입의 진화 (2편)

2016/07/15

 

물어서 잡다

시간이 흐르자 입에는 혁신적인 변화가 생겨났다. 입을 위아래로 벌렸다 다물 수 있는 턱을 지닌 어류가 등장한 것이다. 턱은 먹이를 물 수 있었다. 입 안에 들어왔다가도 재빠르게 도망가던 먹이를 붙잡을 수 있게 된 것이다. 이들이 지닌 턱은 여과섭식과 단순 흡입만으로는 먹을 수 없었던 새로운 먹이를 안겨줬다.

초기 유악어류 화석으로는 극어류와 판피류를 들 수 있다. 턱과 쌍으로 이뤄진 지느러미는 이들을 나타내는 뚜렷한 특징이다. 고생대 후기까지 민물에서 살았던 클리마티우스는 대표적인 극어류다. 데본기에 번성했다가 빠르게 멸종한 판피류는 저서생활을 했다. 뱀과 비슷하게 생긴 레나니드, 체절로 된 가슴지느러미가 있는 안티아크스, 몸길이가 9m에 달하는 포식성 어류 던클리오스테우스가 대표적이다.

턱에는 이빨도 나타났다. 턱이 생기기 시작하면서 동시에 어류의 입 주위에 있던 치판의 작은 돌기에서 이빨이 등장했다. 납작하고 서로 엇갈려 있는 이빨은 이전에 먹을 수 없었던 단단한 먹이도 먹을 수 있게 해줬다. 이빨은 먹이를 포획하는 새로운 방법을 생태계에 등장시킨 것이다.

이빨이 없었을 때는 먹잇감을 입 안에 넣어도 여전히 살아 있는 먹잇감이 몸부림을 치다가 도망가는 경우가 많았다. 이빨은 먹잇감을 자르거나 죽일 수 있었기 때문에 포식 활동의 효율성을 매우 높였다. 삼킨 먹잇감을 놓치지 않게 됐을 뿐만 아니라 조개처럼 껍데기로 싸여 있는 먹잇감도 이빨로 부순 뒤 안에 들어 있는 여린 조직을 먹을 수 있게 됐다. 즉, 유악어류를 비롯한 턱을 가진 동물이 번성해 지금까지 태평성대를 누릴 수 있는 결정적인 열쇠를 제공한 셈이다.

턱이 없는 어류인 무악어류는 점차 유악어류에게 자리를 내줬다. 현생 어류는 거의 모두 유악어류로, 움켜잡거나 찢거나 씹는 포식 행동을 할 수 있다. 현재 무악어류는 단 2종만이 살고 있다. 칠성장어와 먹장어다. 이들은 다른 물고기에 기생하거나 사체를 먹는 등 생태계에서 제한적인 지위만을 갖고 있다.

그렇다면 턱의 기원은 무엇일까. 많은 학자들은 원시 동물의 여과섭식과 호흡을 담당했던 인두의 새궁(아가미를 이루는 뼈)이 턱으로 바뀌었다고 본다. 새궁은 양옆에 한 쌍씩 총 9쌍으로 돼 있고, 그 끝이 뒤를 향한 V 모양의 격자구조로 돼 있다. 이 중 앞에 있는 1, 2, 3번째 새궁의 모양이 바뀌고 결합하면서 턱으로 바뀌었다는 것이다. 첫 번째 새궁은 두개골의 일부가 됐다. 두 번째 새궁의 위쪽은 위턱으로, 아래쪽은 아래턱이 됐다. 세 번째 새궁은 두개골과 아래턱의 일부로 변했다.

씹어 먹다

물속에서 유악어류가 번성하던 어느 날 일부 어류는 땅 위로 진출해 육상동물의 조상이 됐다. 이후 양서류, 파충류, 수궁류, 포유류로 이뤄지는 진화 과정에서 입은 더욱 향상된 기능을 지니게 됐다. 양서류에서 파충류까지는 먹이 전체나 먹이를 크게 잘라 삼키는 방식으로 먹는다. 반면 수궁류(현 포유류의 조상)에 이르면 크고 작은 어금니가 왕관 모양의 뾰족한 표면을 가지고 있어 이를 이용해 먹이를 잘게 부수거나 자를 수 있었다.

포유류로 진화하면서 먹는 동안 입 안에 들어 있는 음식물이 호흡을 방해하는 현상을 극복하기 위해 혁신적인 변화도 나타났다. 대부분의 양서류과 육지 파충류는 비도개구(콧구멍에서 안쪽까지 이르는 부분)가 입의 앞쪽에 있어 입안에 먹이가 가득 차 있는 동안에는 호흡을 일시적으로 중단한다. 이와 달리 포유류는 산소 공급이 중단되면 금방 질식한다. 그래서 호흡이 멈추지 않도록 입 부위를 넘어 공기가 오고 갈 수 있도록 진화했다.

포유류로 진화하기 전에 나타난 또 하나의 커다란 변이가 바로 이빨의 교체 현상이다. 일반적으로 이빨의 추가와 교체는 성장기 동안 두개골과 이의 크기가 어떻게 변하는지와 관계가 있다. 섭취하는 먹이의 크기가 늘어나는 것에 보조를 맞추기 위해 커다란 이빨의 수가 늘어나고 더불어 머리와 입까지 커지는 일련의 관계는 성장하는 동물에게 상당히 의미가 크다.

태어난 지 얼마 안 된 파충류는 크기가 작아 턱 가장 자리를 따라 난 이빨의 크기가 작다. 이런 작은 이빨은 교대로 좀 더 큰 이빨로 바뀐다. 각각의 이빨이 완전해지고 턱 가장자리에 더욱 견고하게 고정되면서 인접해 있는 오래된 이빨은 약해지다가 결국 빠진다. 완전히 성숙한 파충류는 두개골이 이빨이 교체되기 시작했을 때의 10배로 커진다. 이렇게 주기적으로 이빨이 교체되는 것은 항상 적당한 크기의 단단한 이빨이 유지될 수 있게 해준다.

포유류는 다르다. 포유류는 신생아가 다른 동물에 비해 상대적으로 크고 머리가 훨씬 더 커지기 전까지는 어미의 젖을 먹고 살 수 있기 때문에 이빨의 필요성이 거의 없다. 젖니가 모두 빠지고 젖을 뗀 유년기 포유류는 성체와 같은 먹이를 먹기 시작하는데, 이때쯤에는 두개골이 완전히 성장했을 때의 80%에 달한다. 따라서 젖니가 모두 영구치로 바뀌기 전까지 두개골은 조금만 성장하면 된다.

만약 파충류처럼 교차적인 방식으로 이빨이 계속 바뀌면 윗니와 아랫니가 정확히 맞물리지 않게 된다. 그래서 포유류는 한 벌 단위, 즉 위아래가 쌍으로 교체되는 방식으로 진화했다. 앞니, 송곳니, 송곳니 뒤쪽의 젖니성 어금니 등이 여기에 해당한다. 젖니성 어금니는 미성숙한 포유류에서는 씹는 기능을 하지만, 나중에 좀 더 안쪽에 성체용 어금니가 나기 시작하면 영구적인 앞어금니로 교체된다. 윗니와 아랫니가 정확히 맞물리는 포유류의 특징은 먹이를 더 잘게, 즉 효율적으로 씹어 먹을 수 있게 해줬다.

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