박광하의 생명과학 이야기
6차 대멸종의 징조
‘배경멸종’ (background extinction)
지구생성이래 5번의 생물 종의 대 멸종이 있었다고 한다. 지구의 생성은 약 45억년으로 보고 있으며 생명체의 탄생은 30억년으로 추정하고 있다. 지금까지 살았던 모든 생물종 중 99% 이상은 현재 멸종됐다. 그 중 대부분의 종은 지질시대에 일어난 소규모의 멸종 현상인 ‘배경멸종’ (background extinction) 기간 동안 조용히 사라졌다. 그 기간은 약 10만년 정도로 이 기간 동안 소수의 생물 종들은 서서히 멸종했다. 반면 단기간 내에 지구상의 대부분의 생명체를 멸종시킨 사건도 있다. 이를 ‘대멸종’ (mass extinctions)이라 부른다. 화석기록을 보면 지난 6억년 동안 총 다섯 번의 대멸종이 있었다는 사실을 알 수 있다. 생물 대멸종이 발생한 배경에는 소행성 충돌, 대규모 화산폭발, 급격한 기후변화 등 여러 가설이 존재한다. 대멸종은 생명체의 역사에 엄청난 영향을 미쳤고 많은 과학자들은 지금 우리가 또 다른 멸종으로 가고 있다고 주장한다.
1차대멸종은 4억5천만년 전
고생대 오르도비스기-실루리아기에 일어난 멸종사건이다. 정확한 이유가 밝혀진 것은 없지만 가설로 논의되고 있는 것은 초신성폭발로 감마선의 피해로 보고있다. 이시기에 별 하나가 폭발을 일으켰고 사정권 안에 있던 지구가 감마선피해를 봤을 것이라는 추론이다. 우주 <Science Advances>저널에 게재된 연구에 따르면 적어도 6천5백만년 동안 지구상에서 발견되지 않았던 대량 멸종이 현재 시작되고 있다고 주장한다. 이 연구는 지난 500년 간 인간이 포유류, 물고기, 새, 파충류, 양서류 같은 척추동물의 멸종 속도에 어떻게 영향을 미쳤는지 파악하기 위해 실시됐다.
연구 결과는 놀랍다. 지난 몇 백 년 동안 종의 멸종 속도가 가속화되고 있으며 이렇게 될 경우 35억년의 지구상 생명체의 역사에서 여섯 번째 대멸종 사건이 발생하게 될 것이라고 한다. 6번째 대멸종이 진행되고 있다고 보기도 하며 논란은 계속되고 있다. 연구사례도 많고 관련된 주장과 분석한 서적 등 넘쳐난다. 이러한 상황에서 우리는 과거 5번의 대멸종 사건을 유심히 살펴볼 필요가 있는 것이다. 과거를 살펴보며 현재 우리가 직면한 위기를 해결할 수 있는 정보를 얻을 수 있기 때문이다. 이러한 생명의 역사를 피부로 조금이나마 느껴볼 수 있는 곳이 바로 자연사박물관이다. 자연사 (自然史)라는 이름에서 보이듯 자연사는 말 그대로 자연의 역사다. (출처: 서대문자연사박물관)
1차 대멸종 : 고생대 오르도비스기 말 (4억4,300만년 전)
4억4,300만 년 전 고생대 오르도비스기와 실루리아기의 경계에서 첫 번째 대멸종이 발생했다. 고생대 오르도비스기 초기와 중기의 지구는 생명체가 살기 적합한 습도와 기온을 가지고 있었다. 그런데 오르도비스기가 끝날 무렵 갑작스런 기후변화가 발생한다. 현재의 남반구 땅 전체를 포함하고 있던 과거의 초대륙 곤드와나 (Gondwana)가 남극에 도달했다. 기온은 급격히 떨어졌고 사방은 얼음으로 뒤덮였다. 그리고 해수면 수위는 낮아지기 시작했다. 그 결과 대기와 해양의 이산화탄소 농도는 급격히 떨어지며 식물의 수가 급감했다. 그리고 생태계는 파괴됐다. 고생대 오르도비스기말과 실루리아기 경계에서 발생했던 대멸종은 5번의 대멸종 중 두 번째로 컸다. 이 사건으로 당시 해양에 살고 있던 생물의 57% 정도가 멸종했다. 그중에는 삼엽충, 완족류, 코노돈트가 있다. 참고로 코노돈트는 오늘날의 뱀장어와 비슷하게 생긴 해양생물이다.
2차 대멸종 : 고생대 데본기 말 (3억7,000만년 전)
3억7,000만년 전 고생대 데본기와 석탄기의 경계에서는 10만년에서 30만년의 간격을 두고 두 차례의 대멸종이 발생했다. 당시 기온은 급격하게 낮아지고. 데본기 때 표면온도가 34℃에서 26℃까지 떨어졌다고 한다. 이런 갑작스런 기온의 변화는 해양생명체에 영향을 미쳤다. 이렇게 갑작스런 변화는 아마도 소행성 충돌이나 거대한 화산재가 지구의 기온을 낮추면서 발생한 것으로 본다. 1차 대멸종 후 지구에는 드디어 오존층이 형성됐고 육상 생물이 출현했다. 고생대 데본기 말 당시 지상에는 식물과 거미, 전갈과 같은 생물체들이 존재했다. 2차 대멸종이 있기 바로 직전 최초의 양서류라고 할 수 있는 생물체가 해안에 나타났다. 엘피스토스테갈리아 (elpistostegalians)라 불리는 이 생물체는 실러캔스 (coelacanth)라는 대형 어류의 먼 친척이다. 참고로 실러캔스는 고생대 데본기에서 중생대 백악기까지 바다에 생존한 물고기다. 5,000만 년 전 멸종됐다고 알려졌으나 원시적인 모습으로 마다가스카르 근해에 생존하고 있는 것이 발견되며 ‘살아있는 화석’이라 불린다. 엘피스토스테갈리아가 해안에 나타난 직후 두 번째 대멸종 사건이 발생했고 이 생물체는 멸종했다. 이후 1000만년이 지나서야 육지에는 척추동물의 발자국이 새겨졌다
3차 대멸종 : 고생대 페름기 / 중생대 트라이아스기 경계 (2억4,500만년 전)
세 번째 대멸종은 고생대 마지막 지질시대인 페름기와 중생대의 시작인 트라이아스기 경계에서 발생했다. 지구 역사상 가장 컸던 대규모 멸종이다. 당시 지구 생명체의 약 96%를 멸종시켰다. 이때 사라진 대표적인 생물로는 바다나리류 (crinoids), 산호, 방추충 등이 있다. 당시 초대륙인 판게아 (Pan Gaea)가 형성되면서 지질학적으로 엄청난 변화가 발생했다. 폭발이 100만년 동안 지속되며 3억km2의 용암이 분출돼 1,750m 이상의 침전물이 형성됐다. 한반도의 4배 크기에 해당하는 숲이 불탔고 그 결과 지구온난화를 유발하는 많은 양의 이산화탄소가 생성됐다. 지구온난화는 약 1천만년 동안 지속됐고 해양은 산성화되고 생명체들은 황화수소에 중독되거나 산소 부족, 고온의 환경으로 대규모 멸종으로 이어졌다는 분석이 지배적이었다. <Science> 저널에 게재된 연구에 따르면 페름기에 발생한 대멸종은 지구온난화로 인한 해양의 산소 부족 때문이었다고 한다. 연구에 따르면 기온이 올라감에 따라 해양 생명체의 물질 대사는 더 빨라졌는데 따뜻해진 바닷물이 충분한 양의 산소를 갖지 못하게 되면서 해양 생물이 질식해 죽었다고 한다.
4차 대멸종 : 중생대 트라이아스기 / 중생대 쥐라기 경계 (2억1,500만년 전)
4차 대멸종은 페름기 말에 발생했던 3차 대멸종과 유사한 점이 많다. 당시에는 모든 대륙이 하나로 모여 하나의 대륙으로 합쳐졌던 초대륙은 점차 느리게 분열됐다. 그러면서 중앙 대서양 마그마 분포영역 (Central Atlantic Magmatic Province)이 만들어졌다. 그리고 대규모 화산폭발이 일어났고 대기 중 이산화탄소가 급증했다. 이후 지구온난화는 다시 시작됐고 이는 8백만년 동안 지속됐다. 이로 인해 산호, 암모나이트, 코노돈트 등의 해양 생물체들이 심각한 위기에 직면한다. 특히 4차 대멸종으로 코노돈트는 지구상에서 영영 사라지게 된다. 또한 지구에 소행성이 충돌하면서 이 시기에 육지에 살았던 파충류를 포함한 생물의 약 80%가 멸종했고 해양 생물체의 약 20%가 멸종했다. 4차 대멸종 이후에는 파충류가 지배하는 시대가 된다. 해양에는 어룡이, 하늘에서는 익룡이, 땅에서는 공룡이 번성하기 시작한다.
5차 대멸종 : 중생대 백악기 / 신생대 제3기 경계 (6,600만년 전)
5번째 대멸종은 우리가 사랑하는 공룡이 모두 멸종한 시기다.
5차 대멸종은 6천 5백만년 전 중생대의 마지막인 백악기와 신생대의 시작인 제3기의 경계에서 발생했다. 100만년에서 250만년 동안 일어났으며 이는 대멸종 가운데 가장 빠르게 대멸종이 발생한 사건이다. 6천 6백만년 전, 지구에는 작은 크기의 소행성이 충돌했다. 그 흔적은 북아메리카 남쪽과 남아메리카 위쪽 사이에 ‘칙술루브 푸에르토’란 이름의 크레이터로 확인할 수 있다. 이 크레이터의 직경은 약 185km정도이며 깊이는 약 20km에 달한다고 하니 당시 충격이 얼마나 컸는지 짐작할 수 있다. 워싱턴 DC에서 열렸던 미국 지구물리학연맹 (AGU) 연례 학술회의에서 공식 발표된 한 연구에 따르면 당시 소행성 충돌로 1.5km 높이의 쓰나미가 만들어졌고 전 세계 바다에서는 대혼란이 초래됐다고 한다. 연구진에 따르면 이 운석이 만들어낸 전지구적 쓰나미는 현대사에서 결코 볼 수 없었던 것이라고 밝히기고 있다. 과학자들은 이 소행성 충돌과 거대한 화산활동이 복합적으로 작용하며 지구상에는 상당한 양의 이산화탄소를 발생시켰고 공룡과 익룡이 멸종하고 심지어 여러 대멸종을 거치면서도 살아남았던 암모나이트 조차도 이 시기에 멸종했다고 한다. 이로써 파충류의 시대는 저물고 드디어 포유류가 번성하게 됐다.
비지갈 자연보호구역 (Bidjigal Reserve)
필자가 살고 있는 지역에는 비지갈 자연보호구역 (Bidjigal Reserve)이 있다. 근 30여년간 매일 산책로를 따라 걸으며 보호구역의 자연을 관찰할 수 있었다. 비지갈 자연보호구역 (Bidjigal Reserve)을 검색해보니 186 hectare의 광활한 면적에 370종의 토종 식물과 140종의 토종 동물 등 자연생태계가 잘 보존되고 있는 구역이다. 계곡에는 실개천 (runnel)이 흐르고 있어서 물고기 등 꽤 다양한 수생동물들이 있다. 극히 짧고 제한된 구석쟁이에서 관찰한 것을 가지고 생물 종의 멸종을 왈가왈부하기가 가소고운 일이다. 비지갈 자연보호구역은 생태적인 특성도 있지만 1만년 전부터 원주민들이 살았던 흔적이 유물로 보관되어 있는 지역이다. 식품, 의약품과 무기 등 수많은 동물 뼈가 발견되었다. 기록을 보니 동물 종 중에서 희귀종이라고 할 수 있는 오리너구리 (platypus)가 실개천에 서식하고 있었는데 70년대 중반, 하수구 공사 후에 자취를 감추었다고 한다. 보호구역주변이 도시화가 되다 보니 생물종이 살아지는 것은 불보듯 뻔한 일이다. 비지갈 자연보호구역 (Bidjigal Reserve)을 통해 생태환경을 생각하게 하는 계기가 될 수 있다고 생각한다. 고속도로 M2가 비지갈 자연보호구역 (Bidjigal Reserve)을 관통하고 있는데 이 공사를 통해 자연이 많이 훼손되었으며 실개천에 서식하던 수생동물이 자취를 감춘 것을 확인할 수 있었다. 호주의 숲 속에서는 개구리를 구경하지 못했었는데 어는 날 아침 산책길에 크기가 곤충 정도 되는 작은 개구리가 보였고 그 후 자작자작 고여 있는 냇가에 부화된 올챙이떼가 있어서 소중하게 바라보았는데 물이 마르고 올챙이들이 몰살을 해서 안타깝게 바라본 일이 있다. 그밖에 10cm이상 되는 가제도 있었고 뱀장어도 있었으나 최근에는 전혀 눈에 띠질 않는다. 지질연대로 따지면 30여년이라는 시간은 명함도 못건넬 시간이지만 ‘배경멸종’ (background extinction)의 한 장면일 수 있다는 생각을 하게 된다.
이상기온으로 인한 자연재해
최근에 나타나고 있는 자연재해를 이상기온으로 인한 특이한 현상으로 보지 않는 시각은 전문가가 아니라도 인지하고 있는 사실이다. 지구온난화에 따른 우려와 경고는 거의 매일 뉴스를 장식하고 있다. 최근에 보도된 기사가 있다. 올해 초 남극대륙에서 기상측정 이후 처음으로 영상 20도를 기록한데 이어 최근 시베리아가 38도를 기록했다. 이런 현상은 지구온난화 등으로 인한 기후변화로 해석된다. 러시아 시베리아의 기온이 최근 38도를 넘어섰다는 소식에 유엔이 나섰다. AP통신 등 외신들의 보도에 따르면 유엔 특별기구인 세계기상기구는 오는 27일 러시아 당국과 함께 북극권에 속하는 시베리아 베르호얀스크 마을 기온 자료를 확인하겠다고 밝혔다. 보도에 따르면 클레어 누리 WMO 대변인은 23일 제네바에서 브리핑을 열고 러시아의 기상 · 환경 감시 기관과 함께 검증 작업에 돌입할 계획이라고 발표했다. 대변인은 “시베리아 동부는 겨울에 혹독한 기후를 보이는 만큼 여름에도 극한 기후를 유지한다. 그러므로 7월 기온이 30도를 넘는 것은 특별한 일이 아니다”라고 언급했다. 하지만 “그러나 38도의 고온은 분명 예외적인 상황”이라고 덧붙였다. 베르호얀스크는 겨울에는 기온이 영하 50도 밑으로 떨어질 정도로 전 세계에서 가장 추운 지역 중 하나로 꼽힌다. 극지방에 고온현상이 지속될 경우 영구동토층이 녹는 등의 환경 관련 재난이 발생될 것이라는 우려가 예전부터 제기돼 왔다. 이런 현상은 지구온난화 등으로 인한 기후변화로 해석된다. 최근에 언론에서 지구온난화의 실증적인 사례를 연속적으로 방송하고 있다. 반기성 케이웨더 예보센터장은 KBS 라디오 ‘오태훈의 시사본부’에서 “예전에 나타나지 않은 기상 현상들이 지금 많이 나타나고 있다”면서 “겨울과 여름 기온차가 107도 정도 벌어지는 극과 극의 기상 현상이 발생한 것이며 앞으로 이런 현상들은 점점 더 심해질 것이라고 본다”고 말했다. 윤기한 기상청 통보관은 CBS 라디오 ‘김현정의 뉴스쇼’에서 “평소 적도에 있는 뜨거운 열이 북쪽으로 올라가서 하나가 데워지고 또 하나는 극쪽에 눈이나 얼음이 햇빛을 반사시켜 추워졌는데, 그런 것들이 녹으면서 평균적으로 기온이 올라가고 있다”고 밝혔다. 기상청 · 기상과학원 지정 울산과학기술원 (UNIST) 폭염연구센터는 전 세계 기상 기관 자료 등을 토대로 올해 폭염 전망 보고서를 발표했다. 그 결과 올 여름 한반도를 포함한 동아시아에서 평년보다 높은 기온이 나타날 확률은 50% 이상인 것으로 예측됐다. 기상청은 올해 역사상 다섯 손가락 안에 드는 더위가 찾아올 것이라고 밝히기도 했다.
연속적인 이상기온의 증거
세계에서 가장 추운 도시 중 하나인 알래스카도 예외가 아니다. 1952년 기상관측을 시작한 이후 지난 6월 최고기온 (32.2℃)을 기록했다. 1월 남반구에 위치한 호주 역시 46℃로 역대 가장 높은 기온을 보였다. 그런가 하면 멕시코 제2의 도시인 과달라하라에선 한여름에 우박 폭탄이 떨어져 시민들을 놀라게 했다. 한국도 매년 폭염일수가 늘고 있다. 2018년 폭염 (낮 33℃ 이상)은 31.5일, 열대야 (밤 25℃ 이상)는 17.7일을 기록했다. 기상청에 따르면 2001 ~ 2010년 평균 11.1일인 서울의 폭염일수는 2071 ~ 2100년 68.7일로 증가할 것으로 예측한다. 부산은 7.5일에서 40일로, 목포는 6.5일에서 52.5일로 늘어난다는 것이다. 이쯤 되면 폭염이 이상기후가 아니라 ‘일상기후’라고 불러야 할지도 모르겠단다. 지구온난화로 대표되는 기후변화는 미래 세대의 생존과 직결된 문제다. 그러나 지금의 어른들은 자신과 관계없는 ‘먼 미래’의 일로 여기며 미래 세대가 겪을 재앙을 무책임하게 방치하고 있다. 미국의 과학저널리스트 피터 브래넌이 쓴 ‘대멸종 연대기’에 따르면 당시 그린란드 3개 만한 빙하가 한 번에 바다에 빠지며 해수면을 18m나 치솟게 했다. 빙하는 서서히 녹아 해수의 온도를 낮췄고 바닷물의 염도를 떨어뜨렸다. 여기서 차가운 물은 밑으로 가라앉고, 염도가 낮은 물은 수면에 머물게 된다. 이는 고위도 지역 해수의 밀도를 변화시켜 적도에서 올라오는 따뜻한 멕시코 만류의 흐름을 방해하게 된다. 결국 극지방의 차가운 물과 적도의 따뜻한 물이 섞이지 않아 지구의 난방 시스템이 고장 나게 되는 것이다. 그런데 이와 비슷한 일이 또다시 벌어질지 모릅니다. 2015년 독일의 알프레드 웨그너 연구소 (Alfred Wegener Institut)는 그린란드 인근 해역의 염도가 7%가량 떨어진 것을 관측했다. 온난화로 북극의 빙하가 녹아 바다로 유입되면서 해수의 밀도를 변화시키는 중이다. 이는 영국과 북유럽에 빙하기가 닥쳐올 수 있다는 기존의 연구를 뒷받침하는 것이다. 즉, 온난화가 ‘뜨거운 지구’를 만드는 것뿐만 아니라 ‘얼음 지구’도 초래할 수 있다는 이야기된다.
박광하 (전 여주대신고 교감, 전 수원계명고 교장)
38khpark@hanmail.net
필자 박광하 선생은 고려대학교 생물학과를 마친 후에 평생을 생물과학 강의와 교육에 헌신하여 왔다. 20여년 전 호주로 이주하여 시드니에 거주하며 집필 활동을 하고 있다. 저서로 ‘생명과학이야기’(북랩)가 있다.