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유공충 (Foraminifers)
: 생태학적 서식 깊이와 화석 분포와의 관련성
Sean D. Pitman M.D.

   유공충류(Foraminiferans)는 사실 유공충목(Foraminiferida Order)에 속하는 원생동물(protozoans, 단세포동물)이다. 그들의 화석화된 잔존물들은 상대적으로 퇴적암의 연대를 측정하는 데에 흔히 사용되어 왔다. 이러한 사용은 특별히 석유산업(oil industry)에서 광범위하게 적용되고 있다. 이들 생물체는 보통 매우 작다. 평균 길이가 1mm 보다 작지만, 길이가 0.1 mm로부터 20cm에 이르기까지 꽤 넓은 범위를 가지고 있다. 그들은 또한 두 배로 증식하는 기간(doubling time)이 매우 빨라 3.65 일밖에 걸리지 않는다. 화석기록에 보존되어있는 생물체의 부분은 그들의 껍질(shells)이다. 사실 이들의 껍질들은 진정한 껍질이 아니다. 그것들은 ‘외각(tests)’이라고 불리는 '내부 외형질(intra-ectoplasmic)' 구조이다. 이들 ‘외각’들은 어느 정도 골격(skeleton)과 같은 기능을 하며, 작은 상호연결된 실(chambers)들로 형성되어 있다.   

실(chamber)의 연결은 각 실들 사이에 작은 열려진 구멍에 의해서이다. 이 구멍은 '공(foramina)'이라 불려지며, 이것으로부터 '유공충(foraminifers)' 라는 이름이 생겨나게 되었다. 유공충류 껍질 또는 외각은 많은 형체와 크기를 가지고 있고, 단순한 튜브, 곧은 계열의 실, 말려진 실, 심지어 복잡한 미로(complex labyrinths) 등과 같은 많은 다른 디자인들을 가지고 있다. 그들의 벽(walls)은 주변 환경으로부터 수집된 특별한 물질에 의해서 형성될 수 있으며, 또는 유공충에 의해서 분비된 순수한 석회석 물질로 형성될 수 있다. 유공충은 외각 벽에 존재하는 세공(pores)들과 틈(apertures)을 통해서 그들의 환경과 상호 작용을 한다. 그들의 분류법은 벽의 광물과 미세구조에 먼저 기초를 두고 분류되며, 그 다음에 실의 배열, 개구부의 모양과 위치, 그리고 마지막으로 장식 등에 의해서 이루어진다. [1, 2]
 
유공충들은 화석기록에서 풍부하게 발견될 뿐만이 아니라, 오늘날에도 잘 살아있다. 그들은 심해 해구, 얕은 바다, 대양, 심지어 담수 호수에까지 물이 있는 곳이면 어디나 발견될 수 있다. 그러나 서로 다른 타입의 유공충들은 서로 다른 타입의 환경을 차지하고 있다. 예를 들면, 부유성(planktonic) 종들과 원양성(pelagic) 종들은 여러 깊이의 열려진 물(open water)에서 산다. 반면에 저서성(benthic) 종들은 대양 바닥 속에, 또는 바닥 위나 근처에서 산다. 깊은 대양 환경에서, 석회석(칼슘으로 만들어짐) 물질은 용해된다. 그래서 이러한 환경에서 사는 유공충들은 석회질 외각을 형성하는 대신에 주변 물질들을 응집(agglutinates) 해서 그들의 외각으로 만드는 타입이 되는 경향이 있다.

유공충은 원형질에 털(hair) 모양으로 늘어난 부분인 위족(pseudopodia)으로 주변을 시간당 수 밀리미터로 이동한다. 위족은 또한 먹이와 건축 물질들을 모으는, 그리고 다른 물체에 부착되는 팔(arms)로서 사용된다. 때때로 위족은 부유성 종들의 경우에서처럼 부유(floatation)하는 것을 돕는 데에 사용되기도 한다. 유공충은 또한 극심한 pH와 수온, 매우 낮은 산소농도, 높고 낮은 염분농도 등과 같은 매우 열악한 환경에서도 견딜 수 있다. 흥미로운 것은 이러한 다른 서식 환경들이 특정 지역을 점령하는 유공충 타입에 역할을 한다는 것이다. 예를 들면, 저산소 농도의 지역에 살아가는 유공충들은 흡수 표면적을 증가시키기 위해서 더 납작한 모습을 가지고 있다. 또한 그들의 벽도 더 얇고, 더 많은 구멍을 가지고 있고, 장식을 덜 가지고 있는 경향이 있다.[2]

그러면, 이들 매우 흥미로운 생물들이 진화론과 무슨 관계가 있을까? 앞에서 언급했듯이, 서로 다른 유공충들이 지질주상도(geologic column)의 다른 지층들에서 발견되고 있다. 사실, 어떤 유공충들은 주어진 지층과 매우 관련이 깊어서, 그들이 발견되었을 때 지질주상도 내에서 그 지층을 실제적으로 정하고 있다. 이 연관성은 꽤 신뢰할만하여, 석유시추 회사들은 유정을 팔 때 유정을 적절한 깊이로 굴착했는지의 판단을 이들 생물체들의 확인에 상당히 의존하고 있다. 만약 지질주상도 상의 지층들이 실제로 지구 역사의 오랜 기간들을 나타낸다면, 유공충들의 차이는 시대에 따른 진화론적 변화를 나타낼 것이다. 그러나 그 지층들이 창세기의 홍수처럼 한 번의 격변적인 전 지구적 홍수로 빠르게 형성되었다면, 어떻게 이들 크기와 밀도가 유사한 유공충들이 그렇게 깔끔하게 여러 지층들 안에서 분류되어서(sorted) 발견될 수 있었을까? 진화론적 지질학자인 글렌 모톤(Glenn Morton)은 다음과 같이 주장한다.   

”유공충류는 홍수 이전에 대양에서 살던 작은 단세포 동물들이다. 그들의 작은 크기 때문에 대홍수가 있었다면 그들은 같은 지층 또는 가까운 관련 지층에 함께 모두 혼합되어 발견되어야만 한다... 평균적인 종들의 작은 크기를 생각할 때, 그들 모두는 홍수 물에 의해서 동시에 분류가 일어났어야만 했다. 그래서 가장 큰 것들은 바닥에 가장 작은 것들은 윗 지층에 묻혔어야만 했다. 그러나 이러한 것은 유공충들의 화석기록에서 발견되는 형태가 아니다. 유공충 속들(단지 외각 장식에서 조금 다르지만, 유사한 모양과 유사한 크기를 가진)은 지질주상도에서 광대한 수직적 거리에서 발견된다. 그것은 강(river) 안으로 유사한 크기와 밀도의 그러나 다른 색깔의 모래입자들을 던져 넣고, 색깔과 모든 종류들이 분류되기를 기대하는 것과 같다. 이것은 불가능하다. 그러나 유공충들은 분류되어 있다. 유일한 결론은 그들의 순서는 한 번의 전 지구적인 홍수에 의한 것이 아니라, 생물체들이 변화되면서 오랜 기간동안에 점진적으로 퇴적됨으로서 기인되었다는 것이다.”[1]    

그러나 같은 종들 안에서도 각 서식지들의 환경적 요인들에 의존하여 다른 외각 장식을 가진 유공충들이 발견된다는 것을 고려해볼 때, 모톤의 주장은 의심이 든다. 또 다른 지질학자인 타미 토스크(Tammy Tosk)는 환경적 요인들과 마찬가지로 서식지 선호(habitat preference)는 둘 다 유공충의 형태(morphology)에 빠르게 영향을 미칠 수 있다고 주장하였다.[2]

아래의 그림을 보면서, 오늘날의 유공충들도 바다의 깊이가 변화됨에 따라 형태가 다양하다는 것을 주목하라!

위의 그림에서처럼, 토스크는 지질주상도 내의 형태학적 변화, 또는 분류(sorting) 작용은 정상적인 생태학적 분포(ecologic distribution)에 의해서 기초될 수 있다고 주장한다. 토스크는 계속해서, 단일 유공충 종 내에서 어떤 개체들은 정상적인 산소 농도 하에서도 두꺼운 장식용 외각을 가질 수도 있으며, 저산소 농도의 환경 하에서는 장식이 덜 된 얇은 외각들을 가질 수도 있다고 주장한다. 그러한 변화는 유전학에 기초한 것이 아니라, 환경적인 영향에 기초한 것으로서, 생태적 표현형 변이(ecophenotypic variations)라고 불려진다. 이러한 생각에 기초하여, 토스크는 지질학적 유공충 자료들이 어떻게 한 번의 빠른 격변적인 매몰에 의해서 설명될 수 있는지를 이론화하였다.

”살아있는 유공충들과 화석 형태의 유공충들에 많은 변화의 예들이 나타나기 때문에, 유공충들은 뛰어나게 유연한(plastic, 여러 모양을 만들 수 있는) 생물체로 간주되고 있다(Kennett 1976). 유공충들은 여러 환경에 따라 많은 다른 형태들을 발현시킬 수 있는 충분한 유전정보를 함유하고 있을 지도 모른다. 유사한 형태들도 다른 층서학적 위치에서 발견된다면 다르게 분류되기 때문에, 하나의 중대한 문제가 발생한다. 그러나 이러한 경우들은 반복진화(iterative evolution)로서 설명되고 있다. 즉, 똑같은 형태의 생물체들이 지질학적 역사를 통해서 반복적으로 진화되어졌다는 것이다. 따라서 분류(classification)는 진화론에 의해서 주관적으로 영향을 받는다. 그러나 반복적인 발생은 격변적인 대홍수 모델에 의해서 쉽게 설명될 수 있다. 만약 지질주상도의 여러 높이에서 화석으로 발견되는 유공충들이 다른 생태학적 지역에서 동시에 살고 있었다면, 여러 생태학적 지역에서 공통적으로 살아가는 종은 지질주상도의 여러 높이에서 발견될 수 있을 것이다. 지질 기록에서의 간격(gap)은 단지 그 종(species)이 파묻혀질 그때 당시 그 파묻혀진 생태학적 지역에 살고있지 않았거나, 출처(그 지역으로 생물체들을 쓸어왔을) 지역에 살고있지 않았다는 것을 가리킬 뿐이다. 따라서 동일한 진화와 멸종이 반복해서 일어났다고 생각할 필요가 없는 것이다.

클라크(Clark, 1946)에 의해서 개발된 생태적 대상분포(ecologic zonation)는 낮은 바다에 사는 유공충들, 또는 대양의 깊은 부분에 사는 유공충들은 점차적으로 상승해가는 홍수물에 의해서 재퇴적되는 퇴적물에 의해서 먼저 묻혔을 것이라는 것을 의미하고 있다. 반면에 더 높은 생태학적 지역에 살고있던 유공충들은 나중에 묻혔을 것이라는 것이다. 화석기록은 일반적으로 이 모델과 일치하는 것처럼 보인다.

위의 그림은 오늘날 유공충들의 분포와 지질주상도에서 화석들의 분포를 보여주고 있다. 오늘날 깊은 바다에서부터 강하구까지의 환경에서 살고있는 단순한 응집 형태(agglutinated forms)의 유공충들은 고생대 초기(early Paleozoic)지층과 젊은 지층들에서 화석으로 발견된다. 석회질의 저서성(calcareous benthic) 종들은 과거 중생대(Mesozoic) 지층과 오늘날 점심해(bathyal, 200-3000m) 환경에서 함께 우세하다. 그리고 더 높은 생태학적 지역에서 살아가는 오늘날의 부유성 플랑크톤 형태(planktonic forms)들은 윗지층인 신생대(Cenozoic) 지층에서 풍부하게 발견된다.
     
오늘날 대양에서, 석회석 물질은 탄산염 보상심도(carbonate compensation depth, CCD, 탄산염이 완전히 녹아 없어지는 깊이로, 이산화탄소 농도에 의존하며 보통 대략 4,000m 정도의 깊이) 아래에서는 완전히 용해되어 버린다. 저서성 또는 부유성의 석회질 유공충들은 어느 것도 이 깊이 아래인 심해의 바닥과 해구(trenches)에서는 발견되지 않는다. 왜냐하면 그들의 석회질 껍질들이 용해될 것이기 때문이다. 그곳에서는 응집 형태들이 우세하다.

화석기록에서 응집 형태의 유공충 종들은 하부 고생대층에 흔하다. 그리고 저서성 석회질 유공충들은 일반적으로 지질주상도의 위쪽에 있는 형태들 보다 두꺼운 벽(thicker walls)을 가지고 발견된다. 그들은 홍수 이전에는 CCD 근처에서 살았을 것이다. 그곳에서 그들 대부분의 석회질 형태들은 (특별히 얇은 껍질을 가진 석회질의 부유성 종들은) 완전히 용해되었을 것이다. 그러므로 고생대 유공충들은 한번의 격변적인 홍수에 의해서 기대되는 분포와 일치한다.  

그러나 상부 고생대층에 있는 방추충(fusulinids, 고생대 석탄기에 생겨 페름기 말에 절멸하였다는 원생동물군으로 고등유공충에 속한다)은 하나의 이례적인 것(anomaly)이다. 방추충의 일부 종들은 100m3 이상의 부피로 성장했다 (Ross 1979). 오늘날 커다랗게 자라는 유공충들은 그들의 외각 안에 광합성 조류들과 공생하며 살아간다. 그래서 그들은 태양빛이 비치는 대양 표면으로부터 수십미터 이내에 살았음에 틀림없다. 다른 그룹의 커다란 유공충들은 오늘날 열대성의 낮은 바다 환경에서 살아간다. 그러므로, 방추충들도 또한 비슷한 환경에서 살았을 것으로 해석된다 (Ross 1979). 그러나 그것들은 지질주상도의 꼭대기에서 발견되지 않는다. 아마도 그것들은 홍수 이전에는 낮은 고도에 있던 물들의 표면에서 자랐을 것이다 (그림 1).

부유성 유공충(planktonic foraminifers)들은 고생대, 또는 하부 중생대 퇴적층에서는 발견되지 않는다. 살아있는 부유성 유공충들이 초기 홍수 퇴적물에서는 발견되는 것이 기대되지 않을지라도, 홍수 이전에 죽었던 부유성 유공충의 외각들은 해양저에 있어야만 하고, 그곳에서 살았던 유공충들과 묻혀있어야만 했다. 그렇다면 이것은 어떻게 해석하여야 하는가. 이들 부유성 유공충들이 고생대, 또는 하부 중생대 퇴적층에서는 발견되지 않는다는 것은 그들이 그 생태학적 지역에 존재하지 않았을 수도 있지만, 존재하였더라도 화석기록으로 보존되지 않았을 수도 있다. 왜냐하면, 그들은 저서성 유공충 보다 더 얇고 공극이 많은 외각들을 가지고 있기 때문에, 만약 그들의 껍질들이 CCD 아래로 가라앉았다면, 격변적인 홍수의 발현 이전에 해양저에서 선택적으로 쉽게 용해되었을 수 있기 때문이다.  

비결정질 석회질의 저서성 유공충(benthic hyaline calcareous foraminifers)들은 중생대에 풍부하다. 트라이아스기와 쥐라기의 유공충들은 일반적으로 나중(이후 지층에 있는) 형태들처럼 잘 보존되지 않았다. 백악기 지층에서는, 저서성과 부유성 형태들은 둘 다 다양해지고 풍부하다. 그것은 오늘날 대양의 점심해대의 상부와 관련이 있다.

백악기보다 더 오래된 유공충들은 일반적으로 넓게 분포된다. 트라이아스기 종들은 호주와 미국 아이다호(Idaho)주에서 같이 발견되지만, 그 사이에서는 발견되지 않는다 (Tosk and Andersson 1988). 백악기의 유공충들과 더 젊은 유공충들은 현대의 유공충 군집들과 유사한 분포 패턴을 가지고 있다 (Sliter 1972). 유행하는 패러다임 하에서, 이것은 백악기 이전의 바다들은 더 전 세계적이었다는 것을 의미한다. 왜냐하면 현대의 수계지리학적 패턴(hydrographic patterns)과 생태학적 분포(ecologic distributions)가 그때에는 발달되지 않았을 것이기 때문이다. 백악기 동안 대륙의 나뉘어짐과 해저의 확장은 그 시기에 현대적 대양 패턴의 발달을 설명하는 데에 사용되곤 한다.
  
그러나 이 패턴은 홍수 모델에서 기대되는 것이다. 홍수 사건에서 더 과격했던 단계 동안에, 작은 지역으로부터의 유공충들은 전 세계적으로 넓게 흩어질 수 있었다. 홍수의 위력이 약해짐에 따라, 유공충들은 멀리로 수송되지 않았을 것이고, 심지어 그들 자신의 생태학적 분포 패턴을 발달시키기 시작하였을 지도 모른다. 백악기 동안 그리고 이후의 주요한 퇴적은 해분(basins)들과 대륙 경계에 국소적으로 일어났을 것이었다. 유공충들의 생활은 더 적은 영향을 받았던 지역에서 정상적으로 되돌아왔을 수 있었다.” [2] 

따라서, 화석 기록에서 보여지는 유공충들의 명백한 '분급작용(sorting)”은 점진적인 진화론적 변화를 포함한 수백만 년의 느린 과정을 배제하고도 발생할 수 있었을 가능성이 충분한 것처럼 보인다. 오늘날에 보여지는 유공충들의 형태학적 변화들은 자주 생태학적 환경에 의거하여 꽤 분명하게 분류된다. 모톤이 제기한 것과 같은 주장들은 오래된 연대 시나리오를 지지하지도 않으며, 지질주상도의 대부분이 격변적으로 형성되었다는 것을 반증하지도 못한다.

또한 모톤이 주장하고 있는 유공충들은 종들 사이에 매끄러운 진화를 보여주고 있다는 주장은 무엇인가? 오른쪽에 제시된 점진적으로 변화되었다는 일련의 그림을 숙고해보라. 모톤은 다음과 같이 말하면서, 이 계열을 플랑크톤 진화가 일어난 분명한 예로서 언급하였다.

”우리는 초기 종들에서부터 최신 종들로의 점진적인 변화를 분명히 볼 수 있다. 이러한 점진적인 변화는 잘 알아챌 수 없을 정도이다... 점진적인 진화는 이들 작은 생물체에서 확인될 수 있고, 이것은 어떠한 전이형태도 없다는 주장이 틀렸음을 폭로하고 있는 것이다. 이들이 보여주고 있는 것은 홍수 옹호자들이 자신들의 교리책을 제외하고 어디에서도 홍수를 읽을 수 없다는 것이다.”[1]

모톤은 이렇게 말하고 있지만, 그러한 형태학적 변화는 환경에의한 변화로도 쉽게 설명될 수도 있다. 오른쪽의 이와같은 형태의 사진들은 사실 같은 종의 플랑크톤들일 수 있다. 결국, 유공충들은 정말로 꽤 유연하다는 (plastic) 것이다. 한 공통적인 유전자 풀에 포함되어있던 유전정보는 꽤 많은 놀라운 형태학적 변화들을 만들어낼 수 있는 것처럼 보인다. 이러한 생태적 표현형 변이의 잠재성을 고려해볼 때, 모톤이 이곳에서 ‘점진적인 진화(gradualistic evolution)’가 확실히 일어났다고 주장하는 것은 우스꽝스러워 보인다.


References

1. Morton, Glenn.  2000.  http://www.glenn.morton.btinternet.co.uk/micro.htm
2. Tosk, Tammy. 1988. Origins 15(1):8-18.

 

*참조 : Can Flood geology explain the fossil record?
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j10_1/j10_1_032-069.pdf

 

*유공충 구글 이미지

 

 


URL : http://www.rae.org/
번역자 : IT 사역위원회

관련 자료 링크:

1. 화석 기록에서 폭발적으로 증가했던 유공충 (Foraminifera Exploded onto the Fossil Record)
 
 
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