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새로운 화석이 식물의 육상 번식에 대한 생각을 바꾸었다.
처음 지의류(lichen)에 대해 배우면서 우리 주위의 아주 흔한 생물 임에도 불구하고 거의 신경을 쓰지 않았었고, 당시 공생체라는 것 외엔 우리가 아는 게 거의 없다는데 또 한번 놀랬던 기억이 납니다. 이들의 신비한 해조류와 균류의 공생관계에 대해 궁금하긴 했지만 동물 쪽을 전공하다보니 더 이상 관심을 두지 못했던 것 같군요. 어렴풋이 식물보다는 훨씬 뒤에 진화해 나왔을 것이라는 생각을 했습니다. 적어도 해조류가 나오고 균류도 나와야 공생이던 뭐던 할 수 있으니까요. 아래 소개한 글은 그 동안 브라질 지역 데본기의 화석으로 많이 알려졌으나 동정이 되지 않았던 Spongiophyton이라는 화석생물을 다양한 기술로 분석한 결과를 소개하고 있습니다. 비록DNA분석을 하지는 못했지만 균사와 조류세포임을 보여주는 미세 구조와 키틴질에서 발견되는 질소와 균류의 지질성분 등을 통해 이 화석생물이 광범위하게 서식했던 지의류임을 밝힌 것이죠. 이는 식물들이 무성하게 자라는 시기보다 앞지른 것으로 이를 통해 식물들이 잘 자랄 수 있는 토양을 만드는데 지의류가 한 몫을 한 것이 아닌가 추측하게 합니다. 사실 이런 시기적 단서 만으로 진화의 인과관계를 만들어 낸다는 건 비과학적이란 생각이 듭니다. 그보다는 이 논문의 의의는 지의류의 출현시기가 예상보다 상당히 빨랐다는데 의미가 있다고 봅니다. 세상의 거의 모든 식물들이 균류와 공생을 한다는 것은 그 만큼 오래전부터 식물과 균류의 공생관계가 시작되었다는 것을 의미합니다. 과연 언제부터 생물들 간의 공생이 시작되었고 진화에 어떤 영향을 미쳤는지 궁금하군요. 원생생물들도 공생체가 있겠죠?
(아래 사진은 분석에 사용한 spongiophyton화석: 출처 Becker-Kerber et al., Sci. Adv. 11, eadw7879 (2025) 29 October 2025)
수수께끼 같은 화석 생물에 대한 동정이 마침내 이루어 졌다. - 그리고 이는 식물이 땅에서 번창하게 된 과정에 대해 새로운 생각을 갖게 했다.
약 4억1천만년 전 육상의 생물상은 비교적 단순했다. 숲이나 초원은 없었고 땅은 끈적한 미생물 층으로 뒤덮여 있었을 것이다. 나중에 나무나 꽃을 만드는 식물로 진화할 조상 식물들은 이제 막 생겨나고 있었을 것이고 이들이 충분히 번창하고 다양화되기 까지는 수 백 만년이 더 지나야 할 때이다.
이번 새로운 발견은 이 소위 관속 식물들이 육상에 퍼지게 되는 과정에 대해 새로운 견해를 제시한다. 연구자들은 마침내 이 Spongiophyton이라고 부르는 수수께끼 같이 넓은 지역에 퍼진 화석의 정체를 밝힌 것 같다: 아마도 지의류(lichen)라고 부르는 이상한 생명체였던 것 같고 이들이 식물이 육상으로 올라오는데 길을 깔아주었을 것으로 생각된다.
최근에 Science Advances지에 소개된 이 발견은 “지난 한 세기동안 풀리지 않았던 문제를 해결한 것입니다.”라고 Institute of Geosciences at the State University of Campinas in Brazil의 고생물학자(paleontologist)이며 이 연구에 참여하지 않았던 Geovane Gaia의 말이다. “지금까지는 대부분의 사람들이 지의류는 관속 식물이 생기고 나서 생겼다고 생각했는데, 이 연구를 통해 그들은 처음부터 그곳에 있었고 식물들이 살 수 있게 육지를 준비 시켰을 것입니다.”
지의류는 균류(fungi)와 광합성 해조류(algae) 또는 남조류(cyanobacteria)가 함께 만든 공생체이다. 오늘 날에도 이 공생체가 극지방에서 적도에 이르는 모든 지역에서 바위를 부수고 침적물을 비옥한 흙으로 만드는 걸 돕는다고 이 연구를 이끈 Harvard University의 고생물학자인 Becker-kerber가 말했다. 관속식물은 영양분을 흙에서 줄기나 잎으로 끌어 올릴 수 있는 조직을 갖고 있다.
지의류의 부드러운 조직은 화석으로 남는 경우가 매우 드물기 때문에 이들의 기원은 그야말로 수수께끼다. 2019년에 이루어진 유전체 분석은 이들이 관속식물이 출현한 후에 진화한 것으로 제안하였다. 이는 이들이 초기 생물들이 육상에서 자라는데 어떤 역할도 하지 못했을 것이라는 점을 의미한다.
생물학자들은 4억1천여년 전에 번성했던 Spongiophyton이 지의류인지 또는 해조류인지 오랫동안 논쟁 중이다. 이 화석을 동정하기 위해 Becker-Kerber와 그의 동료들은 화석에 남아 있는 유기물질들의 화학적 특성들을 분석해 보았다. 그 결과 세포벽으로 둘러싸인 해조류와는 달리 이들은 키틴질(chitin)로 싸인 균류를 포함하고 있었다. 키틴은 곤충들의 외골격을 구성하는 성분이기도 하다. 키틴은 질소를 포함하고 있으며 이들은 분명한 질소 신호를 잡아낼 수 있었다. “실험을 반복할 수록 신호는 더욱 확실하게 나타났죠.” 이건 정말 흥분되는 일입니다.” Becker-Kerber의 말이다.
균류에 대한 다른 단서들도 발견되었다. 즉, 균류가 자랄 때 볼 수 있는 균사(hyphae)라고 부르는 특유의 가지 형태 등이다. 이런 결과들은 지의류가 4억1천만년 전에 진화되어 나왔다는 것이다. 이는 관속 식물이 퍼지기 시작한 4억2천만년이 조금 지난 뒤이며 첫 숲이 발견되는 3억9천만년 이전이다.
“이는 육지에 처음 상륙한 생물들의 첫발이 어땠는지에 대한 견해를 크게 바꾸어 놓는 것이죠.” Becker-Kerber의 말이다. Spongiophyton은 아마도 풍화된 바위, 안정된 토양, 재활용되는 영양분들 그리고 이들은 숲이 형성되기 전에 원시 토양을 만드는데 기여했을 것이라 여겨진다.”
“만약 Spongiophyton이 지의류라면, 이들은 식물들이 들어가지 못했던 지역으로 확장할 수 있게 했을 겁니다.” 이 연구에 직접 참여하지 않았던 Field Museum of Natural History의 진화 생물학자인 Mattew Nelson의 말이다. 새로 제시된 그림에 따르면 지의류는 육상식물이 막 시작된 시기에 나타나기 시작하였고 이들의 균류와 해조류의 특수한 공생형태는 식물이 잘 퍼져 나가는 데 필수적인 요소가 되었을 것이다. “사람들은 흔히 생물의 육상 상륙에 대해 ‘식물의 이야기”라고 생각한다. “우리 연구는 여기에 균류와 지의류도 포함되어 있다는 것을 보여준 겁니다.”라고 Becker-Kerber가 말했다.
<이글은 아래의 기사를 번역한 것입니다.>
Taylor M Brown (ed. Andrea Thopson), 2025, This fossil is rewriting the story of how plants spread across the planet. Sci. Ame. Nov. 25, 2025
<그림 출처 겸 원 논문>
Becker-Kerber et al., Sci. Adv. 11, eadw7879 (2025) 29 October 2025