이는 능력을 택했다. 낮에 활동하게 된 포유류들도 마찬가지로 색을 구분하는 능력이 거의 없다. 투우장에서 소가 빨간색 천을 보고 흥분한 게 아니었다. 소들은 팔랑거리며 움직이는 천의 모습에 반응했을 뿐이다.

작은 몸집과 짧은 수명 덕분에 빠른 진화
캄캄한 밤에 소리에만 의지해서 곤충의 위치와 움직임을 파악하는 일은 매우 어려운 일이다. 또 캄캄한 밤에 나갔다가 새벽이 오기 전에 다시 굴 속으로 돌아오는 일도 여간 어려운 일이 아니다. 이빨 모양이 바뀌고 다양한 식성을 갖게 된 덕분에 뇌에 많은 에너지를 공급하게 됐지만 그것만으로 충분한 게 아니다.

포유류는 공룡과는 다른 뇌를 가져야 했다. 단지 뇌의 크기가 달랐다는 말이 아니다. 포유류의 뇌에는 대뇌신피질(cerebral neocortex)이 있다. 기억과 학습 그리고 의사소통 능력을 제공하는 영역이다. 밤의 세계로 진출한 포유류는 대뇌신피질을 만들어 내고 크게 키워냈다. 그 연장선상에 우리 인류가 있다.

밤의 세계로 진출하면서 포유류는 공룡의 공포로부터 벗어날 수 있었다. 이 과정에서 턱과 귀, 이빨과 뇌의 구조를 바꿨다. 하지만 커다란 공룡이 100년까지도 살 수 있는 데 반해 포유류는 여전히 작았고 수명도 2~3년에 불과했다. 슬픈 일이 아니다. 짧은 수명은 빠른 세대교체를 의미한다. 세대가 거듭될 때마다 돌연변이가 일어난다. 작을수록 고립될 확률이 크다. 따라서 작고 수명이 짧을수록 진화할 수 있는 기회가 많다. 결정적인 환경 변화에서 살아남을 수 있다는 뜻이다. 6600만 년 전 공룡이 멸종할 때 포유류는 살아남아 진화를 계속했고 결국 인류가 탄생한 것도 이때문이다. 원시 포유류가 밤의 세계로 진출하지 않았다면 우리 인류도 없었다.
 

이정모 연세대 생화학과와 동 대학원 졸업. 독일 본 대학교에서 공부했으나 박사는 아니다. 안양대 교양학부 교수 역임. 『달력과 권력』 『바이블 사이언스』 등을 썼다.

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