코끼리와 고래는 왜 털 없이 맨살로 다닐까?

[애니멀피플] 노정래의 몸에 새겨진 진화

포유류의 ‘털옷’은 두 겹이다. 길고 굵은 겉털은 눈과 바람을 막고 짧고 부드러운 속털은 따뜻한 공기를 가둔다. 이 털 덕분에 북극여우는 영하 40도 가까이 떨어져도 몸에서 열을 더 만들 필요가 거의 없다. 위키피디아 코먼스

북극여우, 호랑이 등 대부분의 포유류는 온몸에 털이 덮여 있다. 그런데 코끼리는 거의 맨살이고 고래는 털이 거의 없다. 같은 포유류인데 누구는 털을 늘리고 누구는 털을 버렸다. 털은 애초에 왜 생겨났고 왜 동물마다 이렇게 달라졌을까?

먼저 털이 무엇인지부터 알아보자. 새는 깃털로, 뱀과 도마뱀은 비늘로 몸이 덮여 있다. 깃털에 ‘털’이라는 이름이 붙었지만, 생김새도 성분도 털과 다르다. 진짜 털이 있는 동물은 포유류뿐이다. 그래도 이들 셋은 한 뿌리에서 나왔다. 털, 깃털과 비늘은 모두 새끼가 알이나 엄마 배 속에 있을 때 피부에 돋는 작은 돌기에서 자라나기 때문이다. 그렇지만 곤충의 몸에 난 털도 이름만 같을 뿐 단단한 껍데기가 가늘게 자라난 것이라 포유류의 털과는 전혀 다르다.

털이 하는 일 중 가장 중요한 것은 체온 유지다. 그 비결은 털 사이에 갇힌 공기다. 이 공기는 이중창처럼 열을 가둬 몸에서 열이 빠져나가지 못하게 막는다. 그래서 스스로 열을 만들어 체온을 유지해야 하는 포유류에게 털은 꼭 필요한 천연 패딩이다.

지금으로부터 약 2억5200만년 전(고생대 페름기 말) 대부분의 생물이 사라졌다. 대멸종이었다. 그 무렵 지구의 대륙들은 지금과 달리 이미 하나로 붙어 있었다. 대륙은 1년에 손톱이 자라는 만큼 아주 느리게 움직이는데, 수억 년 동안 이렇게 움직이던 대륙들이 서로 부딪쳐 하나로 합쳐진 것이다. 이 거대한 땅덩어리를 ‘판게아’라고 부른다.

추운 기후에 맞춰 털이 달라진 모습은 북극곰이 잘 보여 준다. 위키피디아 코먼스

대멸종 뒤 이어진 약 2억5200만~2억100만년 전(중생대 트라이아스기) 기후도 이 거대한 땅덩어리의 영향을 크게 받았다. 대륙 안쪽은 바다에서 너무 멀어 바닷바람에 실린 수증기가 닿지 못했다. 그 탓에 비가 거의 내리지 않아 메마른 사막이 넓게 펼쳐졌다. 사막에는 열을 붙잡아 둘 수증기와 구름이 거의 없어 낮에는 뜨겁고 밤에는 기온이 뚝 떨어졌다. 한마디로 낮과 밤의 일교차가 컸다.

이런 땅에서는 식물이 잘 자라지 못했으니 동물들도 배불리 먹을 수 없었다. 먹이가 부족한 환경에서는 작은 동물이 유리했다. 적게 먹고도 살 수 있고 빨리 자라 일찍 새끼를 낳기 때문이다. 몸집이 작은 개체가 더 많이 살아남았고, 결국 포유류의 조상들은 점점 몸집이 작아졌다. 작은 몸은 굴이나 바위틈에 숨어 더위와 추위를 피하기에도 좋았다. 얼마 뒤 공룡이 나타나 낮에 활개 치고 다니자 포유류의 조상들은 공룡을 피해 주로 밤에 생활했다.

그러나 몸집이 작으면 체온을 쉽게 잃는 단점이 있다. 몸의 부피에 비해 열이 빠져나가는 피부가 넓기 때문이다. 작은 컵의 물이 큰 냄비의 물보다 빨리 식는 것과 같다. 게다가 이들이 생활하던 사막의 밤은 추워서 밤마다 덜덜 떨며 겨우 버텼을 것이다. 그런 밤을 거치며 털이 점점 촘촘해져 온몸을 덮게 되었을 것으로 보인다. 물론 동물이 추위를 이기려고 털을 기르기로 마음먹은 것은 아니다. 털이 조금이라도 많은 개체가 생존에 유리했고, 그런 개체의 후손이 더 많이 퍼지면서 집단으로 털이 많아졌고 결국 해당 종은 온몸이 털로 덮이게 됐다.

털이 정확히 언제 생겨났는지는 정확하지 않다. 털은 화석으로 잘 남지 않기 때문이다. 몸에 털 흔적이 남은 가장 오래된 화석 중 하나는 중국에서 발견된 약 1억6400만년 전 중생대 쥐라기의 작은 포유류다. 그에 앞서 러시아에서 발견된 약 2억5500만년 전 고생대 페름기 말똥 화석에서도 털로 보이는 흔적이 나오기도 했다(Bajdek et al., 2016). 이것이 털이라면 털은 대멸종 이전부터 있었고 트라이아스기에 들어 더 큰 쓸모를 얻은 셈이다.

몸에 털 흔적이 남은 가장 오래된 화석 중 하는 중국에서 발견된 약 1억6400만년 전 중생대 쥐라기의 작은 포유류다. 카네기자연사박물관 제공

흥미롭게도 털은 주변을 더듬는 감각 기관에서 출발했다는 주장도 있다. 실제로 수염의 털 뿌리에 모인 신경은 아주 작은 공기의 흐름도 느낀다. 쥐는 어둠 속에서 수염으로 장애물을 피하고 잔점박이물범은 물고기가 남긴 물결을 수염으로 따라간다. 이 주장대로라면 밤길을 더듬던 감각 털이 온몸으로 퍼지며 체온까지 지키게 된 것이다. 다만 이를 뒷받침할 화석은 아직 부족하다.

작은 몸으로 추운 밤을 견디던 포유류에게 기회가 찾아온 것은 약 6600만년 전 중생대 백악기 말 공룡이 사라지면서였다. 포유류는 땅을 누비는 동물, 하늘을 나는 박쥐, 바다로 돌아간 고래로 빠르게 다양해졌다. 그 사이 지구는 약 3400만년 전 신생대 에오세 말부터 점점 식어갔고, 260만년 전 신생대 제4기부터는 빙하기가 여러 번 찾아왔다. 추운 곳으로 퍼져 나간 포유류의 털옷은 더 두껍고 정교해졌다.

이런 털옷은 두 겹이다. 길고 굵은 겉털은 눈과 바람을 막고 짧고 부드러운 속털은 따뜻한 공기를 가둔다. 이 털 덕분에 북극여우는 영하 40도 가까이 떨어져도 몸에서 열을 더 만들 필요가 거의 없다. 빙하기에 털매머드도 이런 털옷으로 추위를 견뎠다.

추운 기후에 맞춰 털이 달라진 모습은 북극곰이 잘 보여 준다. 북극곰은 수십만 년 전 불곰의 조상에서 갈라져 나왔다. 그 뒤 북극 추위에 잘 견뎠던 개체들이 대를 이어 살아남으면서 몸과 털이 빠르게 달라졌다. 이렇게 달라진 털은 거의 투명하다. 털 속이 빨대처럼 비어 있어 빛이 사방으로 흩어지면서 하얗게 보이는 것이다. 덕분에 북극곰은 눈밭에서 감쪽같이 몸을 숨긴다. 털 속의 빈 곳은 공기를 품어 추위를 막는 데도 한몫하는 것으로 알려져 있다.

그렇다고 모든 동물에서 털이 늘어난 것은 아니다. 큰 몸은 열을 많이 만들지만, 부피와 비교하면 열을 내보낼 피부가 좁아 잘 식지 않는다. 앞선 냄비 비유와 정반대로, 큰 냄비의 물이 작은 컵의 물보다 더디게 식은 것과 같은 이치다. 이 때문에 더운 곳에 사는 큰 동물에게는 추위보다 더위가 훨씬 위험했다.

아프리카와 아시아의 코끼리는 털 대신 몸에서 열을 내보내는 장치가 발달했다. 큰 귀가 그중 하나다. 귀 안쪽 얇은 피부 아래 그물처럼 퍼진 혈관에서 뜨거운 피가 식고 귀를 펄럭이면 열이 더 빨리 빠져나간다. 위키피디아 코먼스

코끼리가 바로 그런 동물이다. 같은 코끼리과인 털매머드는 털이 수북해 혹한을 견뎠지만, 아프리카와 아시아의 코끼리는 털 대신 몸에서 열을 내보내는 장치가 발달했다. 큰 귀가 그중 하나다. 귀 안쪽 얇은 피부 아래 그물처럼 퍼진 혈관에서 뜨거운 피가 식고 귀를 펄럭이면 열이 더 빨리 빠져나간다.

피부도 냉각 장치다. 땀샘이 거의 없는 코끼리의 피부에는 깊은 주름과 가는 틈이 가득하다. 이 틈에 고인 물과 진흙이 천천히 마르면서 오랫동안 몸을 식힌다. 드문드문 난 털도 열을 가두기보다 오히려 바깥으로 내보낸다.

털이 달라진 것은 코끼리만이 아니다. 바다에서는 공기에서보다 열을 훨씬 빨리 빼앗기는데 듬성한 털은 공기를 잘 가두지 못한다. 그래서 고래와 돌고래는 체온 유지에 도움이 안 되는 털 대신 피부밑에 두꺼운 지방층이 발달했다. 이와 달리 해달은 지방층이 얇은 대신 동물 중에서 가장 촘촘한 털로 덮여 있고 틈만 나면 털을 다듬어 그사이에 공기를 채운다.

땅속에서도 비슷한 일이 벌어졌다. 뜨거운 아프리카 사바나의 굴속에 사는 벌거숭이두더지쥐는 이름처럼 털이 거의 없다. 이름에 ‘두더지’가 붙었지만, 두더지가 아니라 쥐와 같은 설치류다. 굴속은 1년 내내 온도가 거의 일정해 체온을 지킬 털이 필요 없기 때문이다. 다만 굴 벽을 느끼는 감각털은 몸 곳곳에 남아 있다. 반대로 한국 두더지는 온몸에 털이 촘촘하다. 겨울이 추운 한국에서는 얕은 땅속도 계절에 따라 온도가 크게 바뀌기 때문으로 보인다. 같은 땅속이라도 기후에 따라 털의 운명이 갈린 셈이다.

포유류는 대멸종 뒤에 오랜 세월 차가운 밤을 거치며 온몸이 털옷으로 덮였다. 그 뒤로 2억년 넘게 기후가 바뀔 때마다 털옷도 자연선택을 거쳐 추운 곳에서는 더 두껍고 촘촘해졌고 더운 곳과 물속에서는 얇아지거나 거의 사라졌다. 하지만 지금의 기후는 자연선택이 털옷을 바꿔 놓을 시간보다 훨씬 빨리 바뀌고 있다. 적응할 틈을 얻지 못한 동물은 결국 지구에서 사라질 수도 있다. 과거와 달리 이번에 기후를 바꾸고 있는 것은 자연이 아니라 인간이다.

노정래 서대문자연사박물관 관장

노정래 서대문자연사박물관장이 기후변화와 맞닿은 동물과 인간의 몸에 남은 진화의 흔적을 흥미로운 소재를 통해 소개한다. 노 관장은 서울대 생물학과에서 말의 행동생태와 진화 연구로 박사학위를 받았으며, 서울대공원 동물연구실장과 동물원장을 지냈고 제주민속자연사박물관장을 역임했다. 동물과 인간의 진화 이야기를 격주로 싣는다.