중기원생대 (2/2)

유성생식(有性生殖, gamogenesis)의 시작

이 시기에 조류와 균류들이 유성생식을 시작함으로서 유전적 다양성을 확보하는 동시에 환경의 변화에도 더 잘 적응할 수 있게 되었다. 그러나 지속적으로 유성생식을 하는 것이 아니라 대부분 유성생식세대와 무성생식세대가 교대로 나타나거나 또는 불규칙하게 바뀌는 세대교번(世代交番, alternation of generations) 방식이었다. 조류의 경우 포자체(胞子體, sporophyte)에서 만들어진 포자(胞子 또는 홀씨, spore)가 자라서 암수 배우체(配偶體, gametophyte)가 되고(무성생식) 이들 배우체에서 만들어진 암수 배우자(配偶子, gamete: 암수 구분이 있는 포자)는 유성생식으로 포자체를 만듦으로서 세대교번이 이루어진다. 세대교번에는 포자체와 배우체의 크기나 모양이 거의 같은 동형(同形)세대교번이 있고 크기나 모양이 전혀 다른 이형(異形)세대교번이 있다.

균류의 경우에는 감수분열(減數分裂, meiosis: 유성생식을 하는 생물의 체세포는 2배성(2n)의 염색체를 가지는데 생식세포를 만들 때는 염색체의 수가 그것의 반(n)인 두 핵으로 분열되는 현상)이자 유사분열(有絲分裂, mitosis: 세포분열 과정에서 염색체가 나타나고 방추사가 생기는 핵분열의 한 형식)인 핵분열에 이어지는 세포분열(細胞分裂, cell division)로 포자가 만들어지는데 포자는 반수체(半數體, haploid: 감수분열에 의해 만들어져 염색체의 수가 체세포의의 반인 것) 핵과 탈수로 인해 매우 축소된 세포질을 가지고 있고 포자벽으로 둘러싸여 있으며 공기와 물을 이용해 이동하나 떨어진 장소가 생존에 적당하지 않으면 발아(發芽, germination)하지 않는다. 포자가 발아하여 성장하면 배우체가 되고 이들이 결합하여 접합자(接合子, zygote)를 만듦으로서 유성생식을 하게 된다. 그런데 대부분의 경우 배우체가 결합하면 두 핵도 바로 결합하지만 균류의 경우에는 2개의 반수체 핵을 가진 2핵체(2核體, dikaryote) 상태로 지속되다가 뒤늦게 생식기관이 나타난다. 그리고 두 핵이 결합되면 즉시 다시 감수분열, 유사분열인 핵분열에 뒤이어 세포분열이 일어나 포자가 만들어짐으로서 세대교번이 이루어진다. 그러나 균류 중에는 암수구별이 뚜렷하지 않거나 세대교번을 하지 않는 것도 있다.

무성생식(無性生殖, asexual reproduction)을 하는 생물은 자가 복제에 의해 번식을 하기 때문에 모든 개체의 유전자가 동일하다. 따라서 박테리아나 바이러스가 한 개체의 약점을 알게 되면 그 개체군 전체가 위험에 처하게 되나 유성생식을 하게 되면 모든 개체의 유전자가 각각 다르게 되어 이런 위험에서 벗어날 수 있다. 실제로 어떤 우렁이는 평소에는 자가 복제에 의해 번식하다가 서식지에 미크로팔루스(microphallus)라는 기생충이 나타나면 유성생식으로 전환한다. 또 유성생식에 의해 각각 다른 유전자를 가진 개체들 중에서는 자연선택(自然選擇, natural selection)에 의해 열등한 개체가 먼저 도태(淘汰, weeding out)될 확률이 높으며 또 동물의 세계에서는 암컷이 상대를 고를 때 강하거나 아름다운 수컷을 선호하여 더 나은 유전자가 후대에 이어지도록 함으로서 진화에도 크게 기여하게 된다. 따라서 유성생식의 시작은 생물계가 한 단계 더 도약했음을 의미하는 것이다.

후기원생대(後期原生代, Neoproterozoic eon: 10억~5억4,100만 년 전) (1/3)

로디니아의 분리와 태평양의 탄생

지금으로부터 7억5천만 년 전 슈퍼플룸으로 인하여 초대륙 로디니아가 두 개의 큰 대륙으로 나누어지고 그 사이에 판탈라사 대양(大洋, Panthalassic Ocean, 원시태평양/原始太平洋, Proto Pacific Ocean)이 탄생하게 되었다. 두 대륙 중 하나인 북(北)로디니아는 오스트레일리아, 남극대륙, 남아프리카(South Africa, 당시 아프리카는 콩고, 서아프리카, 남아프리카지괴로 나누어져 있었음), 인도(India), 아라비아(Arabia)를 포함하였으며 적도(赤道, equator)를 중심으로 남북으로 길게 자리를 차지하고 있었다.

다른 하나인 남(南)로디니아는 로렌시아(북아메리카의 대부분과 아일랜드 북부, 스코틀랜드 및 노르웨이의 일부), 서아프리카, 아마조니아(Amazonia, 남아메리카의 북부), 그린란드, 시베리아(Siberia와 카자흐스탄/Kazakhstan), 발티카로 이루어져 있었으며 현재의 남극(南極, South [Antarctic] Pole)을 중심으로 동서로 길게 자리하고 있었다. 그리고 콩고지괴가 두 대륙 사이에 자리하고 있었다.

현재의 한반도 일부 및 북중국에 해당하는 중한지괴(中韓地塊, Sino-Korean block)와 한반도의 경기육괴(陸塊, massif: 지괴보다 작은 지각 덩어리) 및 남중국에 해당하는 양자(揚子)지괴(Yangtze block)는 북로디니아 대륙의 북쪽에서 따로 이동하고 있었다. 그리고 원시태평양의 가장자리에 있던 로렌시아, 오스트레일리아, 남중국 등에는 두꺼운 퇴적층이 쌓였는데 당시의 퇴적기록이 이들 대륙에 지금도 남아 있다.

바랑 빙하시대(氷河時代, Varangian glacial period)

초대륙 로디니아가 분리되던 시기를 전후한 7억5천만 년 전에서 6억 년 전 사이에 지구는 새로운 기후변화 패턴으로 인하여 4번의 혹독한 빙하기를 맞이하였는데 이 시기를 바랑 빙하시대라고 한다. 로디니아가 분리되면서 적도 부근에는 많은 작은 대륙들이 남게 되었다. 그리고 침식과 풍화작용 때문에 대기 중의 이산화탄소가 많이 소모(이산화탄소는 대기 중의 수증기와 결합하여 탄산이 되었다가 암석의 풍화과정에서 중 탄산이온이 되고 이것이 바다로 흘러들어가 석회질 퇴적물이 되어 이산화탄소를 잡아 둠)됨으로서 온실효과가 줄어들어 기온이 하강하고 극지방에는 총빙(叢氷, 군빙/群氷, pack ice: 바다의 부빙(浮氷, drift ice)이 모여 얼어붙은 것)이, 산악지역에는 대륙빙하가 형성되면서 알베도가 높아져 지구는 온도가 점점 더 낮아지는 순환체계에 들어가게 되었다.

극지방에서 적도까지 지구의 대부분이 빙하로 덮였고 물의 순환이 중단되어 침식작용도 같이 중단되었으며 얼음의 두께는 수 백m에서 1km까지 되었다. 햇빛이 닿는 곳에서는 생물이 살 수 없었고 바다에서는 산소가 사라져 갔다. 생물들은 얼음의 갈라진 틈새나 바다의 중앙해령 부근에서 겨우 명맥을 유지하였다. 그러나 물의 순환이 중단되고 더 이상 눈이 내리지 않자 빙하는 더 이상 만들어지지 않았고 대륙으로부터 서서히 미끄러져 내렸다.

이러한 빙하기는 화산활동으로 이산화탄소가 1천만 년 이상에 걸쳐 서서히 누적되면서 초 온실효과를 가져올 때까지 지속되었다. 그러다가 지구가 더워지기 시작하자 빙하는 급속히 녹았으며 알베도가 낮아져 지구는 다시 더욱 더워지는 순환체계로 들어서게 되었다. 이와 같은 간빙기에는 지구는 매우 무더웠으며 생물들은 대량으로 번성하였고 탄산염(炭酸鹽, carbonate)도 다시 대량으로 급속히 퇴적되었다. 이러한 주기가 이 기간 중 최소한 4번 정도 반복되었는데 특히 6억 년 전의 마지막 빙하기는 지구 역사상 가장 규모가 큰 빙하시대로서 이때의 지구를 눈 덩어리 지구(Snowball Earth)라고 부른다.

[임성빈 교수의 ‘빛의 환타지아’]