| 단세포에서 다세포 동물로 | |
| <colbgcolor=#F1FCFE> 원시세포의 탄생 | 모든 생물의 공통 조상 |
| 원핵생물의 시대 | 남세균 ㅣ 스트로마톨라이트 |
| 진핵생물 | 세포 내 공생 ㅣ 그리파니아 |
| 다세포 동물의 탄생 | 깃편모충 |
| 껍질의 시작과 동물의 분화 | 소형패각화석 ㅣ 에디아카라 동물군 |
| 안구의 시작과 동물의 세분화 | 캄브리아기 대폭발 |
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1. 개요
캄브리아기 생물 대폭발(Cambrian explosion) 또는 캄브리아기 방사(Cambrian radiation)는 5억 4200만 년 전, 선캄브리아 시대가 끝나고 고생대 캄브리아기가 시작되는 시기에 약 35개의 생물문이 갑작스럽게 출현한 지질학, 고생물학적 사건을 말한다.2. 화석 종류
- 동물계
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| 넥토카리스 | 마렐라 | 메타스프리기나 |
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| 삼엽충류 | 아노말로카리스 | 아미스퀴아 |
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| 아이셰아이아 | 오파비니아 | 오토이아,하플로프렌티스 |
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| 요호이아 | 위왁시아 | 페이토이아 |
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| 피카이아 | 하이코우이크티스 | 할루키게니아 |
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| 할키에리아 | 헤르페토가스테르 | 후르디아 |
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| 티모레베스티아 |
3. 특징
서기 1909년 캐나다 브리티시컬럼비아 지역 버지스 산의 퇴적암에서 스미스소니언 박물관 관장이었던 찰스. D. 월컷이 대량의 화석을 발견했고, 서기 1979년 영국 케임브리지 대학의 해리 휘팅턴 연구진이 이를 재조사하면서 해당 사건이 널리 알려졌다.캄브리아기 대폭발 이전 대부분의 생물들은 단세포 또는 작은 다세포 유기체로 구성된 상대적으로 단순한 구조였다. 하지만 이후 캄브리아 초기를 지나는 동안에, 생명의 다양성은 훨씬 더 복잡해지고 오늘날과 비슷해지기 시작했다. 오늘날 지구상의 모든 동물문(animal phyla)의 초기 형태가 이 시기에 나타난다. 다양한 동물들이 폭발적으로 나타나면서 여러 가지 감각 기관의 분화도 생기기 시작했으며, 척추동물이 속한 척삭동물의 화석도 이 시기 지층에서 발견되었다.
캐나다의 버제스 셰일 화석군, 중국의 청장(Chengjiang) 화석군이 대표적이다.
4. 원인 가설
원인은 명확히 밝혀지진 않았지만 지질학적 현상이나 생물의 붉은 여왕 효과로 인한 진화 촉진이 그 원인으로 추정된다.4.1. 안구 진화로 인한 능동적 사냥 시작 가설
에디아카라 동물군 후반기에 가면 소형패각화석이 급격하게 늘어나면서, 동물들이 사냥을 시작했고, 그동안 별다른 방어 기구가 없었던 에디아카라 동물군이 방어용도로 패각을 진화하고, 근육을 생성해 빠르게 도망가는 등 피식자로서 생존을 강구하며, 급격하게 진화한 흔적이 보인다. 포식자 동물 역시 이러한 피식자들을 사냥하기 위해서 주변상황을 빠르게 파악할 수 있는 시력을 진화시켰고, 이를 처리하기 위한 신경계를 발달시켜서 지능이 생기게 된다. 피식자 역시 시력과 지능을 발달시켜서 더 효율적으로 도주가 가능했고, 이를 잡기 위해 포식자의 신체가 더 효율적으로 진화하는 등 포식자와 피식자의 붉은 여왕 효과로 진화가 폭주하기 시작했다는 이론이다.아래의 지각판 변동 가설과 맞물려서 산소의 증가로 인해 포식자와 피식자가 더 활동적으로 움직일 수 있게 되어 이러한 진화가 더욱 가속화 된것으로 추정한다.
4.2. 지각판 변동 가설
팀 렌튼은 지각판 변동에 따른 화산 활동 증가가 궁극적으로 산소 증가를 촉발해 다양한 동물이 등장하게 됐다고 주장한다. #이 연구진들이 개발한 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면, 약 5억 5천만 년 전 남반구에 초대륙 '곤드와나(Gondwana)'가 형성되면서 대륙판과 해양판이 충돌하였고, 수천 킬로미터에 걸쳐 화산 고리가 만들어지면서 화산 활동이 활발해졌다. 화산 활동으로 이전에 지하 퇴적암에 저장됐던 이산화탄소(CO₂)가 대기로 흘러 들어가면서 지구 기온이 오르고,[1] 이는 암석에 대한 풍화작용을 강화해 영양분인 인(P)이 바다로 흘러드는 양을 늘리는 결과로 이어졌다. 결국 이는 광합성을 하는 바다 미생물의 활동을 늘려 산소량 증가로 연결된다는 것이다.
이렇게 늘어난 산소량은 불과 오늘날의 4분의 1 수준으로 증가한 것이었지만, 이것만으로도 캄브리아기 대폭발 때 출현한 동물이 필요로 하는 산소 수준을 넘어선 것으로 분석하였다. 그러나, 산소 농도는 생각보다 빠르게 올라가진 않았다는 연구결과도 나오고 있다.#
4.3. 캄브리아기 저층혁명
캄브리아기 저층 혁명(Cambrian Substrate Revolution, Agronomic Revolution)은 캄브리아기부터 굴파는 동물이 번성하여 흔적화석이 급증하게 된것으로 에디아카라기 후반 처음 등장한 이카리아 와리우티아 같은 좌우대칭동물이 번성하여 몸의 방향을 능동적으로 잡고 굴을 파는 능력을 가지는 등 기존에 바닥을 기어다니거나 물에 떠다니거나 부착 생활만 하던 동물이 더 다양한 움직임을 보여준 것이다.이에 따라 서식지도 넓어지고 포식자 회피와 포식자의 피식자 탐색 과정도 정밀해지며 진화를 촉진시켰다.
5. 정말 폭발적이었나?
캄브리아기의 대폭발은 과학계와 일반인들의 관심과 호기심을 불러일으켰다. 찰스 다윈은 이 현상이, 자신의 진화론에 대한 주요한 반대 근거로 창조설 신봉자들이 이용할 수 있다고 생각했다. 다윈이 살던 시대에는 캄브리아기 생물의 선조뻘로 보이는 생물이 이전 지층에서 거의 발견되지 않았기 때문에, 진화론과 위배되는 것처럼 보이는 이 현상이 '갑작스럽게 일어났다'는 것에 대하여 그동안 의아하게 생각하고 있었던 것이다.[2]창조설 신봉자들은 캄브리아기의 대폭발을 창조의 증거라고 지금도 매우 강력하게 주장하고 있다.
하지만 지금은 과학의 발달과 관측 장비의 용이함으로 인해 캄브리아기 이전 지층에서 수많은 화석 증거들이 쏟아지고 있으며, 이로인해 캄브리아기 대폭발을 이용하여 진화론을 반박하는 것은 더 이상 학계에서 받아들여지지 않는다. 즉, 이전 시기의 지층에서 발견된 수많은 화석들은, 캄브리아기 대폭발 시기의 갑작스런 화석의 진화를 충분히 설명하고도 남는 것이다. 특히 선캄브리아대의 다세포 동물인 에디아카라 동물군과 그 이후에 이어지는 소형패각화석들을 통해, 알려진 것보다 '폭발'적 진화가 아니라는 것은 확실해졌다.
화석 기록은 단세포인 원핵생물에서 시작해 진핵생물로, 부드러운 몸을 가진 다세포 동물로, 작은 껍질을 가진 동물로, 그리고 마침내 캄브리아기 중기에 이르러 몸집이 더 커지고 껍질을 가진 무척추동물 일반에 이르기까지 차근차근 진행되어 왔음을 보여준다. 몸 크기와 골격화에서 논리적 단계를 거치며 일어난 이 점진적 꼴바꿈은, 성경과 일치한다고 볼 만한 '순간적인 캄브리아기 폭발'과는 닮은 점이 전혀 없고, 오히려 진화에 의해 차례차례 꼴바꿈을 해온 모습을 뚜렷이 보여준다.
이 모든 정보는 적어도 지난 몇십 년 동안 알고 있던 것이고, 선캄브리아 시대의 미화석들이 처음 발견된 때는 70년도 더 전이다. 이것들은 수십 년 전부터 지질학과 고생물학의 표준 교과서에 모두 실려 있었다. 그런데 창조론자들은 이 발견들에 담긴 함의를 알고 싶어 하지 않거나 이해할 능력이 안 되는 것 같다. (...)
(창조론자들은) 매번 화석 기록에 대한 오류, 잘못된 진술, 인용문 채굴, 데이터 골라 집기, 불편한 사실 외면하기, 명백한 거짓말하기로 일관되어 있다. 놀랄 일이 아니다. (...)
캄브리아기 이야기를 창조론자들이 고집스럽게 되풀이해서 제시하는 까닭은 정말 몰라서 그러는 것이거나, 실은 잘 알고 그러는 것이다. 어느 쪽이든, 그것은 나쁜 과학이다.
도널드 R. 프로세로 (Donald R. Prothero) [3]
이 모든 정보는 적어도 지난 몇십 년 동안 알고 있던 것이고, 선캄브리아 시대의 미화석들이 처음 발견된 때는 70년도 더 전이다. 이것들은 수십 년 전부터 지질학과 고생물학의 표준 교과서에 모두 실려 있었다. 그런데 창조론자들은 이 발견들에 담긴 함의를 알고 싶어 하지 않거나 이해할 능력이 안 되는 것 같다. (...)
(창조론자들은) 매번 화석 기록에 대한 오류, 잘못된 진술, 인용문 채굴, 데이터 골라 집기, 불편한 사실 외면하기, 명백한 거짓말하기로 일관되어 있다. 놀랄 일이 아니다. (...)
캄브리아기 이야기를 창조론자들이 고집스럽게 되풀이해서 제시하는 까닭은 정말 몰라서 그러는 것이거나, 실은 잘 알고 그러는 것이다. 어느 쪽이든, 그것은 나쁜 과학이다.
도널드 R. 프로세로 (Donald R. Prothero) [3]
6. 대중매체에 끼친 영향
진화적 폭발이었든 폭발이 아니었든 간에, 캄브리아기의 독특한 생물은 일반인들에게 굉장한 문화충격을 가져다주었다.- 동명의 리처드 L. 사우세도(Richard L. Saucedo)가 작곡한 관현악 음악도 존재한다.
- 1975년에 오파비니아가 학회에 처음 소개되었을 때 학자들은 그 학회씩이나 되는 장소에서 폭소했고, 오파비니아를 어떻게든 절지동물에 통합시키려 했다. 하지만 일부 해부학적 특징이 절지동물과 달라서 학자들끼리 의견 통합이 되지 않았고 결국 절지동물에게 가장 중요한 발의 유무를 알아내기 위해 화석의 머리 부분 갑각을 잘라내서 관찰하기도 했다. 그 결과 발 같은 건 없었다는 게 밝혀졌고 오파비니아는 새로운 분류군에 속하게 되었다.
- 할루키게니아는 오랫동안 앞뒤와 위아래가 명확히 구분되지 못해 복원도가 엉망진창이었다.[4] 그래도 일단 확실하게 복원도가 나오기 전에는 어찌저찌 관 같은 입으로 먹이 활동을 했을 것으로 추정했지만 그 이상에서 나가지 못하다가 2015년이 되어서야 머리 화석이 발견되어 완벽하게 복원되었다. 그리고 여기에 걸린 시간은 100년 이상이다. 오랫동안 복원도가 엉망이었던 이유는 기존에 머리로 추정되던 부분이 실은 머리가 아니었기 때문인데 그 부분은 현대에는 배설하다 죽었는데 그 배설물이 동그랗게 굳은 것 혹은 퇴적물에 눌리다가 내장과 그 내용물이 몸에서 튀어나온 것으로 여겨지고 있다.
- 이들에 대한 연구가 1970년대 이후에야 본격적으로 시작되었는데, 턱은 새우의 일부분이며 입은 해파리의 일부분, 몸통은 해삼의 일부분으로 추측되던 아노말로카리스가 제대로 복원된 것도 이 무렵. 이 연구들은 90년대 초 NHK와 KBS 등 국제 공동 합작으로 제작된 9부작 다큐멘터리《생명, 그 영원한 신비》에서 방영되었으며 이 방송을 본 사람들은 너 나 할 것 없이 문화충격을 받아 캄브리아기 고생물들을 창작물 여기저기에 등장시키기 시작했다. 그중 가장 인기 있는 것이 아노말로카리스.
- 이가라시 다이스케의 단편만화 '페트라 게니탈릭스'[5]에서는 우주에서 온 물질에 의해서 주변의 무생물이 무작위로 동물로 바뀌는 사건이 일어나는데 작중에서는 과거의 캄브리아기 폭발도 같은 이유로 촉진된 것으로 묘사된다.
[1] 이산화탄소는 대표적인 온실가스이다.[2] 여기서 오해할 수 있는 부분이 있는데, 반박이 이뤄지기 전 과학계에서 '폭발'을 주장했을 때도 문자 그대로 창조설 수준의 폭발을 주장한 것은 결코 아니다. '폭발론'에서 주장했던, 폭발이 이뤄진 기간은 최소 수백만 년 단위이다. 지질학에서는 이 것도 매우 짧은 기간이며 이 의미에서 폭발한 수준이란 뜻.[3] 『EVOLUTION: What the Fossils Say and Why It Matters』 (한국명: 화석은 말한다) p.333~335[4] 그나마 공통적인 것은 등에 가시가 있고 아래에는 촉수가 있었다는 것 정도 허나 이마저도 거꾸로 등에 촉수가 달렸고 아래에 가시가 있는 모습으로 복원도가 나오기도 했다.[5] 단편집 마녀 2권에 수록