14.7 지질시대와 화석기록
• 화석기록(fossil record)은
• 화석이 암층에서 나타난 순서이며
• 대진화의 기록이기도 하다
• 지질학자들은 지질시대의 일정한 순서를 반영하여 나타 낸 지질연대(geological time scale)를 확립해 옴 [표 14.1]
대진화(Animation: Macroevolution)
지질기록(Animation: The Geologic Record)
지구의 역사와 대진화
• 대진화는 지구의 역사와 밀접하게 묶여 있음
표 14.1 지질연대
• 화석은 우리가 이들의 나이를 측정할 수 있는 경우에만 신뢰할 수 있는 연대 기록이 되는데, 이를 위해
• 종이 진화된 순서를 알아내기 위한 화석의 상대적인 나이와
• 방사성탄소연대 측정법과 같은 방법을 필요로 하는 화석의 절대 적인 나이를 사용한다
• 방사성탄소연대 측정법(radiometric dating)은
• 화석의 나이를 알아내는 가장 일반적인 방법이며
• 방사성 동위원소의 붕괴에 그 바탕을 두며
• 지질연대를 만들 수 있게 해 준다
껍질에 있는 탄소-14
시간 (천년) 탄소-14의 방사성 붕괴
탄소-14
연대측정법이 화석화된대합조개 껍질의 연대를 결정하기 위해 사용되는 방법.
탄소-14의방사능(%, 살아 있는생물의탄소-12에대한 탄소-14의백분율)
100
75
0 50
25
0 5.6 11.2 16.8 22.4 28.0 33.6 39.2 44.850.4
방사성탄소연대 측정법
14.8 판구조론과 대진화
• 대륙은 한 장소에 그대로 고정되어 있지 않다. 이들 대륙 은 맨틀이라고 부르는 유동성 물질 위에 떠 있는 불규칙 한 모양의 거대한 지각판 위의 승객처럼 지표면을 떠다 니고 있음
• 샌앤드레어스 단층은
• 캘리포니아에 있으며
• 두 개의 판이 서로 맞물린 경계 위에 자리잡고 있다
캘리포니아의 샌앤드레어스 단층
• 약 2억 5천만 년 전
• 판이동으로 모든 대륙이 모여 판게아라 부르는 하나의 초대륙이 만들어졌으며
• 전체 해안선의 길이가 줄어들었으며
• 해수면은 낮아지고
• 대륙 내부에 건조한 지역이 늘어나고
• 많은 멸종이 일어났다
• 1억 8천만 년 전
• 판게아가 쪼개어지기 시작하여
• 커다란 대륙들이 점점 멀어지게 되고
• 기후가 변화되고
• 서로 다른 생물지리적 영역의 생물이 다양화되었다
현재 고생대신생대중생대251 백만년전13565
라우라시아 유라시아
마다가스카르인도 남미 아프리카
남극
판구조론에 따른 역사
• 대륙 구조지리학은
• 가나(서아프리카)와 브라질에서 중생대 파충류의 화석이 왜 그 렇게 비슷한지
• 유대류가 어떻게 호주에서 격리된 상태에서 자유롭게 진화되었 는지를 설명할 수 있게 해 준다
14.9 생명의 대량멸종과 폭발적인 다양화
• 지난 6억 년에 걸쳐 다섯 번의 대량멸종이 있었음을 화석 기록이 보여주고 있음
• 페름기의 대량멸종은
• 대륙들이 합쳐져 판게아를 형성하였던 대략 그 시기에 일어났으 며(2억 5천만년 전)
• 해양생물종의 96%가 생명을 빼앗겼다
• 백악기의 대량멸종은
• 약 6천 5백만 년 전 백악기 말에 일어났으며
• 조류를 제외한 모든 공룡이 멸종되었으며
• 포유류의 출현을 가능케 하였다
과학연구의 과정:
유성이 공룡을 죽였는가?
• 관찰: 6천 5백만 년 전 화석기록은
• 기후가 차가웠음을
• 바다가 줄어들고 있음을
• 많은 식물종이 죽었음을
• 공룡(조류는 제외)이 멸종하게 되었음을
• 이리듐이 풍부한 얇은 진흙층이 침적되었음을 보여주고 있다
• 의문: 커다란 유성이나 소행성이 지구를 강타하여 대기에
피어 오른 거대한 먼지구름이 떨어져 그 결과로 이리듐
층이 생기게 되었는가?
• 가설: 6천 5백만 년 전의 대량멸종은 외계물체의 충돌에 의한 것이었다
• 예측: 충격으로 인한 거대한 크레이터의 흔적이 지표면 어디엔가에서 발견되어야만 한다
• 결과: 유카탄반도 근처에 커다란 크레이터가 발견되었는 데, 이것은 [그림 14.8]
• 예측한 시간과 잘 들어 맞으며
• 그 크기도 예측한 대로이며
• 태양빛을 차단하여 상당한 기간 동안 지구의 기후를 교란할 정 도로 하였을 수 있는 먼지 구름이 피어 오를 수 있었다
칙술루브 크레이터 그림 14.8 지구와 백악기의 생명이 받은 충격
생명의 다양성을 분류하기
• 계통학(systematics)
• 생물을 분류하고
• 진화관계를 결정하는데 초점을 맞추고 있다
• 분류학(taxonomy)은
• 종을 동정하고
• 종의 이름을 붙이고
• 종을 분류한다
14.10 분류학의 기초
• 학명은 과학자들 사이의 의사소통을 쉽게 만들어주는데, 이것은
• 종을 명확하게 동정할 수 있게 해주며
• 신종이 발견되었을 때 그것을 보다 쉽게 인지할 수 있게 만들어 준다
• 오늘날의 분류체계는 스웨덴의 린네(Carolus Linnaeus, 1707~1778)가 맨 처음 제안한 것인데,
• 각 종은 두 부분으로 된 이름을 가지며
• 점점 큰 생물 그룹으로 묶어나가는 종의 계층적 분류로 이루어 져 있다
종의 명명
• 각 종은 두 부분으로 된 이름, 즉 이명(binomial)으로 이 루어지는데, 그것은
• 속(genus)과
• 각 종에 대한 고유한 이름으로 구성되어 있다
• 우리 자신인 사람의 학명은 호모 사피엔스( Homo
sapiens )인데, 두 이름은 이탤릭체와 라틴어로 쓰며, 속명
의 첫 글자는 대문자로 써 있음
계층분류
• 밀접하게 관련된 종들을 같은 속으로 묶음 [그림 14.9]
• 계층분류는 속으로부터 상위분류군으로 점점 더 넓혀가 는데, 속에서
• 과(family)로,
• 목(order)으로,
• 강(class)으로,
• 문(phyla, 단수 phylum, 식물 division)으로,
• 계(kingdom)로,
• 역(domain)으로 점점 넓혀 간다 [그림 14.10]
재규어(판테라 온카, Panthera onca)
사자(판테라 레오, Panthera leo) 호랑이(판테라 티그리스,
Panthera tigris)
표범(판테라 파르두스, Panthera pardus)
그림 14.9 판테라속의 네 종
표범(판테라 파르두스, Panthera pardus)
종판테라 파르두스
(Panthera pardus) 속표범속(Panthera)
과고양잇과(Felidae)
목식육목(Carnivora) 강포유강(Mammalia)
문척삭동물문(Chordata)
계동물계(Animalia)
역진핵생물역 (Eukarya)
그림 14.10 계층분류
14.11 분류와 계통발생
• 계통학의 목표는 진화적 관계를 반영하는 것임
• 생물학자들은 진화계통수(phylogenetic tree)를 사용하 여 [그림 14.11]
• 종의 진화적 역사에 대한 가정들을 그리고 있으며
• 보다 상위 그룹 안에 둥지를 튼 그룹의 계층적 분류를 반영하고 있다
(Panthera 표범 Pardus) 속 종
고양잇과 목
식육목
과
개속 수달속 표범속 줄무늬스컹크속
개과 족제비과
(Canis 늑대 lupus)
코요테(Canis Latrans)
(수달Lutra lutra)
줄무늬스컹크 (Mephitis
Mephitis)
그림 14.11 식육목 구성원에 대한 분류와 계통발생과의 관계
상동과 상사
• 상동기관은
• 공통조상의 계획안의 변이를 반영하며
• 정보의 최상의 출처인데, 이것들은
• 진화계통수를 발전시키고
• 진화역사에 따라 생물을 분류하기 위해 사용된다
• 수렴진화(convergent evolution)는
• 서로 가깝지 않는 생물에서 아주 유사한 구조를 갖는 것을 말하 며
• 자연선택이 바탕이 된다
• 수렴으로 인한 유사성은
• 상동이 아닌 상사(analogy)라고 부르며
• 상동과 잘 구별되지 않는다
계통학에서 도구로 쓰는 분자생물학
• 분자계통학은
• 생물들 간의 DNA와 아미노산 서열을 비교하여
• 진화적 관계를 알아낼 수 있다
• 일부 화석의 경우 잘 보존되어 있어서, DNA 단편의 추출
이 가능하여 오늘날의 생물과 비교해 볼 수도 있음
분지군 혁명
• 분지계통학(cladistics)은 분지군들에 대한 과학적 연구 를 말함
• 분지군(clade, 그리스어로“가지”라는 뜻)은
• 조상종과 이들의 모든 자손으로 이루어져 있으며
• 생명수에서 서로 다른 분지를 형성한다
• 분지군을 확인하는 것은 어떤 종이나 또는 보다 상위의
분류 단계인 강이나 문에 고유한 상동성을 확인하는 것
을 포함하고 있음 [그림14.12]
털과 젖샘
긴 임신 기간 임신
오리너구리
이구아나 외집단
(파충류)
내집단(포유루)
비버 캥거루 그림 14.12 분지분석법의 간단한 예
• 분지계통학은 일부 생물의 전통적인 분류를 바꾸게 만들 었는데, 예를 들면 [그림 14.13]
• 공룡과
• 새와
• 악어와
• 도마뱀과
• 뱀 사이의 관계도 포함되어 있다
도마뱀과뱀 악어
용반목 공룡 조반목 공룡 익룡
조류 악어와
공룡과조류의 조상
그림 14.13 어떻게 분지분석이 계통수를 흔들고 있나
14.12 분류: 현재도 진행 중
• 린네는
• 알려진 모든 생명의 형태를 식물계와 동물계로 나누었는데
• 이러한 2계 체제는 생물학에서 200년 이상 인정받아 왔다
• 1900년대 중반에 2계 체제는 5계 체제로 대체되었는데,
• 원핵생물을 1계에 놓고
• 진핵생물은 4계로 나누었다
• 20세기 말 분자연구와 분지분석법이 3역 체제(three-
domain system)로의 발전으로 이끌었는데, [그림 14.14]
여기에서는
• 원핵생물 두 역(세균역과 고세균역)과
• 진핵생물 한 역(진핵생물역)으로 나뉜다
분류체계(Animation: Classification Schemes)
동물계 최초의 생물 고세균역
세균역
진핵생물역
균계 식물계
원생생물(다수의 계) 그림 14.14 3역 분류체제
