08. 캄브리아기 미스터리 , 버제스 셰일 — 캄브리아기 폭발의 화석 기록

08. 캄브리아기 미스터리 , 버제스 셰일 — 캄브리아기 폭발의 화석 기록

1909년 여름, 미국 스미소니언 협회의 고생물학자 찰스 월콧(Charles Walcott)은 캐나다 브리티시컬럼비아 주 로키산맥의 버제스 고개 근처에서 말을 타고 가다가 돌 조각을 주웠다. 그 돌 위에는 5억 년 전 바다 생물의 흔적이 놀랍도록 세밀하게 찍혀 있었다. 버제스 셰일(Burgess Shale)의 발견이었다. 이 발견은 캄브리아기 대폭발이 실제로 어떤 모습이었는지를 처음으로 구체적으로 보여주었다.

버제스 셰일이란 캐나다 브리티시컬럼비아 주 요호 국립공원 인근에 위치한 약 5억 800만 년 된 캄브리아기 중기 셰일(shale, 이암) 지층으로, 연질 조직을 포함한 생물체가 예외적으로 잘 보존된 세계 최중요 화석 산지 중 하나다. 일반적으로 껍질이나 뼈처럼 단단한 부분만 화석으로 남는 데 비해, 버제스 셰일에서는 근육, 내장, 눈, 뇌 구조까지 세밀하게 보존된 화석들이 발견된다.

 

버제스 셰일 화석 — 5억 년 전 캄브리아기 연질 조직까지 보존된 오파비니아 화석

버제스 셰일의 화석이 이례적으로 잘 보존된 이유

화석이 만들어지려면 생물이 죽은 뒤 퇴적물에 빠르게 덮여야 한다. 하지만 일반적인 경우, 죽은 생물은 분해자에 의해 분해되거나 물리적으로 부서진다. 껍질이나 뼈처럼 단단한 구조는 오래 버티지만, 근육이나 내장 같은 연질 조직은 수백만 년을 거쳐 화석이 되기 어렵다.

버제스 셰일에서 연질 조직까지 보존된 이유는 당시 그 지역의 독특한 퇴적 환경 때문이다. 당시 그 지역은 깊은 해저 절벽 아래에 해당했다. 위에서 흘러내려온 진흙 흐름이 생물들을 빠르게 덮었고, 절벽 아래는 산소가 거의 없는 환경이었다. 산소가 없으면 분해 박테리아가 제대로 활동할 수 없다. 결과적으로 생물의 연질 조직이 분해되기 전에 광물로 치환되면서 정밀하게 보존됐다.

이렇게 예외적인 화석 보존 조건을 갖춘 지층을 보존 라거슈테테(Lagerstätte, 독일어로 '특별한 저장 장소')라고 부른다. 버제스 셰일은 전 세계에서 가장 유명한 라거슈테테 중 하나다.

버제스 셰일이 보여주는 캄브리아기 생물들

버제스 셰일에서 발견된 생물들은 현재 동물계의 여러 문에 걸쳐 있다. 삼엽충, 완족동물, 극피동물, 척삭동물의 조상으로 추정되는 생물들이 함께 발견됐다. 그중 가장 유명한 것 몇 가지를 살펴보면 캄브리아기 바다가 얼마나 다양하고 기묘했는지 실감할 수 있다.

할루키게니아(Hallucigenia)는 등에 뾰족한 가시가 줄지어 솟아 있고 다리 여러 쌍이 달린 생물이다. 처음 발견됐을 때 연구자들이 위아래를 뒤집어서 복원하는 오류를 범했고, 그 이름 자체가 '환각'을 의미한다. 현재는 오늘날 유조동물(velvet worm)의 초기 친척으로 추정된다. 오파비니아(Opabinia)는 앞에 긴 코 같은 집게 기관이 하나 달려 있고 눈이 다섯 개인 생물이다. 1975년 처음 복원도가 학회에서 발표됐을 때 청중이 웃었다고 전해지는데, 너무 기묘한 생김새였기 때문이다. 위왁시아(Wiwaxia)는 몸 전체가 비늘과 가시로 덮인 방어형 생물로, 연체동물의 친척으로 보는 시각이 있다.

이들 외에도 아노말로카리스, 피카이아(Pikaia, 척삭동물의 초기 형태로 모든 척추동물의 먼 친척일 수 있음), 마렐라(Marrella, 가장 많이 발견되는 절지동물) 등이 버제스 셰일을 대표하는 생물들이다.

 

버제스 셰일 대표 생물들 복원도 — 할루키게니아, 오파비니아, 아노말로카리스 등 캄브리아기 바다 생물

스티븐 제이 굴드와 버제스 셰일의 재해석

버제스 셰일은 발견 이후 수십 년 동안 월콧의 해석 틀 안에서 연구됐다. 월콧은 이 생물들을 현재 동물 문에 억지로 맞추어 해석하는 경향이 있었다. 1985년 해리 위팅턴(Harry Whittington), 데릭 브릭스(Derek Briggs), 사이먼 콘웨이 모리스(Simon Conway Morris) 등이 버제스 셰일 화석들을 새롭게 재검토한 결과를 발표하면서 다른 그림이 등장했다. 이들의 연구를 바탕으로 스티븐 제이 굴드(Stephen Jay Gould)는 1989년 저서 『원더풀 라이프(Wonderful Life)』에서 버제스 셰일이 지금은 존재하지 않는 완전히 다른 동물 대범주들이 캄브리아기에 실험적으로 등장했다가 멸종한 것을 보여준다고 주장했다.

굴드의 주장은 진화가 필연적으로 지금 같은 방향으로 흘러오는 것이 아니라, 우연의 역할이 결정적으로 크다는 것을 강조한다. "진화의 테이프를 되감아 다시 틀면 완전히 다른 결과가 나올 것"이라는 그의 유명한 표현이 이 맥락에서 나왔다.

그러나 이후의 연구, 특히 콘웨이 모리스의 작업은 굴드의 해석과 다른 방향을 가리켰다. 버제스 셰일의 이상하게 보이는 생물들 대부분이 실제로는 현재 동물 문의 원시적인 형태라는 것이다. 즉, 완전히 다른 범주가 아니라 지금 우리가 아는 동물들의 먼 조상들이라는 해석이다. 어느 해석이 더 정확한지는 여전히 논쟁이 계속되고 있지만, 현재의 경향은 콘웨이 모리스 쪽에 무게가 실려 있다.

마무리

버제스 셰일은 단순한 화석 산지가 아니다. 5억 년 전 지구의 생명이 어떤 모습이었는지를, 단단한 껍질뿐 아니라 근육과 눈과 내장까지 보여주는 드문 기회다. 그 안에 담긴 기묘하고 다양한 생물들은 캄브리아기 대폭발이 교과서 속 추상적인 사건이 아니라 실제로 지구 바다에서 일어난 구체적인 생명의 실험이었음을 상기시킨다.

다음 편에서는 캄브리아기 이후의 지구 역사로 시야를 넓힌다. 지구 생명이 다섯 번에 걸쳐 대규모 절멸을 겪은 대멸종 사건들, 그리고 산소 농도가 이 멸종들과 어떻게 연결되는지를 살펴본다.

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