3부 마지막에 메타스프리기나가 턱의 씨앗을 품고 등장했었지?

약 4억 8,500만 년 전 시작된 오르도비스기부터 약 3억 5,900만 년 전 끝난 데본기까지, 우리 척추동물의 조상들은 이 씨앗을 싹틔워 바다의 생태계를 완전히 뒤집어 놓음.

어떻게 우리 조상들이 바다의 패권을 거머쥐었는지 ㄱㄱ함

1. 턱 없는 선구자들: 무악상강 (Agnatha)의 분투

초기 척추동물은 아직 턱이 없었다는거 앎? 물거나 씹는게 불가능하고 오로지 쪽쪽 빠는거만 가능한 상태

턱 없는 이 선구자들은 당시 바다를 지배하던 선구동물 깡패들의 공격을 막기 위해 머리에 단단한 뼈로 된 투구를 쓰는 전략으로 버텼음.

그게 바로 갑주어(Ostracoderms)들이였음.

[당시 상황] 선구동물의 후예들: "우리가 아직 짱이다"

아직 척추동물들은 바다속에서 먹이사슬 하층에 속하는 신세임... 오르도비스기 후 바다속을 누비던 녀석들은 아래와 같음..

• 거대 두족류 (연체동물): 카메로케라스 (Cameroceras) 같은 녀석들은 껍데기 길이만 6~9m에 달했음. 촉수로 우리 조상님들을 국수처럼 호로록 잡아먹던 시절임.

  
  

껍데기화석일부

• 바다전갈 (절지동물): 메갈로그랩투스 (Megalograptus) 같은 광익류가 집게발을 휘두르며 설치고 다녔음.

  
  

저런 애들이 바다속에 건재했기에 척추동물은 이들의 간식거리 신세.. 그래서 방어력에 몰빵하믄서 버틴 거임.

오르도비스기의 갑주어들 (약 4억 8,500만 년 ~ 4억 4,400만 년 전)

• 아란다스피스 (Arandaspis): 올챙이 모양에 조개 껍데기 같은 투구를 쓴 초기 갑주어. 입은 그냥 벌려져 있어서 진흙 속 유기물을 흡입했음.

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  아스트라스피스 (Astraspis): '별 방패'라는 뜻. 온몸을 별 모양의 돌기로 덮어 방어력을 높임.

  
  

  
  

2. 대전환점: 제1차 대멸종과 기회의 창

갑주어들이 숨죽여 살던 오르도비스기 말(약 4억 4,400만 년 전), 영원할 것 같은 선구동물들의 시대가 갑작스럽게 막을 내리는 사건이 발생함.

그것은 바로 소위 1차 대멸종.. 길게 말하면 오르도비스기-실루리아기 대멸종이라 부르는 큰사건임;;; 

떠내려온 카메로케라스의 껍데기들

@ 오르도비스기-실루리아기 대멸종 ( 지구 역사상 2번째로 큰 대멸종 )

갑주어들이 숨죽여 살던 오르도비스기 말(약 4억 4,400만 년 전), 따뜻했던 지구가 갑자기 얼어붙으며 생태계가 리셋됨. 지구 전체 생물종의 약 85%가 사라진 이 사건은 한 번에 끝난 게 아니라, 약 100만 년 간격으로 두 번에 걸쳐 철저하게 진행됐음.

① 왜 갑자기 얼어붙었나?

학계 정설은 급격한 기후 변화(빙하기)임. 결정적인 이유는 '대륙의 이동'과 '암석의 풍화'라는 두 가지 악재가 겹쳤기 때문임.

• 곤드와나의 남하: 당시 가장 거대한 대륙이었던 곤드와나 대륙이 남극점 위로 이동함. 육지가 극지방에 위치하자 눈이 녹지 않고 쌓여 거대한 대륙빙하가 형성될 조건이 갖춰짐.

• 이산화탄소 삭제: 당시 북아메리카대륙의 애팔래치아 산맥을 만든 타코닉 조산운동때문에 막대한 양의 현무암이 드러났는데, 이 암석들이 풍화되며 대기 중 이산화탄소를 엄청나게 흡수해버림. 여기에 갓 상륙한 초기 이끼류(육상 식물)가 암석을 부수며 풍화를 가속했다는 설도 유력함. 결국 온실가스가 급감하며 기온이 곤두박질침.

② 멸종의 2연타

• 1차 타격 (빙하기 시작): 기온이 떨어지고 남극에 거대 빙하가 쌓이자, 바닷물이 얼음으로 묶이며 해수면이 50~100m나 급하강함. 당시 생물 대부분은 햇빛 잘 드는 얕은 바다(대륙붕)에 몰려 살았는데, 물이 빠지면서 서식지가 공기 중에 노/출되어 말라버림. 삶의 터전을 잃은 해양 생물들이 여기서 1차로 떼죽음을 당함.

  
  

  
  

• 2차 타격 (빙하기 종료): 빙하기가 끝나고 기온이 오르자 빙하가 녹으며 해수면이 다시 상승함. 살아남은 생물들이 "살았다!"라고 안도할 틈도 없이, 이번엔 해양 무산소화가 덮침. 빙하 녹은 찬물과 더워진 표층수가 섞이지 않고 정체되면서 바닥에 산소 공급이 끊긴 거임. 결국 1차 타격에서 깊은 바다로 도망쳐 살았던 녀석들마저 질식해 죽으며 멸종은 정점을 찍음.

생존과 반격: "기득권의 몰락, 신진 세력의 기회"

• 결과: 얕은 바다를 지배하던 완족류, 산호, 그리고 거대 두족류와 삼엽충 상당수가 치명타를 입고 몰락함.

• 기회: 덩치 큰 포식자들이 사라진 텅 빈 바다에서, 작고 단단했던 척추동물(무악류)들은 끈질기게 살아남음. 경쟁자가 사라진 이 실루리아기의 바다에서, 드디어 척추동물은 '턱'이라는 혁신적인 무기를 개발할 시간을 벌게 됨.

  
  

실루리아기 ~ 데본기의 진화 (약 4억 4,400만 년 ~ 3억 5,900만 년 전)

대멸종 직후 자연은 항상 기기묘묘한 생물들을 실험하곤 하는데, 턱이 생겨나기 전에 등장한 과도기같은 녀석들 소개함

이시기에 이빨이나 감각기관등이 생김

• 두갑강 (Cephalaspidomorphi): 케팔라스피스 (Cephalaspis)가 대표적. 말굽 자석처럼 생긴 머리 투구가 특징인데, 여기에 정교한 감각 기관(측선 등)을 깔아놔서 포식자를 감지함.

  
  

• 이빨의 시초, 코노돈트 (Conodonta): 턱은 없지만, 입안에 '인두 치아'라는 날카로운 구조물을 만들어 먹이를 잘게 썰어 먹음. 턱이 없으면 이빨이라도 만든다는 의지였음.

3. 진화의 특이점: 유악하문 (Gnathostomata)의 탄생

"숨 쉬려고 만든 펌프가 최강의 무기가 되다."

초기에는 아가미로 물을 더 잘 뿜어내기 위해(호흡 효율) 아가미 지지대 뼈를 움직이던 것이 시작이었음.

그런데 이 뼈가 점점 커지고 근육이 붙으면서 입을 '앙' 다물 수 있게 됨. 이것이 바로 '턱'의 탄생임. 이제 '빨아먹는' 시대는 가고 '씹어먹는' 시대가 옴.

① 과도기의 실험작들

• 실루리아기의 혁명: 턱이 생기자마자 척추동물의 공격력은 폭발했는데 이때부터 척추동물의 진화분기가 마구마구 일어남

• †극어강 (Acanthodii): 민물에서 서식하던 상어와 경골어류의 특징을 섞어 놓은 듯한 녀석들. 지느러미 앞마다 날카로운 가시가 달린것이 특징. 

② 바다의 전차군단: †판피어강 (Placodermi)

데본기에 들어서자 척추동물은 단단한 고복족류(전복 등)부터 아노말로카리스가 속해있는 방사치목들까지 죄다 씹어먹으며 바다의 패왕이 됨.

• 둔클레오스테우스 (Dunkleosteus): 데본기 바다의 절대자. 몸길이 최대 4.1m. 이빨은 없었지만, 턱뼈 자체가 가위 날처럼 날카롭게 변형됨. 그 무시무시하던 아노말로카리스의 갑옷도 강력한 둔클레오스테우스의 턱힘엔 그저 바삭한 튀김일뿐.

  
  

  

  
  

  
  

  

  
  

[중요 미싱링크!] 엔텔로그나투스 (Entelognathus): 4억 1,900만 년 전 실루리아기에 살았던 판피어.

• 쇼킹한 발견 1: 몸은 판피어인데 턱은 우리(경골어류)와 같은 구조를 가짐. 이전까지 과학자들은 턱이 있는 척추동물의 마지막 공통 조상이 상어 같은 연골어류 형태일 거라 생각했고, 현대적인 턱은 초기 경골어류에서 진화했다고 가정했음. 하지만 이 녀석의 발견으로 턱 구조가 훨씬 일찍 진화했음이 밝혀짐.

• 쇼킹한 발견 2 (2023년): 최근 연구에서 가시가 달린 뒷지느러미와 비늘 화석이 발견됨. 지느러미 가시는 연골어류(극어류) 특징이라고 생각했었는데 얘한테도 있었던 거임.

• 결론: 즉, 이 녀석이 경골어 & 연골어 & 사지동물 & 유악류의 진정한 공통 조상이라는 소리임.

  
  

분기도

③ 부드러운 살인마: 연골어강 (Chondrichthyes)

• 특징: 뼈를 무겁게 만드는 대신 가벼운 연골을 택해 기동성을 극대화함. 상어, 가오리, 은상어 등이 여기 속함.

  클라도셀라케 (Cladoselache). 데본기에 살았던 초기 상어. 현대 상어와 달리 입이 머리 끝에 달려있고 턱 근육이 약했지만, 유선형 몸체로 매우 빠르게 헤엄치며 사냥했음.

4. 뼈의 완성: 경골어상강 (Osteichthyes)

판피어류가 무력으로 바다를 지배할 때, 한쪽에서는 더 정교한 내부 시스템을 갖춘 경골어류가 등장함.

이들은 무거운 골판 갑옷을 벗어 던지고, 가볍고 튼튼한 '내부 뼈'와 '폐/부레'를 선택함.

(※ 초기 경골어류는 모두 폐를 가지고 있었음. 이게 나중에 부레로 변하거나 진짜 폐로 남음)

⑤ 조기어강 (Actinopterygii) - "지느러미가 부채살처럼"

• 특징: 지느러미가 얇은 막과 뼈살(Ray)로 이루어짐. 가볍고 빠름.

• 대표 화석: 케이로레피스 (Cheirolepis).

• 운명: 오늘날 바다를 헤엄치는 물고기의 99%(붕어, 참치, 광어 등)가 이 후손들임.

  
  

⑥ 육기어강 (Sarcopterygii) - "지느러미에 근육을 심다"

• 특징: 지느러미가 붓처럼 두툼하고 내부에 굵은 뼈와 근육이 들어있음. 헤엄치는 것뿐만 아니라 바닥을 '짚고' 다닐 수 있는 구조임.

• 대표 화석: 유스테놉테론 (Eusthenopteron). 물고기지만 뼈 구조를 보면 이미 팔다리의 원형(상완골, 요골, 척골)을 다 갖추고 있었음.

• 의의: 이 굵은 지느러미가 바로 5부에서 육상으로 진격할 '다리'의 시초임.

5. 데본기 말 대멸종: 갑주어의 몰락과 세대교체

영원할 것 같았던 판피어류와 갑주어의 시대도 끝이 났음. 약 3억 7,000만 년 전부터 3억 6,000만 년 전 사이에 일어난 데본기 말 대멸종때문임.

식물님들의 생태계 조지기 2탄

• 원인: 급격한 기후 변화와 해양 무산소화(Anoxia). 육상 식물이 번성하며 바다로 영양분이 과다 유입되어 부영양화가 발생하고 산소가 사라졌다는 설이 유력함.

• 결과: 산소 부족에 취약했던 덩치 큰 판피어류(둔클레오스테우스 등)와 무거운 갑옷을 입은 갑주어들이 전멸함.

• 생존자: 상대적으로 작고 빠르며 산소 효율이 좋았던 상어(연골어류)와 경골어류가 살아남아 바다의 주인이 됨. 이 사건이 없었다면 지금 바다는 여전히 갑옷 입은 물고기들이 지배했을지도 모름.

4부 요약: 바다의 권력 교체

1. 오르도비스기 (약 4.8억 년 전): 거대 두족류와 바다전갈의 위협 속에서, 턱 없는 갑주어(무악류)들이 단단한 투구로 버티며 생존함.

2. 1차 대멸종 (약 4.45억 년 전): 오르도비스기 말 대멸종으로 기존의 지배자(선구동물)들이 쇠퇴하며 척추동물에게 반격의 기회가 열림.

3. 실루리아기 (약 4.4억 년 전): 아가미 지지대가 '턱'으로 진화하면서 척추동물이 강력한 공격력을 갖추고 포식자로 각성함.

4. 데본기 (약 4.1억 년 전): 턱과 갑옷으로 무장한 판피어류가 선구동물들을 압도하며 바다의 절대적인 지배자로 등극함.

5. 데본기 말 (약 3.6억 년 전): 2차 대멸종으로 판피어류가 사라지고, 살아남은 육기어류는 튼튼한 지느러미와 폐를 이용해 육상 진출을 준비함.

"바다는 정복했다. 이제 남은 건 저 위쪽의 메마른 땅뿐이다."

물속에서 산소 호흡(아가미)과 중력 극복(부력)을 마스터한 육기어류 조상님들. 하지만 물 밖은 건조하고, 무거운 중력이 짓누르는 지옥임. 과연 이들은 어떤 '장비'를 챙겨서 위대한 상륙 작전을 성공시켰을까?

다음 최종화(5부): [위대한 상륙] 사지동물의 진화와 고생대의 비장한 최후

[TMI 1] 같은 시기 육지를 개척한 동물들

틱타알릭같은 척추동물 조상이 육지에 올라가기전 무척추동물들이 사실 먼저 육지를 개척하고 있엇음.

뉴모데스무스 (Pneumodesmus)

실루리아기에 살던 절지동물. 척추동물보다 수천만 년 먼저 육지를 밟음

몸 옆에 뚫린 구멍(기문)으로 산소를 직접 마시며 이끼 숲을 누비고 다님

라니엘라(Rhyniella)

고생대 데본기 초기에 살았던 내구강 절지동물로, 여태까지 발견된 육각류 화석 중 가장 오래됨

화석의 모습 .. 한때 가장 오래된 곤충 화석으로 불렸으나 톡토기가 곤충에서 빠지면서 아니게 되었다.

덴드로푸파Dendropupa vetusta

석탄기 지층(조긴스 절벽 등)에서 발견되는 가장 오래된 육상 복족류

[TMI 2] 언제부터 새끼를 낳았을까? 새끼를 품은 마터피스키스

• 발견: 호주 고고 지층에서 발견된 판피어류 마터피스키스 화석 뱃속에서 탯줄로 연결된 새끼가 발견됨.

• 의의: 이는 척추동물이 3억8천년전에 체내 수정(짝짓기)을 하고 새끼를 낳았다(태생)는 지구 역사상 가장 오래된 증거임.알을 낳고 방치하는 게 아니라, 뱃속에서 키우는 전략은 생존율을 극대화하는 혁명이었음. (학명도 '어머니 물고기'라는 뜻)

배아 화석의 구조

[TMI 3] 이빨은 언제 생겼나?

사실 턱보다 이빨이 먼저 생겼음.

• 코노돈트(Conodonta): 턱이 없던 시절(캄브리아기 말~오르도비스기)부터 이 녀석들은 입안 인두 쪽에 날카로운 '인두 치아'를 가지고 있었음.

• 진짜 이빨의 기원: 턱이 생긴 유악류의 이빨은 어디서 왔을까? 유력한 설은 '피부 기원설'임. 상어의 비늘(피부 치아)이 입안으로 이동해서 이빨이 되었다는 것.

  실제로 상어 비늘과 이빨 구조는 거의 똑같음.

[TMI 4] 주요 진화 분기도

화살표부터는 다음편임

주요 참고 문헌

• Janvier, P. (2015). Nature. (척추동물 기원과 턱의 진화)

• Zhu, M., et al. (2013). Nature. (Entelognathus와 턱뼈의 기원)

• Long, J. A., et al. (2008). Nature. (마터피스키스와 태생의 기원)

• Harper, D. A. T., et al. (2014). Geological Society, London. (오르도비스기 생물 대멸종 연구)

대멸종은 글로쓰는거보다 만화가 편할거같아서 AI에게 시켰는데 참 어려웠음

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