지구 생물종 대멸종 원인 소행성 충돌·화산 폭발만이 아니었다

약 4억년 전엔 바닷물 산소 고갈이 원인…20억년전 미생물 대멸종도 새로 확인

약 45억년에 달하는 지구 역사에는 생물 종이 한꺼번에 광범위한 지역에서 사라지는 대멸종 사건은 여러 차례 있었다.

화석을 통해 확인되는 이런 대멸종은 약 6천600만년 전 공룡 대멸종 때처럼 소행성이나 운석이 떨어지거나 대형 화산이 연쇄적으로 폭발하는 등의 물리적인 대형 재해가 직접적인 원인일 때가 많았다.

그러나 원인이 규명되지 않던 대멸종이 바닷물의 산소(O₂) 고갈에서 시작된 것으로 밝혀지고, 지금까지 알려지지 않았던 미생물이 급감하는 대멸종 사건이 드러나는 등 새로운 연구결과가 잇따르고 있다.

이는 지구의 미래와 관련해서도 시사하는 것이 적지 않은 것으로 지적되고 있다.

◆ 바다 산소 고갈이 초래한 실루리아(Silurian) 말기 대멸종
고생대 중기인 약 4억2천만년 전 실루리아기 말기에 해양 생물의 약 23%가 멸종했다.

소행성 충돌이나 화산 폭발 등의 물리적 재해는 없었지만, 무엇인지 모를 힘으로 해양 생물 종의 5분의 1 이상이 사라져 지구 역사상 10대 대멸종 중 하나로 기록됐다.

과학자들이 '라우/코즐로우스키 멸종'이라고 이름을 붙이고 연구를 해왔지만, 미스터리로 남아있던 이 대멸종의 원인은 광범위하고 급격한 대양의 산소 고갈로 밝혀졌다.

미국 플로리다주립대학(FSU)에 따르면 이 대학 지구대양대기과학과 세스 영 조교수가 이끄는 연구팀은 발트해 연안 라트비아와 스웨덴 등지의 탈륨과 황 동위원소, 망간 농도 등을 측정해 실루리아기의 대양 상황을 재구성해 연구한 결과를 과학저널 '지질학(Geology)'에 발표했다.

과학자들은 화석 생물 종이 급감한 것을 통해 라우/코즐로우스키 멸종이 있었다는 것을 알고 있었으며, 약 10여만년 뒤 엄청난 양의 유기물이 매몰되며 심각한 기후 및 환경 변화를 촉발해 지구의 탄소순환이 파괴됐다는 것을 인지하고 있었지만 두 사건 사이의 관계는 파악하지 못했다.

FSU 연구팀은 실루리아기 대양 상황 재구성을 통해 대양의 산소량이 급격히 줄면서 깊은 바다에 이어 얕은 바다 생물들이 순차적으로 영향을 받았으며, 산소가 고갈된 뒤 황화물로 바닷물의 유독성이 더해진 것도 대멸종의 부분적인 원인이 된 것을 확인했다.

연구팀은 또 실루리아기 바다에서 이뤄진 이런 급격한 변화가 대멸종 뒤 탄소순환 파괴로도 이어진 것으로 분석했다.

논문 공동 저자인 제러미 오언스 박사는 "이번 연구는 고대 바다에서 '탈산소화(deoxygenation)'의 시작이 대멸종의 시작과 일치하는 또 다른 증거를 제시하고 있다"면서 이는 고대 바다의 환경 위기를 통해 배워야 할 중요한 교훈이라고 강조했다.

그러면서 "지금의 바다에서도 산소가 필요한 생물에 더 큰 스트레스를 줘 해양생물 대멸종의 시작이 될 수도 있는 광범위한 탈산소화가 이뤄지고 있다는 점을 보여주는 관측이 나오고 있어 이 교훈은 더욱 중요하다"고 덧붙였다.

◆ 새롭게 밝혀진 20억5천만년 전의 대멸종
지구 역사상 가장 많이 연구된 대형 멸종 사건으로는 중생대 백악기(Kreidezeit/Cretaceous)와 신생대 제3기의 첫 세인 팔레오세(Paleogene) 경계에서 발생한 K-Pg 대멸종이 꼽힌다.

공룡 대멸종으로 더 잘 알려진 이 사건 때 지구상에 있던 전체 생물 종의 75%가 사라진 것으로 추정되고 있다.

그러나 스탠퍼드대학 지구에너지환경과학과와 외신에 따르면 이 대학 맬컴 호지스키스 연구원이 이끄는 연구팀은 고대 대기의 산소농도 분석을 근거로 약 20억5천만년 전에 지구상에 있던 생물의 80~99.5%를 사라지게 한 지금까지 알려지지 않았던 대멸종이 있었다는 연구 결과를 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 실었다.

동식물이 멸종한 다른 대멸종 때와 달리 미생물 종이 사라진 것이지만, 이런 미생물이 산소를 내뿜어 지구 대기를 형성하고 궁극적으로는 더 크고 복잡한 생물이 출현해 살아갈 수 있는 길을 열어놓는 역할을 했다는 점에서는 지구 생물의 역사에서 빠져서는 안 되는 부분으로 지적되고 있다.

연구팀은 캐나다 허드슨만 일대 벨처 제도에서 수집한 중정석(重晶石·barite)의 산소와 황, 바륨 동위원소를 측정했다.

대기 중 산소 농도가 기록된 수십억년 된 암석 분석을 통해 20억5천만년 전쯤 생물권이 급격히 줄어드는 격변이 있었다는 것이 드러났으며, 24억년 전부터 20억년 전까지 산소량이 급격히 늘어나다가 급감한 대산화사건(GOE·Great Oxidation Event)의 종말과도 시기적으로 일치하는 것을 확인했다.

연구팀은 대멸종이 있기 전 1억~2억년간 생물 종이 최대치에 달했으나 인(燐)을 비롯한 바다의 영양분이 고갈되면서 산소 배출 미생물이 급감하는 대멸종으로 이어졌으며, 이후 약 10억년간 작은 생물권만 유지된 것으로 분석했다.

논문 공동저자인 바이츠만연구소의 피터 크록포드 박사는 "실제 멸종한 생물 종이 무엇인지 알아낼 수 없다는 점을 고려할 때 이를 대멸종으로 규정하는 것이 적절하지 않을 수도 있지만, 이때 지구상의 생물이 급격히 줄어든 것만은 확실한 것으로 보인다"고 했다.

그는 한 언론과의 회견에서 "20억년 전과 마찬가지로 인류를 포함한 생물권은 먹이사슬의 토대가 되는 해양 미생물과 육상 식물에 의존하고 있다"면서 "산소량이 인간이 알아챌 만큼 빠른 속도로 바뀔 가능성은 크지 않지만 향후 10억년에 걸쳐 바뀔 수 있는 것은 틀림없다"고 밝혔다.

/연합뉴스