캄브리아기 대폭발
Cambrian Explosion
[clearfix]
1. 개요
약 5억 4000만 년 전, 고생대 캄브리아 초기에, 다양한 종류의 동물화석들이 갑작스럽게 출현한 지질학적 사건.
'캄브리아기 폭발(Cambrian explosion)' 또는 '캄브리아기 방사(Cambrian radiation)'라고 부르기도 한다. 캄브리아기 대폭발 이전에 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 초기형태가 이 시기에 나타난다. 다양한 동물들이 폭발적으로 나타나면서 여러 가지 감각기관의 분화도 생기기 시작했으며, 척추동물이 속한 척삭동물의 화석도 이 시기 지층에서 발견되었다.
2. 상세
캐나다의 버제스 셰일 화석군, 중국의 쳉지앙(Chengjiang) 화석군이 대표적이다.
2.1. 종류
3. 원인
3.1. 눈덩이 지구의 끝
지금으로부터 6억 3500만 년 전에서 8억 5000만 년 전 사이 지구의 평균 기온은 극단적으로 낮아져 지구 전체가 두꺼운 얼음으로 뒤덮였다. 이 시기를 크라이오제니아기(Cryogenian period) 혹은 좀 더 쉬운 표현으로 눈덩이 지구(Snowball Earth)라고 설명한다. 왜 이 시기에 기온이 극단적으로 낮아졌는지는 정확히 모르지만, 이산화탄소 등 대기 중 온실가스의 급격한 감소 등이 이유로 지목되고 있다. 하지만 극단적인 추위보다 더 중요한 사실은 이 시기가 끝나고 복잡한 다세포 생물이 등장했다는 점이다. 따라서 과학자들은 이 시기가 다세포 생물의 진화를 촉진시켰다고 믿고 있다.
호주 국립 대학의 연구팀은 당시 형성된 호주 중부의 퇴적층을 조사해서 그 이유 가운데 하나를 밝혔다. 눈덩이 지구는 사실 2억 년 이상 계속해서 진행된 것이 아니라 빙하기와 간빙기처럼 눈덩이 시기와 해빙기를 반복적으로 거치던 시기였다. 그 가운데 7억 1700만 년 전 발생한 스타티안 빙하기(Sturtian glaciation)는 5000만 년 동안 가장 극단적인 추위가 지속된 시기였다. 연구팀은 스타티안 빙하기가 끝나던 시점에 빙하가 녹으면서 대륙에서 막대한 양의 영양 염류가 바다로 흘러들어갔다는 증거를 발견했다.
당시 바다에 막대한 양의 영양분이 공급되면서 광합성을 하는 단세포 조류(algae)가 크게 증식했고, 이를 잡아먹는 보다 크고 복잡한 생물이 탄생할 수 있었다. 이러한 과정 덕분에 눈덩이 지구가 끝난 6억 3500만 년 전부터는 독특하게 생긴 다세포 생물인 에디아카라 동물군이 등장했고, 5억 4100만 년 전 캄브리아기 대폭발에 이르러서는 대부분의 현생 동물군의 조상들이 등장하게 되었다는 것이다. #
3.2. 지각판 변동
팀 렌튼는 지각판 변동에 따른 화산 활동 증가가 궁극적으로 산소 증가를 촉발해 다양한 동물이 등장하게 됐다고 주장한다. #
이 연구진들이 개발한 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면, 약 5억5천만년 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.
4. 정말 폭발이었을까?
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.
예상한 바대로 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 작은껍질화석들을 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 몇 십 년 동안 알고 있던 것이고, 선캄브리아 시대의 미화석들이 처음 발견된 때는 70년도 더 전이다. 이것들은 수십년 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 일관 되어 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) [2]
5. 대중 매체에 끼친 영향
진화적 폭발이었든 폭발이 아니었든 간에, 캄브리아기의 독특한 생물은 일반인들에게 굉장한 문화충격을 가져다 주었다.
- 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 머리부분 갑각을 잘라내서 관찰하기도 했다. 그 결과 발 같은 건 없었다는 게 밝혀졌고 오파비니아는 새로운 분류군에 속하게 되었다.
- 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 국제공동 합작으로 제작된 9부작 다큐멘터리《생명, 그 영원한 신비》에서 방영되었으며 이 방송을 본 사람들은 너나 할 것 없이 문화충격을 받아 캄브리아기 고생물들을 창작물 여기저기에 등장시키기 시작했다. 그중 가장 인기 있는 것이 아노말로카리스.