공룡은 우리들에게 늘 상상력과 호기심을 제공하는 대상이다. 지구 역사상 가장 번성했던 공룡의 갑작스러운 멸종 이유에 대해서는 아직까지도 미스터리에 싸여 있다. 그 동안 학자들은 운석의 충돌이나 화산 폭발, 그리고 대홍수 등의 여러 원인을 주장해 왔다. 그리고 대륙이동으로 인한 멸종도 그 원인들 가운데 하나다.

그러나 그 가운데 가장 설득력 있는 이론은 운석 충돌에 의한 것이다. 중생대 백악기 말기에 지름이 10km 정도가 되는 엄청나게 큰 운석이 지금의 멕시코 유카탄 반도 쪽에 떨어져 그 여파로 공룡이 멸종했다는 주장이다. 이 충돌의 충격으로 이곳에는 거대한 화구가 생겼을 뿐만 아니라 주변 지역에는 거대한 지진이 일어났다. 그리고 그 충돌로 지구 지각이 벗겨지고 두꺼운 먼지 층이 형성돼 지구의 대기권을 온통 덮어 버렸을 것이라는 추측이다.

그간 학계에서는 공룡의 멸종 이유를 놓고 무려 100여 가지의 이론을 내놓을 만큼 다양한 논쟁이 이어져 왔다. 그 중 공룡을 멸종시킨 유력한 용의자로 지목되는 것이 바로 소행성과의 충돌과 화산이다.

최근 미국 미시간 대학과 플로리다 대학 공동연구팀은 화산 폭발, 그리고 뒤이어 일어난 소행성 충돌로 인한 두 가지 이유로 멸종됐다는 연구결과를 발표했다. 소행성 충돌이 이루어지기 전 비슷한 시기에 인도 데칸 고원에서 대규모 화산 폭발이 일어났다는 주장이다. 이 여파로 지독한 유독 가스가 공기와 대기, 바다를 오염시켜 먹이사슬이 붕괴됐다는 것이다.

과거 여러 연구팀들은 소행성 혹은 화산을 공룡을 죽인 단독 용의자로 지목했으나 최신 연구에서는 공범이라는데 무게를 싣고 있다. 이제 과학자들은 공룡 멸종 원인이 소행성이냐 화산이냐를 가려내는 것에 연구의 초점을 맞추고 있는 것으로 보인다.

2014년 미 프린스턴 대학과 MIT 공동연구팀도 소행성 충돌이 있기 전 거대한 화산이 폭발해 공룡 멸종에 중요한 이유가 됐다고 주장한 바 있다. 이에 반해 지난해 버클리 대학 지질연구센터는 소행성 충돌이 먼저 일어나고, 그로 인한 화산폭발로 공룡이 멸종했다는 연구결과를 내놓은 적이 있다.

어느 주장이 옳든 간에 소행성 충돌과 화산 폭발로 인해 발생한 먼지는 햇빛을 완전히 차단했고, 날씨는 점점 추워져 빙하기가 시작됐을 것이고 광합성을 하지 못한 식물들은 죽어 갔을 것이다. 결국 먹이를 찾지 못한 초식 공룡들이 죽자 육식 공룡도 그 뒤를 이어 멸종하고 말았다. 이 사건으로 공룡 외에도 중생대 생물의 85%가 사라졌다.

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이처럼 지구와 소행성이 충돌해 지각이 움직이고 지구의 환경이 급격히 변해 추운 겨울로 기후가 변함으로써 공룡들이 적응하지 못하고 지구에서 사라졌다는 이론이다. 그렇다면 이런 의문을 제기할 수 있다. 이런 악조건 속에서 왜 공룡만 모두 멸종했고 다른 포유류들은 살아남을 수 있었을까. 상황은 모두에게 같은데 말이다.

백악기 말 공룡 멸종 원인에 대해 아주 흥미로운 새로운 가설이 나왔다. 한마디로 공룡들은 밤눈이 어두웠기 때문에 멸종됐다는 주장이다. 어두워지면 한치 앞을 볼 수 없는 주행성(晝行性) 공룡들이 소행성 충돌로 인한 먼지 때문에 암흑기에 먹이를 제대로 구하지 못해 사라졌다는 것이다. 그러나 포유류 동물들은 시각세포가 진화해서 밤에도 먹이를 찾을 수 있어서 살아남을 수 있었다는 주장이다.

사람은 사회생활을 하고 있기 때문에 시각 장애가 삶의 질은 크게 떨어뜨린다. 그러나 생사를 가를 정도로 생존에 중요한 요인은 아니다. 그러나 동물에게 있어서 눈으로 본다는 것은 포식자로부터 도망갈 수 있고 또 사냥 대상을 찾는 생사를 결정하는 중요한 기능이다.

김정웅 중앙대 교수(생명과학과)와 미국 국립보건원(NIH)의 아난드 스와룹 박사 등으로 이뤄진 공동 연구팀은 시각세포의 진화과정을 연구하던 중에 이와 같은 가설을 제시하게 됐다. 어두운 곳에서 사물을 인지하는 ‘간상 시각세포’는 밝은 빛을 인지하는 ‘원추 시각세포’에서 발생했다는 진화론적 사실을 발견했다.

인간을 포함한 포유동물의 눈은 70% 가량이 간상세포로 구성돼 있다. 공동 연구팀은 이 간상세포의 발생과정에서 원추세포의 흔적을 찾아내는 데 성공했다. 이는 시각세포 발달에 있어 원추세포가 먼저 발생하고 일부가 간상세포로 진화해 어두운 곳에 적응하게 됐다는 새로운 학술적 논거를 밝혀낸 것이다.

연구팀은 먼저 간상세포에서만 녹색 형광이 나타나는 유전자변형 생쥐를 사용해 간상세포를 분리했다. 생쥐의 망막을 발생 시기별로 수집한 후 형광 유세포 분석기를 이용해 순수하게 분리 정제한 것이다. 이후 차세대 염기서열 분석방법을 이용한 전사체 분석을 통해 원추세포 특성을 보이는 유전자들의 흔적을 간상세포의 발생과정에서 발견했다. 이런 특징은 초기 척추동물인 제브라피쉬에서는 발견할 수 없었고, 생쥐와 같은 포유동물에서만 특이적으로 발생한 것이 실험으로 확인됐다.

연구팀은 “유전자들의 흔적인 이른바 분자화석은 간상세포가 원추세포로부터 기원했다는 결정적 증거를 뒷받침한다”고 설명했다. 화석은 과거 생명체가 오랜 기간 석화해 만들어진 것이다. 이 가운데서도 생체 세포 내에 남아있는 mRNA, DNA, 그리고 단백질과 같은 과거의 생체분자 흔적들을 분자화석이라고 말한다. 최근 들어 분자화석이 진화이론 연구에 있어서 매우 중요한 증거로 사용되고 있다. 진화발생 생물학의 중요한 연구 자료로 사용되고 있다.

이 연구결과는 지금까지 망막을 구성하는 시각 신경세포가 각각 서로 다른 망막 기원 세포에서 유래했을 것이라는 종래의 학설을 뒤엎는 근거를 제시함으로써 노인성 황반변성증, 망막 색소변성증과 같은 눈 질환의 새로운 치료 접근 단서를 제공할 것으로 기대된다. 또한 이 연구결과를 토대로 백악기 말 지구에 빛이 차단된 오랜 기간 동안 공룡은 멸종하고 포유동물이 살아남은 이유에 대한 새로운 해석의 가능성을 제시했다.

포유동물은 시각세포의 진화를 통해서 암흑기에 적응해 주행성 포식자인 공룡을 피할 수 있었고, 반면 주행성인 공룡은 어둠 속에서 먹이를 찾을 수 없어 결국 굶주림으로 멸종했을 가능성이 있다는 것이다. 상당히 흥미로운 가설이 아닌가.

 

글 : 김형근 과학칼럼니스트

*본 콘텐츠의 저작권은 한국과학기술정보연구원(KISTI)에 있습니다.

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