종 폭발에 대해서

캄브리아기 생명의 대폭발 원인 검토.

캄브리아기 대폭발은 수많은 고생물학자와 진화론자들이 증거를 찾아 그 원인을 탐구하게 했다. 100 년 이후의 증거는 캄브리아기 대폭발을 설명하는 두 가지 기본 관점을 만들어 냈다. 한 가지 견해는 캄브리아기 대폭발이 일부 다윈주의자나 신다윈주의자가 가지고 있는 착각이라고 생각한다. 진화는 점진적이기 때문에 이른바' 폭발' 이란 생물화석 기록에서 선캄브리아기 이전에 광범위하게 존재하고 발전한 생물을 처음 발견한 것일 뿐, 다른 생화석군은 지질기록이 불완전하기 때문에' 부족' 한 것일 수 있다. 이런' 실종파일' 의 원인은 전 캄브리아기 지층이 고온고압을 겪었고, 그 중 화석이 파괴되었기 때문이다. 전 캄브리아기 화석 퇴적물에서 세균, 녹조류 등 간단한 원핵 생물이 많이 발견되면서 이 해석은 더 이상 설득력이 없다. 또 다른 견해는 캄브리아기 대폭발이 생물 진화 과정의 실제 사건을 대표한다고 생각하는데, 과학자들은 물리적 환경과 생태 환경의 변화로부터 이 현상을 해석한다.

1965 년 두 미국 물리학자는 캄브리아기 대폭발이 지구 대기 중 산소 수준이라는 물리적 요인으로 인한 것이라고 제안했다. 그들은 초기 지구의 대기에 유리산소가 거의 없거나 전혀 없다고 생각하는데, 산소는 전 캄브리아기 조류광합성의 산물이며 점차 축적되고 있다. 후생동물은 대량의 산소가 필요하고, 한편으로는 호흡에 쓰이며, 산소도 오존의 형태로 대기 중 대량의 유해한 자외선을 흡수하여 후생동물을 유해한 방사선으로부터 보호한다.

생물학자들은 생물 자체의 생태 관계에서 이 문제를 토론했다. 지질 증거가 산소 이론의 이런 관점을 부정했기 때문이다. 1 억년 ~ 20 억년 전 광범위한 퇴적물에는 심하게 산화된 암석이 많이 있어 이 시기에 생명이 폭발하기에 충분한 산소 조건이 있음을 보여준다. 따라서 생물학자들은 유성 생식의 출현과 생물 수확기의 출현이라는 두 가지 중요한 사건의 출현에서 캄브리아기 대폭발의 원인을 탐구하였다.

화석 자료에 따르면 진핵조류는 약 9 억 년 전에 유성 생식을 했다. 사실, 유성 생식은 더 일찍 나타난다. 유성 생식의 발생은 생물계 전체의 진화에서 매우 중요한 역할을 한다. 유성 생식이 유전적 변이를 제공하기 때문에 생물의 생물다양성을 더욱 증가시킬 수 있는 것도 캄브리아기 대폭발의 원인 중 하나다.

생물 수확자 가설은 미국 생태학자 스탠리가 제기한 것으로, 캄브리아기 대폭발의 생태학 이론, 즉 수확 원리를 설명하는 것이다. 스탠리는 선캄브리아기 25 억년 동안 바다는 원핵 녹조류와 같은 간단한 초급 생산자로 구성된 생태계라고 생각한다. 이 시스템의 군락은 생태학적으로 단일불변의 군락에 속하며 영양급도 간단하고 유일하다. 물리적 공간은이 수가 적지만 거대한 생물 공동체에 의해 완강하게 점유되기 때문에이 공동체의 진화는 매우 느리고 결코 다양성이 풍부하지 않습니다. 캄브리아기 대폭발의 관건은 초식 수확기의 출현과 진화, 즉 원핵 세포를 먹는 원생동물 (녹조) 의 출현과 진화이다. 수확기는 생산자에게 더 큰 다양성 공간을 만들어 주었고, 생산자의 다양성의 증가는 더 구체적인 수확기의 진화로 이어졌다. 영양급 피라미드는 두 방향으로 빠르게 발전한다. 하위 수준의 생산자는 많은 새로운 종을 늘리고 종의 다양성을 풍요롭게 하며, 맨 위에는 새로운' 수확자' 를 추가하여 영양급의 다양성을 풍부하게 한다. 이로 인해 생태계 전체의 생물 다양성이 계속 풍부해져 결국 캄브리아기 생명의 대폭발로 이어졌다.

현재 과학자들은 아직' 수확이론' 의 정확성을 증명하는 직접적인 증거를 찾지 못했지만, 일부 간접적인 증거는 이 이론을 지지한다. 간접 증거 중 하나는 전 캄브리아기 적층석에서 나온 것으로, 조류로 구성되어 전 캄브리아기 중 가장 풍부한 생산자 군락을 보존하고 있다. 오늘날 겹겹이 쌓인 돌은 후생동물 수확기가 부족한 열악한 환경에서만 대량으로 존재한다. 예를 들면 소금 함량이 너무 높은 솔트레이크와 같다. 전 캄브리아기 지층의 풍부한 조류는 당시 수확자의 빈곤을 반영할 수 있다. 게다가, 생태 분야의 연구도 간접적인 증거를 제공한다. 연구에 따르면 육식어를 인공연못에 넣으면 플랑크톤의 다양성이 증가한다. 다양한 조류 군락에서 성게를 제거하면 한 조류가 군락에서 우위를 점하고 다양성을 낮출 수 있다.

지질사에서 두 번째로 큰 현안으로 캄브리아기 대폭발이 줄곧 사람들의 관심을 끌고 있다. 화석이 끊임없이 발견되고 새로운 이론이 확립됨에 따라, 이 지방 역사의 수수께끼는 결국 세상에 밝혀질 것이다.

생물학 회보 2000 년 제 7 호 이후

미국 과학자들은 최근 해양에 다량의 칼슘이 캄브리아기 대폭발에서 큰 역할을 할 수 있다는 증거를 발견했다. 약 5 억 3000 만 년 전, 지구상의 동물은 중생을 겪었고, 살아 있는 모든 동물의 조상은 이때 뼈와 껍데기를 진화시켰다. 과학자들은 오랫동안 곤혹스러워 왔으며, 왜 지구상의 생명이 캄브리아기에서 갑자기 다채로운 다양성을 드러내게 되었는지 의아해해 왔다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 과학명언)

동물은 왜 조개껍데기를 진화시켰을까요? 가장 분명한 이유는 먹는 것을 피하기 위해서이다. 또 다른 관점은 생명의 이 어려운 부분이 캄브리아기 초기에 먼저 나타나는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 대기 중 산소의 증가는 동물이 더 복잡한 신체 구조를 만들 수 있게 해 줍니다. 1970 년대에 과학자들은 해양 생물이 체내에 갑자기 나타나는 칼슘을 소화하기 위해 캄브리아기 초기 환경에서 껍데기를 진화하기 시작했다는 새로운 가설을 제시했다. 그러나 해양 화학의 변화에 ​​대한 직접적인 증거가 부족합니다.

암석에는 캄브리아기 초기 바닷물의 작은 덩어리가 숨어 있다. 현재 지구 화학자 세 명이 이 작은 가방의 칼슘 함량을 측정했다. 미국 지질조사국의 션 브렌난 (Sean Brennan), 뉴욕 주립대학의 팀 로윈스타인 (Tim Lowenstein) 과 미국 오크링 국립연구소의 Juske Horita 는 5 억 4400 만년 전 전 캄브리아기 때 해저에 형성될 수 있는 소금 결정체 24 종을 테스트했으며 약 5. 그들은 결정체를 부수고 그 중 작은 물방울의 성분을 분석했다. 6 월의' 지질학' 잡지에서 그들은 캄브리아기 초기의 칼슘 함량이 원시 세대보다 적어도 3 배 높다고 보고했다.

연구진은 이 칼슘이 지중해 능선 화산이 분출할 때 뜨거운 바닷물에 뿌려진 칼슘에서 나온 것이어야 한다고 지적했다. 그들은 높은 수준의 지각 활동, 칼슘 주입,' 캄브리아기 대폭발' 이 초기 생명이 조개껍데기와 골격으로 진화한 것은 바닷물의 칼슘 함량 상승으로 인한 잠재적 독성을 해결하기 위한 것이라는 견해를 지지하는 것 같다고 강조했다.

미국 캔자스대학교 지질학자인 로버트 골츠탄 (Robert Goldstein) 에 따르면 바닷물의 화학적 성질이 생명의 진화에 영향을 준다는 생각은 흥미진진하다. 그는 바다의 칼슘이 생명의 진화의 원인인지 결과인지 이해하기 위해 더 많은 일이 필요하지만 칼슘은 중요한 요소여야 한다고 말했다. 다른 환경적 요인도 중요하다.

(출처: 사이언스 타임즈, 2004 년 6 월 4 일)