학문
색다른콜리160
과거는 왜 동물들의 사이즈가 컷을까여?
과거 데몬기? 쥬라기? 등 의 시절에는에 ,
곤충도 그러쿠여 다른 동물들 크기가 컷더는데여 이거시 산소의 풍족함 때문이엉는지 아니며는 적자생존을 위한 크기가 곧 힘이다엿는지 궁금해여?
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
과거 생물들이 지금보다 더 크게 진화했던 이유는 대기 조성, 생태 경쟁, 포식-피식 관계, 기후, 신체 구조의 한계와 같은 여러 요인에 의해서 나타난 현상입니다. 우선 약 3억 5천만~3억 년 전인 고생대 석탄기에는 대기 중 산소 농도가 현재 약 21%보다 더 높아 30~35% 수준까지 올라갔을 가능성이 있는데요, 이 시기에는 숲과 양치식물이 번성했고, 광합성이 활발해 산소가 많이 축적되었으며, 이와 같은 환경은 특히 곤충에게 유리했습니다. 곤충은 사람과 달리 몸 옆면의 기문과 기관을 통해 산소를 직접 조직으로 확산시키기 때문에, 몸이 너무 커지면 산소 전달 효율이 떨어지는 한계가 있습니다. 그런데 대기 중 산소 농도가 높아지면 확산 효율이 좋아져 더 큰 몸집도 유지할 수 있게 되었고, 석탄기에는 날개 길이가 60~70cm에 달하는 거대한 잠자리 친척인 메가네우라가 살았습니다.
하지만 모든 동물이 산소 때문에 커진 것은 아닌데요, 예를 들어 중생대 쥐라기나 백악기의 공룡은 곤충처럼 기관 호흡을 하지 않았습니다. 이들은 몸집이 크면 포식자에게 쉽게 잡아먹히지 않고, 더 넓은 영역을 이동하거나 더 많은 먹이를 소화할 수 있었고 특히 초식 공룡은 거대한 몸집 덕분에 소화관을 크게 만들 수 있었고, 질이 낮은 식물도 오래 발효시켜 에너지를 얻을 수 있었습니다. 또한 포유류처럼 임신 부담이 크지 않았기 때문에 큰 몸집을 진화시키는 데 유리한 측면도 있었습니다. 다만 지금은 그런 초대형 동물이 적어진 이유는 현대 생태계가 다르기 때문인데요, 대기 산소 농도는 과거 곤충 대형화 시기보다 낮아졌고, 포유류는 체온 유지 비용이 크며, 인간 활동으로 서식지도 줄어들었습니다. 감사합니다.
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채택된 답변반갑습니다, 색다른콜리님. 이중철 과학기술전문가입니다.
정말 흥미로운 주제에 대한 질문을 종종 주시는군요.
일단, 질문주신 내용에은 그 원인이 하나가 아니라 시대별로, 생물 종류별로 서로 다른 요인들이 복합적으로 작용했습니다.
1. 먼저, 시대 구분부터 정리하겠습니다.
1) 석탄기 (3억 5000만 년 전): 거대 곤충의 전성시대로서, 날개 길이 70cm짜리 잠자리(메가네우라) 등장했었던 시대입니다.
2) 쥐라기·백악기 (2억~6600만 년 전): 우리가 흔히 접했던 공룡이 거대화 된 시대였어요.
그리고 질문에 대해서 위 두 시대는 서로 그 원인이 조금씩 다릅니다.
2. 원인이 뭘까요?
1) 첫 번째 원인: 산소 농도(특히 곤충에게 결정적)
현재 대기 중 산소 농도는 21%이지만, 석탄기 때에는 30~35%까지 치솟았습니다.
이것이 거대 곤충 탄생의 핵심 원인입니다.
왜 산소가 곤충 크기를 결정했을까요?
곤충은 폐가 없고, 몸통에 난 작은 구멍(기문, spiracle)으로 공기를 직접 흡수하는데요.
산소는 단순히 확산으로 몸 안쪽까지 퍼져야 하는데, 몸집이 커지면 커질수록 중심부까지 산소가 도달하기는 어려워집니다. 하지만, 산소 농도가 높아지면, 산소의 확산 거리가 더 길어지면서 더 큰 몸집도 유지가 가능해지게 되지요. 마치, 압력이 높은 물이 더 멀리 뻗어나가는 것과 유사합니다.
석탄기 이후 산소가 줄어들자 거대 곤충은 절멸하거나 소형화됐는데, 이것이 산소-크기 가설을 강력히 지지하는 증거랍니다.
2) 두 번째 원인: 포식자 경쟁 압력(조류 등장 변수)
그런데 흥미로운 반전이 있습니다.
쥐라기에 산소 농도가 다시 올라갔는데도 곤충은 오히려 작아진 결과가 나왔습니다. 그 이유는 바로, 조류(새)가 등장했기 때문입니다. 캘리포니아대 연구(PNAS 발표)에 따르면, 날개 달린 포식자가 등장하면서 몸집이 큰 곤충은 오히려 잡아먹히기 쉬워졌고 자연선택이 소형화 방향으로 작동했습니다. 즉, 산소 농도만이 유일한 요인이 아니며 포식 압력도 강력한 반대 요인으로 작용하게 된 것이지요.
3) 세 번째 원인: 공룡은 '산소 + 효율적 호흡 구조'
공룡의 거대화는 산소 농도뿐만 아니라 공룡만의 독특한 폐 구조 덕분이기도 합니다.
공룡은 동시대 경쟁자(파충류, 초기 포유류)보다 산소를 훨씬 효율적으로 추출할 수 있는 공기주머니(air sac) 시스템을 가졌습니다. 현대 조류가 이 구조를 그대로 물려받았구요. 산소가 풍부해지는 시기에 이 효율적인 호흡 시스템이 맞물려 초대형 몸집이 가능해진 것이지요.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
결론부터 말씀드리면 말씀하신 산소와 적자생존 모두 맞습니다.
다만 시대와 생물 종류에 따라 주된 원인이 조금씩 달랐습니다.
먼저 데본기에서 석탄기의 거대 곤충은 당시 산소 농도가 약 35%로 지금의 21%보다 훨씬 높아 몸집이 커질 수 있었습니다. 곤충은 폐가 없어 몸속 기관으로 산소를 직접 흡수하는데, 산소가 풍부해야만 대형화가 가능하죠.
하지만 이후 지구의 산소 농도가 낮아지자, 거대 곤충들은 숨을 쉬지 못해 가장 먼저 사라졌습니다.
그리고 쥬라기에서 백악기의 공룡이 살던 시대는 산소가 풍부하지 않아 산소보다는 적자생존의 경쟁이 원인이었습니다.
초식 공룡은 소나무 같은 질긴 식물을 소화하기 위해 거대한 위와 긴 장이 필요해지면서 몸집이 커졌고, 초식 공룡이 커지자 육식 공룡도 사냥을 위해 커졌고, 다시 초식 공룡은 살아남으려고 더 거대해졌습니다.
덩치가 압도적으로 커지면 육식 공룡이 공격할 수 없어, 크기 자체가 강력한 무기가 되었습니다.
결론적으로 고생대 곤충은 풍족한 산소 환경 덕분에 커졌고, 중생대 공룡은 살아남기 위한 크기 경쟁 때문에 커진 것입니다.
과거에 동물들의 크기가 컸던 주된 이유는 높은 산소 농도와 풍부한 먹이 자원, 그리고 생존을 위한 진화적 선택 압력이 복합적으로 작용했기 때문입니다. 고생대의 석탄기나 대전기에는 대기 중 산소 농도가 현재보다 훨씬 높아 곤충처럼 피부로 호흡하는 생물들이 몸집을 키워도 효율적인 산소 공급이 가능했습니다. 중생대의 공룡 같은 거대 동물들의 경우에는 당시 지구의 온난한 기후 덕분에 식물 자원이 매우 풍부하여 거대한 몸집을 유지할 수 있는 에너지를 얻기 수월했습니다. 또한 포식자로부터 자신을 보호하거나 경쟁에서 우위를 점하기 위해 몸집을 키우는 것이 생존과 번식에 유리하게 작용하는 적자생존의 원리도 크게 기여했습니다. 결과적으로 대기 성분의 변화와 생태계의 풍요로움, 그리고 환경에 적응하기 위한 진화적 이점이 맞물려 과거 지구에는 거대 생물들이 번성할 수 있었습니다.