제9장 화석 기록

[변영기]

[제9장 화석 기록]

내 눈에 보이는 것 중에서 옳은 것을 찾는 것이 얼마나 힘든 일인지! - 루드비히 비트겐슈타인(Ludwig Willgenstein)-

저자는 워싱턴 주 블루레이크(Blue Lake) 호수 근처에 있는 가파른 절벽을 올라가서 용암층 안에 있는 텅빈 구멍 속으로 기어들어 갔다. 이곳은 용암이 코뿔소를 덮었고, 얼마 후 용암이 냉각되자 코뿔소 시체의 캐스트(Cast)가 만들어진 곳이다. 비록 지금은 유해가 완전히 없어지고 조금도 남아 있지 않지만, 나는 분명히 과거에는 코뿔소가 있던 몰드 안에 들어와 있는 것이다.

이와 같이 과거에는 존재했지만 지금은 숨겨진 내막'을 이해한다는 것은 정말 흥미로운 일이다. 이 코뿔소는 왼쪽으로 누운 채 파묻혀 있었다. 짧은 앞다리가 있었던 곳의 자국이 뚜렷했고 암석의 몰드가 너무 자세하여 눈과 피부의 주름까지도 쉽게 식별할 수 있었다. 코뿔소의 뼈들은 확인을 위해 이미 박물관으로 보내진 뒤였다.

우리는 먼 과거의 생명체의 흔적을 화석(化石)이라고 한다. 그래서 코뿔소의 몰드나 그 안에 있던 뼈도 화석으로 인정된다. 화석에는 나무에서 흘러나온 수지(脂에 싸여서 보존된 곤충이 나중에 변하여 생성된 호박(), 치환작용에 의해서 광물질로 완전히 교체된 조개의 캐스트 등 여러 형태가 있다. 또 공룡의 뼈<그림 9.1>, 또는 날개 길이가 15.5m에 달하는 익룡, 날아다니는 파충류) 같은 생소한 동물, 사암에 보존된 거북의 발자국도 화석에 속한다. 본 장에서는 화석의 생성과 검증 과정에 관련된 문제점을 포함하여 화석에 대한 일반적인 내용을 살펴보려 한다. 특히 지질 주상도에서 화석의 순서는 중요하며, 앞으로 설명할 내용을 잘 이해하기 위해서는 이에 대한 지식을 갖추는 것이 꼭 필요하다. 2)

화석에 대한 호기심

화석에 대한 매력 중 하나는 두말할 것 없이 과거의 장구한 역사', 즉 지구 상

<그림 9.1> 쥐라기 모리슨 지층의 사암층에 있는 공통의 뼈들. 이 벽들은

미국 유타 주 Jensen 마을 가까운 국립공룡기념관 안에 위●치하고 있다. 긴 터는 1.5~2m 정도이다. 공룡뼈의 어지러운 배열은 마지막 퇴적 직전에 이동되었음을 암시한다.

에 존재했던 생명의 역사에 대한 호기심에서 비롯된다. 화석은 지구상에 살았던 과거의 생명체의 본질에 대한 가장 과학적이고 신빙성 있는 단서를 제공한다는 점에서 기원에 대한 궁금증을 푸는 데 매우 중요한 열쇠가 된다. 비록 화석을 연구하는 학자들이 죽은 것을 다루기는 하지만, 어떤 의미에서는 관찰한 바를 바탕으로 과거의 생명체들을 해석하고 또는 재해석함으로써 죽은 생명체를 '부활' 시키는 일을 한다고 생각하기를 좋아한다." 이러한 이유 등으로, 말로 설명하기 어려운 화석에 대한 매력 때문에 세계 곳곳의 박물관에는 셀 수 없이 많은 화석이 멋지게 전시되어 있다. 과학자들은 현재까지 약 25만 종의 화석을 설명하여 놓았는데, 이는 현재 확인된 살아 있는 생명체의 5분의 1에 해당된다. 하지만 단순한 숫자상 비율은 그리 합당하지 않다. 왜냐하면 전문가들마다 다른 분류 기준을 적용하여 분류하기 때문이다.

많은 과학자는 화석을 평생 동안 연구하는데, 일부는 너무 열중한 나머지 그들의 기행(이 때로는 장난스럽거나 병적이어서 고생물학에 대한 전승(承)이 가끔은 화석 연구를 지칭하는 용어가 될 정도이다.

펜실베이니아 대학교 교수가 된 코프(Edward Drinker Cope, 1840~1897)와 예일 대학교 교수였던 마르쉐(Othniel Charles Marsh, 1831~1899)는 미국 척추고생물학의 개척자로 인정을 받고 있다. 두 사람 모두 자신들이 직접 발굴하

거나 혹은 서부 개척시대에 넓게 노출된 지층에서 다른 사람들이 수집한 수백 종의 생물체 화석들에 대해서 기술하였다.

코프와 마르쉐는 서로를 아끼기보다는 화석을 훨씬 더 사랑한 나머지 척추뼈 추적의 황금시대'에 상대방을 능가하기 위해 끊임없이 노력하였다. 하지만 아쉽게도 서부 대륙은 두 정열적인 수집가들에게는 너무나도 좁은 땅일 뿐이었다. 생물학이나 고생물학에서는 어떤 생물 종을 처음 발견하여 기술하는 사람에게 그 생물의 이름을 지어서 붙일 수 있는 특권이 주어졌는데, 처음 발견한 고생물학자의 이름을 생물학적 종의 명칭으로 짓는 경우가 가끔 있었다. 코프와 마르쉐는 발견된 새로운 종을 처음으로 기술하기 위해 때로는 서로 첨예한 경쟁을 벌이기도 하였다. 마르쉐는 <미국과학저널(American Journal of Science)>에 자주기고하였고, 코프는 <미국박물학자(American Naturalist)>라는 잡지를 출판하면서 직접 편집인으로 활동하였다.

필라델피아의 한 모임에서 있었던 두 사람 사이의 수치스러운 불화가 종종 인구에 회자되곤 한다. 그 모임에서 코프는 서부에서 발견된 페름기 파충류 화석을 처음으로 소개하였다. 소문에 의하면 마르쉐는 그 모임에서 일찍 나와 자신의 연구실로 돌아온 후 몇몇 표본을 살펴보고 자신이 미국에서 페름기의 척추동물 화석을 처음으로 발표한다는 논문을 경솔하게 재빨리 발행하였다는 것이다. 이런식으로 모임에서 행한 코프의 발표를 마르쉐는 전적으로 무시하였다. 이에 화가 난 코프도 또한 논문을 통해서 자신이 마르쉐보다 3주나 먼저 자료를 소개하였다고 주장하였다."

또 다른 사건도 있다. 코프가 파충류의 뼈대를 성급하게 조립한 나머지, 목뼈와 꼬리뼈 몇 개가 바뀐 적이 있었다. 이를 두고 마르쉐가 재빨리 코프가 꼬리뼈에다가 머리를 붙였다고 비난했으며, 코프는 자신이 잘못 복원한 파충류에 관한 논문을 담은 <미국 철학회 회보(Transactions of the American Philosophical Society)>를 회수하느라 꽤나 고생한 적이 있었다.“

1890년대에는 이 두 과학자의 싸움이 <뉴욕 헤럴드(New York Herald)>에 실릴 정도였다. 코프가 마르쉐를 비난한 것 중 하나는, 오늘날 많은 생물학이나 고생물학 교과서에 등장하는, 그 유명한 말의 진화 계통도'를 마르쉐가 러시아 과학자 코발레프스키(Alexander Kowalevsky)의 것으로부터 표절했다는 것이다. 그 다음 호의 헤럴드에서 마르쉐는 그러한 잘못이 없다고 부인하면서 코프와 코발레프스키를 세계 박물관의 화석 약탈자라고 맞고소하였다. 그리고 '코발레프스키는 결국 양심의 가책을 받고 머리에 총을 쏴 자살함으로써 그의 불운한 생을 마감했지만, 코프는 아직 살아 있으면서도 뉘우치지 않고 있다."는 진술도 첨언하였다.

헤럴드지 사건 이후 두 사람 간의 반목이 조금은 줄어들었다. 바람직한 일은 아니지만 코프와 마르쉐 사이의 첨예한 대립'이 어떤 의미에서는 고생물학 발전에 어느 정도는 이바지했다고 인정할 수밖에 없다. 비록 일부 내용이 소홀한 것도 있지만 두 사람이 이룩한 업적은 실로 대단하다. 미시는 1,000개 이상의 척추동물 화석과 500개 이상의 해설을 바탕으로 논문을 발표하였고, 코프는 38년 동안 1,400편의 과학 논문과 글을 썼다."

화석은 어떻게 형성되나?

진흙에 남겨진 개구리의 발자국이나 들판에서 죽은 메뚜기의 시체는 대개가 보존되지 않는다. 이는 생물이나 그 흔적이 땅속에 묻히기 전에 이미 물리적으로나 화학적으로 파손되기 때문이다. 화석화 작용은 그야말로 아주 드물게 일어난다. "일반적으로 생명체가 신속히 매장될수록, 또 퇴적물에 단단하게 봉합될수록 화석으로 보존될 가능성은 더욱 높아진다.""8)

이와는 달리 산호초만큼은 아주 예외적이다. 왜냐하면 죽은 산호들의 뼈대 위에 새로운 암초 물질이 자라면서 죽은 뼈대들이 화석화되고 암초 구조물을 이루도록 잘 보존해 주는 역할을 하기 때문이다.

화석은 거의 예외 없이 석회암, 셰일, 사암, 역암과 같은 퇴적암에서만 나타난다. 화석은 대부분의 암석이나 지층에서 거의 나타나지 않으며, 아주 일부 지역에서만 풍부하게 나타난다. 드물게는 화석이 화산 쇄설성 퇴적물 내에 포함되기도 하고, 화강암에서도 화석이 발견되는 아주 희귀한 경우도 있다.“

화석화 작용이 진행되는 동안, 시간의 흐름에 따라 변화가 종종 일어난다. 그 같은 변화는 시베리아 동토의 매머드 경우처럼 아주 변화가 미미한 경우도 있지만, 대개는 뼈 화석이나 조개껍질 화석처럼 단단한 부위만 화석으로 남는다. 나무나 뼈와 같은 화석은 거의 아무런 변화 없이 그대로 보존되기도 한다. 때로는 생명체에 있었던 원래의 작은 '구멍'이 광물질로 채워지기도 하고, 어떤 경우에는 원래의 조개, 뼈, 나무 등이 다른 광물질로 완전히 치환되기도 한다. 그러면 원래의 생명체에 있던 유기물질(조직) 중에 있던 대부분의 수소, 산소, 질소가 사라져버린다. 한편, 가끔은 유기물질이 얇은 탄소막으로 되어 인상이라는 형태로 남는 경우도 있다.

대부분의 많은 화석은 본래의 상태대로 잘 보존되어 있지만, 일부는 그렇지 않은 것도 있고, 어떤 경우에는 이것이 정말 화석일까 하고 의심이 들 정도로 보존상태가 엉망인 경우도 있다.

거짓 화석의 문제점

보통의 바위 조각으로만 보이는 암석에서 다양한 종류의 화석을 찾아내는 고생물학자를 보면 그저 놀라울 뿐이다. 그러나 저자는 고생물학자의 일부 주장에 대해서는 약간의 회의를 가지고 있다. 화석에 대한 '숙련된 안목' 도 없으면서 일부 고생물학자들을 비난한다는 이유 때문에 화석에 대하여 제기하는 의문점을 조금이라도 누그러뜨리지는 못할 것이다. 어떤 경우에는 암석에 나타난 특별한 형태가 진짜 화석인지 아닌지를 결정하는 것이 매우 어려울 때도 있다. 예를 들면 건조한 환경에 의해서 진흙에 생긴 작은 소용돌이 형태가 때로는 게의 한 부분으로 해석된 때도 있고, 폭풍 중에 물체가 이동하면서 생긴 끌린 자국이 벌레가 기어간 자국과 비슷할 수도 있고, 또 화학적으로 침전되어 장미꽃 모양을 하는 황철광(pyrite)은 기포 무늬를 남기기 때문에 해파리 화석으로 해석되기도 하고, 어떤 스폰지처럼 생긴 유기체(archaeocyathids) 고배류는 무기물의 결정화 작용에 의해 형성된 것으로 밝혀졌다. 10)

12)그래서 고생물학자들은 거짓이거나 진위가 의심스러운 화석들을 가리켜서 거짓 화석(pseudofossil, 僞化石)과 의사 화석(化石, dubiofossil)이라는 용어를 사용한다. 그리고 권위 있는 <무척추동물의 고생물학에 관한 논고(Treatise on invertebrate Paleontology)>에는 이미 출판물을 통해서 설명되고 '생물화석'으로 동정이 끝났지만, 대부분이 생물체에서 유래되지 않은 것 같이 보이는 산호, 조류, 균류, 해면동물, 달팽이 등 69종류를 설명하고 있다. 이와 같이 잘못 동정(同된 화석들은 아마도 특이한 퇴적 환경 때문일 것이다. 예를 들면 브룩셀라 카니오넨시스(Brooksella canyonensis)는 별 모양의 균열이 있는 화석 이다. 이것의 해석에 대한 변천과정을 보면 다음과 같다. (1) 해파리의 몸통 화석, (2) 무기물이 파열될 때 발생한 가스가 빠져나가면서 만들어진 모양을 뒤집어서 본 모습, 즉 무기물 파열체의 여인상(印象) 흔적, (3) 밀집 압축으로 인한 생성물, (4) 별 모양의 급식관 흔적, (5) 아마도 벌레에 의한 어떤 흔적 등이다. 그리고 우리는 이러한 여러 예들을 무시해서도 안 되겠지만, 매우 가치 있는 귀중한 화석도 정말 많다는 것을 항상 명심해야 한다.

거짓 화석에 관한 문제는, 진화론자들이 가장 원시적이고도 단순한 생명체가 발견될 것이라고 기대되는 지질 기록의 가장 밑바닥 지층에서 대단히 심각한 문제가 된다. 진화론자들은 이곳에서 가장 원시적이고 단순한 생명체의 형태가 나올 것이라고 기대한다. 실제로 몇몇 고생물학자들에게는 초기 생명체의 형태를 찾아야 한다는 생각이 그들에게 심한 강박관념으로 작용하였다. 그래서 전문학술지에서는 아마도 그럴 것이라고 생각되는 예상 화석들을 소개하기도 하였다. 한

<그림 9.2) 거짓 화석. '피즐라이트'라고 불리는, 광택을 낸 넓은 후판의 암석은 미국 뉴멕시코 주 월넛(Walnut) 캐년의 페름기 야츠층(Yales Formation)에서 유래한다. 구상체를 형성하는 동심원의 엽은 자갈 같은 피즐라이트의 표면에서 살던 미생물에 의하여 스트로마톨라이트처럼 형성되었다고 한때 생각했었다. 새로운 해석에 따르면, 피플라이트는 지표면 아래와 지하수면 위의 이들 사이에서 발생하며, 무기적이고 화학적인 침전의 결과로 생긴다. 이의 증거는 피플라이트 성장 형태가 서로 바싹 붙어 있는 방식과 여러 피즐라이트 주위에서 성장하는 엽리이다. 표본의 크기는 12cm이다. 상세한 내용은 교재를 참고하기 바란다.

14)편 다른 연구자들은 무기물의 침전이나 특수한 퇴적 조건에 의해서 형성되는 이러한 단순한 생명체의 외양을 모의실험으로 만들 수 있었다. 공 모양, 튜브 모양, 코일 모양 등 몇몇 특징적인 화석 형태들은 단순한 무기 화학적 실험에 의해 쉽게 재현될 수 있는 것이다. 가장 오래된 퇴적물, 즉 지질학자들이 시생대(代지층이라고 생각하는 곳에서 출토된 화석들에 대한 주장의 진위 여부를 가리기 위해서 고생물학자들이 상당한 관심을 기울이는 것은 그들 자신들의 양심과 신용에 관한 문제이다<표 9.1 참고>. 이 분야의 대표적인 전문가인 쇼프(William Schopf)와 파커(Bonnie Packer)의 경우 28곳 이상의 시생대 지층에서 보고된 미화석(石)에 대해 검토한 후에, "사실상 최근 들어 모두가 의사) 화석 혹은비(非) 화석, 즉 거짓 화석, 인공물, 오염된 것으로 재해석되고 있다."고 진술하였다. 'S) 또한 고생물학자인 코웬(Richard Cowen)도 “시생대의 세포 화석으로 주장되는 50개 이상에서 단지 몇 개만이 진짜 화석일 것이다."라고 했다." 하버드 대학의 부익(Roger Buick)도 호주의 노쓰폴(North Pole, 북극처럼 황량하기 때문에 이러한 이름이 붙게 되었다.) 지방에서 발견된 대부분의 원시 화석들을 확인하는 데 있어 상당한 문제점이 있다고 언급한다." "내가 그렇게 믿지 않았다면 결코 그렇게 보지 않았을 텐데..."라는 지질학의 오랜 명언은 이 경우에 잘 적용될 것이다. 15)

거짓 화석 문제는 크기가 수 cm에서 수 m이고 때로는 모양이 마운드나 파형, 미세한 엽리구조가 있는 퇴적물인 스트로마톨라이트(stromatolite)에 초점이 맞추어진다. 수중에서 스트로마톨라이트는 그 표면에 서식하는 미세 생명체나 침전광물들의 얇은 매트가 층상의 구조를 이루면서 덧붙여져 형성된다. 따라서 스트로마톨라이트 화석이 생물학적으로 형성된 것인지, 아니면 지질학적 변형으로 미세한 침전물이 층층이 쌓이며 형성된 것인지에 관한 의문이 제기되고 있다. 퇴적학자 긴스부르그(Robert Ginsburg)는 "스트로마톨라이트에 관한 모든 것에 대해서 정도의 차이는 있겠지만 아직도 여전히 논쟁 중이라"고 꼬집었다. 스트로마톨라이트 전문가인 호프만(Paul Hoffman)은 “오랫동안 스트로마톨라이트를 전공해온 지질학자들의 뇌리에서 떠나지 않는 생각은 스트로마톨라이트가 아마도 생명체에서 기원되지 않았을 수도 있다는 생각이다.”라고 언급한다. 그는 <그림 9.2>와 같이 미 서부 텍사스 지역의 페름기 시대 '조류성피라이트(pisolite, 콩 크기이며 엽층 구조를 가진 구형 암석)'의 예를 들고 있다. 고생물학자들이 처음에는 피졸라이트가 스트로마톨라이트와 비슷하게 생물학적인 원인으로 형성되었다고 생각하였으나, 이것은 후에 화학적 침전에 의해 형성된 것으로 밝혀졌다.200 일례로 20년 동안 미국 스미스소니언 박물관장이었으며 저명한 고생 19)

물학자인 왈컷(Charles Walcott)은 5개의 새로운 속(屬)과 8개의 새로운 스트로마톨라이트를 생물학적으로 형성된 것으로 기술했으나, 후에 한 학자에 의해서 비생물학적으로 형성된 것으로 정정 해석된 일이 있다. 21) 심지어 현재 형성되고 있는 '스트로마톨라이트' 조차도 수수께끼이다. 연구원들은 최근 스칸디나비아 지방의 여러 지역에서 발견된 상당 수의 스트로마톨라이트를 두고 비생물학적 기원에 의한 것으로 다시 기술하였다. 22) 그러나 여전히 살아 있다는 것을 의심할 수 없는 분명한 스트로마톨라이트가 지구상에 풍부하게 존재하고 있다.

지질 주상도

지질 주상도는 지각에 있는 일련의 암석들이 순서대로 쌓여 완전한 연속성이 있는 것으로 간주하여 나타낸 연속적인 지층을 말한다. 23) 이는 지도와 비슷한 개념이다. 그러므로 가장 오래된 지층이 가장 아래층을 이루게 된다. 즉 애리조나주 그랜드캐니언<그림 13.1>에서 볼 수 있듯이 지층이 상·하 방향으로 겹겹이 그리고 얇은 것에서 꽤 두꺼운 것까지 다양하게 쌓여 있는 것으로 생각하면 된다. 그랜드캐니언에서는 지질 주상도의 하부에 속한 일부분만이 나타난다. 지질 주상도를 크게 나누어 각각의 주요 지층에 해당되는 명칭들은 <표 9.1>의 왼쪽에 기술되어 있다. 주요 지층들 중 상당 부분이 많은 지역에서 발견되고는 있지만 지구상의 어디에서도 모든 지층이 완전하게 순서대로 쌓여 있는 곳은 없다. 따라서 지질학자들은 여러 지역에서 얻은 자료를 서로 대비하여 종합적으로 지층 순서를 구성한다. 지질학적 충서를 해석함에 있어서 작은 변동은 있을 수 있겠지만 일반적인 배열 순서는 신뢰할 만하다. 지층 간의 상세한 대비는 지층 내에 포함된 화석에 주로 의존하고, 때로는 지층을 구성하는 암석의 종류를 참고하기도 한다. 그런데 한편으로는 전체적인 충서의 상황 파악은 방사성 연대측정법과 화석층의 상호관계에 의존한다. 이러한 지층의 대비는 충서 파악에 큰 기여를 하지만, 때로는 상당히 미흡한 면도 있다. 물론 아래에 있는 지층이 더 먼저 퇴적되고 위에 있는 지층이 나중에 퇴적된 것임에는 틀림없다.

지질 주상도에서 발견된 화석들의 순서는 과거의 생명과 관련된 해석에 결정적인 역할을 한다. 우리는 화석을 통해 화석 생명체가 살았던 환경과 그 생명체의 기원에 관한 단서를 얻을 수 있다. 창조론자들의 주장대로 연대가 수천 년으로 나오든지 혹은 진화론자들의 주장처럼 수십억 년으로 나오든지 간에 시간의 범위와 화석의 연대는 우리에게 생명의 기원에 대한 보다 넓은 전체적인 구도를 갖게 해준다.

지질 주상도에서의 맛보기 여행

화석을 찾아 탐사하다 보면 지층마다 특이한 화석들을 발견하게 된다. 그래서 지층이 달라지면 출토되는 화석의 종류도 달라진다. <표 9.1>에서는 지질 주상도에서 발견되는 주요 생물 화석의 종류들을 간략하게 나열하였고, <그림 10.1〉에서는 지질 주상도에서 발견되는 주요 화석 형태의 분포를 나타내었다. 본서를 읽다가 지질학적 용어나 지질 주상도의 배열 순서에 관하여 의문이 생길 때는 <표

은생이현언9.1>과 <그림 10.1>을 참고하면 도움이 될 것이다. 지질 주상도에서 선캄브리아기의 은생이언과 그 위로 캄브리아기로 이어지는 현생이언의 2개의 중요 분류 단위 사이에 존재하는 큰 차이점은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 수세기 동안 아무도 선캄브리아기에서 화석을 찾아내지 못하였다. 그러나 바로 그 위의 캄브리아기 지층에서는 수천 개의 화석들이 나타난다. 최근 연구자들이 선캄브리아기 화석들에 대해서 상당히 기록하고 있지만 그 위의 캄브리아기 화석의 다양함과 풍부함과는 여전히 커다란 차이가 있다. 지구상의 생명의 역사에 관한 어떠한 모델에서도 반드시 이와 같이 뚜렷한 차이점을 고려해야 할 것이다.

맨 아래의 시생대에서 최초로 진화된 생명 형태를 찾기 위한 진화론자들의 연구는 남아프리카의 스와질란드 누층군의 퇴적물과 호주의 노스폴(North Pole) 지역 근처의 와라우나(Warrawoona) 층군을 집중 조사해 왔다. 두 지층은 약 35억년 정도 된 지층으로 간주된다. 두 지역 모두에서 작은 사상체 모양의 화석들을 발견할 수 있었다. 그것들이 실제 생명체일 가능성 때문에 상당한 주목을 받고 있고, 24) 몇몇 진화론자들은 그 화석들이 최초의 생명체라 생각하고 있다.

선캄브리아기 상부(후기)에 해당되는 원생대에서는 상대적으로 풍부한 스트로마톨라이트가 발견된다. 여기서 우리는 미국 오대호 지역의 건플린트 처트(Gunflint Chert)에 대하여 언급하지 않을 수 없다. 원생대 하부의 처트에는 요즈음 남조류의 링비아(Lyngbya) 속, 오씰라토리아(Oscillatoria) 속과 아주 비슷한 사상체 모양의 화석들이 잘 보존되어 있다.25)

아크리타치(acritarchs)라 불리는 특수한 구형의 화석들이 원생대의 상부에서 발견된다. 직경 0.05mm정도의 크기로써 조류 낭포의 형태라고 여겨진다. 26) 그것들은 층의 상부로 올라갈수록 크기가 커지고 종류도 다양해진다. 일부 동의하지 않는 학자들도 있지만 고생물학자들은 아크리타치가 세포 안에 핵을 지니고 있기 때문에, 보다 발전된 생명체인 진핵생물로 간주한다. 진핵생물은 극히 작은 아메바로부터 뉴질랜드의 거대한 카우리 나무에 이르기까지 대부분의 생명체가 여기에 속한다. 진화론자들은 대조적으로 세포 안에 핵이 없는(원핵) 세균(bacteria)이 진핵생물보다 일찍 진화된 것으로 여긴다. 유연관계를 알지 못하는 작은 꽃병 모양의 물체(0.07mm)를 포함하여 원생대에서 여러 미세화석 형태들이 기술되어 왔다.

캄브리아기에 아주 가까운 원생대의 상부에 이르면 우리는 특히 호주와 러시아에서 '에디아카라(Ediacara)'라고 하는 특이한 모양의 다핵세포 동물군이 발견된다." 어떤 것들은 양치류, 벌레, 살달린 바퀴 모양 등과 비슷하기도 하지만 이미 알려진 어떤 생명체와도 관련이 없고 닮은 데도 없다. 이 아래의 하부층에서는 이

<그림 9.3) 캐나다의 캄브리아기의 바제스 세일에서 산출된 정체불명의 할루시게니아(Hallucigenia) 동물에 대하여 초기의 해석을 바탕으로 그린 모습. 그 후 새로운 해석은 윗방향으로 침들을 배치한다.

들보다 더 발달된 어떤 다세포) 동물들이 보이지 않는다. 다만 조류와 관련되었을 것이라 생각되는 단순하고도 때로는 구분이 잘 안 되는 형태로만 약간씩 보일 뿐이다. 28)

선캄브리아기 화석을 확인하는 데에는 문제점들이 다소 있음에도, 의심할 바 없이 좋은 화석들을 만나기도 한다. 이러한 화석들 중에는 선캄브리아기 상부(원생대)에서 산출되는 건플린트 쳐트층(層)의 남조류, 아크리타치(acritarchs), 비터 스프링스층)의 남조류, 에디아카라 동물군이다. 또 다소 의심스럽기는 하지만 여기에 하부 선캄브리아기인 시생대에 속하는 아프리카 피그트리(Fig Tree)와 호주의 노쓰폴(North Pole) 지역에서 발견되는 사상체 형태도 포함시킬 수 있다.

거의 황무지나 다름없는 선캄브리아기 바로 위의 지층부터는 대부분의 주요 형태 동물들이 갑작스럽게 출현한다(<표 9.1>과 <그림 10.1> 참조). 과학자들은 이 갑작스러운 변화를 '캄브리아기 폭발' 이라 한다. 분류 체계상으로 보면 약 30~40개, 또는 그 이상의 동물문(門)이 지질 주상도의 이 부분에서 갑자기 나타나고 있다. 이 지층 위로는 어떤 새로운 생명체의 기본 형태도 사실상 나타나지 않는다. 이와 같은 갑작스러운 생명체의 출현은 생명이 오랜 기간 점진적으로 발달하였다는 진화 과정에 중대한 도전이 되고 있다.

우리는 캐나다 로키산맥의 유명한 캄브리아기 버제스셰일(Burgess Shale)층에서 채취한 73,000개 이상의 흥미진진한 화석들에 관하여 언급하지 않을 수 없다. 29) 이와 비슷한 형태의 화석들이 중국과 그린란드에서도 발견되었다. 이곳에서 발견되는 크고 부드러운 생물체 화석들은 뛰어난 보존 상태로 인해 더욱 유명하다. 어떤 화석들은 너무나 독특하기 때문에 이러한 동물들까지도 포함시킬 수 있는 새로운 동물문(門)들을 분류 체계에 추가시키자고 제안하는 학자들까지 있었다. 어떤 한 생명체는 할루시게니아(Hallucigenia, 환각이라는 뜻)라는 학명이 딱 맞을 정도로 당황케 하는 생명체도 있다. 과학자들은 처음에는 몸체 위로 촉수들이 있고, 일곱 쌍의 가시 모양 돌기로 걸어 다니는 기다란 형태로 복원하여 그렸다<그림 9.3>. 이와는 반대로 가시 모양의 돌기가 위로 향했을 것이라고 주장하는 학자도 있다. 어쩌면 가시 모양의 돌기가 없고 둥근 돌출부 형태의 다리를 가진 유조 동물(物)과 관련이 있는지도 모른다. 30) 또는 이보다 더 큰 동물의 일부분일 것이라는 주장도 있다. 31)

양치류, 벌레 같은 여러 다양한 육상 동식물들이 캄브리아기 폭발 바로 위의 지층에서 출현된다. 포유동물은 하부 중생대 지층에서 처음 등장한다. 반면에 현화식물은 상부 중생대 지층에서 출현한다. 파충류는 중생대에서 우세하고, 반면에 포유동물과 현화식물은 신생대를 독점한다. 일반적으로 해양생물은 하부 고생대에서 번성한다. 반면에 육상생물은 그 이상의 지층에서 뚜렷하게 나타난다. 우리는 지질학적으로 추정된 시간 눈금에서 마지막 1/10,000이 될 때까지 확실하고도 믿을 만한 인간의 화석은 발견되지 않는다. 물고기, 사람처럼 등뼈가 있는 동물을 포함하는 척색동물문(脊索動物門, Chordata)에 속하는 여러 동물들의 산출 위치에 특별한 관심을 갖게 된다. 이러한 척추동물은 상부 지층으로 올라갈수록 일반적으로 복잡성이 증가하는 것으로 나타난다. 많은 학자들은 이를 두고 진화의 좋은 증거라고 보았다. 다음 장에서는 이에 대한 대안(代案) 설명을 살펴볼 것이다.

현생이언에서는 여러 번에 걸쳐 생명체의 대량 멸절이 나타난다. 대량 멸절은 화석의 대부분을 차지하는 생물이 그 위 지층에서는 더 이상 존재하지 않는 경우를 의미한다. 공룡의 멸종은 논란의 여지가 있지만 집단 멸종의 대표적인 예에 속한다. 큼직큼직한 주요 멸절은 캄브리아기, 오르도비스기, 데본기, 페름기, 트라이아기와 백악기의 상부에서 그리고 제3기의 중반에서 발생했다. 32) 과학자들은 그 원인으로 홍수, 화산 같은 지구 내적인 원인과 거대한 운석의 충돌과 같은 지구 외적인 원인을 들고 있다. 33) 원인이 무엇이었든지 화석 기록은 과거에 중대한 대격변이 있었음을 입증하고 있다.

화석의 기원을 둘러싼 혼란

수 세기 전만 하더라도 생명체를 닮은 화석과 큰 무기결정질과 같은 암석에서 발견되는 독특한 형태를 구분하려는 시도는 거의 없었다. 당시의 사람들은 이것들 모두가 어떤 액체가 응축되거나 특별한 힘이나 영의 작용으로 생성되었다고 믿었다. 그 후 17세기 후반에 이르러서야 화석이 유기물(생물)로부터 기원이 되었는지 아니면 무기물(무생물)로부터 기원되었는지에 대하여 논쟁이 집중되었다.

시간이 지남에 따라 성경의 홍수에 관한 의문점들이 화석을 둘러싼 논쟁에 개입되기 시작하였다. 학자들은 일반적으로 홍수가 수천 년 전에 일어났으며, 이는 화석이 생성된 주요 사건이라고 생각하였다.

이에 대해 일부 학자들은, 현재 우리가 볼 수 있는 것처럼 홍수와 같은 사건이 각 지층에 어떻게 화석들을 분류시켜 놓을 수 있었는지에 대하여 의문을 제기하였다.

많은 사색가는 화석의 분급은 밀도의 차이(무거운 화석이 더 깊이 가라앉는다.)에 의해서 일어났다고 제안하였다. 또 다른 사람들은 왜 어떤 화석들은 이제까지 알려진 생명체들과 전혀 다른 형태를 지녔는가 하는 의문을 제기하였다. 또 다른 사람들은 정말로 유럽의 알프스를 덮을 정도로 홍수의 물이 창일하였는지 궁금하게 생각하였다. 이는 그 당시에는 홍수 후에 거대한 산들이 융기되었다는 생각이 아직 호평을 받지 못했기 때문이다. 그럼에도 18세기 중엽의 사람들은 성경의 홍수가 역사적 사건이었고, 화석은 이러한 홍수에 의해 파묻힌 과거 생명체들의 유해라고 넓게 받아들였다.

19세기에 이르러서 근본적인 관심은 화석 자체의 기원으로부터 화석을 낳게 한 생명체들의 기원이 어디서 비롯되었는가로 바뀌게 되었다. 암석의 형성과 진화에 의한 생명의 발달에 오랜 기간이 소요되었다는 개념은 화석의 해석과 관련된 많은 의문을 자아내게 하였다. 과연 화석들은 창세기에 기술된 홍수의 결과인가, 아니면 수백만 년에 걸친 진화의 결과인가? 우리는 다음의 두 장에 걸쳐 화석의 기원에 관한 두 관점들에 대하여 자세히 살펴볼 것이다.

결론

화석은 우리의 호기심을 사로잡으면서 생명의 기원과 그 역사에 관해 많은 것을 시사해 준다. 또한 화석을 어떻게 해석하느냐에 따라 창조인가, 진화인가라는 의문을 해결할 수 있는 열쇠와도 깊이 관련되어 있다. 즉 화석은 과학과 성경 간의 논쟁의 핵심 가까이에 있다.

화석 연구는 한번 해볼 만한 일이기도 하며, 또 중요한 논쟁으로 점철되어 있다. 그러나 화석 연구에는 세심한 주의가 필요하다. 왜냐하면 일부 화석들은 잘 보존되어 있는가 하면, 어떤 화석들은 부분적으로 또는 상당 부분이 파손되어 있어서 검증하기조차 어려운 것도 있고, 또 어떤 것들은 정말 화석인지 확신할 수 없는 것들도 있기 때문이다.

지질 주상도의 아래 부분에는 비교적 단순한 생명체들이 있다. 대부분의 동물 형태들은 캄브리아기 폭발' 에 의해서 갑자기 출현하며, 이후의 암석층에서는 다양한 형태의 식물들, 파충류, 포유류, 현화식물 등이 나타난다.

수 세기에 걸쳐서 고대 사색가들은 화석의 기원에 대한 여러 가지 개념들을 숙고하였다. 일부는 화석이 액체의 응축작용에 의해 생성되었다고 주장하였다. 한편 혹자들은 화석이 진화 중인 생명체들의 잔해라고 간주하였지만, 반면에 많은 사람은 성경에 기록된 대홍수에 의해서 매몰된 생명체라고 믿었다.

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