진화론 이야기 - 수페르사우루스의 숨쉬기

일반적으로 공룡(恐龍 : Dinosaurus)이라 하면 세가지 종류가 연상됩니다. 하나는 티라노사우루스로 대표되는 수각류, 스테고사우루스나 트리케라톱스 같은 조반류, 그리고 아파토사우루스나 브라키오사우루스 같은 용반류입니다. 그중에서 여기서 다룰 것은 다음과 같은 용반류의 수페르사우루스^*입니다.

보시다시피 목이 상당히 깁니다. 화석을 조사해본 결과에 의하면, 목의 길이는 12m에 달합니다.
그렇다면 코에서 허파까지의 기관이 12m에 달한다는 이야기인데, 이 기관으로 숨을 쉴 수 있을지, 숨을 쉬더라도 5톤에 달하는 몸이 요구하는 산소량을 감당할수 있을지 의문이 듭니다(제게 의문이 든 것이 아니라 고생물학자들의 의문입니다^^).
만약 기관이 굵다면, 날숨때 산소가 부족한 공기가 상당량 기관에 남습니다.  이 공기는 들숨때 다시 허파로 들어가게 되고, 결국 산소가 부족한 공기가 허파에 채워집니다.
만약 기관이 가늘다면 그 자체가 공기흐름의 저항으로 작용합니다.
과연 수페르사우루스를 비롯한 용반류 공룡들은 이러한 딜레마를 어떻게 해결했을까요?


아시다시피 새들은 속이 빈 뼈^#를 가지고 있습니다. 그리고 이 뼈는 몸을 가볍게 하는 것 뿐 아니라 호흡에도 관여합니다.
새의 공기주머니(기낭)을 이용한 일방통행 호흡[1, 2]은 포유류의 양방통행호흡에 비하여 훨씬 효율이 높습니다. 더구나 새들의 공기주머니는 이 뼈들의 공간에 연결되어 있습니다. 즉 이 뼈들 자체가 공기주머니 역할을 하는 것이죠.

그런데, 조류의 선조⁺인, 수페르사우루스를 비롯한 용반류 공룡들 역시 속이 빈 뼈를 가지고 있음이 화석조사 결과 밝혀졌습니다. 그렇다면 화석으로 남아있지는 않지만, 이 용반류 공룡들 역시 새와 비슷한 허파를 가지고 있었다면 저렇게 큰 몸집을 지탱할 수 있으리라 생각할 수 있습니다. 즉 뼈 속 공간과 연결된 거대한 공기주머니를 가진 수페르사우루스라면 12m 길이의 기관에 남아있는, 산소가 부족한 공기 정도는 무시할 수 있다는 것이죠.


화석을 조사해 본다면 저렇게 속이 빈 뼈를 가진 최초의 동물은 트라이아스기(2억3천만년전~1억8천만년전) 후기의 코엘로피시스입니다. 이렇게 크지도 않은, 그리고 하늘을 날지도 않는 작은 공룡이 왜 속이 빈 뼈를 가지고 있을까요?


다시 한번 진화론 이야기 - 곤충의 크기에서 나왔던 그래프를 봅시다.

트라이아스기인 약 2억년 전을 보면 산소농도가 급격히 떨어진 상황입니다. 앞에서 봤듯 부족한 산소에 적응하기 위해 곤충들의 크기가 작아진 시점이었죠.
마찬가지로 코엘로피시스 역시 낮아진 산소에 적응하기 위해 속이 빈 뼈와 일방통행호흡법을 진화시킬 수 있었습니다.
그러한 발전된 호흡 구조는 쥐라기 이후 산소량이 더 풍부해졌을 때 수페르사우루스, 브라키오사우루스 등 거대한 용반류들이 출현할 수 있는 토대가 된 것이고, 나아가 공기가 희박한 고공에서도 숨쉴 수 있는, 히말라야를 넘을 수 있는 새들의 토대가 된 것입니다.

- 출처 : 공룡, 인간을 디자인하다(NHK 공룡 프로젝트 팀)

뱀발 : 혹시나 해서 추가합니다. 위의 내용은 제가 한 '추측'이 아니라, 수많은 대학교수들의 연구에 의한 '설명'입니다.

* 수퍼사우루스(Super Saurus)는 영문명이고, 일반적으로 학명은 라틴어로 읽습니다. 그러므로 수페르사우루스가 정식학술명칭입니다.
# 속이 빈 뼈 이야기를 하니 골다공증인줄 아는 사람이 있더군요. 골다공증 뼈로 수페르사우루스의 덩치를 어떻게 지탱했냐구요.
골다공증은 뼈 전체 밀도가 줄어드는 것이지만, 조류와 수페르사우루스의 뼈는 가운데가 비어있는 뼈입니다. 골다공증 뼈가 철수세미라면 조류의 뼈는 속이 비어있는 쇠파이프라고 할 수 있습니다.

+ 조금 헷갈리긴 하지만, '용반류'는 도마뱀의 골반, '조반류'는 새의 골반모양을 하고 있는 공룡입니다. 하지만 조류는 조반류가 아닌 용반류의 한 갈래입니다.

진화론 이야기 - 곤충의 크기

고생대 석탄기 지층에서는 거대한 곤충화석이 나오곤 합니다.다음과 같이 날개길이 65cm가 넘는 거대한 잠자리처럼 말입니다.

그러나 석탄기를 끝으로 이러한 거대한 곤충들은 자취를 감추게 됩니다. 그 이유는 다음 그래프, 그리고 곤충의 호흡기와 관련되어 있습니다.

곤충은 오른쪽 그림과 같은 숨관으로 호흡을 합니다. 어류처럼 아가미로 물을 보내는 근육도, 육상동물처럼 허파로 공기를 빨아들이는 근육도 없습니다. 기껏해야 배의 근육을 움직여 숨관 안의 공기를 환기시키는 정도입니다. 숨관과 모세숨관을 통해 외부의 산소가 몸속까지 확산되도록 할 뿐입니다.

산소의 농도가 35%에 달하는 석탄기에는 숨관에 의한 산소의 확산만으로 큰 몸을 지탱할 수 있습니다.
그러나 그 후 산소농도가 급격하게(15%까지) 떨어집니다. 이렇게 되자 숨관을 이용한 산소의 확산만으로는 그 큰 몸집을 지탱할 수 없게 됩니다. 그때문에 작아지는 쪽으로 진화가 일어난 것이죠.


1. 산소농도가 급격하게 줄었다고 하지만, 지질학적 시간단위로 봤을때 '급격하게'입니다. 실제로는 수십만년, 수백만년에 걸쳐 서서히 산소량이 줄어든 것입니다.

2. 또 착각하기 쉬운 것이, 산소량이 줄어들어 커다란 곤충은 질식해 죽고 작은 곤충만 남았다는 식의 생각일 겁니다. 1번에서도 말했지만, 실제로 산소농도가 떨어진 것은 수십만년에 걸쳐서였습니다. 당시 옅은 산소에 질식해서 죽은 곤충들은 없습니다. 단지 움직이면 조금 빨리 지칠 뿐이었죠.
거대한 곤충들은 질식해서 멸종한 것이 아니라, 빨리 지치는 바람에 생식기회를 놓치기 쉬워서 멸종한 것입니다.

3. 창조론자들이 흔히 하는 질문이, '그렇다면 왜 곤충들은 작아지는 방향으로 진화가 일어났냐, 어류에게 허파가 생기는 것처럼  새로운 호흡기관이 생겼다면 큰 몸집을 유지할 수 있었을 것 아니냐'입니다.
그러나 사실 이것은 전혀 의미없는 이야기일 뿐입니다. 마치 동전을 던졌는데 '왜 앞면이 나오지 않고 뒷면이 나왔냐' 정도의 의미없는 물음이죠. 만약 정말로 새로운 호흡기관이 생겨서 지금도 독수리만한 잠자리가 날아다닌다면 '그렇다면 왜 곤충들은 작아지는 방향으로 진화가 일어나지 않았냐? 그러면 구태여 새로운 기관을 만들 필요도 없었을 텐데'라는 질문이 나왔을 겁니다.

뱀발 : 혹시 본문에 오류가 있다면 얼마든지 지적해 주시기 바랍니다.