[강신종 쌤의 '재미있는 과학이야기' (29)] 생물 다양성(상)

방사성 동위원소 기술로 수십억년 된 '지질시대' 구분
고생대 '삼엽충' 화석이 나오는 곳은 옛날엔 바다였죠

‘지질시대(Geological time)’는 지구상에서 가장 오래된 암석의 시기부터 현재까지를 말한다. ‘지질시대’는 화석과 지층을 근거로 상대연대로 구분되었으나, 최근 방사성 동위원소로 밝혀낸 암석의 절대연대를 근거로 지질시대를 나눈다.

수십억년을 다루는 지질시대

지질시대는 누대(累代, eon), 대(代, era), 기(紀, period)의 단위로 구분된다. ‘누대(累代)’를 영어로는 ‘eon’으로 나타내는데 ‘100억 년’의 뜻을 갖고 있다. 따라서 누대는 상상하기 어려운 긴 시간을 나타내는 용어이다. 누대는 ‘시생누대’, ‘원생누대’, ‘현생누대’ 세 가지로 나눈다. 또한 생물의 출현과 번성, 멸종을 기준으로 ‘선캄브리아 시대’ ‘고생대’ ‘중생대’ ‘신생대’로 구분한다.

‘원생누대’와 ‘시생누대’를 합쳐 ‘선캄브리아 시대(Precambrian eon)’라고 한다. 전체 지질시대 중 가장 오랜 기간(약 34억 년) 지속되었다. 초기에는 대기 중에 산소(O2) 기체와 오존층(O3)이 없어 육지에 생물이 살 수 없는 환경이었다. 바다에서는 ‘남세균’이 출현하여 광합성을 시작하였다. 층 모양의 줄무늬가 있는 ‘스트로마톨라이트(Stromatolite)’ 화석은 ‘남세균’의 광합성을 설명해주고 있으며 선캄브리아 시대의 대표 화석으로 자리잡았다.

‘남세균’의 광합성으로 ‘선캄브리아 시대’ 이후 지구 환경 변화를 유추할 수 있다. 대기 중의 산소 기체 농도는 증가할 것이고, 이로 인해 점차 오존층(O3)이 형성되었을 것이다. 오존층의 형성은 우주로부터 유입되는 강한 자외선을 차단해 육지에서도 생물들이 살아갈 수 있는 환경이 서서히 조성되었을 것이다.

6기로 나뉘는 고생대

‘고생대(Paleozoic era)’는 출현한 생물들을 중심으로 ‘캄브리아기’ ‘오르도비스기’ ‘실루리아기’ ‘데본기’ ‘석탄기’ ‘페름기’의 6기(紀)로 나눈다. ‘고생대’에는 바다와 대기에 산소 기체 농도가 증가하였고, 무척추동물부터 어류, 양서류, 파충류 등 다양한 생물이 출현하는 등 생물의 종류와 수가 급증하는 시기이다.

‘캄브리아기(Cambrian period)’에는 다양한 해양 생명체가 급격히 증가했다. 대표 생물은 ‘삼엽충(Trilobites)’이다. ‘삼엽충’은 절지동물로 바닥을 기어다니며 살았다. ‘삼엽충’ 화석은 우리나라의 강원도 태백 지역에서도 발견되는데, 이는 고생대에는 태백 지역이 바다였으나 지각 변동을 거쳐 현재와 같은 산간 지역이 되었다는 것을 설명할 수 있는 근거가 된다.

갑오징어, 문어와 같은 ‘두족류(Cephalopods)’가 ‘오르도비스기(Ordovician period)’의 대표 생물이다. 최초의 척추동물인 원시 어류 화석이 발견되었다. 말기에 이르러 거대한 빙하가 발달하여 수온과 산소 농도가 낮아지며, 많은 생물이 멸종하였다. ‘실루리아기(Silurian)’에는 바닷속에서만 살던 생물들이 땅 위로 올라오면서 후기에는 육상 생물이 출현하였다.

‘데본기(Devonian period)’의 특징은 육상 식물이 다수 번성하고 매우 많은 어류가 출현했다는 데 있다. 고생대 데본기와 석탄기의 경계인 약 3억7000만 년 전, ‘2차 대멸종’이 일어난다.

95%가 멸종한 페름기

‘석탄기’는 지층에 석탄을 다량으로 함유하고 있다는 의미를 담고 있다. 1822년 영국의 지질학자인 ‘코니베어(1787~1857)’가 ‘석탄기(Carboniferous period)’라고 이름을 붙였다. ‘양서류의 시대’라고 할 정도로 양서류가 번성하였으며, 양치식물들이 숲을 형성하였고, 파충류가 출현하였다.

고생대의 ‘페름기(Permian period)’ 후기에는 지각변동과 화산활동이 활발하였다. ‘페름기’에서 생물의 약 95%가 멸종하는 지구 역사상 가장 큰 규모의 대멸종인 ‘P/T 경계 멸종’이 일어났다. 지금까지 ‘선캄브리아 시대’부터 ‘고생대’까지의 특징과 환경 변화를 간단히 살펴보았다. 다음 시간에는 ‘중생대’와 ‘신생대’ 이후 그리고 대멸종과 생명 다양성에 대해 이야기해 보자.

강신종 < 용화여고 교사 >