안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 고생대 시기의 특징이 무엇이며 언제부터 고생대에서 생물체가 폭발하는건가요?
안녕하세요.고생대(Paleozoic Era)는 약 5억 4천만 년 전부터 약 2억 5천만 년 전까지 이어진 지질 시대이며, 생명의 역사에서 매우 중요한 전환점이 된 시기입니다. 이 시기에는 생명체가 단순한 형태에서 점점 복잡한 형태로 진화하고, 해양에서 육지로 진출하는 등의 생물 다양성의 폭발적 증가가 관찰됩니다. 고생대는 총 6개의 세(캄브리아기, 오르도비스기, 실루리아기, 데본기, 석탄기, 페름기)로 나뉘며, 이 각각의 시기마다 뚜렷한 생물학적, 지질학적 특징이 있습니다. 고생대 초기는 캄브리아기(Cambrian Period, 약 5억 4천만 년 전~4억 9천만 년 전)로, 이 시기에는 지구 환경이 대체로 온난하고 산소 농도가 증가하였으며, 이러한 환경 변화는 생명체의 다양화에 큰 영향을 미쳤습니다. 이 시기를 대표하는 사건이 바로 “캄브리아기 대폭발(Cambrian Explosion)”입니다. 이 현상은 생물 종의 수가 짧은 지질학적 시간 안에 급격히 증가한 사건으로, 약 5억 3천만 년 전 무렵에 발생했습니다. 이때 다세포 생물이 해양에서 급속히 다양화되며, 현재 동물 문(門)의 대부분이 이 시기에 나타났습니다. 삼엽충, 완족류, 극피동물, 초기 척추동물인 무악어 등이 대표적입니다. 고생대 중기에는 오르도비스기와 실루리아기를 거치며 바다 생물의 번성과 함께 첫 육상 식물이 등장하게 됩니다. 특히 실루리아기 후반에는 최초의 관다발 식물과 절지동물이 육상에 나타나면서, 생명의 활동 범위가 해양을 넘어 육지로 확장되기 시작했습니다. 다음으로 고생대 후기인 데본기(“어류의 시대”)에는 턱을 가진 다양한 어류가 번성하며, 일부 어류는 폐와 다리의 형태를 가지며 양서류로 진화하기 시작합니다. 이어지는 석탄기(Carboniferous Period)에는 거대한 숲과 양치식물이 번성하고, 산소 농도가 높아 곤충들이 거대화되는 현상도 나타났습니다. 또한 최초의 파충류가 등장하면서 육상 생태계가 복잡해졌습니다. 마지막 시기인 페름기(Permian Period)에는 초대륙 판게아(Pangaea)가 형성되며 기후가 점점 건조해지고 환경이 불안정해집니다. 이 시기의 말에는 지구 역사상 가장 큰 대멸종 사건인 페름기 대멸종(Permian-Triassic extinction)이 발생하여 해양 생물의 약 90%, 육상 생물의 약 70%가 멸종하게 됩니다. 이 사건은 고생대의 종말을 알리고 중생대의 시작으로 이어집니다. 정리하자면, 고생대의 가장 중요한 생물학적 전환점은 캄브리아기 대폭발이며, 이 시점에서 생물 다양성이 폭발적으로 증가했습니다. 이후 고생대 전 시기를 통해 생물은 해양에서 육상으로 점차 진출하고, 구조와 생리적으로 복잡한 형태로 진화해갔으며, 이 모든 과정은 이후 중생대와 신생대 생물 세계의 기초를 이루게 되었습니다.
Q. 초음파로 대화 하는 고래와 박쥐는 서로 대화가 가능 할까요?
안녕하세요.네, 말씀하신 것처럼 박쥐와 고래는 모두 초음파를 사용하는 동물로 알려져 있지만, 이들이 서로 대화를 나눌 수는 없습니다. 그 이유는 생태적, 생리적, 진화적 배경에서 비롯된 여러 가지 과학적 차이점 때문입니다. 먼저, 초음파란 인간의 청력 범위(약 20Hz~20kHz)를 넘어서는 고주파 소리를 말합니다. 박쥐는 주로 20kHz~200kHz 이상의 초음파를 내어 반사되는 메아리를 듣고 사물의 위치나 형태를 파악하는 반향정위(echolocation) 능력을 가지고 있습니다. 이 기능은 주로 밤에 곤충을 사냥하거나 장애물을 피하는 데 사용됩니다. 한편, 고래 중 일부 종, 특히 이빨고래류(예: 돌고래, 향유고래)는 물속에서 초음파를 사용해 사냥, 의사소통, 탐색을 합니다. 이들의 초음파 주파수는 종마다 다르지만 대체로 몇 kHz에서 수백 kHz에 이르는 소리를 만들어냅니다. 이처럼 고래도 반향정위를 이용하지만, 물속에서의 전파 특성과 수중 음향 조건에 최적화되어 있어 공기 중을 주로 사용하는 박쥐와는 전혀 다른 방식으로 초음파를 활용합니다. 여기서 중요한 차이점은 바로 매질입니다. 박쥐는 공기 중에서 초음파를 사용하고, 고래는 물속에서 초음파를 사용합니다. 공기와 물은 밀도와 전파 속도에서 큰 차이가 있어, 한 매질에서 발생한 초음파가 다른 매질로 효과적으로 전달되지 못합니다. 따라서 고래가 내는 초음파는 공기 중으로 거의 전파되지 않으며, 반대로 박쥐의 초음파도 물속으로 전달되기 어렵습니다.또한 박쥐와 고래는 서식 환경 자체가 다릅니다. 박쥐는 육지의 동굴, 숲, 도시 등 공기 중에서 생활하며, 고래는 완전히 물속에서 살아가는 해양 포유류입니다. 생물학적으로 서로 만날 가능성 자체가 없고, 설령 같은 공간에 있다 하더라도 서로의 음향 신호를 인식하거나 해석할 수 있는 청각 구조나 뇌의 해석 체계가 전혀 다릅니다. 결론적으로, 박쥐와 고래가 모두 초음파를 사용한다는 점은 흥미로운 공통점이지만, 그 목적, 사용하는 환경, 주파수 범위, 감지 방식이 매우 달라 서로 의사소통하거나 대화하는 것은 불가능합니다. 이것은 진화 과정에서 초음파를 서로 독립적으로 발전시킨 수렴 진화의 한 예라고 볼 수 있습니다.
Q. 고생대시기에 살았던 어류중에서 폐로 숨쉬던 어류는 무엇이며 향후 어떻게 진화를 해왔을까요?
안녕하세요.고생대 시기, 특히 데본기(약 4억 년 전)는 ‘어류의 시대’로 불릴 만큼 다양한 어류가 등장하고 번성한 시기입니다. 이 시기에 출현한 폐로 호흡이 가능한 어류는 오늘날 육상 척추동물의 조상으로 간주될 만큼 진화적으로 매우 중요한 생물입니다. 대표적인 예로는 폐어(Lungfish)와 엽지류 어류(육기어, Sarcopterygii)가 있습니다. 폐로 숨 쉬던 어류로는 폐어와 엽지류 어류가 있는데요, 폐어 (Lungfish)는 현재도 남아 있는 살아 있는 화석 생물로, 고생대 데본기부터 존재해왔습니다. 이들은 부레(부력 조절 기관)가 변형되어 폐처럼 작용하게 되었고, 공기 중 산소를 직접 흡입할 수 있는 능력을 갖췄습니다. 주로 산소가 부족한 물 속에 살며, 건기에는 진흙 속에 들어가 휴면 상태로 몇 달을 버티는 놀라운 생존 전략도 가지고 있습니다. 다음으로 엽지류 어류 (Sarcopterygii, 육기어)는 지느러미 내부에 뼈가 들어 있어 마치 팔다리처럼 움직일 수 있는 구조를 가지고 있었습니다. 이 구조는 훗날 육상에서 걷고 기어 다닐 수 있는 사지동물(양서류, 파충류, 포유류 등)의 팔과 다리로 진화하게 됩니다. 대표적인 종류로는 실러캔스(Coelacanth)와 고생대의 틱타알릭(Tiktaalik)이 있습니다. 틱타알릭은 지느러미와 다리의 중간 형태를 보여주는 전이 화석으로, 물에서 육지로의 진화를 상징하는 핵심 증거 중 하나입니다. 이들이 진화한 방향을 살펴보자면, 엽지류 어류 → 사지동물 (사지척추동물, Tetrapods)로 진화했습니다. 엽지류 어류의 지느러미가 점점 강한 뼈 구조를 갖춘 팔다리로 진화하면서, 이들은 얕은 늪이나 습지를 기어다닐 수 있게 되었습니다. 이 과정을 통해 초기 양서류가 출현하였고, 이후 파충류, 조류, 포유류 등 다양한 육상 척추동물로 진화하게 되었습니다. 폐어 → 오늘날의 일부 어류로 존속했는데요, 폐어는 진화적으로 다른 방향을 택해 여전히 물속에서 살면서 공기호흡을 하는 독특한 어류로 남아 있습니다. 오늘날에는 아프리카, 남아메리카, 오세아니아 일부 지역에서 발견되며, 여전히 폐를 이용한 호흡을 통해 살아가고 있습니다. 정리해보자면 고생대 시기, 특히 데본기에는 폐로 호흡할 수 있었던 어류, 즉 폐어와 엽지류 어류가 등장했고, 이들은 산소가 부족한 환경에 적응하며 육상 생활의 가능성을 열었습니다. 이 가운데 엽지류 어류는 사지동물로 진화하여 오늘날의 포유류, 파충류, 조류의 조상이 되었고, 폐어는 특별한 생존 방식으로 오늘날까지 살아남아 현존하는 화석의 역할을 하고 있습니다. 이처럼 폐호흡 어류의 등장은 지구 생명의 진화사에서 물속에서 육지로의 대전환을 이끈 핵심적인 사건이라 할 수 있습니다.
Q. 고생대와 중생대를 나누는 기준이 무엇이며 각각의 기후나 환경이 어떻게 달랐나요?
안녕하세요.고생대(Paleozoic Era)와 중생대(Mesozoic Era)는 지구의 역사에서 매우 중요한 시기를 나타내는 두 지질 시대입니다. 이 두 시대를 나누는 가장 뚜렷한 기준은 약 2억 5천만 년 전 일어난 ‘페름기 대멸종 사건(Permian Mass Extinction)’입니다. 이 대멸종은 지구 생물의 약 90% 이상이 사라진 사상 최대 규모의 멸종 사건으로, 고생대가 끝나고 중생대가 시작되는 지질학적 경계로 사용됩니다. 고생대의 주요 특징은 다음과 같습니다. 고생대는 약 5억 4천만 년 전부터 약 2억 5천만 년 전까지의 시기로, 생명체의 다양성이 폭발적으로 증가한 시기입니다. 따라서 생물은 삼엽충, 방추충, 어류, 초기 양서류, 고사리와 양치식물 등이 번성하였고, 육상 식물과 척추동물이 출현하여 육지 생태계가 형성되기 시작했습니다. 기후는 초기에는 따뜻하고 해양 중심의 환경이었지만, 후기에는 대륙이 판게아라는 초대륙으로 합쳐지면서 건조하고 극단적인 기후가 나타났습니다. 말기에는 극심한 화산 활동과 산소 농도 감소, 해양 산성화 등으로 인해 대멸종이 발생했습니다. 환경은 얕은 바다와 산호초 생태계가 번성했으며, 점차 식물이 육지에 뿌리를 내리고 산소를 방출하면서 현재와 비슷한 대기구성이 형성되기 시작했습니다. 다음으로 중생대는 약 2억 5천만 년 전부터 6,600만 년 전까지의 시기로, 공룡의 시대라고도 불립니다. 생물의 경우 대멸종 이후 생태계가 회복되며, 파충류가 크게 번성했고, 공룡, 익룡, 초기 포유류, 조류 등이 등장하였습니다. 또한 속씨식물이 처음 나타나 식물 다양성도 크게 증가했습니다. 기후는 중생대는 전반적으로 온난하고 안정된 기후였으며 극지방에도 얼음이 거의 없었습니다. 이 온난한 환경은 파충류와 공룡 같은 냉혈동물이 대형화하고 번성하기에 적합했습니다. 환경은 판게아가 분열하면서 다양한 대륙과 해양 환경이 형성되었고, 생태계도 훨씬 다양해졌습니다. 대형 육식 공룡과 초식 공룡, 바다의 어룡과 플레시오사우르스, 하늘의 익룡 등 다양한 생물이 서식했습니다.
Q. 지금 시점이 신생대인 배경과 정확히 무엇을 기준으로 신생대라고 하나요?
안녕하세요.지금 우리가 살고 있는 시대는 지질학적으로 ‘신생대(Cenozoic Era)’에 해당합니다. 지구의 역사는 약 46억 년에 이르며, 이 긴 시간은 여러 ‘지질 시대’로 나뉘는데, 이 중에서 신생대는 가장 최근의 지질 시대입니다. 신생대는 약 6,600만 년 전, 중생대가 끝난 후 시작되었으며, 지금까지도 계속되고 있습니다. 이 시기를 "신생대"라고 부르는 기준은 생물군의 대격변적인 변화, 기후 변화, 지각 활동의 특성 등에 근거합니다. 가장 명확한 전환점은 약 6,600만 년 전 공룡을 포함한 많은 중생대 생물들이 멸종한 '백악기 말 대멸종 사건'인데요, 이 사건을 기준으로 중생대가 끝나고 신생대가 시작된 것으로 정의됩니다. 이 멸종 사건은 주로 소행성 충돌과 그로 인한 대기 환경 변화(먼지, 화산 활동, 햇빛 차단 등)가 원인으로 알려져 있으며, 생태계가 완전히 재편되는 계기가 되었습니다.신생대의 주요 특징은 다음과 같습니다:포유류의 번성: 공룡이 멸종한 이후, 포유류는 생태계의 주요한 역할을 차지하게 됩니다. 초기에는 크기가 작았지만 점점 대형화되며 다양한 서식지에 적응해 진화하였습니다. 인간을 포함한 영장류도 이 시기에 진화했습니다.조류의 다양화: 조류 역시 공룡의 후손으로, 신생대 초기에 급격히 다양화되어 현재와 같은 다양한 종들이 등장하였습니다.대륙 이동 및 산맥 형성: 판 구조 운동에 따라 대륙들이 현재의 위치로 이동하면서, 히말라야, 알프스, 안데스 산맥 등이 형성되었습니다. 이는 기후와 생태계 변화에 큰 영향을 주었습니다.기후 변화: 신생대 초기에는 온난한 기후였으나, 점차 기온이 낮아지면서 빙하기와 간빙기가 반복되며 다양한 생물의 진화와 적응에 영향을 주었습니다.인류의 등장: 신생대의 마지막 시기인 제4기(Quaternary Period)에는 호모 사피엔스, 즉 현생 인류가 출현하게 됩니다. 인간의 등장은 생태계에 지대한 영향을 끼치며 새로운 환경변화를 불러옵니다.결론적으로, 신생대는 중생대 대멸종 이후의 생물학적·지질학적 재편성, 포유류와 조류의 번성, 그리고 인류의 출현 등을 배경으로 하여 구분됩니다. 이는 지질학자들이 암석층의 화석 구성, 기후 기록, 판 구조 변화 등을 종합적으로 분석하여 설정한 기준입니다. 따라서 지금 우리가 살아가는 시점은, 생명 진화사에서 보면 ‘포유류와 인간의 시대’이자, 생태계의 주도권이 공룡에서 우리에게 넘어온 시기라고 볼 수 있습니다.