오늘날 매우 많은 숫자의 동물이 땅 위를 활보하고 있습니다. 그중에서 매우 독보적으로 숫자가 많은 동물이 있습니다. 바로 개미이죠. 현재 세계에는 1,000조의 20배라는 어마어마한 숫자의 개미가 땅 위를 돌아다니고 있습니다. 전 세계 인구인 70억은 이미 아득히 초월한, 정말 상상할 수 없는 숫자이죠. 이 모든 개미들은 모두 벌목(Hymenoptera), 개미과(formicidae)라는 분류군에 속합니다.
그러면 개미는 과연 언제 다양해진 걸까요? 화석기록을 보면 개미가 다양해진 시기는 여러 번 있었다고 합니다. 그리고 이 다양성에는 다름 아닌 꽃이 매우 중요한 역할을 하였던 것으로 보인다고 합니다. 이번 글에서는 개미가 다양해진 시기, 그리고 꽃이 개미의 다양성 증가에 어떤 영향을 미쳤는가에 대해서 이야기 해보겠습니다.
1. 개미가 다양해진 3번의 시기
분자배열 분석을 통해서 살펴본 연구에 따르면, 개미는 1억 6천 8백만 년 전에서 1억 4천만 년 전 사이에 지구에 등장한 것으로 보인다고 합니다. 화석기록을 보면 현재까지 발견된 가장 오래된 개미는 1억 년 전에 살았던 개미인 게론토포르미카 (Gerontoformica)라는 개미라고 합니다. 이 개미는 프랑스와 미얀마에서 발견되었습니다.
화석기록을 보면 개미가 폭발적으로 다양해진 시기는 총 세번 있었던 것으로 보입니다. 이 시기는 공룡시대 마지막 시기인 백악기 말기(6천 5백만 년 전)에 처음 시작되었습니다. 그 이후에 공룡시대 이후 신생대 초기 에오세라고 불리는 시기인 3천 7백만 년 전에서 3천 4백만 년 전과 올리고세-마이오세 경계 시기인 3천 4백만 년 전에서 2천 3백만 년 전에 번성을 하게 되었죠. 이 세번의 시기의 결과로 인해서 개미는 오늘날까지 다양성과 개체가 늘어나게 되었습니다.
2. 개미와 꽃
자 그러면 개미가 이렇게 폭발적으로 증가한 원인은 무엇일까요? 최근에 발표된 연구에 따르면 개미가 다양해진 데에는 꽃이 매우 큰 영향을 미쳤다고 합니다. 백악기 후기인 1억 년 전부터 공룡시대 이후 신생대 고제3기 팔레오세인 5천만 년 전까지 꽃이 폭발적으로 증가면서 개미를 포함한 꽃과 어울리는 곤충이 번성하게 되었다는 것입니다. 이를 백악기 육상 혁명(Cretaceous Terrestrial Revolution)이라고 합니다. 이 혁명 이전에 지구의 육지는 주로 고사리와 같은 양치식물, 소철, 구과식물로 뒤덮여 있었습니다. 그런데 이 혁명기를 지나면서 속씨식물이 그 자리를 대부분 차지하게 된 것이죠. 이 혁명의 결과는 오늘날까지 이어집니다. 오늘날 여러 과일과 꽃이 바로 그 근거이지요!
이 혁명은 과연 무엇 때문에 일어난 일일까요? 백악기 시기에 들어서면서 지구의 모습은 기존의 모습과 많은 변화를 겪게 되었습니다. 본래 판게아라는 거대한 하나의 대륙에서 시작하였다가 대륙이 갈라지면서 백악기 시기에 접어들면서 점차 오늘날의 모습과 가까운 모습을 하게 되었습니다. 이렇게 대륙이 갈라지게 되면 해류의 흐름에서도 변화가 일어납니다. 해류의 흐름 방향이 바뀌게 되면 지구의 기후 또한 바뀌게 됩니다. 기후는 바닷물의 온도, 그리고 바람을 따라서 바뀌게 되기 때문입니다. 대륙이 갈라지면서 따뜻한 해류는 점차 지구로 퍼져나가게 되었습니다. 그리고 지구의 기후도 전반적으로 온난한 온대 기후로 점차 바뀌게 되었습니다. 이런 기후의 변화로 꽃은 그 서식지를 넓혀갔습니다. 사막에도 진출하였으니 말이죠.
여기에 더해서 꽃의 구조 역시 이 혁명을 일으킨 또 다른 요인이 되었습니다. 꽃과 같은 속씨식물은 이파리에 빽빽히 얽혀진 잎맥(vein)이 있습니다. 이파리에서 보이는 물이 흐르는 이 통로 자체는 양치식물과 고사리등 다른 식물에도 있기는 합니다. 하지만 속씨식물의 경우에는 이 잎맥이 뭉쳐있는 밀도가 다른 식물보다 더 높고 빽빽하게 존재합니다. 그렇기 때문에 같은 양의 물을 빨아들였을 때 더 많은 이산화탄소를 흡수할 수 있지요. 더 많은 물을 흡수할 수 있습니다. 속씨식물은 그 덕분에 더 많은 양분을 얻을수 있습니다. 탄소와 산소를 흡수하는 기공(Stomatal)의 면적도 속씨식물이 다른 식물보다 훨씬 더 넓기에 더 많은 공기를 흡수할 수 있습니다. 기후 및 형태적으로 가지는 여러 장점으로 인해서 꽃이 피는 속씨식물은 빠르고 많이 번성할 수 있게 되었습니다.
이렇게 꽃이 다양해지면서 수혜를 입은 여러 곤충 중에서 개미도 있었습니다. 2024년에 프랑스 연구진에 의해서 진행된 연구에 따르면, 개미가 다양해진 데에는 꽃이 차지한 비중이 매우 크다고 합니다. 오늘날 개미는 꽃에서 많은 것을 얻습니다. 먼저 많은 곤충이 그렇듯 개미 역시 꽃에서 먹이인 꿀을 얻습니다. 또한 꽃의 씨앗에 있는 유질체(elaiosome)라고 하는 지질과 단백질이 풍부한 물질 역시 개미의 먹이가 됩니다. 이 유질체는 개미를 유혹니다. 개미가 유질체에 유혹되면 그것을 둥지로 가져가서 애벌레에게 먹입니다. 그러면 애벌레가 이 유질체를 먹고 남은 씨앗은 개미들이 쓰레기를 모아두는 공간에 갖다버립니다. 그러면 거기서 씨앗이 발아하여서 다시 꽃이 피어나지요 (개미가 남긴 쓰레기들은 씨앗이 자라기 좋은 유기물이 됩니다!). 그 외에 꽃이 피는 식물인 활엽수에는 개미가 포식자를 피해 숨을 수 있는 도마티아(domatia)라고 하는 작은 공간이 있습니다. 이 공간은 이파리의 뒷면에 주맥과 추맥이라고 하는 관과 관 사이에 움푹 들어가 있는 작은 공간입니다. 이 공간에 개미가 숨는다면 포식자로부터 보호받을 수 있지요. 즉, 개미는 꽃이 등장하고 다양해지면서 먹이와 은신처를 얻게 되었습니다.
유질체와 꿀, 그리고 도마타아가 등장한 시기를 보면 개미의 다양성이 커지며 번성하는 시기와 대체로 일치한 경향을 보입니다. 먼저 유질체는 공룡시대 마지막 시기인 백악기 후기에 등장하였습니다. 꿀은 그보다 더 이후인 에오세 시기, 그리고 도마티아는 신제3기에 등장하였다고 합니다. 이 시기들은 앞서 이야기하였던 개미가 다양해진 시기(백악기 말기, 에오세, 올리고세-마이오세 경계)와 대략적으로 일치합니다. 즉, 개미는 꽃에서 여러번 수혜를 입어서 오늘날까지 진화할 수 있었다는 것입니다.
꽃은 곤충에서, 그리고 곤충은 꽃에서 서로 여러 수혜를 입어왔습니다. 지금도 마찬가지이지요. 꽃과 곤충은 여러 생물이 따로따로 사는것이 아니라 서로에게 도움을 주며 살아가는 일종의 공생관계를 맺어온 것입니다. 생물의 역사를 보면 이렇게 상호 간에 도움을 주고받으면서 살아가는 경우가 많이 있지요. 과연 과거 고생물들은 또 어떤 공생관계를 맺었는지 궁금합니다.
연구 및 자료 출처-
https://expeditions.fieldmuseum.org/australian-ants/ant-evolution-and-environment
https://simple.wikipedia.org/wiki/Ant
https://en.wikipedia.org/wiki/Elaiosome
https://en.wikipedia.org/wiki/Gerontoformica
https://www.iflscience.com/how-many-ants-are-in-the-world-think-millions-of-billions-69505
(IFL Science: How Many Ants Are In The World? Think Millions Of Billions)
https://en.wikipedia.org/wiki/Cretaceous_Terrestrial_Revolution
Benton, M. J., Wilf, P., & Sauquet, H. (2022). The Angiosperm Terrestrial Revolution and the origins of modern biodiversity. New Phytologist, 233(5), 2017-2035.
Brady, S. G. (2003). Evolution of the army ant syndrome: the origin and long-term evolutionary stasis of a complex of behavioral and reproductive adaptations. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100(11), 6575-6579.
Crozier R.H, Jermiin L.S. & Chiotis M. 1997. Molecular evidence for a Jurassic origin of ants. Naturwissenschaften 84, 22–23.
Jouault, C., Condamine, F. L., Legendre, F., & Perrichot, V. (2024). The Angiosperm Terrestrial Revolution buffered ants against extinction. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(13), e2317795121.
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