곤충의 날개 알고 보니 아가미에서 진화했다? [핵잼 사이언스]

[서울신문 나우뉴스]

팔레오딕티옵테라 화석 - 이 구조물은 배에 있는 아가미와 비슷하게 생겼는데, 위치상 성체의 날개가 있는 곳에 가까워 곤충의 날개는 아가미에서 진화했다는 기존의 가설을 지지하는 결과로 해석된다. / 사진=Communications Biology (2023). DOI: 10.1038/s42003-023-05568-6

인간이 만물의 영장이라는 편견을 버리고 지구 생태계를 바라보면 사실 지구 생태계의 정점에 선 다세포 생물은 사실 곤충이다. 지금까지 밝혀진 전체 동물 종 4분의 3인 80만 종이 곤충일 정도로 숫자나 다양성 면에서 비교가 될 동물이 없기 때문이다. 곤충의 성공 비결은 단단하게 몸을 보호하면서도 움직이기 편한 외골격과 뛰어난 감각 기관, 그리고 어디든 움직일 수 있게 도와주는 세 쌍의 다리와 날개를 들 수 있다.

그 가운데서도 날개는 곤충이 작은 몸집에도 지구상 어디든지 이동할 수 있도록 도와준 일등 공신이다. 식물을 갉아먹는 애벌레는 움직일 수 있는 범위가 좁지만, 성체인 나비는 먼 거리를 날아 알을 낳고 번식할 수 있어 이 약점을 극복할 수 있다. 곤충은 날개를 통해 먼 거리를 이동할 수 있게 된 것은 물론 꿀벌처럼 완전히 새로운 생태학적 지위를 차지할 수도 있었다.

오랜 세월 과학자들은 곤충의 날개가 얼마나 뛰어난 기관인지 연구해 왔다. 하지만 이 날개가 어떻게 진화했는지는 알아내지 못했다. 극도로 얇고 가벼운 곤충의 날개는 매우 뛰어난 비행 기관이지만, 화석화 과정에서 잘 보존되는 일이 드물어 연구가 어려웠기 때문이다. 아마도 수억 년 전 초기 곤충의 날개는 비행과는 관련이 없는 다른 목적으로 진화한 후 비행에 쓰인 것으로 생각되지만, 그 과정은 미스터리로 남아 있다.

체코과학원 생물학센터(BC CAS) 연구팀은 독일 연구자들과 함께 독일 니더 작센주의 채석장에서 발견된 곤충 화석에서 날개 진화의 단서를 찾아냈다. 연구팀이 발견한 것은 3억 년 전 석탄기 지층에 보존된 팔레오딕티옵테라(Palaeodictyoptera) 유충 화석이었다.

팔레오딕티옵테라는 비교적 큰 곤충으로 후손 없이 멸종된 초기 고대 곤충이다. 이들은 현생 잠자리처럼 유충 시기에는 물속에서 자라다가 충분히 큰 후에는 변태를 거쳐 날아다닌 것으로 생각된다. 그런데 연구팀은 유충 화석에서 등에 돋은 3쌍의 구조물을 발견했다. 사진 속 구조물은 배에 있는 아가미와 비슷하게 생겼는데, 위치상 성체의 날개가 있는 곳에 가까워 곤충의 날개는 아가미에서 진화했다는 기존의 가설을 지지하는 결과로 해석된다.

초기 수생 생활을 하던 곤충의 조상이 육지로 상륙한 후 아가미는 필요 없는 기관이 됐다. 하지만 일부 곤충은 여전히 유충 시기에 물속에서 생활했기 때문에 아가미가 퇴화하지 않았다. 대신 이들 중 일부는 등 쪽의 아가미를 이용해 높이 뛰거나 활강 비행을 하는 데 사용하면서 오히려 아가미가 비행에 적합하게 변해 나중에는 날개로 진화한 것으로 추정된다. 이번 발견은 그 중단 단계 유충 화석을 확인했다는 데 의의가 있다.

곤충은 역사상 최초로 비행 능력을 확보해 이미 3억 년 이전에 하늘을 날아다녔다. 이후 익룡, 새, 박쥐 등 다양한 동물들이 하늘을 날게 되면서 독점적인 지위에서 내려왔지만, 하늘을 나는 곤충은 여전히 생태계에서 중요한 역할을 하고 있다. 과학자들은 지구 역사상 최초의 동력 비행이 어떻게 시작됐는지 자세히 알기 위해 곤충에 대한 연구를 계속할 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com