초기 동물 머리의 기원에 대한 실마리를 간직하고 있는 화석 뇌
캠브리지 대학의 새로운 연구에서는 지금까지 알려진 것 중 가장 오래된 화석 뇌들 중 하나를 조사했습니다. 5억년 이상 된 이 뇌를 통해 초창기 동물에서 머리가 어떻게 진화했는지를 더 잘 알 수 있게 되었습니다. 학술지 ‘커런트 바이올로지 (Current Biology)’ 에 실린 이번 논문을 통해 현생 곤충과 갑각류, 그리고 거미를 포함하는 그룹인 절지동물의 초기 조상이 연한 몸을 가지고 있다가 단단한 껍질을 가지도록 진화한 중요한 전환점을 확인할 수 있었습니다.
이번 연구에서는 두 종류의 절지동물 조상을 관찰했습니다. 하나는 연질부만을 가진 삼엽충 비슷한 동물인 헬메티아 엑스판사 (Helmetia expansa), 또 하나는 잠수함을 닮은 기묘한 동물인 오다라이아 알라타 (Odaraia alata) 입니다. 연구를 통해서 전방경피 (anterior sclerite) 라고 불리는 단단한 판과 이들 몸 앞쪽에 위치한 눈처럼 보이는 기관이 뇌의 앞쪽, 즉 현생 절지동물에서 시각을 제어하는 부분에서 기원한 신경의 흔적을 통해 연결되어 있다는 것이 밝혀졌습니다.
이번 결과는 또 절지동물과 아노말로카리스류와의 비교를 가능하게 해주었습니다. 아노말로카리스는 캄브리아기 당시에 살았던 헤엄치는 대형 포식자로 연구를 통해 아노말로카리스 머리 위에 있는 판과 오다라이아의 전방경피 사이의 중요한 유사점을 발견했기 때문에 이 둘이 공통의 기원을 가진다는 추론을 할 수 있었습니다. 아노말로카리스류가 초기 절지동물의 조상이라는 것은 널리 받아들여지고 있는 이론이긴 하지만 이들의 몸은 절지동물과 상당히 다른 구조를 가지고 있습니다. 이번 연구에 사용된 화석에 보존된 뇌 덕분에 전방경피가 아노말로카리스의 머리와 절지동물 머리 사이의 가교 역할을 한다는 것을 알 수 있었습니다.
“전방경피는 현생 절지동물에서는 볼 수 없는 특징으로 절지동물의 진화 과정에서 머리의 다른 부분과 합쳐졌을 가능성이 매우 높습니다.” 이번 연구의 저자인 캠브리지 대학 지구과학과의 박사후연구원인 자비에르 오르테가-헤르난데즈 박사의 말입니다. “연한 몸을 가진 벌레 같은 생물에서 마디가 있는 다리와 단단한 외골격을 가진 절지동물로 진화하는 중요한 전환점 중 하나를 이들 화석에서 볼 수 있는 것이죠. 매우 중요한 전환이 일어나고 있는 시기였습니다.”
오르테가-헤르난데즈 박사는 몸의 앞쪽에 위치한 밝은 점들, 즉 단순한 광수용체가 전방경피 안에 박혀 있는 것을 확인했습니다. 광수용체는 화석화된 뇌의 앞쪽과 연결되어 있는데, 이것은 현생 절지동물에서 볼 수 있는 것과 매우 유사합니다. 여러 정황을 고려해 볼 때 화석으로 보존된 이 뇌는 오늘날의 절지동물의 뇌와 비슷한 방식으로 정보를 처리하여 먹이를 찾고 포식자로부터 도망치는 등 환경과의 상호작용에서 중요한 역할을 했던 것으로 보입니다.
약 5억년 전 급격하고 혁신적인 진화를 통해 대부분의 주요 동물 그룹들이 화석기록에 나타나기 사건인 캄브리아기 대폭발 당시 단단한 외골격과 마디가 있는 다리를 가진 절지동물이 처음 출현했습니다. 이 시기 이전에 지구상에 살던 생물들은 대부분 연한 몸을 지녔고 수수께끼처럼 생긴 조류(algae)나 해파리를 닮은 모습이었습니다.
이번 연구에 사용된 화석은 토론토의 왕립 온타리오 박물관과 워싱턴DC 의 스미소니언 연구소에 소장되어 있는 표본들로 해당 시기의 화석을 세계에서 가장 많이 찾을 수 있는 장소 중 하나인 캐나다 서부의 버제스 셰일에서 발견된 것들입니다.
뇌와 기타 연질부는 기본적으로 지방과 유사한 물질들로 만들어져 있기 때문에 화석에 이런 구조들이 보존되는 것은 극히 드문 일이며 해당 기관들의 진화사를 이해하는 것도 매우 어렵습니다. 캄브리아기 화석들이 예외적으로 잘 보존될 수 있었던 조건을 지닌 매우 드문 장소 중 하나인 버제스 셰일에서조차도 화석화된 뇌 조직을 발견하는 것은 매우 드문 일입니다. 사실 이전의 화석 뇌 연구결과들은 그다지 결정적인 것이 아니었으며 이번 연구에 사용된 화석은 버제스 셰일에서 발견된 것 중에서 가장 완전한 뇌 화석입니다.
“절지동물의 머리는 시간이 흐름에 따라 더 복잡해졌습니다.” 현재 엠마누엘 칼리지의 연구원인 오르테가-헤르난데즈 박사의 말입니다. “이들이 어떻게 연한 몸에서 단단한 껍질을 가지게 되었는가 하는 질문에 대한 답을 여기에서 찾을 수 있었습니다. 절지동물이라는 매우 성공적인 그룹의 복잡한 진화 역사와 기원을 더 잘 이해할 수 있게 된 것이죠.”
(사이언스 데일리)