강가에서 거주하면서 댐을 건설하는 동물. 댐 하면 가장 먼저 생각나는 동물이라면 무엇일까요? 바로 비버입니다. 비버는 강가에서 거주하면서 나무를 잘라 댐을 만들면서 서식하지요. 댐을 만드는 이 습성은 비버뿐 아니라 근처에서 살아가는 모든 생물의 생태계에 있어서 매우 중요한 역할을 한다고 합니다. 비버가 건설한 댐은 강의 흐름을 조절하여 물의 깊이가 깊어지게 합니다. 물의 깊이가 깊어진다는 것은 곧 물이 고이는 양이 많아지는 것을 뜻하고, 이는 습지가 늘어나는 결과로 이어지지요. 늘어난 습지는 담수생태계에 질소의 축적량을 늘리고 땅 위에 있던 퇴적물이나 그 외의 쓰레기를 쓸려가게 하고 토양에 양분을 제공하지요. 그래서 비버가 사는 지역에는 비버뿐 아니라 여러 수생생물이 공존하면서 서식합니다. 여러 수초 및 습지에서 서식하는 식물부터 수생 무척추동물 (수서곤충, 연체동물등), 그리고 그들을 먹이로 삼는 동물들까지 말이지요. 즉, 많은 생물이 비버에게 의존하면서 살아가고 있는 것입니다. 심지어 러시아-우크라이나 전쟁에서도 비버가 영향을 미치기까지 하였다는 이야기도 있습니다. 비버가 만든 댐이 흙이 쌓이고 습지를 만들어서 러시아군의 진격에 지장을 주었다는 것이지요.
이렇게 생태계에서 중요한 위치에 있는 비버. 과연 이들의 화석기록은 어떻게 될까요? 이번에는 비버의 화석기록에 대해서 이야기해보겠습니다.
1. 비버의 멸종한 친척
오늘날 비버는 비버과(Castoridae)에 속합니다. 이 분류군은 에우티포미스과(Eutypomyidae)라는 분류군과 함께 비버상과(Castoroidea)이라는 분류군에 속합니다. 1905년에 처음 발견된 에우티포미스는 본래 비버과의 한 종류로 제안되었다가 1918년에 게릿 스미스 밀러 주니어 박사와 제임스 기들레이 박사의 공동연구에서 이빨의 형태 및 이빨의 에나멜층의 두께 등을 근거로 다른 과로 재분류 되었습니다. 화석기록을 보면 가장 오래된 에우티포미스과(Eutypomyidae)의 화석은 4천 6백만 년 전 즈음에 유타와 텍사스의 퇴적층에서 발견되었습니다. 즉, 최소한 4천만 년 전에 비버의 친척이 살았다는 것입니다.
다만 여기에도 예외가 하나 있는데, 스테네오피베르(Steneofiber)라는 3천 7백만 년 전부터 2백만 년 전 즈음까지 살았던 비버의 경우에는 화석기록이 유라시아에서 발견되었습니다. 영국, 스페인, 프랑스, 독일등 유럽에서부터 중국, 일본에서까지 화석기록이 발견되었지요. 즉, 비버의 조상 및 그 친척은 3 ~ 4천만 년 전 과거에서부터 전 세계 여기저기에 퍼져 살았던 것으로 보입니다.
이 동물들은 오늘날 비버처럼 댐을 지었을까요? 현재까지 발견된 화석을 토대로 보면 이들은 물에서 살기보다는 주로 땅에서 살면서 땅에 굴을 파면서 살았던 것으로 보인다고 합니다.
2. 비버과의 화석기록
위에서 비버과와 함께 비버상과에 속한 에우티포미스과에 대해서 소개하였습니다. 이들은 대략 4천만 년 전에 나타났다고 하였죠? 화석기록을 보면 현재까지 발견된 가장 오래된 비버과의 화석은 그 시기와 그리 멀지 않은 대략 3천 7백만 년 전 즈음에 발견되었다고 합니다. 캐나다 사스캐치원의 키프레스 힐스층(Cypress Hills Formation)이라는 지층에서 발견되었는데, 정확한 분류군은 알 수 없지만, 비버과에 속한다는 것만은 분명한듯합니다.
화석기록을 보면 비버과의 화석은 주로 북미와 유럽에서 발견되었던 것으로 보입니다. 비버과의 종류도 매우 많았는데, 오늘날 비버를 제외하고도 20속이라는 많은 분류군이 살았던 것으로 보입니다. 오늘날 비버과에는 비버속(Castor)하나만 존재한다는 점을 고려해본다면, 비버과의 다양성은 과거에 훨씬 더 컸던 것으로 보입니다. 거기에다가 더 재미있는 점이 있다면, 과거에 살았던 비버과는 오늘날 비버에 비해서 몸집이 전반적으로 작은 경향이 있습니다 (몸집이 더 큰 경우가 하나 있기는 한데, 이건 나중에 따로 다루겠습니다.). 대신 종 다양성이 많았지요. 그 반면에, 오늘날 비버는 몸집이 크고 (비버는 오늘날 설치류 중에서 카피바라 다음으로 몸집이 큽니다.)대신 종 다양성이 매우 작습니다. 오늘날 비버는 비버속 하나 뿐에다가 종도 2종 (북미 비버-Castor canadensis-, 유라시아 비버-Castor fiber-)뿐이지요. 진화생물학에서 이렇게 진화하면서 분류군의 몸집이 커지는 것을 코프의 법칙 (Cope’s rule)이라고 하는데, 비버의 진화는 이 법칙의 예시 중 하나 것으로 보입니다.
3. 비버의 수중생활
2022년에 현재까지 발견된 가장 오래된 비버과의 동물이 학계에 보고되었습니다. 오하이오 주립대학교의 진화생물학자 조나탄 칼라데(Jonathan Calede)교수는 몬테나주의 레노바층(Renova Formation)이라는 지층에서 대략 3천만 년 전에서 2천 7백만 년 사이에 살았던 현재까지 발견된 가장 오래된 수생 활동을 하였던 것으로 보이는 비버의 화석을 발견하였습니다. 칼라데 교수는 이 비버에게 미크로테리오미스 아르티쿨라쿠아티쿠스(Microtheriomys articulaquaticus)라는 학명을 붙였습니다.
미크로테리오미스 아르티쿨라쿠아티쿠스는 비버의 수서생활의 기원에 대해서 한가지 단서를 제공하였습니다. 오늘날 비버 하면 물에서 생활하면서 댐을 짓는 모습을 연상하게 하지만, 과거에 살았던 비버 중에는 땅에서 살았던 비버도 있었습니다. 칼라데 교수는 미크로테리오미스 및 다른 설치류들의 발목뼈를 조사하였습니다. 그 결과, 미크로테리오미스 아르티쿨라쿠아티쿠스는 수서생활에 적합한 형태의 발목을 가지고 있었습니다. 설치류들을 보면 몸집과 발목의 형태에 상관관계가 있습니다. 몸집이 큰 설치류들은 발목이 회전하는 부분의 길이가 짧고 다리뼈와 맞닿아서 직립을 할수 있게 지탱하는 근육이 붙는 부분이 길쭉한 특징이 있습니다. 이는 큰 몸집을 발목이 효율적으로 지탱하기 위해서 발달된 구조이지요. 오늘날 물에서 유영을 하는 비버의 발목 구조 또한 그런 구조를 하고 있습니다. 미크로테리오미스 아르티쿨라쿠아티쿠스의 발목은 오늘날 비버의 발목과 유사한 구조였습니다. 미크로테리오미스 아르티쿨라쿠아티쿠스가 발견된 레노바층층에서는 여러 복족류 및 양서류, 어류와 같은 수서생물의 화석이 다양하게 발견되었습니다. 즉, 물에서 사는 생물이 살기 적합한 환경이었던 것이죠. 따라서 칼라데 교수는 미크로테리오미스 아르티쿨라쿠아티쿠스가 오늘날 비버처럼 물에서 생활하였던 것으로 결론 내렸습니다. 즉, 비버의 수중생활은 대략 3천만 년 전부터라고 볼 수 있는것이죠.
그러면 이 비버는 오늘날 비버처럼 나무를 잘랐을까요? 미크로테리오미스 아르티쿨라쿠아티쿠스는 아쉽게도 앞니가 발견되지 않아 나무를 잘랐는지는 확실하지는 않습니다. 칼라데 교수는 비버가 나무를 자르는 능력은 물에서 생활하는 것에 적응하고 난 이후에 발달한 것으로 결론 내렸습니다. 2천 4백만 년 전에 살았던 비버 디포이데스(Dipoides)라는 비버의 경우에는 앞니로 나무를 잘랐던 흔적이 발견되기는 하였습니다. 하지만 오늘날 비버만큼 능숙하지는 않았던 것으로 보인다고 하네요. 따라서 칼라데 교수는 비버는 먼저 수중생활에 적응을 하고 그 이후에 나무를 자르는 능력을 가지게 된 것이 아닐까 결론을 내렸습니다. 물론 아직 나무를 자른 흔적에 대한 화석기록이 많지는 않아서 확실하지는 않은 부분이지만요.
3. 땅굴을 파며 살았던 비버
비버 하면 댐을 지으며 사는 동물이라는 인식이 있습니다. 오늘날 비버를 보면 사실이기도 하고요. 그런데 화석기록을 보면 물이 아닌 땅에서 살았던 비버과도 존재하였습니다. 그중에는 땅에서 땅굴을 파며 살았던 비버과도 있었죠. 3천 7백만 년 전에 살았던 아그노토카스토르(Agnotocastor)라는 비버의 경우에는 오늘날 비버와는 달리 평평한 앞니를 가지고 있었습니다 (참고로 오늘날 비버의 앞니는 둥근 형태입니다.). 이런 이빨은 땅에서 굴을 팔 때 주로 사용되었던 것으로 보입니다. 즉, 과거에 살았던 비버들은 오늘날 비버처럼 댐을 건설하는 것이 아닌 땅에서 굴을 팠던 것이죠.
땅에서 굴을 파면서 살았던 비버는 꽤 여러 종류가 있었는데, 그중에는 매우 특이한 구조의 땅굴을 판 비버도 있었습니다. 1892년에 네브라스카 대학교의 어윈 힌클레이 버버 (Erwin Hinckley Barbour)교수는 네브라스카주의 수 카운티(Sioux County)에 있는 2천 4백만 년 전에서 2천만 년 전에 형성된 해리슨 층(Harrison Formation)에서 특이한 형태의 구조물을 발견하였습니다. 마치 코르코 마개처럼 생긴 이 구조물은 높이만 무려 3미터 정도에 달했다고 하네요. 코르코 마개와 비슷한 구조물 바닥에는 30도로 휘어진 일직선의 구조물이 존재하였습니다. 이 구조물의 길이는 최대 4미터를 넘기도 했지요. 당시 바버 교수는 이 구조물에 대해서 "이 구조물의 형태는 놀라웠다. 대칭구조는 완벽하였고, 이 구조물의 구조는 내 이해를 벗어났다."라고 저술하였습니다. 그는 이 구조물에 악마의 코르크마개라는 뜻의 다에모넬릭스 (Daemonelix)라는 학명을 붙였습니다. 바버 교수는 이 구조물이 담수에 살았던 해면동물이나 식물의 흔적일 것이라고 주장하였습니다.
하지만 그의 이러한 주장은 다음 해인 1893년에 고생물학자 에드워드 드링커 코프에 의해서 반박되었습니다. 그는 이 구조물이 설치류가 만든 땅굴일 것이라고 주장하였지요. 같은 해에 오스트리아의 고생물학자 테오도르 푹스(Theodor Fuchs)박사 역시 이 구조물이 비슷하게 설치류가 파놓은 땅굴일 것이라고 주장하였지요. 1895년 '미국 자연주의자(The American Naturalist)'에서 바버 교수는 이 주장에 대해서 구조물의 형태가 동물이 파 놓은 것이라고 하기엔 너무 완벽한 구조물이라는 점을 들어서 푹스 박사의 주장을 반박하였습니다. 심지어 안에서 간혹 설치류의 화석이 발견되었음에도 말이죠... 그가 이렇게 자신의 주장을 유지하였던 이유는 이 구조물에서 간혹 식물의 조직이 발견되었기 때문입니다.
이 논쟁은 1905년에 카네기 자연사 박물관 소속의 울프 피터슨(Olaf Peterson)이라는 미국의 고생물학자는 다에모넬릭스에서 비버 팔라에오카스토르(Palaerocastor)의 화석을 발견하면서 사실상 푹스 박사의 주장이 옳은 것으로 결론이 났습니다.
하지만 여전히 풀리지 않는 미스터리가 남아있었습니다. 대체 비버는 왜 땅굴을 특이한 모습으로 판 걸까요? 이 문제는 오랜 시간 동안 풀리지 않다가 1977년에 캔자스 대학교의 래리 마틴 교수와 그의 제자 데브라 베넷에 의해서 밝혀졌습니다. 이런식의 구조물은 이들이 살았던 기후와 연관이 있었던 것으로 보인다고 합니다. 이들이 살던 기후는 주기적으로 건조하고 더운 기후였습니다 (이는 오늘날 네브라스카 서부의 기후와 유사합니다.). 이곳에서 살기 위해선 일종의 온도조절장치 및 수분 유지가 중요합니다. 이런 나선형 구조, 그리고 그 밑의 길게 뻗은 구조는 땅굴 속의 수분이 쉽게 증발하지 않도록 합니다. 깊숙한 땅굴 속에서 살면 햇빛과 건조한 기후로부터 보호될 수 있었고, 나선형 구조는 수분이 쉽게 증발하지 않도록 막아주었지요. 이렇게 수분이 공급되는 토양이 있는 덕분에 땅굴에서는 식물이 자라기도 했던 것으로 보입니다. 건조한 기후에서 수분이 공급되기 아주 좋기 때문이지요. 거기에다가 해리슨층의 암석을 보면 화산재의 흔적도 있는데, 이는 토양에 질소를 공급하여 식물이 자라기 더욱 좋은 토양이 되게 합니다. 덕분에 식물이 땅굴에서 자랄 수 있었지요.
그러면 비버는 이 땅굴을 어떻게 만들었을까요? 바로 앞니로 만들었습니다. 앞니가 땅굴속에 있는 파인 흔적과 일치하기 때문이지요. 땅굴의 측면과 바닥에는 앞발을 이용해서 흙을 판 흔적 또한 있다고 합니다.
오늘날 강가에서 살면서 나무를 깎아 댐을 만들며 살아가는 동물 비버. 화석기록을 보면 이들의 진화사에 대해서 여러 연구가 진행되었습니다. 비버는 위에서 잠깐 이야기하였던 것처럼 2번째로 거대한 설치류이지요. 그러면 그 반대로, 가장 작은 설치류, 아니 그를 넘어서 가장 작은 동물의 대명사라고 할 수 있는 동물, 쥐는 어떨까요? 다음 글에서는 쥐의 화석기록 및 진화사에 대해서 간략하게 이야기해보겠습니다.
연구 및 자료 출처-
https://en.wikipedia.org/wiki/Beaver#Environmental_effects
https://n.news.naver.com/article/023/0003740588?cds=news_media_pc
조선일보 "우크라 동물까지 도왔다…러軍 앞길 막은 ‘뜻밖의 우군’ 정체는"
How Scientists Resolved the Mystery of the Devil’s Corkscrews
https://www.naturalhistorymag.com/htmlsite/master.html?https://www.naturalhistorymag.com/htmlsite/editors_pick/1994_04_pick.html
The Devil’s Corkscrew
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