[핵잼 사이언스] 물고기 지느러미가 손으로 진화…최초 증거 발견

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수정 2020-03-19 18:10

입력 2020-03-19 18:10

물고기 지느러미가 손으로 진화…최초 증거 발견(사진=존 롱/호주 플린더스대 제공)

약 3억 8000만 년 전 고생대 얕은 바다에 살았던 한 어류의 화석에서 인간을 비롯한 동물의 손·발가락으로 진화하는 과정을 처음으로 보여주는 직접적인 증거를 발견했다고 캐나다와 호주 공동연구진이 세계적 학술지 네이처 18일자에 발표했다.

이들 연구자가 발견한 증거는 물고기에서 육지 척추동물로 진화하는 과정을 그대로 보여주는 사지형 어류 ‘엘피스토스테게 왓소니’(Elpistostege watsoni)의 최신 화석에서 나왔다.

연구를 이끈 리처드 클러티어 박사(캐나다 퀘백대 리무스키캠퍼스·호주 플린더스대 겸임교수)는 “어류 화석 중 손의 진화 과정이 발견된 사례는 처음”이라면서 “이는 물고기가 육지에 올라오기 전에 이미 이런 구조를 갖기 시작했음을 시사한다”고 설명했다.

미과샤 국립공원 내 에스쿠미나 지층에서 발굴된 어류 ‘엘피스토스테게 왓소니’의 화석(사진=리처드 클러티어 박사/네이처 제공)

이들 연구자에 따르면, 이 화석은 캐나다 퀘벡주에 있는 미과샤 국립공원 내 에스쿠미나 지층에서 발굴됐다. 이 지층은 4억 1920만~3억 5890만 년 전 사이 데본기 중에 형성된 것으로 거기서 이번 물고기(E. 왓소니)의 화석이 나왔다는 것이다.

E. 왓소니는 몸길이가 약 1.6m로 당시에는 지구상에 공룡이 출현하기 약 1억5000만 년 전이었기에 이런 대형 어류가 번성할 수 있었다. 이 물고기는 한때 존재한 유라메리카 대륙(오늘날 북아메리카와 유럽의 일부로 분열)의 남안을 따라서 하구에 서식했다. 당시 유라메리카 대륙은 적도 바로 아래에 있었기에 이들은 온난하고 쾌적한 환경에서 살았던 것으로 여겨진다.

같은 시대의 육지에서는 작은 식물 외에도 높이 10m 정도의 양치 식물이 번성하고 있었다. 하지만 육지에는 척추동물이 존재하지 않아서 그 대신 전갈이나 노래기 같은 무척추동물이 번성했다. 유일한 척추동물인 어류는 아직 물속에 있었던 것이다.

연구진은 채취한 화석을 CT(컴퓨터단층촬영) 검사를 통해 디지털상에서 E. 왓소니의 전체 모습을 재구성했다. 이 덕분에 이 동물의 이미지를 확대하거나 축소하며 상세하게 분석할 수 있었다.

E. 왓소니(왼쪽)의 지느러미뼈와 사지동물(오른쪽)의 앞발뼈 비교 이미지(사진=리처드 클러티어, 존 롱 제공)

E. 왓소니(왼쪽)와 현생인류(오른쪽)의 손뼈 비교 이미지(사진=리처드 클러티어, 존 롱 제공)

그 결과, 이 물고기의 가슴지느러미 부분에서 현생 척추동물에서 볼 수 있는 손가락뼈와 팔뼈의 원시 형태를 확인할 수 있었다. 거기에는 나중에 사지동물로 이어지는 위팔뼈와 아래팔뼈, 손목 등도 포함돼 있었다. 또 손가락의 섬세한 관절도 확인할 수 있어 명확하게 현생 인류의 손뼈와 대응한다는 것이다.

하지만 “E. 왓소니에게 손가락이 있어도 이들 물고기가 땅 위를 걷는 일은 없었을 것”이라고 클러티어 박사는 설명했다. 화석에서 볼 수 있는 손가락뼈와 팔뼈가 유연하긴 하지만 너무 작아 육지에서 체중을 지탱할 수 없다고 분석됐기 때문이다. 그런데도 이 물고기는 “물속의 얕은 지대에서 손을 짚을 때가 있었을지도 모른다”고 클러티어 박사는 말했다.

오른쪽 상단의 사지동물로 이어질 어류(파랑), 위에서 두 번째가 E. 왓소니의 이미지다.(사진=브라이언 추)

따라서 척추동물의 본격적인 육상 진출은 이들 어류가 아닌 데본기 후기 양서류인 익티오스테가 등 원시적인 사지동물에 양보할 수밖에 없었다. 그런데도 E. 왓소니는 어류에서 사지동물로 진화하는 단계에 있는 동물로서 특별히 관심을 가져야 할 것임은 틀림없다. 이에 대해 클러티어 박사는 “만일 이들의 진화가 없었다면 사지동물, 나아가 인류가 손가락이나 팔을 가지지 않았을지도 모른다”고 말했다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr