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[바이오토픽] 네 발 달린 물고기 틱타알릭이 진화한 이유는? 커다란 조수간만의 차
생명과학 양병찬 (2018-02-21 09:59)
땅에서 걷는 척추동물의 진화는 조수간만의 차이가 컸던 시기에 조수웅덩이(tidal pool) 속에 갇힌 물고기에서 시작된 것으로 보인다.


Fish that could briefly venture onto dry land, like this Tiktaalik roseae, may have gotten a boost from tide pools. / @ Science (참고 1)

땅 위를 걷는 척추동물의 진화(참고 2)에 시동을 건 것은, 수억 전 년 물고기들을 건조한 고지대로 실어 나른 조류(潮流)였던 것 같다.

한 연구진이 새로 계산한 바에 따르면, 약 4억 년 전 많은 해안에서 조석주기(tidal cycle)를 통해 2주(週)마다 4미터 이상의 해수면 차이가 나타났다고 한다. 그렇게 커다란 조차(tidal range: 조수간만의 차이)는 물고기를 2주 동안 조수웅덩이 속에 가둬 두는 결과를 초래했을 것이다. 그리고 강한 지느러미를 보유한 물고기들만이 웅덩이를 박차고 나와 바다로 기어가 살아남을 수 있었을 것이다. 실제로, 잘 알려진 초기 육상 척추동물의 화석은 과거에 조차가 컸던 장소에서 출토된다.

영국 뱅거 대학교에서 이번 연구를 이끌었던 헤나 번은 현재 스웨덴 웁살라 대학교 박사과정에 재학 중이며, 지난 2월 15일 미국 오리건 주 포틀랜드에서 개최된 해양과학회 모임에서 연구결과를 발표했다.

"'처음으로 육지를 걸었던 동물은 조수웅덩이에 갇힌 물고기에서 진화했을 것'이라는 아이디어는 수십 년 전에 제기되어 오늘날 널리 인정받고 있다. 우리는 이번 연구에서 '조수웅덩이가 생성되고 말라붙게 한 원동력'에 초점을 맞췄다"라고 번과 함께 연구를 수행했던 뱅거 대학교의 마티아스 그린 박사(해양학)는 말했다.

절묘한 타이밍

지금으로부터 수억 년 전, 달과 지구의 거리는 지금보다 훨씬 더 가까웠다. 영국 옥스퍼드 대학교의 스티븐 발부스 박사(천체물리학)는 달과 지구의 근접성이 '달의 인력'과 '지구상의 생물'에게 미친 영향을 분석했다. 그는 2014년 발표한 논문에서, "최초의 네발달린 척추동물(참고 3)이 지구상에 나타났을 때와 지구의 조차가 컸던 때는 시기적으로 일치한다"라고 보고했다(참고 4).

번과 그린은 발부스의 아이디어를 받아들여, 그 당시 대륙의 배열, 해안선의 형태와 수심을 바탕으로 하여, 전 세계의 해안에서 조류가 어디까지 올라왔었는지를 시뮬레이션 했다. 그들이 분석한 시기는 두 가지인데, 하나는 동물의 폐가 처음 진화한 4억 3천만 년 전이고, 다른 하나는 최초의 육상 네발동물이 등장한 4억 년 전이었다.

시뮬레이션 분석 결과, 두 시기에 모두 사리(spring tide) 때의 조차가 매우 컸던 것으로 밝혀졌다. 달이 지구의 주위를 공전함으로써 2주마다 한 번씩 발생하는 사리는 매우 중요하다. 왜냐하면 물고기가 조수웅덩이 속에서 버텨야 하는 조건을 결정하기 때문이다. "만약 물고기가 가장 높은 썰물 때 암석 웅덩이 속에 갇혔다면, 바닷물이 다시 웅덩이를 적셔줄 때까지 14일 동안 기다려야 한다. 그것은 무작정 기다리기에는 너무 긴 시간이다"라고 그린은 말했다.

두 사람은 "조수웅덩이에서 나와 바다로 기어간 물고기들은 생존 가능성이 높았을 것"이라고 추론했다. 그런데 공교롭게도, 캐나다의 엘즈미어섬과 폴란드의 십자가산에서 발견된 육기어류(lobe-finned fish)인 틱타알릭(참고 5)과 같은 최초의 육상 네발동물들의 경우, 조차가 매우 큰 곳에서 발견되었다. 따라서 두 사람은 "틱타알릭과 같은 최초의 네발동물들은 큰 조차로 인한 악조건을 극복하는 과정에서 진화했다"는 결론을 내렸다.

그러나 일부 연구자들은 이상과 같은 시나리오에 회의적이다. "그것은 육지에서 서식하는 네발동물의 기원에 대한 수많은 아이디어 중 하나일 뿐이다. 어떤 결론이든 부분적인 결론이 될 수밖에 없다"라고 영국 케임브리지 대학교의 제니퍼 클랙 박사(고생물학)는 말했다.

"'조차가 컸던 시기'와 '육지를 걸었던 동물의 진화' 간의 상관관계가 우연이 아님을 증명하려면 좀 더 많은 증거가 필요하다"라고 퍼듀 대학교의 고기후 모델분석가인 매튜 후버트는 말했다. "그러나 이번 연구는 흥미롭다. 연구진이 제기한 시나리오는 좀 더 연구해볼 만한 가치가 있다"라고 그는 덧붙였다.

※ 참고문헌
1. http://www.sciencemag.org/news/2018/02/strong-tides-may-have-pushed-ancient-fish-evolve-limbs
2. https://www.nature.com/news/how-fish-can-learn-to-walk-1.15778
3. http://www.nature.com/news/2010/012345/full/news.2010.1.html
4. Balbus, S. A. Proc. R. Soc. A 470, 20140263 (2014); http://dx.doi.org/10.1098%2Frspa.2014.0263
5. http://www.nature.com/news/2006/060403/full/news060403-7.html

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-018-02034-w

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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