[핵잼 사이언스] 줄기와 뿌리가 한 줄기에서…4억 년 전 고대 식물 발견 (연구)

고생대의 첫 번째 시기인 캄브리아기(5억 4200만 년 전부터 4억 8830만 년 전 지질시대)에는 전례 없을 만큼 수많은 생물종이 등장했다. 과학자들은 이 시기를 대폭발이라고 부를 만큼 생물종의 증가는 급격했다. 우리가 지금 보는 동물문의 대부분이 이 시기에 등장했다고 해도 과언이 아닐 정도다. 

하지만 캄브리아기 생태계에는 중요한 생물군이 빠져 있었다. 바로 육상 동물과 식물이다. 캄브리아기 대폭발은 바다에서만 일어났다. 바다 생물이 육지로 상륙한 것은 한참 후의 일이다. 과학자들은 초기 동물과 식물이 어떤 과정을 거쳐 지상에 상륙하고 결국은 육상 생태계를 만들었는지 밝히기 위해 많은 연구를 해왔다. 

에든버러 대학의 샌디 헤서링톤 박사가 이끄는 연구팀은 스코틀랜드 에버딘셔에 있는 라이니 처트에서 독특한 형태로 자라는 초기 육상 식물의 화석을 발견했다. 

아스테로실론 맥키에이 (Asteroxylon mackiei)는 현재 석송강이라고 부르는 양치식물의 조상뻘에 해당하는 식물로 데본기 초기인 4억 년 전 지층에서 발견됐다. 줄기 지름은 12mm, 길이는 40cm 정도로 현생 양치식물과는 달리 줄기에 털이나 바늘 같은 미세한 잎이 있다.

하지만 더 독특한 부분은 뿌리에 있다. 땅속에 있는 뿌리 위에 줄기가 있고 줄기에 잎과 꽃이 달린 현생 식물과 달리 아스테로실론은 줄기가 위가 아닌 옆으로 가지치기를 하면서 한 쪽은 줄기가 되고 다른 한 쪽은 뿌리가 된다. (복원도 참조) 

사실 단단한 부분이 없는 작은 식물의 경우 지층에 눌린 상태로 화석이 된다. 따라서 현생 근연종이 없으면 그 모습을 정확히 복원하기 힘들다. 연구팀은 화석을 여러 조각으로 자른 후 이를 3차원 디지털 이미지로 만들어 입체적인 형태를 복원하는 데 성공했다. 덕분에 하나의 줄기에서 뿌리와 줄기가 나오는 아스테로실론의 본래 모습을 확인할 수 있었다. 

당연히 이런 구조는 현생 식물보다 비효율적인 구조다. 하지만 이 시기에는 경쟁하는 다른 육상 식물도 드물고 식물을 먹는 동물도 없었기 때문에 일단 지상에 상륙하기만 하면 자신만의 세상을 만들 수 있었다.

이런 환경에서는 일단 옆으로 뻗어 줄기와 뿌리를 내고 증식하는 것이 더 유리하다. 그러나 지상의 식물이 많아지고 경쟁이 치열해지면서 초기 육지 식물의 후손들은 더 효율적인 구조로 진화했을 것이다. 

지상에 상륙한 초기 식물은 데본기 다음 시기인 석탄기에는 지구 육지의 대부분을 뒤덮은 거대한 숲으로 진화한다. 이후 지구의 육지는 수많은 식물들이 번성하는 초록의 대지로 변했다. 아스테로실론 같은 초기 식물의 도전이 없었기에 가능했던 일이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com