화석이 말해주는 진화
1. 생물의 진화는 화석을 보고 생각하게 되었다.
생물이 땅에 묻혀서 썩지 않고 돌로 변하면 화석이 된다. 그런데 빗물에 씻겨 내려가는 흙은 마지막에 갈아 앉게 되는데 이렇게 쌓인 것이 단단한 돌이 된 것을 퇴적암이라 한다. 일반적으로 화석은 이 퇴적암 속에 있다. 이 퇴적암은 쌓인 순서에 따라 나이가 다르며 이 순서에 따라 이름이 붙여져 있다. 퇴적암층은 12개 지층으로 나누어져 있으며 각 지층에서 나오는 화석은 그 지층이 쌓일 때 지구상에서 살았던 생물의 화석이다. 이 퇴적지층에서 나오는 화석은 단순한 생물이 맨 아래 층 즉 가장 오래 된 층에서 발견되고 복잡하고 고등한 생물일수록 윗 층 즉 근래에 쌓인 지층에서 나온다. 이러한 화석과 지층의 순서를 보고 생물은 진화하였다고 보게 된 것이다.
2. 중간고리화석
한 가지 생물에서 새로운 생물이 우연히 그리고 저절로 생겨나서 단순한 생물에서 복잡한 생물로 진화하고 이 진화한 생물이 화석으로 남았다. 그런데 도마뱀과 같은 파충류가 진화하여 참새가 되었다고 가정한다면 도마뱀이 어느 날 갑자기 참새가 된 것이 아니고 도마뱀에서 처음에는 깃털이 나고 다음에는 다리가 날개로 변하고 그 다음에는 입이 부리로 변하고 또 그 다음에는 소화기가 새의 소화기로 변하여 가는 것이다. 깃털이나 날개, 부리, 소화기 등을 누가 만들어 넣어주는 것이 아니고 우연히 저절로 생겨나는 것이기 때문에 장구한 세월이 걸려 하나 씩 하나씩 생겨나는 것이다. 그래서 도마뱀과 참새 사이에는 중간단계의 생물들이 살았을 것이며 이러한 중간단계의 생물도 그 화석이 남아있게 될 것이다. 이 중간단계의 화석을 중간고리화석이라 한다.
다윈은 이 중간고리화석이 많이 발견될 것이라고 예언한 바 있다. 다윈 이후 많은 사람은 이 중간고리화석을 발견하기 위하여 1억 개 이상의 화석을 발굴하였다. 그런데 이상하게도 이 중간고리화석은 발견되지 않았다. 처음에는 이러한 화석이 발견되지 아니하는 것은 화석을 충분히 발굴하지 못하였기 때문이라고 생각하였다. 그러나 이제는 중간고리화석이 없다는 것으로 결론을 내리고 말았다. 한 때 중간고리화석으로 각광을 받았던 시조새의 화석도 중간고리화석이 아니라는 것이 밝혀졌다. 이 시조새는 날개 끝에 발톱이 있어 진짜 새가 되기 직전의 새 조상이라고 생각되었다. 그러나 이 시조새의 화석과 같은 새가 남미에 현재 살고 있는 것이 발견되어 이 화석은 중간고리화석의 자리를 잃고 말았다. 이제는 중간고리화석이 없다는 것이 화석학에서 정설로 자리 잡았다.
3. 종의 정지
살아있는 화석(living fossil)에 관한 현상을 보면 중간고리화석이 없다는 것이 더욱 명백하여진다. 살아있는 화석이란 현재 살고 있는 생물의 옛날 조상이 남긴 화석을 말하는 것이다. 화석연대로 5천만 년 전의 박쥐의 화석은 살아있는 화석의 좋은 예가 된다. 이렇게 살아있는 화석의 하나인 박쥐화석은 현재 살고 있는 박쥐와 꼭 같다는 것이 알려지게 되었다. 즉 5천만 년이라는 장구한 세월동안 박쥐는 아무런 변화가 없었다는 것이다. 이러한 현상은 박쥐에서 뿐만 아니라 모든 생물에서 같다는 것이 확인되었다. 그리하여 드디어 1980년 시카고 학술회의에서는 [종의 정지](stasis of species)를 공식 인정하기에 이르게 되었다. [종의 정지]란 한 가지 종류의 생물이 생기면 이 생물에는 아무리 오랜 시간이 지나더라도 전혀 변화가 일어나지 아니한다는 이론이다. 이것은 수많은 화석을 연구한 결과 도달하게 된 결론이다.
어떤 생물이 생기면 이 생물에 조그만 변화가 일어나게 되고 이 작은 변화들은 쌓여서 큰 변화가 되고 처음 생겨날 때의 생물과는 다른 발달된 생물로 변하며 이러한 변화에 의하여 새로운 종류의 생물이 새롭게 생겨나서 점차 복잡하고 고등한 생물로 발전한다는 것이 생물진화의 기본골격이다. 그런데 생물에 변화가 일어나지 아니한다는 [종의 정지]이론은 생물진화이론에 심각한 문제를 일으켰다. 화석 순서에 의하면 파충류에서 새 종류로 발전한 것이 틀림없어 보이는데 어떻게 이런 발전이 일어났을까? 예의 도마뱀의 경우를 보면, [종의 정지] 이론에 따르면 도마뱀은 도무지 변하지 않으며, 중간고리화석이 없다는 현상에 따르면 깃털을 가진 도마뱀, 날개가 있는 도마뱀, 부리가 있는 도마뱀 등은 생겨날 수가 없다. 그렇다면 어떻게 도마뱀에서 참새가 생겨날 수 있을까? 이를 설명하는 새로운 이론이 [단속평형이론](punctuated equilibria theory)이다.
이 이론의 요지는 한 생물의 종은 약간씩 변하지만 결국 제자리로 돌아와서 길게는 변하지 않다가 어느 날 갑자기 도약적인 변화를 일으켜 새로운 다른 종이 생기게 된다는 것이다. 이것은 실제 화석이 나타내는 내용을 정확하게 이론화한 것이어서 많은 지지를 얻고 있다. 이 이론에 따라 도마뱀-참새의 예를 보면 도마뱀이 알을 열개를 품었는데 그 중에 한 개의 알에서 갑자기 참새가 기어 나왔다는 이야기가 된다. 이렇게 하여 참새라는 종류의 새가 생겨났다는 것이다. 이것은 분명히 이해하기 어려운 이야기임에 틀림없다.
그러나 이 이론보다 더 그럴듯한 이론이 아직 나오지 않고 있다. 생물에 조금씩 변화가 일어나 이 변화가 쌓여 새로운 생물 종류가 생겨난다는 종전의 이론은 매우 설득력은 있으나 화석의 내용과 전혀 맞지 않기 때문에 버릴 수밖에 없었으며 과학자들은 1980년 시카고 학술회의 이후 이 이론을 공식적으로 버리고 말았다.
4. 화석의 나이
화석을 연구하지 아니하는 대부분의 사람은 화석의 나이를 재는 기구가 있거나 화석의 나이를 재는 정밀한 방법이 있어 화석을 주기만 하면 척척 나이를 잴 수 있는 것으로 알고 있다. 그러나 실상은 전혀 다르다. 화석의 나이를 직접 재는 방법은 사실상 없다. 화석도 일종의 돌인데 오래된 돌의 나이를 재는 방법은 방사성동위원소측정법을 이용하여 나이를 잴 수 있지만 이 방법은 아무 돌이나 다 잴 수 있는 것이 아니다. 화석은 흙이 쌓여서 만들어진 바위돌이며 이렇게 흙이 쌓여서 만들어진 바위 돌은 방사성동위원소방법으로 나이를 잴 수 없다. 그러면 어떻게 화석의 나이를 잴 수 있을까?
한 마디로 말하면 화석의 나이는 재지 아니한다. 어떤 화석이 발굴되면 그 화석이 발굴된 지층을 알아낸다. 그리고 그 지층의 나이를 알아낸다. 이 나이를 발굴된 화석의 나이로 하는 것이다. 여기서 주의를 요하는 것은 그 지층의 나이는 어떻게 아느냐 하는 것이다. 퇴적지층은 모두 열두 개의 지층으로 나누어져있고 각 지층에는 표준화석(시준화석)이 정해져있다. 화석이 발굴된 지층에서 어떤 표준화석이 나오느냐를 확인하고 이 표준화석에 의하여 이 지층이 열두 지층 중 어느 지층이냐를 정하는 것이다. 이 지층이 정해지면 이 지층의 나이는 미리 정해져있어서 이 나이를 화석의 나이로 하는 것이다. 이 때 만약 표준화석이 동시에 발견되지 않는 경우에는 화석이 발굴된 지층을 알 수 없게 되어 결국 화석의 나이를 알 수 없게 된다.
그렇다면 지층의 나이는 어떻게 정해진 것일까? 열두 개의 지층의 나이는 측정해서 정하여진 것이 아니다. 왜냐하면 화석이 나오는 퇴적지층은 방사성동위원소법으로 나이를 재는 것이 불가능하기 때문이다. 왜 퇴적지층의 나이는 재지 못하는 것일까? 흙이 물과 섞여 흐르다가 바닥에 갈아 앉을 때 만약 방사성물질로 된 바위 돌이 같이 갈아 앉아 퇴적암이 되는 경우에는 방사성물질로 된 바위의 나이는 그 바위 돌이 갈아 앉기 전의 나이와 퇴적암이 된 후의 나이를 더한 나이가 된다. 따라서 방사성물질의 나이를 안다고 하더라도 그것은 퇴적암의 나이가 아닌 것이다. 이 밖에도 퇴적암의 나이를 방사성물질로 잴 수 없는 사정은 몇 가지가 더 있다. 어쨌든 퇴적지층의 나이는 재어서 나온 수치가 아니다. 여러 가지 방법으로 추론하고 진화이론에 잘 맞도록 학자들이 협의하여 정한 것이다.
생물화석의 나이를 과학자들이 발표할 때 대부분 정밀한 측정치로 일반인은 받아들인다. 그러나 이러한 자료는 추론에 의한 것이 많고 추론의 타당성에 대하여 과학자들 사이에서도 논란이 되고 있다. 예를 들면 인류가 원숭이로부터 갈라져 나온 때를 고생물학자들은 처음에 2천만 년 전이라고 주장해오다가 유전학자들이 주장하는 약 5백만 년 전으로 근래에 와서 수정한 바 있다. 유전학자들은 고생물학자들이 주장하는 화석의 나이를 불신하는 경향을 가지고 있다. 또 다른 예로는 공룡의 뼈를 탄소14방법으로 언제 적 뼈인가를 조사한 바가 있는데 이 뼈는 약 9천년에서 3만 년 전의 뼈라는 결과가 나왔다. 고생물학에서는 공룡은 지금부터 약 1억 5천만 년에서 6천 5백만 년 전에 살았던 동물로 알려져 있다. 따라서 화석의 나이에 관하여는 그 정확성에 신중할 필요가 있다.
5. 화석이 나오는 순서
동물이나 식물을 자세히 들여다보면 단순한 것과 복잡한 것, 고도화 된 것과 덜 고도화 된 것이 보이며 그 복잡한 정도에 관하여는 어느 정도 명확한 구분이 가능하다. 따라서 생물이 생겨난 순서에 대하여는 대체로 견해가 일치하고 있다. 그런데 이러한 순서대로 생물의 화석이 나오느냐 하는 것이다. 한 곳에서 열두 가지 지층이 차례대로 쌓여있는 곳은 전 세계 어디에도 없으며 같은 지층이라도 나오는 곳 마다 차이가 나며 한 지층 내에서도 여러 모양이 뒤섞여 있기 때문에 지층의 순서를 정하는 것은 쉬운 일이 아니다. 또한 지층은 오래 되었다고 생각되는 지층과 덜 오래 되었다고 생각되는 지층의 순서가 거꾸로 되는 경우까지 있다. 그런데 화석 발굴의 경험에 의하면 어떤 생물의 화석은 특정한 지층에서만 나오는 경향이 있다.
그래서 이 생물화석을 이 지층을 대표하는 화석(표준화석 또는 시준화석이라 부른다)으로 정하였다. 이 대표생물들은 열두 지층에 모두 정해져있다. 그리고 이 대표생물이 생겨난 순서에 따라 지층의 순서가 정해졌다. 이 순서는 어떤 의미에서 보면 인위적인 것이어서 무의미하다고 비판할 수 있겠으나 신기하게도 이 순서는 대표생물 이외의 다른 생물이 생겨난 순서에도 대체로 맞아떨어지는 경향이 있다. 즉 각 지층에서 나오는 대표생물 이외의 다른 생물의 복잡한 정도가 대표생물과 비슷한 현상을 나타내는 것이다. 이런 현상 때문에 현재의 지층의 순서는 생물진화의 순서를 잘 표현한다고 볼 수 있다.
그러나 현재의 지층의 순서가 측정된 나이순으로 된 것이 아니고 임의로 정해진 것이라는 한계를 가지고 있다. 화석 역시 개개의 화석의 나이를 잰 것이 아니고 이렇게 미리 정해진 지층의 나이에 의하여 화석의 나이를 아는 수밖에 없으며 지층의 나이 역시 그 지층에서 나오는 화석에 의하여 판별되며 이것 역시 측정해서 알아낸 것이 아니고 미리 정해진 나이에 의하여 알 수밖에 없는 한계를 가지고 있다. 따라서 화석은 비슷한 정도로 복잡한 생물이 같은 지층에서 발견된다는 것을 보여주는 면이 있기는 하지만 화석과 지층은 생물이 생긴 순서를 보여주는 것이 아니다. 지층의 나이는 잴 수 없는 것이기 때문에 지층의 순서는 재어서 알게 된 나이순서가 아니다. 이 순서는 인위적으로 정한 것이다. 진화의 순서에 잘 맞도록 정해진 것이다. 따라서 이 순서대로 화석이 나오는 것이 진화를 증거 한다고 보는 것은 적절하지 않다. 왜냐하면 지층의 순서는 진화의 순서대로 미리 정해져있기 때문이다.
6. 결론
화석은 생물진화에 관한 중요한 내용을 나타내 보이고 있다. 그 첫째는 생물의 종은 한 번 생기면 불변한다는 것이다. 둘째로 종과 종사이의 중간고리화석은 없다는 것이다. 셋째는 화석과 지층의 나이는 잰 것이 아니고 추론하여 정해진 것이다. 넷째 화석과 지층의 순서는 인위적으로 정해진 것이므로 이 순서에 맞게 화석이 발견된다고 하여 그것이 진화를 증거 하는 것은 아니다.
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