진화의 키, 산소 농도

들어가며
서문

제1장 호흡과 동물의 몸 설계
제2장 시간대별 산소 변화
제3장 진화하던 호흡계가 캄브리아기 폭발의 원인?
제4장 오르도비스기: 캄브리아기 폭발 제II부
제5장 실루리아기-데본기: 산소 급등이 최초의 육지정복을 허락하기까지
제6장 석탄기-페름기 초: 저산소, 불, 거구들
제7장 페름기 멸종과 내온성의 진화
제8장 트라이아스기
제9장 쥐라기: 저산소 세계를 제패한 공룡
제10장 백악기 멸종과 대형 포유류의 부상
제11장 우리가 산소의 미래를 두려워해야 할까?

감사의 말
옮긴이의 말
부록
참고문헌
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이 책의 주요 가설은 지난 6억 년에 걸쳐 변화해온 대기 산소 수준이 동물에게 중요한 진화적 변화들을 일으켰다는 것이다. 이 기간 동안 거대한 변화가 있었던 것은 명백하다. 그런데 그동안에도 진화적 변화가 더 컸거나 더 작았던 시기가 있었을까? 만일 있다면, 그것과 산소 수준이 상관있을까? 즉 시간대별 대기 산소 함량의 변화가 진화적 발달과 몸 설계의 변화(아니면 다른 말로, 조상의 경우에 비해 새로운 종류의 형태학)에 박차를 가했다(그래서 새로운 종을 형성했다)는 가설을 실제 데이터로 검증할 수 있을까? 여기서 답은 모두 ‘그렇다’이다.

저산소 시기와 고산소 시기의 진화율에 차이가 나는 이유는 무엇일까? 아주 간단히 말하자면, 저산소에서 진화한 동물은 고산소에서 생존할 뿐만 아니라 어떤 경우는 번성하기까지 한다(새가 주목할 만한 예다). 그러나 어떤 경우에는 고산소 조건에서 저산소 폐 체계를 더이상 사용할 필요가 없어서 어떤 경쟁적 치환이 일어났을 테고, 따라서 새로운 진화를 자극했을 것이다. 많은 용반류 공룡이 백악기에 조반류, 다시 말해 ‘새 궁둥이 공룡’으로 알려진 집단과 포유류로 치환된 것 역시 이의 일례일 수 있다. 하지만 더 중요한 점은, 저산소의 시기가 진화적 혁신의 주요 구간으로서, 그 결과로 새로운 종뿐만 아니라 새로운 종류의 신체 부위까지 만들어낸 듯하다는 점이다. 더 크거나 아예 종류가 새로운 폐들이 그런 예다. 어쩌면 저산소 기간이 다기성(종의 다양성이 아닌 형태적 다양성의 척도)과 종 다양성의 증가를 불러왔다고 가정하는 편이 더 옳을 것이다.

다섯 차례의 대멸종 가운데 네 차례의 멸종 당시에 하나의 공통된 환경 조건이 있었다. 모두 다 산소 수준이 매우 낮은 시기(오르도비스기, 데본기, 트라이아스기 대멸종의 경우처럼, 일반적으로 15퍼센트에 못 미치는 시기)에 일어났거나, 최소한 10퍼센트가 떨어진 후(페름기 대멸종의 경우처럼)에 일어났다는 점이다. 비단 규모가 큰 대멸종의 경우에만 그런 것도 아니었다. 산소 수준이 비교적 조금 떨어졌을 때도 그와 동시에 종들이 도매금으로 사라졌다. 산소 농도가 낮은 대부분의 경우에는 이산화탄소 수준이 높았고 따라서 온도도 높았으며 온도가 높아지면 저산소가 호기성 유기체에 주는 압력이 증가한다는 점을 생리학자들은 반복적으로 관찰해왔다. 정확히 왜 이런 일이 일어나는지는 잘 모르지만, 일어나는 것만은 분명하다. 이 대멸종들은 예외 없이, 산소 수준의 하락과 연관이 있었다.