지느러미에서 다리로의 진화는 놀랍도록 단순했습니다
새로운 연구에서 3억6천만년 이전에 나타난 네 다리를 지닌 최초의 척추동물이 물 속에 살던 그들의 조상과 비교했을 때 구조적으로 더 다양하지는 않았다는 것이 밝혀졌습니다.
이번 새로운 발견은 다리를 가진 척추동물 (네발동물) 의 기원과 관련하여 오랫동안 유지되어 왔던 관점, 즉 네발동물의 기원이 척추동물 골격의 해부학적 다양성을 증가시키는 도화선이 되었다는 생각을 뒤집어 엎고 있습니다.
링컨 대학 생명과학부의 마르셀로 루타 박사와 영국 바스 대학 밀너 진화센터의 매튜 윌스 교수가 이번 연구를 수행하였습니다. 저자들은 어류와 초기 네발동물들은 골격이 매우 다른 방식으로 구성되어 있음에도 불구하고 지느러미와 다리 각각을 지닌 상태에서 비슷한 수준의 해부학적 다양성을 발전시켰다는 것을 알아냈습니다.
유명 과학 학술지인 ‘팔레온톨로지 (Palaeontology)’ 에 출판된 이번 논문에서는 진화와 관련하여 오랫동안 사실로 여겨져왔던 몇몇 가정들에 도전장을 내밀고 있습니다. 과학자들은 유기체들이 새로운 특징 — 혹은 ‘주요 혁신’ — 들을 진화시켰을 때 이 새로운 특징들로 인해 유기체들이 새로운 환경을 잘 활용하여 진화 및 다양성 증가의 속도가 높아질 것이라고 일반적으로 기대하곤 합니다. 공룡이 조류로 진화했을 때, 그리고 아마도 가장 상징적인 경우로 지느러미를 가지고 물 속에 살던 어류가 다리를 지닌 네발동물로 진화했을 때 이런 식으로 빠른 진화 및 다양성 증가가 일어났을 것이라고 생각해왔습니다.
다리의 진화는 네발동물들에게 완전히 새로운 가능성의 세계를 열어준 것으로 간주되어 왔으며 이번 연구에 참여한 과학자들은 어류에서 네발동물로 진화한 것이 실제로 얼마나 중요한 것이었는지를 조사하기 위해 화석 기록으로부터 다양한 종류의 지느러미와 다리를 지닌 골격들을 분석하기로 했습니다.
마르셀로 루타 박사의 말입니다. “우리 연구에서는 다리를 지닌 최초의 척추동물들이 새로운 골격구조를 이용하여 얼마나 빨리 번성하게 되었는지를 조사했는데 그 결과는 놀라웠습니다. 최초의 네발동물들이 진화시킨 다리는 그 이전 물 속에 살던 조상들의 지느러미보다 더 복잡하고 다양할 것이라고 기대를 했습니다. 하지만 어류와 유사한 형태를 가지고 있으면서 네발동물의 조상 격이었던 동물들의 지느러미를 보면 이들의 지느러미가 다리와는 아주 다르면서도 미묘한 변이를 보이는 특징들을 가지고 있어 무척 다양한 형태를 하고 있습니다.”
“이러한 형태변이들을 보면 네발동물의 조상격인 이들 동물들이 물 속에서만 살았음에도 불구하고 이들의 지느러미가 이전에 미처 생각하지 못했던 넓은 범위의 생체역학적 기능을 가지고 있었을 것으로 보입니다.”
매튜 윌스 교수의 설명입니다. “지금까지는 근본적으로 새로운 환경을 정복할 수 있는 — 물에서 땅 위로 이주한 것처럼 — 새로운 특징들을 유기체가 진화시키면 이러한 진화와 함께 빠른 속도로 다양성이 증가하고, 구조적 변이도 함께 늘어날 것이라고 일반적으로 가정해 왔습니다. 이번 연구에서는 이렇게 당연한 것으로 받아들여지는 가정에 의심을 품고 최소한 초기 네발동물의 경우에 있어서는 주요 혁신에 해당하는 변화가 일어나더라도 그것이 빠른 해부학적 다양성의 증가로 이어지지는 않았다는 것을 보였습니다.”
“최초의 다리는 새로운 기능을 하기 위해 진화했습니다. 다리는 땅 위에서 몸무게를 지탱할 수 있어야 했을 뿐 아니라 네 다리를 지닌 동물이 걸을 수도 있게 만들어 주어야 했습니다. 아마도 이러한 두 가지 요구조건이 최초의 다리가 작동하고 진화하는 방식을 제한하여 변이의 범위를 줄였을 가능성이 있습니다.”
루타 박사의 결론입니다. “이번 연구는 과거 및 현재의 생물학적 체계들을 분석하는 데, 특히 주요 다양성 증가 사건들을 다루는 데 있어 깊은 함의를 가지고 있습니다. 아마도 초기 네발동물들은 다른 유기체들과는 조금 다른 행동을 했을 것인데, 그때문에 이번 발견이 더 흥미롭고 도전해볼 만한 것이 됩니다. 어쩌면 우리가 생각하는 진화적 성공의 의미를 다시 고민해 보아야 할 수도 있고, 어떤 경우에는 주요 혁신이 변화를 가능하게 만들어주지만 실제로 그 변화가 일어나는 데는 수백만 년이 걸린다는 점을 수긍해야만 할지도 모릅니다.” (사이언스 데일리)
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