3억 9000만 년 전 척추동물 진화, 바로 ‘이것’이 촉진했다

지금으로부터 약 5억 4200만 년 전, 지구 바닷속에서 새로운 생물종이 폭발적으로 등장했다. 과학자들은 이 시기를 고생대의 시작으로 규정하고 캄브리아기 대폭발이라 부른다. 현생 동물 대부분이 이때 처음 나타났다.

하지만 척추동물이 생태계의 주역으로 떠오른 건 그로부터 한참 뒤인 데본기(4억 1920만~3억 5920만년 전)다. 이 시기에 원시 어류는 오늘날의 연골어류와 경골어류로 진화했고, 단단한 갑옷을 두른 판피류는 한때 바다를 지배했다.

예를 들어 판피류인 둔클레오스테우스는 데본기 최강 포식자였다. 이보다 더 중요한 건, 데본기 후기에 경골어류에서 진화한 육기어류 일부가 육지로 올라와 사지류의 조상이 되었다는 점이다. 이들은 결국 양서류가 된 뒤, 다음 시대에 파충류와 포유류의 조상으로 발전했다.

과학자들은 데본기 후기에 갑자기 대형 생물이 진화한 이유에 대해 꾸준히 연구해왔다. 미국 듀크대 마이클 킵 교수팀이 그 이유를 설명해줄 결정적 증거를 찾았다. 연구팀은 고생대 시기의 해양 지층에서 암석 샘플을 분석했는데, 셀레늄 동위원소 분석을 통해 해양 산소 농도가 두 차례 크게 증가했다는 증거를 발견했다.

첫 번째는 캄브리아기 대폭발 시기인 5억 4000만년 전이다. 이때 얕은 바다의 산소 농도가 크게 늘어 다양한 동물이 진화할 수 있었다. 산소 호흡으로 많은 에너지를 얻게 되면서 몸집도 키울 수 있게 된 것이다. 두 번째는 데본기 척추동물 진화가 활발했던 3억 9300만년에서 3억 8200만년 전 사이다. 이때는 비교적 깊은 바다까지 산소 농도가 높아져 대형 어류가 살 수 있는 공간이 생겼고, 생물종 다양성도 커졌다.

연구팀은 이 시기 산소 농도 증가의 원인을 육상 식물의 진출 덕분이라고 추측한다. 4억년 전 육지에 정착한 식물들이 점차 커지면서 지구 최초의 숲을 만들었고, 이 식물들이 광합성으로 대기 중 산소를 늘리자 바닷물에 녹는 산소 양도 함께 늘어났다는 것이다.

덕분에 과거에는 상상할 수 없는 거대한 크기의 포식자인 둔클레오스테오스가 진화할 수 있었다. 연구팀은 이때 높아진 깊은 바다의 산소 농도가 지금까지도 일정하게 유지되고 있다는 사실도 발견했다. 3억 9000만년 동안 육상 식물이 꾸준히 산소를 만들어 해양과 육상 동물이 모두 잘 살 수 있는 환경을 만들어준 셈이다. 우리가 숲을 아껴야 할 이유가 바로 여기에 있다.