지구 대기 산소 급등락이 초기 생명체 진화 압력으로 작용

산소 수치 오르내리며 에디아카라기 생물군 진화 촉발

캐나다 '미스테이큰 포인트'에서 발굴된 초기 형태의 생물 화석 [Dr Emily. G. Mitchell(University of Cambridge) 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 지구를 생명체가 살 수 있는 행성으로 만들어준 대기 중의 산소는 3단계에 걸쳐 형성돼 온 것으로 연구돼 있다.

약 25억∼20억년 전에 '대산화사건'(GOE)으로 대기에 처음으로 산소가 등장하고, 약 4억 년 전에 현재와 같은 수준으로 산소가 늘어났다. 그 중간인 약 10억 년 전부터 5억 년 전까지 초기 형태의 생물이 출현한 '신원생대'가 2단계인데 산소 수치가 급격히 오르내리며 생물 진화의 압력으로 작용했다는 새로운 분석이 제시됐다.

영국 리즈대학에 따르면 이 대학 지구환경과학 교수 벤저민 밀스 박사가 이끄는 연구팀은 얕은 바다에서 채취한 석회암의 탄소 동위원소 비율을 분석해 지난 15억 년 간의 대기 중 산소 수준을 산출한 연구 결과를 과학 저널 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)에 발표했다.

비교적 명확히 규명된 산소 형성 1, 3단계와 달리 2단계 때 산소 수치가 급등했는지 아니면 서서히 증가했는지, 그리고 이 산소가 6억3천500만∼5억4천100만년 전 퇴적층에서 발굴되는 산소가 있어야 하는 초기 형태의 생명체인 '에디아카라기 생물군' 진화에 어떤 작용을 했는지 등은 불분명한 영역으로 남아있었다.

연구팀은 이에 대한 답을 얻기위해 석회암 내 탄소 동위원소 비율을 토대로 광합성 수준을 계산하고 이를 토대로 대기 중 산소 농도를 산출했다. 이는 초기 형태의 생물이 살던 바닷물에 얼마나 많은 산소가 용해돼 있는지를 추정하는 근거가 됐다.

연구팀은 지구 역사에서 처음 20억 년 간은 대기 중에 산소가 전혀 없었으며, GOE를 계기로 산소 수치가 늘어난 것으로 분석하면서, 지금까지는 GOE 뒤 산소가 낮게 유지되다 첫 생물이 진화하기 직전에 급증하거나 수백만 년간 높게 지속하면서 생물이 출현한 것으로 여겨져 왔지만 좀 더 역동적인 변화를 보여왔다고 제시했다. 초기 형태의 생물이 출현하기 오래전부터 산소 수치가 오르내렸다는 것이다.

연구팀은 현재 대기 중 산소 수준의 1%에서 50% 사이에서 산소 수치가 오르내린 것으로 제시했다.

캐나다 '미스테이큰 포인트'에서 발굴된 초기 형태의 생물 화석 [Dr Emily. G. Mitchell(University of Cambridge) 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

밀스 부교수는 "이런 환경조건의 변화는 일부 생물이 멸종하고 새로운 생물이 등장하는 진화적 압력을 생성했을 것"이라면서 산소가 늘어나는 시기에는 초기형태의 생명체가 살기에 충분한 산소 수치가 있는 '서식가능 공간'이 확대된다"고 설명했다.

그는 "생태학 이론에서는 서식가능 공간이 확대되거나 위축될 때 생물 다양성에 급격한 변화를 가져오는 것으로 제시돼 있다"면서 "산소수치가 낮아지면 일부 생명체에 심각한 환경적 압력을 가해 멸종으로 이어지고 산소 함유량이 많은 수역이 확대되면 새로운 공간에서 생존한 종이 생태적 지배자가 된다"고 덧붙였다.

논문 제1저자인 알렉스 크라우제 박사는 "이번 연구 결과는 바다의 첫 생물이 산소 수치가 급변하는 시기에 진화했다는 점을 보여주는데, 이는 생명체가 출현해 번성하려면 긴 안정기보다는 환경의 가변성이 어느정도 필요하다는 점을 의미한다"고 지적했다.

그러면서 "이는 지구의 역사에서 특정 시기에 진화가 이뤄진 이유를 이해하고, 다른 세계에서 생명체의 출현과 관련해 어떤 의미를 갖는지 이해하는데 도움이 될 것"이라고 했다.

eomns@yna.co.kr

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