d라이브러리

공룡에 대한 일반인의 관심은 주로 그들의 갑작스런 멸종에 맞춰져 있다.하지만 사실 더 흥미로운 점은 그들의 갑작스런 출현이다.공룡들은 대체 어디서 온 것일까.그리고 왜 사라졌을까.이 주제는 지난 1백50년간 격렬하게 토론돼 왔지만 아직 명쾌한 해답은 없다.

육상을 지배할 수 있었던 이유 - 날렵한 다리로 경쟁에서 우위 차지
 

공룡이 나타나기 훨씬 이전인 38억년 전 이미 생명체가 지구에 존재했다. 단순한 단세포동물로 시작한 지구의 생명체들은 기나긴 세월 동안 바다 속에서 해파리, 조개류, 성게 같은 다양한 생명체로 진화했다. 또한 고생대 실루리아기에 처음으로 하등한 식물이 나타나 육지를 덮기 시작한 후 양치류, 겉씨식물, 속씨식물 등 점차 더 복잡한 구조의 식물들이 발생했다. 그리고 3억7천만년 전 물고기 중 폐가 발달하고 지느러미가 다리로 변한 익시오스테가(Ichthyostega)가 드디어 육지로 올라왔다. 바로 이 개척자가 양서류와 원시 파충류의 조상이다.

화석 기록상 가장 오래된 공룡의 화석은 아르헨티나의 2억2천8백만년 전 이시구알라스토층에서 발견됐다. 여기서 가장 잘 알려진 공룡이 바로 에오랍토르(Eoraptor)와 헤레라사우루스(Herrerasaurus)이다. 이들을 보면 초기의 공룡은 크기가 작았으며 다양하게 진화되지 못했음을 알 수 있다. 또한 이시구알라스토층에서 산출되는 화석 중 가장 풍부한 것은 원시파충류인 린코사우르(rhynchosaur)이며, 공룡은 육상동물의 5.7%만을 차지하고 있다. 따라서 중생대 삼첩기 중기까지 공룡은 생태계의 주요 구성원이 아니었다.

앞발이 자유로워 사냥에 유리

그러나 삼첩기 말로 가면서 다른 형태의 공룡들이 전세계의 여러 지역에서 발견되기 시작한다. 즉 공룡들은 처음 출현하자마자 급속히 다양화하기 시작했다는 점을 의미한다. 수가 많아지고(전체 육상동물의 25-60%) 크기도 좀더 다양해진다. 이 시기의 대표적인 공룡이 미국 아리조나주의 유령농장(Ghost Ranch)에서 대규모로 발견되는 작고 민첩한 육식공룡 코엘로피시스(Coelophysis)와 유럽과 중국에서 풍부하게 발견되는 원시용각류 플라테오사우루스(Plateosaurus)와 루펜고사우루스(Lufengosaurus)이다.

그렇다면 여기서 한가지 의문이 생긴다. 왜 다른 파충류는 쇠퇴해간 반면 공룡은 번성했을까. 고생대 페름기에 생태계를 지배하던 대표적인 포식자는 포유류의 조상인 포유류형 파충류(mammal-like reptile)였다.

그러나 전기와 중기 삼첩기에 이르면 포유류형 파충류들은 원시 아르코사우르스(primitivearchosaurs, Archosauromorpha: 공룡, 악어, 익룡의 공통조상)들의 진화로 위협받게 된다. 원시 아르코사우르스는 점점 더 몸집이 커지고 서서히 똑바른 다리 구조를 발달시켜 나갔다. 이들의 머리는 상당히 크고 날카로운 이빨들로 무장돼 있었다. 또한 어떤 종류는 두발로 걷는 이족보행이 가능해 구부러진 네발로 걷는 포유류형 파충류보다 더 빠르게 움직일 수 있었다. 따라서 앞발은 이동 수단에서 자유로워져 먹이를 잡거나 죽이는데 사용됐다. 그 결과 포유류형 파충류는 먹이 경쟁에 있어 원시 아르코사우르스에 뒤질 수밖에 없었기 때문에 삼첩기 말로 가면서 급격히 감소해 결국 멸종하고 만다.

후기 삼첩기가 시작될 때 여러 환경에서 원시 아르코사우르스와 공룡들은 같이 공존하고 있었다. 원시 아르코사우르스는 동시대의 공룡들보다 더 크고 강건했기 때문에 공룡과 함께 경쟁하면서 성공적으로 살아갈 수 있었다.

그러나 후기 삼첩기의 전반기가 끝날 무렵, 육상 생태계에 주요한 위기가 발생했다. 주 먹이였던 원시파충류들이 ‘씨가 마를’ 정도로 사냥돼 멸종의 길을 걷게 된 것이다. 원시 아르코사우르스와 육식 공룡들이 이들의 멸종에 중요한 역할을 했다. 따라서 먹이에 대한 경쟁은 커다란 육식동물에게서 심하게 발생했다.

삼첩기 말로 갈수록 지구의 전대륙이 하나로 모여들고 건조한 기후가 더 넓게 확산되면서 식물과 먹이의 수가 감소됐다. 당연히 생존을 위한 투쟁은 더욱 격화됐다. 이때 먹이 경쟁에 있어 공룡은 원시 아르코사우르스를 누르고 우위를 점했다. 그 이유는 확 트인 환경에서 빠르게 달릴 수 있는 다리구조가 생존을 위해 필수적이기 때문이다.

비록 몇몇 원시 아르코사우르스가 곧은 다리를 가질 수 있었지만 이들은 발바닥을 지면에 대고 걸었기 때문에 상대적으로 느릴 수밖에 없었다. 반면 공룡들은 완전히 두다리로 곧게 설 수 있었으며 새처럼 발가락으로 걸었다. 따라서 공룡들은 원시 아르코사우르스보다 긴 보폭을 가지고 더 빨리 뛸 수 있었다.

특히 초식공룡은 재빠르고 민첩했기 때문에 대부분의 육식동물로부터 쉽게 도망칠 수 있었고 먹이를 찾아 새로운 숲을 자유롭게 탐험할 수 있었다. 이들의 이빨은 건조한 기후에서 자라는 질긴 나뭇잎을 다룰 수 있도록 잘 발달돼 있었다. 반면 초식 원시 아르코사우르스는 주로 땅 위에서 낮게 자라는 나뭇잎을 먹을 수밖에 없었다. 이런 상황에서 건조 기후가 확산되자 키가 낮은 식물들은 점점 더 줄어들었다.

결국 원시 아르코사우르스는 먹이 경쟁에서 뒤쳐져 점점 감소하다가 삼첩기 말에 멸종한다. 즉 발달된 다리 구조와 먹이를 찾는 능력, 그리고 새로운 지역에 과감히 뛰어드는 공룡들은 원시 아르코사우르스와의 경쟁에서 쉽게 우위를 차지해 육상을 지배한 것이다.

운석충돌로 덕본 셈?

그러나 최근 공룡의 번성은 후기 삼첩기에 일어난 원시파충류의 대규모 멸종에 기인한 것이라는 주장이 대두되고 있다. 그 근거는 포유류형 파충류, 원시 아르코사우르스 등이 사라질 때까지 공룡들은 거의 진화하지 않았으며 풍부하지도 않았다는 사실에 기초를 두고 있다.

이 멸종은 삼첩기와 쥐라기 경계에서 분명하게 관찰된다. 즉 삼첩기가 끝나면서 해양 생물들이 감소되고 코노돈트라는 미생물이 완전히 사라졌으며 원시 아르코사우르스와 포유류형 파충류가 멸종에 이른다.

그렇다면 광범위한 육상동물의 멸종 원인은 무엇이었을까. 그 큰 재앙은 다름 아닌 캐나다 퀘벡에 떨어져, 지름이 1백km나 되는 매니코우간 분화구를 남긴 거대한 운석이다. 캐나다 북동쪽에 위치한 노바스코티아 지역의 후기 삼첩기 호수퇴적층에서는 원시 아르코사우르스들과 포유류형 파충류, 그리고 여러 종류의 다양한 파충류 화석들이 함께 산출된다.

삼첩기 말에 이르러 다양하게 혼합된 동물화석들이 갑자기 없어지고 단순화되면서 작은 공룡과 작은 포유류형 파충류, 그리고 작은 악어들이 나타난다. 그러므로 공룡을 포함한 여러 종류의 다양한 동물이 살아가는 동안 운석충돌로 대부분의 원시 아르코사우르스와 많은 동물 그룹이 멸종하고 단지 작은 동물만 생존한 것으로 볼 수 있다. 이러한 양상이 노바스코티아에 국한된 것이 아니라 전세계적인 규모의 사건으로 볼 수 있다면 공룡은 큰 멸종에서 살아남은 생존자로서 경쟁자들이 없어진 새로운 환경에서 번성에 성공할 수 있었다. 즉 포유류가 중생대 말의 대멸종에 의해 신생대에 들어와 번성할 수 있었던 것처럼 공룡 역시 외부의 힘에 의해 경쟁자들이 없어짐에 따라 그들의 전성시대를 맞이하게 된 것이다.

멸종 시나리오 3 - 기후변화·운석충돌·화산분출

1억6천만년간 공룡은 적응의 챔피언이었다. 대륙은 움직이고 해수면이 오르내렸으며 화산이 터지고 기후가 변했지만 공룡은 매우 잘 생존해 왔다. 이들은 모든 대륙에서 생존하며 완전히 전 육지를 지배한 것이다. 그런데 아주 갑자기 공룡들이 사라졌다. 무슨 일이 일어난 것일까?

사실 화석기록을 살펴보면 6천5백만년 전 공룡만이 극적인 사건의 희생자는 아니었다. 다른 동물 또한 극적으로 감소하거나 없어졌다. 바다에서는 모든 해양파충류가 사라졌으며 단지 생존한 것은 바다거북뿐이었다. 암모나이트도 완전히 멸종했으며 대부분의 플랑크톤과 조개들이 사라졌다.

물론 일부 살아남은 동물도 있다. 하늘에서는 익룡이 사라졌으나 새가 살아남았고 땅 위에서는 양서류, 곤충류, 무척추동물뿐 아니라 여러 파충류들(악어, 도마뱀, 뱀, 거북)이 포유류와 함께 생존했다.

사실 6천5백만년 전에 일어난 멸종의 원인을 찾는 일은 목격자 없이 살인자를 찾는 경우와 마찬가지다. 하지만 그 범죄의 현장이 지층 속에 남아있다.

먹고 살 땅이 감소

지난 몇년간 고생물학자들은 미국의 북서부 몬타나 지역에 있는 백악기 말기의 지층들에서 암석 1t당 이빨의 수, 그리고 1m2에서 몇종류의 공룡이 있는지를 조사했다. 연구 결과에 따르면 최소한 이 지역에서 공룡의 다양성이 백악기 말로 가면서 감소하는 대신에 포유류는 수적·양적으로 많아지고 크기도 커짐을 알았다. 즉 공룡은 마지막 5백만년 동안 서서히 쇠퇴해간 것이지 단순히 갑자기 전멸하지 않았다는 의미다.

이에 대한 원인 한가지는 이 기간 동안 일어난 기후의 변화가 공룡의 서식지를 더 좁은 지역으로 축소시켰다는 점이다. 기후가 점점 습해져 늪지와 강이 늘어감에 따라 거대한 서식지가 자꾸 작게 쪼개졌다. 거대한 무리의 초식공룡들은 계속 갈라져 점점 좁은 지역으로 몰리고, 작아진 영토에서 경쟁을 하게 돼 생존하기가 점차 어려워졌다. 초식공룡의 쇠퇴는 당연히 육식공룡의 감소로 이어졌다. 이때 포유류가 빈 공간을 재빠르게 차지해 나갔지만 공룡이 완전히 멸종할 때까지 수와 종에 있어 그리 번성하지 못하고 신생대를 맞이한다.

운석의 충격

공룡의 멸종은 중생대 백악기와 신생대 제3기 지층이 경계를 이루는 곳에서 나타나고 있다. 이 지점을 K-T(K는 그리스어로 백묵이라는 뜻의 ‘Kreta’에서 온 것이고 T는 신생대 제3기 ‘Tertiary’에서 따온 것이다) 경계라 부른다. 전세계에 분포하는 K-T 경계를 자세히 관찰함으로써 공룡을 포함한 대전멸에 대한 새로운 가설이 제창됐다. 이 경계에는 약 2cm 두께의 붉은 점토층이 있는데, 이 층을 조사한 결과 평균보다 30배나 많은 이리듐이 함유돼 있다는 사실이 밝혀졌다.

이리듐은 지표에서 매우 드물게 산출되는 중금속이다. 보통 우주로부터 떨어지는 우주먼지 속에 함유돼 있거나 더 드물게는 화산이 분출할 때 나오는 지구 내부물질(맨틀)에 섞여있다.

그런데 K-T 경계에서 비정상적으로 높은 이리듐의 양이 함유된 것은 지름 약 10km 정도의 운석이 지구에 떨어졌을 때나 가능한 일이다. 중생대가 끝나는 어느날 운석은 시속 10만km의 속도로 지구를 강타했고 이로 인한 첫번째 폭발로 반지름 4백-5백km 안에 존재하는 모든 것들이 파괴됐다. 이 충격은 지진을 일으켜 연속적인 화산분출이 시작됐다. 운석 자체는 충격과 함께 산산조각나면서 거대한 먼지구름과 가스, 화재로 인한 숯 검댕이, 그리고 수증기를 성층권으로 올려보냈다. 뜨거운 운석조각들이 다시 대기권에 떨어질 때 지구에는 갑자기 약 40분간 2천℃ 전자오븐에 들어간 효과가 나타난다. 하늘을 뒤덮은 먼지는 점차 지구를 덮어 약 3개월 동안 계속되는 암흑의 세계, 즉 핵겨울이 도래한다. 이 먼지구름에 포함된 수증기는 강력한 열과 화학적 작용에 의해 대기의 질소와 결합해 질산을 만들고, 결국 강한 산성비가 뿌려진다.

이 악조건에서 공룡들은 생존할 수 없었을 것이다. 여기서 살아남을 수 있던 육상동물은 시체를 먹는 조그만 동물과 다양한 종류의 먹이를 취하는 포유류나 새들이었다. 바다에는 플랑크톤이 죽어 먹이사슬이 깨지면서 커다란 해양파충류가 사라졌다. 또 바다생물의 주요 서식지인 얕은 해역(대륙붕)에 산소가 적게 포함된 깊은 바닷물이 올라오고, 산성비가 내린 탓에 바다생물은 전멸해버리고 말았다. 이 시나리오가 사실이라면 후기 삼첩기에 운석의 충돌에 의해 ‘운좋게’ 번성한 공룡은 백악기 말 다시 떨어진 커다란 운석에 의해 ‘운나쁘게’ 멸종한 것이다.

만약 지름 10km의 운석이 지구에 떨어졌다면 그 장소는 어디인가. 계산상으로 지름 약 1백80km의 분화구가 발견돼야만 한다. 그러나 운석충돌 이론이 발표됐을 당시 이런 크기의 분화구는 육지에서 확인되지 않았다. 그렇다면 운석이 바다에 떨어진 것이 아닐까. 하지만 1990년 분화구의 잔해가 멕시코 유카탄반도의 북서쪽에서 발견되면서 운석충돌 이론이 지지를 받기 시작했다. 더욱이 폭발 때 생겼을 잔해들이 그 장소에서 8백km 떨어진 지역에서도 발견돼 폭발 당시의 엄청난 힘을 알려줬다.

화산의 위력

K-T 경계층에 비정상적으로 높은 이리듐을 함유하고 있는 부위는 보통 두께 30-40cm의 퇴적층 속에 나타난다. 이 두께는 최대 60만년의 시간 간격을 의미한다. 그렇다면 이 긴 기간 동안 이리듐이 연속적으로 함유된 원인을 외계가 아니라 지구의 맨틀에서 찾아야 하지 않을까. 즉 연속적인 화산분출이 공룡을 전멸하게 한 기후변화를 야기시켰다는 의미다. 거대 규모의 화산작용이 환경에 미친 영향은 운석의 충돌 효과와 매우 유사하다.

확실히 6천6백만년 전 인도의 데칸 지역에 거대한 화산분출이 시작됐으며, 그 후 간헐적으로 1백만년 동안 화산활동이 계속돼 2천4백m 두께의 데칸고원이 형성됐다. 그러므로 화산분출은 이리듐이 풍부한 용암을 지표로 끌어올렸으며 동시에 이산화탄소를 대기로 뿜어내 궁극적으로 해양을 산성화시켜 해양생태계를 붕괴시켰다는 설명이다. 이 사건은 공룡들이 생존하고 적응할 수 있는 한계를 넘어서는 변화다.

화산활동은 또다른 방법으로 공룡에게 고통을 주었다. 둥지의 알을 파괴시키는 일이다. 화산재 속에 함유된 원소 셀렌(Se)은 특히 태아에 매우 유독하다. 또 달걀에 조그만 양이 포함돼도 부화가 안된다. 즉 초식공룡이 셀렌을 함유한 화산재가 덮인 식물을 섭취함으로써 매우 적은 숫자의 새끼가 부화됐을 가능성이 크다. 이렇듯 종족번식이 줄어들어 먹이사슬이 완전히 무너지게 된 것이다.
 

인류탄생의 계기

그렇다면 진실은 무엇일까. 아무도 확실히 알지 못한다. 명백히 지구의 기후는 백악기 말로 갈수록 변하고 있었다. 또한 두개의 큰 재앙, 운석충돌과 대규모의 화산활동이 일어났다. 이러한 3가지 사건들이 복합된 효과가 전세계의 다른 지역에서 다양한 규모로 영향을 미쳤을 것이고 결국 공룡의 멸종을 가져왔을 것이다.

하지만 아직 어떤 이론도 공룡의 멸종에 관한 우리의 궁금증을 완벽하게 충족시키지 못한다. 모든 공룡을 전멸시켰으면서 악어에게는 영향을 미치지 못한 그런 종류의 사건이란 대체 무엇일까. 왜 하늘을 나는 파충류인 익룡은 사라졌지만 새는 살아남았을까. 상당한 수의 바다생물이 전멸했지만 바다거북과 산호가 무사한 이유는 무엇일까.

6천5백만년 전 대전멸의 사건을 밝히기 위해 노력하는 동안 기억할 것은 만일 이런 일이 일어나지 않았다면 결코 이 사건의 진상을 밝히고 있는 우리 인간이 존재하지 않았으리란 점이다.신생대가 시작되면서 공룡이 사라지고 난 텅빈 생태계에 포유류가 빠르게 진화할 수 있는 여건이 형성됐다.포유류는 곧 땅 위에서 주인이 됐고 바다와 하늘로도 그 세력을 넓혔다.결국 4백만년 전 최초로 인류의 조상이 나타나게 된 것이다.