2014년 7월 23일 수요일

지구 옛 생명체의 기록" 화석 이야기"

바쁘다는 핑계로 매월 1-2테마의 글을 올리다 한참만에 글을 쓰게 되었다.여기서 다루는 화석에 관한 이야기는 전문인을 위한 것이라기 보다는 필자 역시 아마추어 수집가에 지나지 않기 때문에 우리가 일상에서 알아두면 좋을 것이라는 취지에서 일반적인 궁금증을 해소하는 데 촛점을 맞추었다.

화석은 옛 생명체의 역사 기록


인간의 역사는 문자 기록을 기준으로 역사시대와 선사시대로 구분한다.역사기록이 체계적으로 잘 정비되어 있으면  타임머신을 타고 ,시간을 거슬러 올라간 것 처럼 그 시대 상황을 잘 알 수 있다.그러나 기록이 부실하면 잘 알 수가 없어 파편적 기록으로 유추한 수 밖에 없다.선사 시대라 할 지라도 울산의 암각화나 프랑스의 선사시대 동굴 벽화등에서도 많은 정보를 얻을 수 있다.
현세 인간의 역사는 불과 몇 만년에 지나지 않으나 ,자연의 역사는 지질 시대로 46억년의 아득히 먼 상상의 역사다.그러나  옛 생명체의 흔적인 화석이라는 기록물을 통해 ,자연 특히 생명체들의 역사를 알 수 있게 되었다.지구에 최초 생물의 출현은 35억년전 단세포 형태로 이는 과거나 현재의 모든 생명체의 공통 조상[last universal common ancestor]으로 알려져 있다.
luca화석이 발견된 호주 해변가의 스톨로마이트

인간이나 개미 심지어 식물 조차도 아득히 먼 지질시대로 거슬러 올라가면 먼 친척이 되는 셈이다.
luca와 생명체의 분화 진화[박테리아,조류,식물,버섯,곤충,동물등으로.]
Nature international weekly journal of science
윗 도표는 LUCA라는단순한 단세포가 지구가 진화해 가는 과정에서 산소 농도 변화등 환경 변화에 따라[윗 도표 참조]  광합성 뿐만 아니라 산소를 물질대사에 활용하는 다세포 생명체로  진화해 가면서 다양한 생명체로  분화해 가는 과정을 보여 준다.이  생명체의 기원도 지구 탄생 후 지구 진화 과정의 환경 변화에 따른 화학적 진화로 생겨났을 것이란 가설도 있지만 ,호주에서 발견된 머치슨 운석[화성에서 온 운석]에서 유기물이 발견됨에 따라 우주에서 왔을 것이란 가능성도 제기 되고 있다. 운석 이야기에서 언급된 탄소계 석질 운석에서 생명체의 유래를 찾고 있는 이유다. 그래서인지 밤 하늘의 별을 보면 왠지 모르게 고향 같은 향수에 젖는 것도 이와 관련 있지 않을까?이처럼 화석이라는 기록을  통해  옛 지질 시대의 다양한 생명체의 모습을 알게되고 생명체의 진화 과정을 알 수 있게 되었다."쥐라기 공원" 같은 영화를 통해  중생대의 공룡시대를 생생하게 즐길 수 있는 것도 터무니 없는 상상이 아니라 티라노사우러스등 다양한 종의 공룡화석에 바탕을 둘 수 있기 때문이다.


화석[fossil]이란?

화석이란  과거 지질시대에[10,000년전] 생존했던 동물이나 식물등 생명체나 흔적을 뜻한다. 대개는  석화[petrification]된 상태인 데,석화는 생명체의 유해가 서서히 광물질로 침투[permineralization],치환[replacement]되거나,molding 또는 casting되는 경우다.예외적으로 BC만년경 메머드의 사체가 동토지역에 냉동 상태로 보존된 것도 화석[fossil]의 범주에 든다.
시베리아 영구 동토대에서 발굴된 4만년전의 어린 메머드화석
우리 나라에 특별 전시된 적이 있다
또한 공룡의 발자국이나 새 발자국,때로는 빗방울이 떨어진 흔적이나 건열 흔적들도 화석의 범주에 속한다.석탄이나 석유를 화석 연료라 하는 이유도 고생대 석탄기의 식물로 만들어진 것이기 때문이다.

화석이 되기 위한 조건

조개류나 나무,식물류의 화석은 풍부하게 발견되는 데 포유류등 동물의 화석은 드물게 발견될까?외골격[exoskeleton]으로 이루어진 삼엽충,갑각류인 새우,가재나 암모나이트등 패각류가 상대적으로 많은 화석이 발견되고 포유류나 파충류의 화석이 드물게 발견되는 데 이는 화석으로 보존되기 위한 몇가지 조건이 있기 때문이다.
공룡발자국 화석이 만들어지는 과정.1.늪지나 강가등 무른 땅위에 발자국이 새겨지고 2.그 상태로 진흙이 굳어지고 3.그 위로 퇴적이 되고 4.지층 압력으로 바위층이 형성된 후 5.풍화에 의해 바위층이 없어져 노출
첫째,생명체의 시체가 부패되거나 훼손되기 전에 모래나 뻘,화산재등으로 덮혀야 그 이후 타 광물질로 치환되거나 또는 casting,molding에 의해 그 원형이 보존될 수 있다.
1.삼엽충등 생명체가 바닥에 가라앉고 2.그 위로 뻘로 퇴적이 되어 감싸게 되어 몰드가 되고 3.생명체의 사체가 분해되어 없어지면 둘러싼 암석으로 cast
둘째,일반적인 유기물은 쉽게 부패되거나 분해되지만 방해석등으로 이루어진 외골격이나,표피가 키틴질이나 셀루로이드로 이루어진 것은 쉽게 분해되지 않기 때문에 화석으로 보존되기가 용이하다.물론 개체수가 얼마나 풍부하느냐도 중요 요소다.그래서 암모나이트등 조개류의 화석은 아주 풍부하게 발견되고 삼엽충의 화석도 많이 발견되는 것이다.또한 셀루로이드로 구성된 나무나 식물화석도 풍부하게 발견되는 반면에 포유류나 파충류의 화석은 대개가 겉 모양이 아닌 골격화석으로 발견되는 이유다.
신생대 올레오돈-현 돼지 낙타 염소류의 조상- 화석[미국 사우스다코다 배드랜드].필자소장
간혹 드물게는 피부까지도 화석으로 잘 보존된 것이 있는 데 이는 물밑이나 화산재,건조지역의 모래등이 유기물인 시체가 부패하기전 잘 덮혔기 때문이다.물고기 화석의 경우 비늘, 때로는 눈 까지도  잘 보존된 아름다운 화석들이 발견되는것도 환경적으로 유리하기 때문이다.
중생대 물고기 화석[산지 모로코]비늘은 물론 눈까지 보존.필자소장
따라서 대부분의 화석은 퇴적암층[shale]에서 만들어지고 발견되고 있다.

어떤 과정을 거쳐 화석이 되나?

위에서 간단히 언급한 것 처럼, 동,식물의 사체,흔적이 부패 또는 훼손 되기전에 뻘,화산재,먼지,모래등으로 덮혀지고 이후 퇴적 압력에 의해 시간이 경과하면서 

Permineralization[침투] 사체 부분의 다공성 부분 또는 공간에 광물질이 풍부한 지하수나 열수에 의해 광물질이 침투[permineralization]하여 석화되는 경우
촉수가 완벽히 보존된 삼엽충화석[러시아 페테스부르그]필자소장

Replacement[치환] 사체 부분이 서서히  분해,용해된 부분을 타 광물질로 치환[replacement]되는 경우 .이 경우에 원상이 잘 보존된 화석이 된다.
황화철로 치환된 암모나이트 화석[독일]필자소장
Casting,Molding  퇴적물로 둘러 쌓인 사체가 분해,용해되어 버려 내부 공간은 텅비었지만 원래 사체를 둘러싼 퇴적물에 그 모습을 남기게 되는 molding,이 텅빈 공간에 다른 광물질로 채워져 원래의 사체 형태를 재현하게 되는 casting
투리텔라의 캐스팅된 화석.필자소장
 Carbonization  식물의 입사귀나 해파리 같은 연부 조직의 사체가 묻힌 후 ,윗지층의 압력으로 휘발성 성분은 빠져 나가고 남아 있는 탄소 성분의 얇은 막 형태로 보존되는 탄화[carbonization],
플라타너스 잎 화석.필자 소장
Freezing  시베리아 등의 영구 동토대에서 발견된 매머드처럼 동결[freezing].이 경우 피부내장등 연부 조직까지 잘 보존될 수 있다.

Mummification  아주 건조한 지역 환경의 경우[사막이나 건조한 고산지역] 미이라 형태[mummification]로 보존된 화석도 드물게 나온다.

Amber  영화 쥬라기 공원에 나온 것 처럼 나무 수액 화석인 호박속에 갇힌 작은 도마뱀, 곤충,식물 화석도 있다.
주라기공원에서는 호박속의 모기화석의 공룡피에서 DNA추출하여 공룡을 복제한 것으로 스토리를 전개
이 처럼 환경 여건에 따라 다양한 과정으로 직접,간접,인상 화석이 생성되었다.

화석은 어떤 의미를 갖고 있나?

과거 생명체의 기록이기 때문에 어떤 시기에 어떤 생명체가 존재했는지와 진화과정을 알려주는 생물학적 의미와 그 화석이 발견된 지층에 따라 지질 연대를 알 수 있는 지질학적 의미가 있다.일반적으로 화석은 퇴적지층[sedimentary]에서 발견되니까 하부 지층은 상부 지층보다 상대적으로 오래 된 것이라는 기본 개념에서 화석이 발견된 지층에에 따라 상대적 연령을 알 수 있다.다른 지역일지라도 동일한 종의 화석이 발견되면 그  지층의 지질 연대를 알 수 있게한다.이 처럼 상대 연령을 측정하는 데 이미 잘 연구되고 알려진 어떤 고생물 화석은 다른 화석이나 지층의 연령을 결정하는 데 중요한 비교 기준이 될 수 있다.이런 종류의 화석을 표준 화석[index fossil]이라고 한다. 이 표준 화석은 출현에서 멸종까지의 기간이 상대적으로 짧고 많은 개채수가 발견되어야 하고 전 세계에 걸쳐 넓게 분포하는 것이라야 한다.고생대의 삼엽충,중생대의 암모나이트 등이 대표적이다.


아름다운 화석 표본들

화석은 생물학적 ,지질학적 학술적인 가치외에도 종종 그 자체가 아름다운 예술품 같은 수집 가치가 있는 것도 있다.선사 시대 인간의 주거지에서 삼엽충 화석이 발견되어 아마도 화석은 인간 최초의 수집품이기도 하다.필자도 광물 수집에 촛점을 맞추고 있지만, 때로는  화석의 특이한 아름다움에 반해 수집하기도 했다.화석은 워낙 다양하고 광범위하여 간략히라도 한 번에 이야기를 전개하기에는 무리가 있어 대표적 표준 화석인 삼엽충이나,암모나이트는 별개 테마로 다음에 소개하기로 하고 ,필자가 수집한 대표적 아름다운 화석 표본들을 소개하고져 한다.
삼엽충 2마리 화석.우연으로 다른 종류가 겹쳐진 표본[러시아].

crinoid[해백합] 대형 화석[3mx2.5m].필자소장
백합 꽃 이 만개한 형상이나 고생대,중생대 번성한 극피동물의 일종


암모나이트가 아라곤나이트로  치환되어 오팔 같은 색을 보임.[카나다 앨버트주]
위 표본은 원형이 그대로 이고 밑의 표본은 지층 압에 의해 눌려짐[직경 60cm]
귀주룡 화석.크기가 다른 2마리
성게화석.신생대[프랑스 보르도]

성게화석 .중생대[모로코]
공룡.기간토사우러스 알 화석[아르젠티나 파타고니아]
벨렘노이드화석.오팔로 치환[호주 쿠퍼페디]
게화석.신생대[이태리]
식물화석[미국 와이오밍
물고기화석.중생대.마치 살아 유영하는 모습
새우화석.레바논
다음에 화석 유명산지와 어떻게 화석을 찾을 수 있는 가에 대해 이야기를 전개하고 또 테마별로 한번 더 소개할 기회를 갖기로 하고 이번 테마는 여기서 종료한다.

댓글 3개 :

  1. 수업시간에 글로만 배웠지 저렇게 잼스톤으로 치환된 화석 사진은 처음보는것 같아요 너무 예쁘네요

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  2. 방문해 주셔서 감사합니다 .오팔 뿐 아니라 종종 에메랄드 로 치환되는 것도
    있습니다. 자연은 때론 우리 상상 너머 작품을 만들기도 합니다

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  3. 안녕하세요.

    화석 수집하고 판매하는 청년입니다. 소장하고 계신 화석들이 정말 엄청나네요. 언제 한번 직접 전시실에 방문해보고 싶습니다.

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