5억년 전 미스터리 절지동물의 성장법…화석은 알고 있다 [와우! 과학]

지금으로부터 5억 4200만년 전부터 4억 8830만년 전인 캄브리아기에는 현생 동물문의 조상이 대부분 등장했던 시기로 사실상 지구 다세포 동물의 기본 바탕이 이때 만들어졌다고 해도 과언이 아니다. 현재 지구상에서 가장 큰 동물군인 절지동물 역시 이 시기 처음 모습을 드러냈는데, 현생 절지동물뿐 아니라 범절지동물군에 속하지만, 후손을 남기지 못하고 사라진 미스터리 생물도 다수 존재한다. 과학자들은 이 미스터리 생물을 분석해서 오늘날 절지동물이 어떻게 해서 진화하고 탄생했는지를 연구해왔다.

하버드대학의 박사후연구원인 사라 로소와 동료들은 1918년 찰스 둘리틀 월컷이 버제스 혈암군에서 처음 캄브리아기 생물군을 보고한 뒤 100년 넘게 연구가 더디게 진행된 미스터리 생물인 헬멧티아 엑스판자(Helmetia expansa)의 화석을 상세히 분석했다.

헬멧티아는 절지동물의 특징인 외골격을 갖고 있지만, 석회화가 이뤄지지 않은 부드럽고 반투명한 외골격을 지닌 생물체로 5억 800만년 전 캄브리아기 바다 밑을 기어 다녔다. 헬멧티아는 삼엽충의 근연 관계에 있는 초기 절지동물인 콘칠리터가(Conciliterga)라는 그룹에 속하는데, 절지동물 진화 과정에서 역할은 지금까지 제대로 연구되지 않았다.

연구팀은 36개의 보존 상태가 양호한 헬멧티아 화석을 분석하던 중 의외의 사실을 깨달았다. 화석 표본 중 두 개에서 탈피가 이뤄진 흔적을 발견한 것이다. 외골격을 벗고 아직 부드러운 외골격을 늘린 후 다시 단단하게 만드는 과정인 탈피는 절지동물 성장에서 중요한 아주 중요한 과정이다. 그리고 헬멧티아는 5억년 전 초기 절지동물도 탈피를 통해 성장했음을 보여주고 있다.





육지의 곤충과 바다의 갑각류 같은 절지동물의 성공 비결은 가볍지만 단단한 외골격에 있다. 몸 전체를 단단하게 보호하면서 골격 역할을 함께 하는 외골격 덕분에 작은 크기에도 효과적으로 몸을 방어할 수 있게 되면서 비슷한 크기의 동물 가운데서 가장 큰 성공을 거뒀다.

하지만 이 외골격에는 한 가지 큰 단점이 있다. 단단한 껍데기이기 때문에 그대로는 몸집을 키울 수 없다는 것이다. 탈피는 그래서 나온 전략이다. 오래된 외골격을 안전하고 빠르게 벗어 버린 후 새로운 외골격으로 대체하는 일은 절지동물의 생존에 매우 중요하다. 당연히 헬멧티아처럼 초기 멸종 그룹도 효과적으로 탈피하는 일이 생존에 중요했을 것이다.

연구팀은 헬멧티아가 탈피를 하면서 몸이 앞쪽으로 빠져나온다는 사실을 발견했다. 이는 먼 친척인 투구게와 비슷한 방법이다. 이렇게 탈피를 거듭하면서 헬멧티아의 몸은 9~18cm 정도로 커졌는데 당시 기준으로는 상당히 큰 편에 속한다.

하지만 결국 물렁한 외골격이 약점이었는지 헬멧티아는 멸종됐다. 하지만 헬멧티아 같은 초기 절지동물이 만든 탈피 기술은 그대로 전수돼 현재도 널리 사용되고 있다. 진화 초기 이런저런 도전을 하고 실패했던 조상이 아니었다면 현재 절지동물의 성공은 불가능했을 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com