2차 산소혁명과 다세포 생물의 진화

1. 1차 산소혁명의 시작

 

약 20억 년 전 1차 산소혁명으로 지구 표층에 3000여 종의 산화 광물이 출현했습니다.

생명 진화의 첫 번째 추진력인 1차 산소혁명을 통해 원핵세포에서 진핵세포가

진화했습니다. 두 번째 생명 진화의 추진력은 약 7억 년 전에 시작한 신 원생대의

2차 산소혁명으로, 이때 다세포 생물이 출현했습니다.

다세포 생물은 여러 개의 세포로 이루어진 생물체를 가리킵니다. 다수의 세포가

협력하여 조직과 기관을 형성하고, 특정한 기능을 수행하는 복잡한 생명체를 포함합니다.

다세포 생물은 지구상에서 가장 다양하고 복잡한 종류의 생물 중 하나입니다.

다세포 생물은 세포 간의 협력과 조정이 필요하기 때문에 단세포 생물에 비해 더 높은 조직 구조와

전문화된 기능을 갖추고 있습니다.

세포는 서로 분업 되어 특정 임무를 수행하며, 이를 통해 다양한 조직이 형성됩니다.

예를 들면 식물에서는 줄기, 잎, 뿌리와 같은 조직들이 서로 협력하여 광합성, 영양 흡수 및 구조적으로 지지 등을 담당합니다.

다세포 생물은 진화 과정에서 단세포 종류보다 큰 이점을 얻었습니다.

세포 분화와 전문화가 가능해지면서 다양한 환경에 적응하고 경쟁에서 우위를 점할 수 있게 되었습니다.

다섯 개의 왕국으로 분류되는 동식물, 식생, 질병군 등 많은 종류의

다세포 생물이 존재합니다.

 

2. 눈덩이 지구 

 

신 원생대의 2차 산소혁명은 지구 전체가 동결한 눈덩이 지구 현상의 결과입니다.

눈덩이 지구의 빙하가 녹으면서 남조세균이 급속도로 크게 번성했습니다.

이 결과 약 6억 년 전에 대기 중 산소 농도가 20퍼센트로 증가했습니다. 눈덩이 지구 이론은

1990년대에 출현한 새로운 지구과학 이론입니다.

지질 현상은 시대 구분을 명확히 해야 체계적으로 이해됩니다. 원생대는 25억 년 전에서 5억 4000만 년 전까지

19억 6000만 년의 긴 지질시대이며, 고 원생대, 중 원생대, 신 원생대로 나뉜다.

고 원생대는 25억 년 전에서 19억 년 전까지의 약 6억년간을 말하며, 중 원생대는

19억 년 전에서 10억 년 전까지 9억 년의 기나긴 지질시대를 말합니다.

 

중 원생대는 중간바다(intermediate ocean) 시대라고도 하는데, 이때 지구의 해양 생태계는

표층의 남조세균과 심층의 황산염환원세균으로 양분되었습니다.

신 원생대는 10억 년 전에서 5억 4000만 년 전까지의 4억 6000만 년의 기간으로,

토니 아기(Tonia period), 창 빙기, 에디아카라기(Ediacaran period)도 구분됩니다.

 

신 원생대 토니 아기는 10억 년 전에서 8억 5000만 년 전 사이의 1억 5000만 년 기간이며, 창 빙기기는 

8억 5000만 년 전에서 6억 4000만 년 전까지의 2억 1000만 년 기간입니다.

창 빙기는 전체 중생대 기간 중 가장 깁니다. 창 빙기라는 명칭은 극저온을 의미하는데, 이 기간에

스타 타온(Sturtian) 빙하기와 마리노인(Marino an) 빙하기가 전 지구적으로 출현했습니다.

스터티언 빙하기 때는 약 7억 3000만 년 전에 시작된 눈덩이 지구 사건을 말합니다. 

열대 바다를 포함해서 해양에는 약 1킬로미터 두께의 빙하가, 대륙에는 약 2킬로미터 두께의 빙하가 덮였고,

지구의 평균 기온은 영하 40도였을 것으로 추정됩니다.

열대지역에는 빙하가 없었다는 주장도 일부 있지만 전 지구적 빙하기였음에는

학자들이 대체로 동의합니다.

 

 

3. 이산화탄소와 온실효과

 

 

마리노 안 빙하기는 6억 7000만 년 전에 시작된 대빙하기입니다. 이 두 빙하기보다

좀 더 규모가 작은 빙하기가 5억 8000만 년 전에 시작했습니다.

대규모 빙하에는 빙퇴석, Diamictite빙하가 암반을 부각한 흔적이 있습니다.

빙퇴석은 빙하가 녹으면서 빙하 아래에 박혀 있던 암석 파편들이 한곳에 집적된 돌무더기이며,

Diamictite는 빙하가 형성한 지층 위 빙하에서 분리되어 이동한 큰 암석입니다.

신 원생대의 특징적인 현상은 빙하 퇴적 지층 바로 위에 탄산염층으로 덮인 지층 구조가

나타난다는 것인데, 이를 덮개 탄산염층이라 합니다. 

탄산염은 온난한 바다에 퇴적되는 석회암으로, 바다 생물들의 번성과 관련이 있습니다.

신 원생대 지구 대빙하기에는 지구 표층이 대부분 빙하로 덮이지만 화산 활동은 빙하와

무관하게 계속되어 대기 중으로 이산화탄소를 방출했습니다.

대기 중의 이산화탄소는 대부분 바다에 녹아 들어가지만, 바다가 빙하로 덮이면

대기 중에 이산화탄소가 계속 쌓여 강한 온실효과가 생깁니다.

화산에서 방출된 이산화탄소가 대기 중에 축적되어 온실효과가 나타난 지구 기온은 급격히 상승해 빙하가 녹았습니다.

신 원생대 해양과 대륙을 덮었던 빙하가 사라지고 고온으로 인해 해양 식물성 플랑크톤과

남조세균의 광합성이 활발해져 산소 분자와 유기물 생성이 급격히 증가했습니다.

전 지구적 빙하기에 급격한 온도 상승을 동반한 폭우로 인해 대륙 암석이 풍화되고 인산염이 해양에 대규모로 유입되어 세포 증식이 활발해져 해양 플랑크톤이 급증했습니다.

 

신 원생대의 눈덩이 지구가 해빙된 후 해양으로 인산염이 대량 유입되고, 물 분해형 광합성이 폭증해 지구 대기의 산소 농도가 급격히 증가한 현상을 신 원생대의 2차 산소혁명이라 합니다. 그 결과 약 6억 년 전에는 대기 중 산소 농도가 20퍼센트에 달하게 됩니다. 20억 년 전 1차 산소혁명의 결과 원핵세포에서 진핵세포가 진화했고, 6억 년 전 2차 산소혁명으로 다세포 생물이 출현했습니다. 생명의 진화는 대기 중 산소 농도 증가와 밀접하게 관련되어 있습니다. 산소 분자의 강한 산화력으로 생명 진화가 가속되었습니다.