곤충 날개의 기원(1). 불완전한 화석기록으로 살펴본 곤충날개 기원 가설

1. 하늘을 나는 절지동물

 인간의 오랜 꿈은 하늘을 나는것 이었다. 인간의 이 꿈은 현재 열기구, 비행기, 행글라이더 등등 여러 가지 수단으로 이루어진 상황이다. 그러면 인간에 앞서서 동물의 경우는 어땠을까? 가장 먼저 하늘을 날 게 된 생물은 무엇이었을까? 답은 곤충이다. 땅 위에 척추동물이 등장하기 전에 먼저 갑각류의 일부가 땅 위로 올라와 곤충으로 진화를 하였다(한때는 지네나 노래기 같은 다지류가 곤충의 조상으로 여겨졌으나 요즘은 게나 새우 같은 갑각류를 곤충의 조상으로 보고 있다.). 곤충은 날개가 퇴화하였거나 처음부터 날개가 없던 일부 무시아강(apterigota)을 제외하면 모두 날 수 있도록 날개를 가지고 있다. 

양좀. 곤충에 속하나 날개가 발달하지 않은 무시아강에 속해서 날수 없다. 출처-https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%AC%B4%EC%8B%9C%EB%A5%98#/media/%ED%8C%8C%EC%9D%BC:Silberfischchen.jpg

2. 곤충의 날개 종류

곤충은 종류가 다양한 것처럼 날개의 유형이 상당히 다양하다.

곤충의 종류에 따른 날개의 다양성 https://www.semanticscholar.org/paper/Developmental-basis-for-vein-pattern-variations-in-Celis-D%C3%ADaz-Benjumea/9b99326eaaa436e858596321348d8cbc7a495f1d/figure/0   http://www.metafysica.nl/wings/wings_4.html

 곤충의 날개는 대부분의 사람이 아는 것처럼 총 2쌍의 날개를 가지고 있으며, 크게 앞날개, 뒷날개로 구성되어 있다. 곤충의 분류는 날개를 접는 방식에 따라 또 갈라지게 되는데, 잠자리와 풀잠자리, 하루살이는 앞날개와 뒷날개를  배쪽으로 접을 수 없다. 이들을 고시아강(paleoptera)이라고 한다. 이들을 제외한 날개를 지닌 곤충들은 앞날개와 뒷날개를 뒤로(배 쪽으로) 접어서 앞날개로 뒷날개를 덮을 수 있는 곤충을 신시아강(neoptera)라고 한다. 

 곤충은 종류에 따라 날개의 형태도 다른데, 파리목(파리와 모기가 속함)의 경우엔 뒷날개가 비행 기능이 퇴화되고 몸의 평형을 맞추는 평행봉으로서의 역할을 한다. 딱정벌레류의 경우 앞날개가 딱딱하게 변하여 비행이 아닌 신체 보호를 하는 기능을 하고 있다. 이렇게 곤충은 지구상에 존재하는 가장 널리 퍼진 동물답게 날개의 모습도 다양하게 진화하였다.

 

3. 곤충 날개의 기원은?

 곤충은 언제부터 날개를 가지고 있었을까? 화석기록을 통해 보면 곤충은 꽤 오래전에 날개를 발달시켰던 것으로 보인다. 화석기록을 보면 독일의 비터펠트라는 지역의 석탄기 후기(3억3천9십만 년~3억2천3백2십만 년 전 시대)지층에서 발견된 화석 곤충 델리츠스칼라 비테르펠덴시스(Delitzschala bitterfeldensis)의 경우 이미 발달한 날개를 지니고 있었다. 즉, 곤충은 최소 3억 년이 넘게 하늘을 날았다는 뜻이다.

델리츠스칼라 비테르펠덴시스의 모습. 비록 불완전한 화석이지만 분명 날개를 가지고 있다. 출처-Brauckmann, C., & Schneider, J. (1996)

  다만 애석하게도 현재까지 발견된 초창기 곤충의 화석은 그리 많지 않으며 날개의 모습이 보존된 화석은 발견된 것이 거의 없다. 상황이다. 즉, 화석 자체만으로 곤충 날개의 기원을 알아내기는 현재로서는 매우 어렵다. 그러면 곤충 날개의 기원을 알아내는 것은 불가능한 일일까? 다행히 과학자들은 다른 연구를 통해서 그 해답을 알아내 가고 있다. 가장 주목되는 연구를 하는 분야는 분자생물학으로, 배아 발생 과정에 관여하는 유전자를 연구함으로써 곤충의 날개 기원에 대해서 알아볼 수 있다.

 현재까지 곤충 날개의 기원에 대해서는 여러 견해가 존재해왔으며 그중 한 가설로는 밑마디겉돌기/밑마디 속돌기 기원설(Exite-Endite Hypothesis)이 있다. 밑마디 겉돌기/밑마디 속돌기 기원설이란 원시 곤충의 다리 기부마디(윗다리 부분)의 밑마디겉돌기(exite)와 밑마디속돌기(endite)의 융합과 발달이 날개로 이어졌다는 가설이다. 곤충의 다리 기부마디에 현생 곤충에는 없는 돌기가 발달하여 있는 경우가 있는데, 이 돌기가 발달하여서 배엽을 이루어서 날개로 발전하였다는 가설이다. 이 가설은 기존에 존재하던 아가미 기원설과도 일치한 데, 날개를 지닌 초기 곤충들은 잠자리, 하루살이등 약충시절(불완전변태-번데기 시기를 거치지 않는 것-를 하는 곤충의 유충)은 수생 생활을 하기에 아가미가 필요하였을 것이고, 다리에 부착딘 돌기가 배엽을 이루면서 아가미, 그리고 점차 날개로 이어지게 되었다는 것이다.

원시 곤충과 현대 곤충의 신체 차이. 원시 곤충은 다리 부분에 겉돌기와 속돌기를 가지고 있다. 출처-http://www.entomologa.ru/outline/142.htm

 현재까지 곤충 날개에 대해서 유추할 수 있는 화석기록은 매우 부족하다. 즉, 화석기록만으로는 한계가 분명히 존재한는 뜻이다.  다만 곤충 날개의 기원에 대해서 화석기록 외에도 이보디보 즉, 곤충 배아의 발달과정과 유전자를 연구한 연구 결과가 곤충 날개의 기원을 파헤치는데 좀 더 도움이 될 것이다. 

 

(다음편)

https://dinos119.tistory.com/entry/%EA%B3%A4%EC%B6%A9-%EB%82%A0%EA%B0%9C%EC%9D%98-%EA%B8%B0%EC%9B%902-%EC%9C%A0%EC%A0%84%ED%95%99%EA%B3%BC-%EB%B6%84%EC%9E%90%EC%83%9D%EB%AC%BC%ED%95%99%EC%9C%BC%EB%A1%9C-%EC%82%B4%ED%8E%B4%EB%B3%B8-%EA%B3%A4%EC%B6%A9%EB%82%A0%EA%B0%9C%EC%9D%98-%EA%B8%B0%EC%9B%90