<어린이과학동아> 청개구리 디자이너가 마감하다가 말고, 편집부가 진화하고 있다는 가설을 파헤치기 시작했어요. 진화라니, 도대체 무슨 일일까요?

[통합과학 개념 이해하기]

동물의 진화는 어떻게 일어날까?

진화는 여러 세대에 걸쳐 생물 개체군의 유전적 특성이 변하는 과정을 말해요. 진화는 보통 변이, 과잉생산, 생존 경쟁, 자연선택 네 가지 단계를 거쳐요. 먼저 같은 종의 생물 무리에는 서로 조금씩 다른 특징을 가진 개체들이 존재해요. 유전자가 조금씩 바뀌는 변이가 일어나기 때문이죠. 그리고 생물은 살아남을 수 있는 수보다 더 많은 자손을 낳는 과잉생산을 해서 모든 개체가 살아남을 수 없어요. 그래서 먹이, 서식지 등을 차지하기 위한 생존 경쟁이 벌어집니다.

생존 경쟁 속에서 유리한 특징을 가진 개체는 살아남아, 번식할 기회를 얻어요. 그리고 자신의 특징을 자손에게 물려주죠. 이렇게 유리한 특징이 세대를 거쳐 점점 많아지는 과정을 자연선택이라고 해요.

예를 들어 약 5000만 년 전 기린의 조상들은 목 길이가 모두 같지 않았어요. 목이 짧은 개체도 있었고, 긴 개체도 있었죠. 높은 나무의 잎을 먹을 수 있었던 목이 긴 기린은 먹이를 얻는 데 유리해 살아남고 번식할 가능성이 높았어요. 반대로 목이 짧은 기린은 상대적으로 불리했지요. 이런 차이가 수백만 년 동안 반복되면서, 목이 긴 기린이 주를 이루게 됐어요.

자연선택에 따르면, 같은 종이라도 눈에 잘 띄는 개체는 포식자에게 더 쉽게 발견되고, 눈에 덜 띄는 개체는 살아남을 가능성이 커요. 2011년 캐나다 몬트리올대학교 연구팀은 페루 아마존에서 노란색과 초록색 독화살개구리 모형을 놓고 포식자의 공격 횟수를 조사했어요. 그 결과 노란색 배경이 많은 들판 지역에서는 초록색 개구리가, 숲이나 산지에서는 노란색 개구리가 더 많이 공격을 받았어요. 이는 환경에 따라 살아남는 개구리의 특징이 달라지는 자연선택의 예랍니다.

기린의 진화 과정

1. 목 길이가 다양한 기린이 있었다.

2. 기린들 사이에서 먹이 경쟁이 일어났다.

3. 나무의 잎을 잘 뜯어 먹을 수 있는 목이 긴 기린만 살아남았다.

4. 목이 긴 기린의 특징이 자손에게 전달된다.

개구리의 자연선택

1. 같은 종의 생물 무리에 다양한 형질을 가진 개체들이 있다.

2. 포식자의 눈에 잘 띄는 개체가 더 높은 비율로 잡아먹힌다.

3. 포식자의 눈에 덜 보이는 개체는 잘 살아남는다.

4. 살아남은 개체의 형질이 자손에게 전달된다.

[통합과학 넓히기]

포유류 턱뼈 잘 씹도록 진화!

▲GIB

포유류의 턱뼈

사람, 개, 쥐와 같은 포유류는 턱뼈를 통해 음식물을 씹고, 잘라서 음식을 잘 소화되도록 해요. 포유류의 아래턱은 두개골의 관자뼈에 있는 관절돌기와 연결돼 있어요. 관자뼈는 두개골의 양옆과 바닥을 이루는 뼈이고, 관절돌기는 아래턱과 관자뼈를 연결하는 부위예요.

포유류는 관절돌기 덕분에 턱이 좌우로 잘 움직여 단단한 먹이를 잘 씹어 먹을 수 있어요. 포유류만의 고유한 특징이기도 하죠. 지난해 미국자연사박물관 팡위안 마오 연구원 팀은 포유류의 턱뼈가 지금과 같은 형태로 진화하게 된 과정을 연구해, 발표했어요.

연구팀은 고해상도 컴퓨터 단층촬영(CT)을 사용해 포유류 조상으로 알려진 두 동물인 ‘폴리스토돈 추아난넨시스’와 ‘카무로콘딜루스 루펭겐시스’의 두개골을 분석했어요. 폴리스토돈 추아난넨시스는 중기 쥐라기 시대●의 동물로 식물만 먹고 살았어요. 카무로콘딜루스 루펭겐시스는 초기 쥐라기 시대에 곤충을 잡아먹었다고 알려졌어요. 연구팀은 두 동물과 쥐라기 시대 이전 동물인 트리낙소돈, 지금의 포유류인 대형아메리카주머니쥐류의 턱뼈까지 총 11종의 동물의 턱뼈 구조를 비교했어요.

그 결과, 동물 중 가장 오래 전에 살았던 트리낙소돈과 폴리스토돈 추아난넨시스를 제외한 모든 동물에게 관절돌기가 있었어요. 관절돌기는 쥐라기 시대 이전 동물인 프로바이노그나투스에게서 처음으로 발견됐어요. 관절돌기가 작게 튀어나와 두개골과 연결돼 있었지요. 이후 시대에 살았던 카무로콘딜루스 루펭겐시스 관절돌기는 뒤로 갈수록 굵은 능선 모양이었어요.

관절돌기는 중기 쥐라기 시대의 공룡인 디아코노돈부터 둥글게 변해갔어요. 관절돌기가 둥글수록 곤충이나 고기 같은 질긴 먹이를 씹기 쉬워져요. 연구팀은 “포유류의 턱뼈가 먹이에 맞게 진화했다는 것을 보여주는 연구”라고 설명했답니다.

▲네이처

폴리스토돈 추아난네시스의 상상화를 담은 국제 학술지 ‘네이처’의 표지.

▲Fangyuan Mao et al.

폴리스토돈 추아난네시스의 얼굴 화석.

▲Fangyuan Mao et al.

CT로 찍은 카무로콘딜루스 루펭겐시스의 얼굴 화석.