오파비니아는 왜 눈이 5개였을까? 캄브리아기 기묘한 생물

약 5억 년 전 캄브리아기 바다에는 지금의 동물과는 상당히 다른 모습의 생물들이 살고 있었습니다.

그중에서도 오파비니아(Opabinia regalis)는 가장 기묘한 생물 가운데 하나로 꼽힙니다.

몸길이는 손바닥보다 작았지만 머리에는 무려 5개의 눈이 있었고, 앞쪽에는 코처럼 길게 뻗은 구조가 달려 있었습니다.

몸 양옆에는 물속에서 움직이는 데 사용했을 것으로 보이는 여러 개의 지느러미 같은 구조가 있었고, 뒤쪽에는 부채처럼 생긴 꼬리까지 달려 있었습니다.

처음 복원 모습이 공개됐을 때 과학자들조차 웃음을 터뜨렸다는 일화가 있을 정도입니다. 스미스소니언은 1970년대 과학회의에서 오파비니아의 복원도가 처음 공개됐을 때 너무 기묘한 모습 때문에 농담처럼 받아들여졌다고 소개합니다.

하지만 이후 화석 연구를 통해 이 독특한 모습이 실제 생물의 특징이라는 사실이 확인됐습니다.

그렇다면 오파비니아는 왜 눈이 다섯 개나 필요했을까요?

오파비니아는 어떤 생물이었을까?

오파비니아는 약 5억 500만 년 전 중기 캄브리아기에 살았던 해양동물입니다.

대표적인 화석은 캐나다 브리티시컬럼비아의 버지스 셰일에서 발견됐습니다.

Royal Ontario Museum에 따르면 오파비니아의 몸길이는 긴 주둥이를 제외하면 약 4.3~7cm 정도였습니다.

우리가 흔히 보는 복원 그림에서는 상당히 커 보이지만 실제로는 작은 생물이었습니다.

몸통은 약 15개의 마디로 나뉘어 있었고 각각의 마디 양옆에는 넓은 엽 모양 구조가 달려 있었습니다.

이 구조를 움직여 물속을 헤엄쳤을 가능성이 있습니다.

몸 뒤쪽에는 세 쌍 정도의 넓은 날개 모양 구조가 모여 꼬리 부채를 이루고 있었습니다.

정말 눈이 5개였을까?

그렇습니다.

오파비니아의 가장 독특한 특징은 다섯 개의 눈입니다.

Royal Ontario Museum의 화석 분석에 따르면 머리 위쪽에는 짧은 자루에 달린 네 개의 둥근 눈이 모여 있었고, 그 가운데 뒤쪽 또는 중앙 부근에 비교적 큰 다섯 번째 눈이 존재했습니다.

즉 단순히 복원가가 상상으로 눈을 다섯 개 그린 것이 아닙니다.

실제 화석에서 눈의 흔적이 확인됐습니다.

최근 연구에서는 이 다섯 개의 눈을 세 개의 중앙 눈과 두 개의 측면 눈으로 구분할 수 있다는 해석도 제시됐습니다. 2023년 Scientific Reports 연구는 오파비니아의 눈을 세 개의 중앙 눈과 두 개의 측면 눈으로 볼 수 있으며, 측면 눈은 초기 절지동물의 겹눈 계통과 관련이 있을 가능성을 논의했습니다.

눈이 5개면 무엇이 좋았을까?

정확한 기능은 화석만으로 확정하기 어렵습니다.

하지만 여러 방향을 동시에 살펴보는 데 유리했을 가능성이 있습니다.

스미스소니언은 오파비니아의 다섯 눈이 포식자가 여러 방향에서 접근하는 것을 확인하는 데 도움이 됐을 것으로 설명합니다.

캄브리아기는 적극적인 포식자가 본격적으로 등장하기 시작한 시기였습니다.

아노말로카리스와 같은 대형 포식자가 물속을 헤엄쳤고, 작은 생물 입장에서는 주변을 빠르게 감지하는 능력이 생존에 매우 중요했을 가능성이 있습니다.

따라서 오파비니아의 다섯 개 눈은 단순히 기묘한 장식이 아니라 위험을 더 빨리 발견하기 위한 감각기관이었을 수 있습니다.

다섯 번째 눈은 어디에 있었을까?

네 개의 눈은 머리 양쪽에 두 쌍으로 배치됐습니다.

그 가운데 다섯 번째 눈이 머리 위쪽 중앙에 있었습니다.

Royal Ontario Museum은 머리에 네 개의 둥근 눈이 짧은 눈자루 위에 존재하고, 그보다 큰 하나의 눈이 머리 등쪽 중앙에 위치했다고 설명합니다.

이 독특한 배치는 시야를 넓히는 데 도움이 됐을 가능성이 있습니다.

현대 동물에서도 여러 개의 눈을 가진 동물은 드물지 않습니다.

거미는 여러 개의 눈을 이용하고, 일부 절지동물 역시 중앙 눈과 측면 눈을 따로 가지고 있습니다.

오파비니아의 눈 역시 초기 절지동물 진화 과정에서 나타난 다양한 시각기관 실험 가운데 하나였을 가능성이 있습니다.

코처럼 생긴 구조는 진짜 코였을까?

오파비니아의 앞부분에는 긴 코처럼 보이는 구조가 달려 있습니다.

하지만 냄새를 맡는 코는 아니었습니다.

이를 보통 주둥이 또는 proboscis라고 부릅니다.

Royal Ontario Museum에 따르면 이 주둥이는 머리 길이의 약 네 배에 달했고 매우 유연한 구조였습니다.

주둥이 끝에는 집게처럼 서로 마주 보는 두 개의 구조가 달려 있었으며 각각에 여러 개의 가시가 있었습니다.

그래서 작은 먹이를 붙잡는 데 사용됐을 가능성이 높습니다.

긴 주둥이는 어떻게 먹이를 잡았을까?

스미스소니언은 오파비니아가 해저 가까이에서 생활하면서 긴 주둥이를 이용해 퇴적물이나 굴 속의 작은 먹이를 찾았을 가능성을 소개합니다.

예를 들어 모래나 진흙 속에 숨어 있던 작은 벌레를 주둥이 끝의 집게로 붙잡았을 수 있습니다.

흥미로운 점은 오파비니아의 입 위치입니다.

입은 머리 앞쪽에 바로 달려 있는 것이 아니라 머리 아래쪽에 위치했고 뒤쪽을 향하고 있었습니다.

따라서 먹이를 주둥이 끝으로 잡은 뒤 몸 아래쪽의 입까지 가져가는 독특한 방식으로 먹었을 것으로 추정됩니다.

코로 먹이를 집어 입으로 가져갔을까?

가능성이 높습니다.

주둥이는 매우 유연했고 끝부분에는 작은 집게가 있었습니다.

먹이를 집은 뒤 주둥이를 뒤로 구부려 아래쪽 입으로 전달했을 가능성이 있습니다.

현대의 코끼리가 코를 이용해 먹이를 입으로 가져가는 모습과 어느 정도 비슷하게 상상할 수 있습니다.

물론 오파비니아의 주둥이와 코끼리 코는 진화적으로 전혀 관련 없는 구조입니다.

기능을 이해하기 위한 비유에 가깝습니다.

오파비니아는 무엇을 먹었을까?

정확한 먹이 종류는 확인하기 어렵습니다.

하지만 작은 연체동물이나 벌레, 다른 작은 해저 생물을 먹었을 가능성이 큽니다.

스미스소니언은 오파비니아가 해저의 부드러운 퇴적물에서 생활하며 주둥이를 이용해 벌레 같은 먹이를 찾아냈을 가능성을 설명합니다.

주둥이 끝에 강력한 이빨이나 단단한 껍데기를 부수는 구조가 없었기 때문에 아노말로카리스처럼 큰 먹이를 사냥하는 최상위 포식자는 아니었던 것으로 보입니다.

오히려 작은 먹이를 찾아 잡아먹는 중소형 포식자 또는 잡식성 동물에 가까웠을 가능성이 있습니다.

몸 옆의 날개 같은 것은 무엇일까?

오파비니아의 몸 양옆에는 여러 개의 넓은 엽이 달려 있었습니다.

Royal Ontario Museum은 몸통이 약 15개의 마디로 나뉘고 각 마디에 한 쌍의 측면 엽이 존재했다고 설명합니다.

이 구조를 위아래로 움직여 헤엄쳤을 것으로 추정됩니다.

오늘날 물고기의 지느러미와 같은 구조는 아니지만 물을 밀어내 몸을 움직이는 역할을 했을 가능성이 있습니다.

이런 구조는 아노말로카리스 같은 방사치류에서도 비슷하게 볼 수 있습니다.

이 때문에 오파비니아와 아노말로카리스가 초기 절지동물 진화 과정에서 가까운 위치에 있을 수 있다는 연구가 진행돼 왔습니다.

아가미는 어디에 있었을까?

몸의 양옆 엽과 함께 아가미로 해석되는 구조도 발견됩니다.

Royal Ontario Museum은 각 몸마디의 측면 엽 주변에 가느다란 잎 모양 구조가 배열돼 있었으며 이를 아가미로 해석하고 있습니다.

다만 정확히 아가미가 엽의 위쪽에 있었는지, 아래쪽에 있었는지에 대해서는 논쟁이 남아 있습니다.

부드러운 조직이 눌려 화석이 되는 과정에서 원래 위치가 변형될 수 있기 때문입니다.

이런 점은 고생물 복원이 항상 완벽한 정답이 아니라는 것을 보여줍니다.

꼬리는 왜 부채처럼 생겼을까?

오파비니아의 몸 뒤에는 넓은 엽 세 쌍이 부채 모양으로 배열돼 있었습니다.

이 구조는 헤엄칠 때 방향을 조절하거나 몸의 균형을 잡는 데 도움을 줬을 가능성이 있습니다.

몸 양옆의 엽을 이용해 앞으로 이동하고 뒤쪽 꼬리 부채로 방향을 조절했다면 꽤 안정적으로 물속을 움직일 수 있었을 것입니다.

다만 오파비니아가 바다 한가운데를 빠르게 헤엄치는 동물이었는지, 주로 해저 근처에서 천천히 움직였는지는 정확히 알 수 없습니다.

스미스소니언은 오파비니아가 주로 해저 퇴적물 가까이에서 생활했지만 필요할 경우 측면 엽을 이용해 헤엄쳤을 것으로 설명합니다.

아노말로카리스와 같은 종류였을까?

같은 종류는 아닙니다.

하지만 진화적으로 어느 정도 가까운 관계가 있었을 가능성은 있습니다.

오파비니아는 처음 발견됐을 당시 갑각류와 비슷한 동물로 생각되기도 했습니다.

그러나 1970년대 Harry Whittington의 재연구 이후 기존 절지동물과는 상당히 다른 동물이라는 사실이 밝혀졌습니다. Royal Ontario Museum은 이 연구가 버지스 셰일 생물에 대한 해석을 크게 바꾼 계기였다고 설명합니다.

최근 계통 분석에서는 오파비니아가 방사치류와 진정한 절지동물이 갈라지기 전 단계에 위치하는 줄기 절지동물일 가능성이 자주 논의됩니다.

쉽게 말하면 현대 곤충이나 갑각류가 만들어지기 이전 절지동물 계통의 매우 초기 친척 가운데 하나로 볼 수 있습니다.

왜 오파비니아의 분류가 어려웠을까?

몸 구조가 현대 동물과 너무 달랐기 때문입니다.

우리가 익숙한 절지동물은 다리가 마디로 나뉘어 있고 단단한 외골격을 가지고 있습니다.

하지만 오파비니아에는 일반적인 절지동물에서 기대되는 뚜렷한 관절다리가 보이지 않습니다.

실제로 Royal Ontario Museum 자료에는 Whittington이 오파비니아 화석을 조사하면서 몸 아래에서 관절다리를 찾으려 했지만 발견하지 못했다는 연구 일화가 소개됩니다.

이 때문에 처음에는 기존 동물군 어디에 넣어야 할지 판단하기가 매우 어려웠습니다.

처음 복원했을 때 사람들이 웃었다는 이야기는 사실일까?

유명한 일화입니다.

1970년대 오파비니아의 새로운 복원 모습이 과학회의에서 공개됐을 때 다섯 개의 눈과 긴 주둥이를 가진 모습이 너무 이상해 일부 참석자가 웃었다고 전해집니다.

스미스소니언도 당시 복원도가 처음 공개됐을 때 장난처럼 보일 정도로 기묘한 모습이었다고 설명합니다.

하지만 이후 연구에서 다섯 개 눈과 긴 주둥이, 몸 옆의 엽 등이 실제 화석 구조라는 사실이 확인됐습니다.

현재 오파비니아는 캄브리아기를 상징하는 대표적인 고생물 가운데 하나가 됐습니다.

오파비니아는 얼마나 희귀한 화석일까?

삼엽충처럼 매우 흔한 화석은 아닙니다.

오파비니아는 부드러운 몸을 가지고 있었기 때문에 일반적인 환경에서는 몸이 빠르게 분해됐을 것입니다.

버지스 셰일처럼 연한 조직까지 특별하게 보존되는 화석 산지가 있었기 때문에 세부적인 몸 구조를 확인할 수 있었습니다.

Royal Ontario Museum의 버지스 셰일 자료에는 완전한 형태의 오파비니아 표본이 여러 점 소개돼 있으며 일부 표본에서는 주둥이와 눈, 측면 엽까지 확인할 수 있습니다.

이런 보존 환경이 없었다면 우리는 오파비니아가 어떻게 생겼는지 거의 알지 못했을 수도 있습니다.

오파비니아와 비슷한 생물도 있었을까?

오랫동안 오파비니아는 매우 독특하고 고립된 생물처럼 여겨졌습니다.

하지만 최근 연구에서는 가까운 친척일 가능성이 있는 다른 화석들이 제시되고 있습니다.

Royal Ontario Museum은 Utaurora comosa와 Myoscolex ateles 같은 생물이 오파비니아와 가까운 관계일 가능성이 연구되고 있다고 설명합니다.

또한 중국 청장 생물군에서 발견된 Kylinxia zhangi는 오파비니아와 마찬가지로 다섯 개의 눈을 가진 것으로 알려져 있습니다.

이 생물은 동시에 좀 더 발전한 절지동물의 특징도 가지고 있어 오파비니아 계통과 진정한 절지동물 사이의 진화를 이해하는 데 중요한 자료가 되고 있습니다.

눈이 5개였다는 것이 왜 중요할까?

단순히 신기한 특징이기 때문만은 아닙니다.

초기 절지동물의 시각기관이 어떻게 진화했는지 이해하는 데 중요한 단서가 될 수 있기 때문입니다.

2023년 Scientific Reports 연구에서는 오파비니아의 다섯 눈 가운데 일부를 중앙 눈, 나머지를 측면 눈으로 해석할 수 있다는 가설을 제시했습니다.

현대 절지동물에서도 서로 다른 역할을 하는 눈 구조가 존재합니다.

따라서 오파비니아의 다섯 눈은 현대 절지동물 시각기관이 만들어지는 과정에서 나타난 초기 형태일 수도 있습니다.

캄브리아기에는 왜 이런 기묘한 동물이 많았을까?

캄브리아기에는 동물의 몸 구조가 빠르게 다양해지고 있었습니다.

오늘날 존재하는 동물 형태만 보고 과거를 생각하면 당시 생물들이 매우 이상하게 느껴집니다.

하지만 당시에는 여러 가지 몸 구조가 동시에 진화하고 있었습니다.

아노말로카리스처럼 머리 앞에 거대한 부속지를 가진 생물도 있었고, 할루키게니아처럼 등에 긴 가시가 달린 생물도 있었습니다.

오파비니아의 다섯 눈과 긴 주둥이 역시 이런 진화적 다양성의 한 사례입니다.

결국 일부 계통은 멸종했고 일부 계통이 살아남아 현대 동물로 이어졌습니다.

오파비니아는 실패한 진화였을까?

멸종했다는 이유만으로 실패했다고 보기는 어렵습니다.

모든 생물 종은 영원히 존재하지 않습니다.

오파비니아 역시 당시 환경에 맞는 독특한 몸 구조를 가지고 일정 기간 살아갔습니다.

다섯 개의 눈은 주변을 감시하는 데 도움이 됐을 수 있고, 긴 주둥이는 해저의 작은 먹이를 잡는 데 유용했을 가능성이 있습니다.

몸 양옆의 엽은 헤엄치는 데 사용됐습니다.

즉 당시 캄브리아기 해양 환경에서는 충분히 기능적인 몸 구조였던 것입니다.

오파비니아가 중요한 이유

오파비니아는 초기 동물 진화가 우리가 생각하는 것보다 훨씬 다양했다는 사실을 보여줍니다.

또한 절지동물의 눈과 머리 부속지, 몸마디와 수영 구조가 어떻게 발전했는지를 연구하는 데 중요한 생물입니다.

처음에는 기존 동물 분류에 전혀 맞지 않는 이상한 생물로 보였지만, 현재는 절지동물의 초기 진화 과정을 이해하는 데 중요한 위치를 차지하고 있습니다.

특히 다섯 개 눈을 가진 다른 초기 절지동물 화석이 발견되면서 오파비니아의 기묘한 구조가 단순한 진화적 우연만은 아닐 가능성도 커지고 있습니다.

정리

오파비니아는 약 5억 500만 년 전 캄브리아기 바다에 살았던 작은 해양동물입니다.

몸길이는 긴 주둥이를 제외하면 약 4.3~7cm 정도였지만 머리에는 무려 다섯 개의 눈이 있었습니다.

네 개의 눈은 짧은 눈자루에 달려 있었고, 비교적 큰 다섯 번째 눈은 머리 중앙 위쪽에 위치했습니다.

이 눈들은 주변 여러 방향을 감시하면서 포식자를 빠르게 발견하는 데 도움이 됐을 가능성이 있습니다.

앞쪽의 긴 주둥이는 냄새를 맡는 코가 아니라 먹이를 붙잡는 기관이었습니다.

끝부분의 작은 집게를 이용해 해저 퇴적물 속의 벌레나 작은 생물을 잡은 뒤 아래쪽 입으로 전달했을 것으로 추정됩니다.

몸 양옆의 넓은 엽은 헤엄치는 데 사용됐으며 뒤쪽의 꼬리 부채는 방향 조절에 도움을 줬을 가능성이 있습니다.

오파비니아는 이상하게 생긴 고생물 그 이상입니다.

다섯 개의 눈과 독특한 머리 구조는 초기 절지동물의 시각기관과 몸 구조가 어떻게 진화했는지를 보여주는 중요한 단서입니다.

그리고 5억 년 전 지구의 바다에서 오늘날에는 볼 수 없는 다양한 형태의 동물들이 얼마나 활발하게 진화하고 있었는지를 보여주는 대표적인 생물입니다.