고래의 조상을 찾아서: 에오세 바다의 지배자 바실로사우루스

“자 떠나자 동해바다로 신화처럼 숨을 쉬는 고래 잡으러”

한국 가요계의 거목이라는 표현이 전혀 어색하지 않은 송창식 씨의 명곡 ‘고래사냥’의 가사에 등장하는 고래는 희망을 의미한다고 보면 좋을 것이다. 바다에 사는 거대한 동물인 만큼 쉽게 볼 수는 없지만, 잡을 수만 있다면 답답한 현실에서 벗어나 밝은 미래를 가질 수 있게 해주는 그런 존재.

신석기 시대 내지 청동기 시대의 것으로 추정되는 울주의 반구대 암각화에도 고래가 그려져 있는 것을 보면 오래전에 한반도에 살던 사람들에게도 고래가 낯선 존재는 아니었다는 것을 알 수 있다. 해안가를 따라 천천히 이동하는 고래를 사냥하는 것은 최소한 기원전 3,000년까지 거슬러 올라가는 오래된 고래사냥 방식이다.

근대에 와서 항해술과 무기가 발달하여 상대적으로 쉽게 고래를 잡는 것이 가능해지자 19세기 중반 이후 고래고기와 고래 기름을 이용하기 위해 사람들은 마구잡이로 고래를 사냥한다. 별다른 제약 없이 계속된 고래잡이로 인해 1930년대에는 연간 5만 마리 이상의 고래가 죽은 것으로 알려졌다.

이 때문에 향고래나 참고래를 포함하여 많은 고래 개체 수가 많이 줄어들었고 멸종에 대한 우려가 커져 결국, 국제포경위원회는 1986년에 상업적인 고래잡이를 전면 금지한다. 여전히 일본의 돌고래 사냥 등이 국제 이슈로 떠오르기도 했지만, 고래 입장에서 보면 사냥감이 되어 쫓겨 다닐 일은 거의 없어진 셈이다.

고래, 누구냐 넌?

고래는 사람과 같이 포유류에 속하는 동물이다. 포유류뿐 아니라 대다수의 네발 동물들이 육지생활에 적응해서 살아가고 있는 것을 생각하면 물고기처럼 생겨서 바다에 사는 고래가 포유류라는 것이 좀 이상해 보일 수도 있다.

네 개의 다리를 가진 척추동물이 물을 벗어나 처음으로 땅 위에 발을 디딘 이래 육지를 뒤로하고 다시 물로 돌아간 동물들은 상당히 많다.

중생대에는 어룡과 수장룡을 비롯해 다양한 종류의 바다악어, 도마뱀의 일종인 모사사우루스 등이 바다에서 번성했고, 포유류의 시대라고 할 수 있는 신생대에는 매너티, 듀공 같은 바다소목 동물들 그리고 고래와 돌고래, 범고래 등을 포함하는 고래목 동물들이 바다에서 삶을 이어가고 있다.

모든 네발 동물의 조상이었던 물고기와 달리 육지로 올라왔다가 나중에 다시 바다로 돌아간 네발 동물들은 아가미가 없기 때문에 깊은 바다로 잠수하더라도 주기적으로 수면 위로 올라와 공기를 들이마셔야 한다. 비슷하게 생긴 고래와 물고기가 숨을 쉬는 방식이 전혀 다른 것은 서로 다른 진화의 경로를 거쳐 서로 다른 분류군에 속해 있기 때문이다.

그 진화의 경로를 밝히고 여러 생물을 어떻게 여러 갈래로 나눌 수 있는지를 연구하는 것이 진화생물학과 분류학의 일이다.

사람 = 침팬지 형제자매, 고릴라 사촌 

현대적인 분류학이 무엇을 하는 학문인지 간단하게 설명하자면, A 와 B, 그리고 C라는 생물이 있을 때 이들 중에서 A와 B가 가까운 관계이고 C가 상대적으로 먼 관계인지, 아니면 A와 C가 가깝고 B가 상대적으로 먼 관계인지를 밝혀내는 학문이라고 할 수 있다.

예를 들어 사람과 침팬지, 그리고 고릴라가 있을 때 사람과 침팬지가 더 가까운 관계인지, 아니면 사람과 고릴라가 더 가깝고 침팬지와는 먼 관계에 있는지를 알아내는 것이 분류학이 주로 하는 일이다. 사람, 침팬지, 고릴라의 경우는 사람과 침팬지가 가까운 관계고 고릴라가 그보다 먼 관계에 있다.

가족관계로 비유하자면 사람과 침팬지는 형제자매에 해당하고, 고릴라는 사촌인 셈이다.

고래의 조상을 찾아서

고래는 포유류라고 했으니 수많은 포유류들 중 고래와 가장 가까운 동물은 무엇인지 알아내고 어떤 경로로 현재의 고래가 진화하게 되었는지 알아내는 것이 고래를 공부하는 분류학자와 진화생물학자들의 연구주제다.

그런데 얼핏 생각해도 지금의 고래 모습만 가지고 어느 포유류와 가까운지를 밝혀내기는 쉽지 않아 보인다. 뒷다리는 퇴화해서 골반도 없다시피 하고, 앞다리는 지느러미처럼 변형되어 있기 때문에 멀리서 겉모습만 보면 고래를 물고기의 일종이라고 해도 그다지 이상하지 않을 정도다.

21 세기가 되면서 어떤 종류의 생물이든 그 염기서열을 분석해 전체 유전체의 정보를 알아내는 기술이 눈부시게 발전해서 생물들 간의 관계를 밝혀내는 것이 상대적으로 쉬워졌다.

이런 분자생물학적 방법 외에 또 한 가지, 화석기록을 살펴보면서 고래의 조상을 찾고 그 조상이 과거의 어떤 동물과 가장 가까운 형태를 보이는지 알아보는 고생물학적 방법이 있다. 염기서열 분석을 통해서 알아내는 정보와 화석기록을 연구해서 알아내는 정보는 결과적으로 볼 때 상호보완적일 수밖에 없다.

고래와 가장 가까운 동물은? 하마! 

고래의 유연관계는 비교적 최근까지도 혼란스러웠다. (유연관계: 생물 분류에서, 발생 계통 가운데 어느 정도 가까운가를 나타내는 관계)

고래와 하마가 가장 가까운 관계라는 연구도 있었고, 어떤 때는 낙타와 어떤 때는 소나 사슴과 같은 반추류들과 때로는 메소니키드라고 불리는 화석 포유류들과 같이 묶이기도 했다. 최근의 연구결과를 종합하면, 고래와 가장 가까운 동물은 하마라는 것이 정설로 받아들여지는 분위기다.

고래와 하마는 모두 우제류, 즉 소목에 속한다. 우제류 내에서 고래와 하마의 공통조상은 팔레오세인 약 6천만 년 전에 다른 우제류들로부터 갈라져 나왔고, 팔레오세(Paleocene epoch, 효신세 혹은 고신세)가 끝나고 에오세(Eocene世/Eocene Epoch)가 시작되던 5,500만 년쯤 전에는 고래와 하마가 갈라져 고래의 조상들은 바다로, 하마의 조상들은 강으로 각자 갈 길을 가게 된다.

에오세 동안 고래 조상의 변화  

5,580만 년 전에서 3,390만 년 전까지, 약 2천만 년에 걸친 에오세 동안 고래의 조상은 상당한 변화를 겪게 된다.

파키케투스와 암불로케투스, 그리고 레밍토노케투스 등 고래의 조상 격인 화석들을 살펴보면 시간이 지날수록 몸이 길어지고 다리는 짧아지면서 머리는 유선형으로 변해 점차 수중생활에 적응해 갔다는 것을 알 수 있다.

그래도 레밍토노케투스까지는 땅 위에서 걸어다닐 수 있었을 것으로 보인다.

 

더는 육지로 가지 않는 고래들 

에오세가 끝날 무렵인 4,000~3,500만 년 전에는 수중생활에 적응을 끝내고 뭍으로 올라가지 않는 고래들이 나타난다.

BBC 다큐멘터리 고대 맹수 대탐험 (Walking with Beasts)에는 그중 두 종류인 바실로사우루스와 도루돈이 등장한다. 앞다리는 물고기의 가슴지느러미와 비슷한 모양으로 변했고 뒷다리는 흔적기관에 가까울 정도로 작아졌다.

고래의 조상 격 ‘바실로사우루스’와 ‘도루돈’  

바실로사우루스라고 하면 뒤에 붙는 “사우루스” 때문에 공룡이나 파충류의 일종으로 생각하기 쉽지만, 실제로는 사람과 마찬가지로 젖을 먹여 새끼를 키우는 포유류다. (이름에 ‘사우루스’가 붙은 것도 처음 발견되었을 때 이것이 파충류 화석이라고 생각했기 때문이다.)

바실로사우루스와 도루돈 모두 고래의 조상 격인 동물이며 도루돈의 몸길이는 약 5m 정도, 바실로사우루스는 이보다 훨씬 커서 최고 20m에 달했을 것으로 보인다. 바실로사우루스의 몸통이 워낙 길어서 머리가 상대적으로 작아 보이지만 머리 길이만 1m 이상 되니 어지간한 사람 몸길이의 절반을 훌쩍 넘어간다.

지금 바다에서 최상위 포식자 자리를 차지하고 있는 범고래의 몸길이가 10m가 채 안되는 것을 생각해 보면 에오세의 바다에서 바실로사우루스에 맞설 만한 상대는 없었을 것이다.

새끼의 먹이를 찾아 ‘초식’에서 ‘육식’으로 

BBC 다큐멘터리 고대 맹수 대탐험에 등장하는 바실로사우루스의 암컷은 임신한 상태에서 먹이를 찾아 헤매다가 어린 도루돈을 잡아먹고 기운을 내 자신의 새끼를 무사히 출산하게 된다.

그런데 같은 시기에 살았다고는 해도 바실로사우루스가 도루돈을 잡아먹는 것이 실제로 일어났던 일일까? 아니면 과거의 동물에 대한 다큐멘터리의 많은 부분, 특히 행동에 대한 부분이 그러하듯이 제작진이 그럴듯한 이야기를 만들어 넣은 것일까?

소목(우제류) 동물들은 대부분 초식동물이고, 고래와 가장 가까운 하마 역시 초식성이다. 현재의 고래가 육식동물인 것을 보면 고래와 하마가 갈라진 시기 (5,500만년 전) 이후로 고래 계통에서만 동물을 잡아먹는 식성으로 바뀌는 진화가 일어났다는 것을 알 수 있다.

고래 계통의 초기 동물인 파키케투스와 암불로케티스는 민물이나 얕은 바다에서 물고기를 잡아먹었을 것으로 생각된다. 바다 생활에 완전히 적응한 바실로사우루스의 경우 식성을 짐작할 수 있는 단서가 이빨에서 발견된다.

바실로사우루스는 어금니에 해당하는 이빨들이 좌우로 납작해서 음식을 오래 씹거나 잘게 부수어서 삼키기에는 적당하지 않았다. 또 화석으로 발견되는 바실로사우루스의 이빨 중에는 표면을 덮고 있는 에나멜질뿐 아니라 내부의 상아질까지 깨져서 부분적으로 벗겨진 것들이 발견된다.

물고기들도 잡아먹었겠지만, 그 외에 크고 단단한 뼈를 가진 포유류, 즉 도루돈 같은 동물을 잡아먹다가 이빨이 깨진 것이라고 볼 수 있다.

실마리 – 이빨 자국을 찾아라 

손바닥도 마주쳐야 소리가 나는 법이다.

바실로사우루스의 깨진 이빨이 도루돈과 같은 큰 포유류를 잡아먹다 만들어진 것이라면 도루돈의 화석에서도 바실로사우루스의 이빨 자국을 찾아볼 수 있어야 아귀가 맞는다.

물론 그런 화석을 찾을 수 있으리라는 보장은 없지만, 암모나이트 화석에서 모사사우루스의 이빨 자국이 발견되어 모사사우루스가 암모나이트를 잡아먹었다는 것이 밝혀지기도 했고, 트리케라톱스의 두개골에서 티라노사우루스의 이빨 자국이 발견되기도 했으니 도루돈의 두개골에서 바실로사우루스이 이빨 자국을 찾지 못하리란 법도 없다.

최소한 도루돈의 화석을 살펴볼 때 더 주의 깊게 살펴볼 동기가 되기에는 충분하다.

바실로사우루스는 정말 도루돈을 잡아먹었나  

베를린 자연사박물관의 율리아 팔케는 3D CT 스캔 등의 방법을 이용해 바실로사우루스와 도루돈의 화석을 3D 모델로 만들고 바실로사우루스가 정말 도루돈을 먹이로 삼았을지를 연구했다.

어린 도루돈의 두개골 화석 중 일부에 이빨 자국이 있다는 것은 예전부터 알려졌었지만, 어느 동물이 그 이빨 자국을 만들었는지에 대해서는 의견이 분분했다.

동시대에 살았던 동물들 중에서 제일 유력한 후보로 지목된 것은 물론 바실로사우루스지만 그 외에도 두개골만 보면 바실로사우루스와 크기가 비슷한 도루돈의 성체라든가 악어, 상어 등이 비슷한 이빨 자국을 남겼을 수도 있다.

율리아 팔케는 바실로사우루스의 이빨 모양, 이빨들 간의 간격, 그리고 이빨들이 만들어낼 수 있는 자국 등을 고려하여 어린 도루돈의 머리가 어떤 방향으로 바실로사우루스의 입안에 물렸는지를 살펴보고 이 이빨 자국들이 바실로사우루스에 의해 생겼을 가능성이 가장 높다는 결론을 내렸다. (Fahlke, 2012)

1. 두개골 일부를 위에서 본 모습 

흰 동그라미로 표시된 부분에 얕은 이빨 자국들이 보이고 그보다 조금 앞쪽에 두개골에 구멍이 나 있는 것을 볼 수 있다.

2. 앞쪽에서 본 바실로사우루스 

위 동그라미 자국들을 바실로사우루스의 이빨과 맞춰본 팔케 박사는 아래와 같은 형태로 바실로사우루스가 도루돈을 물었으리라고 보았다.

3. 바실로사우루스, 도루돈을 물다 

아래 그림은 바실로사우루스의 오른쪽 측면에서 본 모습이다. 2.는 처음에 살짝 물었을 때의 모습이고, 3.은 두 번째 제대로 힘을 가하면서 물었을 때의 모습이다.

두개골에 남은 이빨 자국을 보면 바실로사우루스는 이 도루돈을 두 번 물어서 그 흔적을 남겼다.

첫 번째는 상대적으로 약하게 물어 위의 그림 중 ‘2’에서 볼 수 있는 얕은 이빨 자국을 남겼을 것이고, 두 번째는 강한 턱 힘을 이용해 이빨이 두개골을 뚫을 정도로 세게 물었던 것으로 보인다.

개가 큰 물건을 물어서 옮기려고 할 때 일단 한 번 물어서 적당히 들어 올린 후에 턱을 다시 벌려 좀 더 안쪽의 이빨로 꽉 무는 것을 본 적이 있다면 비슷한 장면이었으리라고 상상할 수 있을 것이다.

그다음은? 두 번째 물렸을 때 두개골이 부서진 도루돈은 죽거나 더는 반항할 수 없었을 것이다. 바실로사우루스는 도루돈을 적당히 조각내어 삼켰을 수도 있고, 통째로 삼켰을 수도 있겠다. 이빨 자국으로 보면 바실로사우루스의 소행이 맞는 것으로 보이지만, 더 확인해볼 필요도 있다.

바실로사우루스의 턱 힘이 강했으리라는 추정을 구체적인 수치로 뒷받침할 수 있다면 더 확실한 증거가 된다. 이를 위해 팔케를 포함한 세 명의 연구팀은 유한요소해석 기법을 이용하여 연구를 진행한다. (Snively et al., 2015)

무는 힘, 얼마나 될까? 

무는 힘은 기본적으로 턱과 두개골을 이어주는 근육에서 나오고, 거기에 더해 턱관절이 받침점 역할을 하고 위아래 턱이 지렛대 역할을 해서 이빨 사이에 있는 물체에 작용하게 된다. 화석으로만 남아 있는 바실로사우루스의 근육량을 직접 알아낼 방법은 없지만, 포유류의 머리에 어떤 근육들이 어떻게 작용하는지는 잘 알려진 편이다.

따라서 우리가 알고 있는 근육들이 화석으로 남아 있는 바실로사우루스의 두개골에 부착될 때 어느 부위에 어떤 형태로 붙는지를 알아낸 후, 근육이 붙게 될 부착 면의 모양과 크기를 보면 근육의 양이 얼마나 될지, 그리고 그 근육으로부터 어느 정도의 힘이 나올 수 있는지를 추정할 수 있다.

그렇게 해서 나오는 힘의 값이 현실적인 값인지를 이미 알려진 동물들의 무는 힘과 비교해 보고, 두개골이 그만큼의 힘을 견딜 수 있는지까지 고려하면 최종 결론을 내릴 수 있다.

포유류 ‘최강’ 바실로사우루스  

이런 과정을 거쳐 계산된 바실로사우루스의 무는 힘은 16,000~20,000N(뉴튼) 정도로, 포유류 중에서는 상당히 강한 턱 힘을 가진 것으로 알려진 하이에나보다 다섯 배 가까이 세다.

근육이 작용할 때 뼈가 지렛대 역할을 하기 때문에 같은 조건일 때 두개골이 크다면 무는 힘이 세지기 마련이다. 따라서 바실로사우루스보다 훨씬 작은 두개골을 가진 하이에나와 바실로사우루스를 1:1 로 비교하는 것은 공정한 처사는 아니긴 하다.

같은 방법으로 얻어진 백상아리의 무는 힘이 18,000N 정도로 바실로사우루스와 비슷하다. 이들보다 무는 힘이 더 강했을 것으로 추정되는 동물들은 다음과 같다.

• 다 자란 바다악어(~30,000N)
• 중생대 수장룡 크로노사우루스(~27,000N) (이하 멸종 동물)
• 친숙한 공룡인 티라노사우루스 (50,000~100,000N)
• 신생대의 거대 상어 메갈로돈 (~100,000N) 등

바실로사우루스가 사상 최고의 무는 힘을 가진 동물은 아니지만, 알려진 포유류 중에는 가장 센 것으로 나타났다.

상상해보라, 바실로사우루스의 위용을! 

무는 힘이 세다는 것은 상대적으로 큰 먹잇감도 찾아서 공격하고 잡아먹을 수 있는 능력을 갖췄다는 의미다.

현재 바다에서 최상위 포식자의 자리를 차지하고 있는 것은 범고래인데, 몸의 크기로 봐도 그렇고 차지하고 있는 생태적 지위를 보아도 그렇고 바실로사우루스와 견줄 수 있는 몇 안 되는 동물일 것이다.

범고래의 무는 힘도 알려졌다면 바실로사우루스와 직접 비교를 해볼 수 있었을 텐데, 아쉽게도 그에 대한 연구는 아직 없는 것으로 보인다. (참고로, 범고래가 바실로사우루스의 직계후손은 아니다. 지금 고래 및 돌고래들은 바실로사우루스류보다는 도루돈과 더 가까운 관계인 것으로 알려졌다.)

하지만 4천만 년 전에 바다를 호령했던 바실로사우루스의 위용을 상상해 보고 싶다면 범고래를 보면서 머리는 그대로 두고 몸통이 서너 배 길어진 모습을 떠올려 보면 될 것 같다. 어느 쪽이든 바다에서 헤엄치고 있을 때 만나고 싶지 않은 상대인 것만은 분명하다.

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참고문헌 

• phenomena.nationalgeographic.com
• Fahlke, Julia M. 2012. Bite marks revisited – evidence for middle-to-late Eocene Basilosaurus isis predation on Dorudon atrox (both Cetacea, Basilosauridae). Palaeontologia Electronica Vol. 15, Issue 3; 32A,16p; palaeo-electronica.org/content/2012-issue-3-articles/339-archaeocete-predation
• Snively, E., Fahlke, J., Welsh, R. 2015. Bone-breaking bite force of Basilosaurus isis (Mammalia, Cetacea) from the Late Eocene of Egypt estimated by finite element analysis. PLOS ONE. doi: 10.1371/journal.pone.0118380