4억 년 된 물고기, 진화론 이해에 큰 오류 드러낸다

이 고대 물고기는 동물과 인간이 호흡하고 먹는 방식으로 진화하는 과정에 대한 70년간의 오류를 바로잡았습니다. 출처: Shutterstock

실러캔스는 지난 6천 5백만 년 동안 해부학적 구조가 거의 변하지 않아 "살아있는 화석"으로 불립니다. 역사상 가장 많이 연구된 어류 중 하나임에도 불구하고, 실러캔스는 척추동물 진화에 대한 우리의 이해를 바꿀 수 있는 새로운 정보를 계속해서 제공하고 있습니다. 브라질 상파울루 대학교(USP)와 미국 스미소니언 연구소 연구진이 학술지 <Science Advances> 에 발표한 연구에서 이러한 사실이 밝혀졌습니다.

아프리카 실러캔스( Latimeria chalumnae ) 의 두개골 근육을 재검토한 결과, 기존에 발견된 가장 큰 척추동물 계통의 진화적 근육 변화 중 13%만이 정확함을 발견했습니다. 또한, 이 연구에서는 이러한 그룹에서 섭식 및 호흡 방식의 혁신과 관련된 9가지 새로운 진화적 변형을 확인했습니다.

"궁극적으로 이 종은 이전에 생각했던 것보다 연골어류[상어 , 가오리, 키메라 ] 및 네발동물[ 조류, 포유류, 양서류, 파충류 ]과 훨씬 더 유사합니다. 그리고 현생 척추동물의 약 절반을 차지하는 조기어류와는 훨씬 더 다릅니다."라고 FAPESP의 지원을 받아 이 연구를 이끈 USP 동물학 박물관(MZ)의 알레시오 다토보 교수는 말합니다.

실러캔스에 존재한다고 잘못 알려진 진화적 특징 중에는 입에서 인두까지 이어지는 협인두강을 활발하게 확장하는 근육이 있습니다. 이 근육들은 먹이 포획 및 호흡과 직접적인 관련이 있습니다. 그러나 이번 연구는 실러캔스에서 발견되는 이러한 근육들이 실제로는 수축이 불가능한 구조인 인대라는 것을 보여주었습니다.

조기어류( actinopterygii )와 육기어류( sarcopterygii )는 약 4억 2천만 년 전 공통 조상으로부터 갈라져 나왔습니다. 조기어류에는 실러캔스, 폐어와 같은 어류뿐만 아니라 수생 조상으로부터 진화한 다른 모든 네발동물이 포함됩니다. 여기에는 포유류, 조류, 파충류, 양서류가 포함됩니다.

수족관 잉어와 같은 조기어류에서는 입이 어떻게 움직여 먹이를 빨아들이는지 쉽게 볼 수 있습니다. 이러한 능력은 방추목(actinopterygii)에게 상당한 진화적 이점을 제공했습니다. 오늘날 방추목은 모든 현존 척추동물의 약 절반을 차지합니다.

이는 주로 먹이를 물어뜯어 먹는 셀라칸스나 상어 등 다른 물고기와 근본적으로 다른 점입니다.

"이전 연구에서는 더 큰 흡입력을 제공하는 이러한 근육이 실러캔스에도 존재하여 경골 척추동물의 공통 조상에서 진화했을 것이라고 가정했지만, 이번 연구에서는 그렇지 않다는 것이 밝혀졌습니다. 이 근육은 최소 3천만 년 후, 현생 조기어류의 공통 조상에서 발견되었습니다."라고 다토보는 지적합니다.

비하인드 스토리

실러캔스는 물 표면 아래 약 300m 깊이에 살며 낮에는 수중 동굴에서 보내는 매우 희귀한 물고기입니다.

공룡 멸종 이후 이들의 변화가 거의 없었던 한 가지 이유는 포식자가 거의 없고 비교적 보호된 환경에서 살았기 때문입니다. 2013년 네이처( Nature) 지에 발표된 연구에서 알 수 있듯이, 이러한 환경은 이들의 유전체에 서서히 변화를 가져왔습니다.

실러캔스는 약 4억 년 전 화석으로만 처음 알려졌습니다. 1938년이 되어서야 과학자들을 놀라게 하며 살아있는 실러캔스가 발견되었습니다. 1999년에는 또 다른 종( 라티메리아 찰룸나에 )이 아시아 해역에서 발견되었습니다.

박물관에 표본이 희귀하기 때문에 USP와 스미소니언 협회 산하 국립자연사박물관의 연구자들은 해부를 위해 동물을 빌려줄 기관을 찾기 위해 끈기 있게 노력해야 했습니다.

미국 시카고 필드 박물관과 버지니아 해양과학연구소는 결국 표본을 각각 한 개씩 대여하기로 합의했습니다. 다토보에 따르면, 이 논문의 공동 저자인 G. 데이비드 존슨이 대여를 성사시킨 공로를 인정받아야 합니다.

다토보에 따르면, 1945년에 태어난 존슨은 "아마도 당대 최고의 어류 해부학자"였을 것입니다. 그는 연구가 검토되던 2024년 11월 가정 사고로 사망했습니다.

기부금

다토보는 "겉보기와 달리 표본을 해부하는 것은 제대로만 수행된다면 그것을 파괴하는 것을 의미하지 않는다"고 말합니다.

20년 넘게 이러한 연구를 진행해 온 연구원은 6개월에 걸쳐 실러캔스의 모든 근육과 두개골을 분리했습니다. 이 구조들은 현재 보존되어 다른 과학자들이 개별적으로 연구할 수 있게 되면서, 더 이상 새로운 동물을 해부할 필요가 없게 되었습니다.

저자는 각 근육과 신경을 직접 관찰하여 셀러캔스의 머리 속에 실제로 무엇이 있는지 확실하게 파악하고, 이전에 설명되지 않은 구조를 지적하고, 70년 이상 과학 문헌에 반복되어 온 오류를 수정할 수 있었습니다.

"문헌에는 많은 모순이 있었습니다. 마침내 표본을 검사해 보니 예상보다 더 많은 오류가 발견되었습니다. 예를 들어, 근육으로 묘사된 11개의 구조가 실제로는 인대나 다른 유형의 결합 조직이었습니다. 이는 입과 호흡 기능에 심각한 영향을 미칩니다. 근육은 움직임을 담당하는 반면 인대는 움직임을 전달하기만 하기 때문입니다."라고 그는 설명합니다.

척추동물의 생명 나무에서 셀라칸스가 차지하는 위치를 고려할 때, 이 발견은 다른 모든 대형 척추동물 그룹의 두개골 진화에 대한 우리의 이해에 영향을 미칩니다.

이 정보를 바탕으로 연구진은 멸종된 어류와 현생 어류를 포함한 다른 어류 두개골의 3차원 미세단층촬영 영상을 활용했습니다. 이 영상들은 어류 해부학을 연구하는 다른 연구자들이 3D 스캔을 통해 제공할 수 있습니다.

다토보와 존슨은 완전히 멸종된 계통의 다른 어류 두개골 이미지를 통해 실러캔스에서 발견된 근육이 어디에 위치하는지 추론하여 최초의 턱 척추동물에서 이러한 근육의 진화 과정을 규명했습니다. 향후 연구에서 다토보는 양서류나 파충류와 같은 네발동물의 근육과의 유사성을 분석할 계획입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250729001225.htm