[신기한과학] 포유류 진화: 고대 화석이 우리의 초기 조상의 비밀을 밝히는 방법!

티라노사우르스 렉스 와 디플로도쿠스 가 행성을 돌아다니기 전에 , 한 무리의 작은 동물들이 성공적인 생존을 이어나갔고 언젠가는 지배하게 될 것입니다. 새로운 화석의 현상금이 우리에게 어떻게 그들의 이야기를 들려주고 있는지 보여줍니다.

몇 년 전 나는 깃털로 덮인 공룡 화석을 연구하기 위해 중국 랴오닝성을 방문했습니다. 어느 날 박물관에서 뼈를 측정하고 깃털을 촬영하는 데 많은 시간을 보낸 후 휴식이 필요했습니다.

내 중국 동료들은 만다린어로 몇 마디 조용히 말하고 나에게 따라오라고 손짓했다. 그들 중 한 사람은 “우리는 당신에게 보여줄 비밀이 있습니다. "그리고 그것은 공룡이 아닙니다."

우리는 박물관을 나와 차를 타고 자전거와 국수 가게로 가득 찬 베이피아오(Beipiao) 시의 좁은 거리를 뱀처럼 지나갔다. 우리는 작은 안뜰로 열리는 골목으로 들어섰다. 우리는 어수선한 상자와 나무 상자를 피해 어두운 아파트로 들어갔습니다.

내 동료 중 한 명이 옆방으로 몸을 숨기고 지그 소 퍼즐처럼 서로 맞는 두 개의 암석 판을 들고 나왔습니다. 표면에는 사과만한 크기의 갈색 얼룩이 있었습니다.

 

놀라운 발견

나는 더 가까이서 보았다. 갈색 물체는 머리카락이었고, 중간에 척추가 뻗어 있었습니다. 그때 저는 이해했습니다. 저는 1억 2,500만 년 전 중생대에 깃털 공룡과 함께 살았던 우리의 먼 사촌인 화석 포유류를 보고 있었습니다. (중생대는 트라이아스기, 쥐라기 및 백악기를 포함하는 약 2억 5,200만 ~ 6,600만 년 전입니다.)

Beipiao 아파트 뒤에서 작가 Steve Brusatte에게 공개된 신비하지만 아직 확인되지 않은 화석

이 특정 화석은 아직 설명되지 않았으며 내가 아는 한 Beipiao의 설명되지 않은 아파트에서 여전히 먼지를 모으고 있습니다. 새로운 종일 수도 있고 아닐 수도 있습니다. 지난 25년 동안 중국의 쥐라기와 백악기 암석에서 24종 이상의 포유류 화석이 발견되었기 때문입니다.

깃털공룡처럼 화산재와 슬러지에 묻혔기 때문에 풍부하고 깨끗한 상태로 보존되었습니다. 그리고 깃털 달린 공룡 처럼 그들은 고생물학자들이 현대 동물의 주요 그룹인 우리 그룹이 어떻게 생겨나고 진화했는지 이해하는 데 도움을 주고 있습니다.

진화가 포유류를 만든 방법

포유류는 현대 동물 중에서 유일합니다. 무엇보다도 햄스터에서 인간에 이르기까지 모든 포유류는 머리카락, 큰 뇌, 예리한 후각과 청각, 차별화된 치아(앞니, 송곳니, 소구치 및 어금니)를 가지고 있습니다.

우리는 어린아이에게 우유로 영양을 공급하고, 온혈하고, 빠르게 성장하며, 사지를 몸 아래로 두고 직립보행하고, 복잡한 어금니로 음식을 씹고, 작은 중이 뼈와 사슬을 통해 고주파 소리를 듣는 마법사입니다. 코일 달팽이관.

포유류 '신체 계획'을 함께 정의하는 이러한 기능은 한 번에 모두 진화하지 않았습니다. 대신, 그들은 포유류 계통이 파충류에서 갈라진 약 3억 2,500만 년 전에 시작하여 수천만 년에 걸쳐 단편적으로 발전했습니다. 시냅스류로 알려진 포유류 계통은 모든 땅이 초대륙 판게아로 연결되었던 페름기(2억 9,900만~2억 5,200만 년 전)를 지배하게 되었습니다.

포식성 고르고놉시스류와 같은 일부 시냅스류가 먹이 사슬의 꼭대기에 있는 동안, 키노돈트라고 하는 또 다른 시냅스류 그룹은 작아져 그림자 속으로 이동했으며, 페름기 말에 모든 생명체의 최대 95%를 멸종시킨 끔찍한 멸종을 견뎌냈습니다. . 이 사이노돈트는 포유류의 직계 조상이 되었습니다.

최신 분석 기술과 결합된 새로운 화석은 다음 트라이아스기 기간 동안 포유류가 시노돈트 조상으로부터 어떻게 출현했는지를 보여줍니다. 처음에 이 포유류에 가까운 이 동물은 생물학과 행동 면에서 여전히 상당히 파충류였습니다.

미국 자연사 박물관의 Eva Hoffman 이 2018년에 기술한 화석화된 어미 Kayentatherium 과 34개 이상의 자손에 대한 놀라운 발견은 이 털이 많은 개 크기의 생물이 여전히 큰 클러치 크기와 작은 뇌를 가지고 있음을 보여줍니다.

그러나 시간이 지남에 따라 그들은 더 빠르게 성장하기 시작했습니다. 그들은 감각 정보를 처리하는 신피질(neocortex)이라는 새로운 영역으로 더 큰 뇌를 개발했으며 더 강력한 물기를 위해 턱을 닫는 근육을 재배열했습니다.

 

한편, 이 원시 포유류는 점점 작아지고 있었습니다. 예일 대학의 Bhart-Anjan Bhullar 박사와 버밍엄 대학의 Stephan Lautenschlager 박사 가 이끄는 두 가지 최근 연구에서 알 수 있듯이 이것은 그들의 생물학에 중대한 영향을 미쳤습니다 .

그들은 원시 포유류와 현대 포유류의 차이점을 연구하기 위해 컴퓨터 애니메이션과 실험실 비교를 사용했습니다. 포유류의 조상이 크기가 줄어들면서 아래턱의 치아 뼈가 지배적인 턱 근육 부착 부위가되었습니다.

약간의 조정처럼 보이지만 다른 턱 뼈가 고주파 소리를 더 잘 들을 수 있는 중이 뼈로 변형되도록 하고 보다 효율적인 씹기를 위한 새로운 유형의 회전 턱 움직임을 허용하는 등 큰 영향을 미쳤습니다. 이 시점에서 진정한 포유류가 등장했다고 말할 수 있습니다.

 

포유류가 어떻게 다양화되고 번성했는지...

중생대 후반, 쥐라기 시대를 도래한 트라이아스기 말에 멸종된 후, 포유류는 실제로 자신의 존재가 되었습니다. 꽤 최근까지 이 시대의 포유류는 공룡 블록버스터에서 모두 작고 지루하며 정교하지 않은 D급 배우였습니다. 우리는 이제 중국의 풍부한 새로운 화석 덕분에 이것이 거짓이라는 것을 압니다.

중생대 포유류는 작았고, 그만큼 사실입니다. 알려진 종은 오소리보다 크지 않았습니다. 아마도 공룡이 이미 더 큰 틈새 시장을 지배했기 때문일 것입니다. 그러나 쥐라기 및 백악기 포유류는 발밑에서 생존하는 데 대가가 되어 놀라운 종과 생태계로 다양화되었습니다.

Agilodocodon 과 같은 나무 등반가가 있었습니다 . 두더지를 닮은 Docofossor 와 같은 굴착기 ; Castorocauda 와 같은 물갈퀴 및 비버 꼬리 수영 선수 ; 그리고 Volaticotherium 및 Vilevolodon 과 같은 해충 은 피부 날개로 나무 사이를 활공했습니다. 이 모든 포유류는 지난 15년 동안 발견되었습니다.

 

이 다른 포유류 종은 다양한 음식을 먹었습니다. 울버린 크기의 레페노마무스( Repenomamus )와 같은 일부 는 한 골격의 뱃속에서 화석화된 마지막 식사에 의해 기록된 바와 같이 날카로운 이빨을 사용하여 아기 공룡을 잡아먹었습니다. 그러나 다른 많은 사람들은 곤충과 식물이라는 두 가지 다른 식품 유형을 전문으로 하기 시작했습니다.

그들은 단순히 자연이 제공하는 것을 이용하고 있었습니다. 백악기에 꽃이 피는 식물은 진화적 왈츠에서 곤충 수분 매개체와 함께 장면에 등장하여 다양화되었습니다. 곤충 현상금을 먹기 위해 일부 포유류는 새로운 유형의 어금니를 진화시켰는데, 이 어금니는 부수고 갈기 위한 절구와 유봉을 형성했습니다.

 

이 특별한 치아인 마찰식 어금니는 오늘날에도 여전히 생존하고 있는 두 포유류 그룹의 특징입니다. 유대류(작은 아기가 주머니에서 발달함)와 태반(우리 그룹은 잘 발달된 새끼를 산 채로 낳는 그룹)입니다. 두 그룹 모두 살아남은 세 번째 포유류 계통(알을 낳는 단공류)과 함께 중생대에서 시작되었습니다.

그러나 그들은 정확히 지배적이지 않았습니다. 그들은 번성했다가 멸종된 다른 가족들과 생태계를 공유했습니다. 톱니 모양의 다중 결절과 같은 이들 중 다수는 매우 성공적이었습니다.

일부 다결절은 식물을 자르고 갈기 위해 톱날 소구치와 복잡한 어금니를 발달시킨 반면, 고생물학자 Mátyás Vremir가 발견하고 2018년에 기술한 루마니아 종 Litovoi 와 같은 다른 종 은 뇌를 축소했지만 최신 백악기 섬에 적응하기 위해 매우 예리한 후각을 진화시켰습니다. 서식지.

 

<포유류의 간략한 역사>

석탄기 - 3억 2,500만 년 전
포유류 혈통(시냅스류)은 파충류 혈통인 이갑류(diapsids)에서 갈라졌습니다.

페름기 - 2억 9,900만 ~ 2억 5,200만 년 전
시냅시드가 증식했습니다. 펠리코사우르스(pelycosaurs)라고 불리는 초기의 시냅스류는 파충류처럼 불규칙하게 뻗어 있는 형태가 아니라 몸 아래에 팔다리를 유지하는 랩시드(rapsids)라고 불리는 시냅스류로 대체되었습니다.

페름기 말 멸종 - 2억 5,200만 년 전

시냅스류는 멸종되었지만 머리카락과 빠른 신진대사를 가진 포유류 조상인 사이노돈트(cynodont)를 포함하여 일부 종은 살아남았습니다.

 

트라이아스기 - 2억 5200만~2억 100만년 전

진정한 포유류는 단공류, 유대류, 태반을 포함하여 진화했습니다.

 

쥐라기 중기 - 1억 7,400만 ~ 1억 6,400만 년 전

턱, 치아, 귀는 변화하는 환경에 적응하기 위해 빠르게 진화했습니다.

 

초기 백악기 - 1억 3천만 ~ 1억 2천 2백만 년 전

다양한 포유류 군집이 중국에서 깃털공룡과 함께 살았습니다. 생태계는 때때로 화산 폭발로 묻혀 화석을 생성했습니다.

 

백악기 - 1억 4천 5백만 ~ 6천 6백만 년 전

꽃이 만발한 식물은 곤충 수분 매개체와 함께 빠르게 발생하고 진화하여 포유류에게 새로운 먹이원을 제공했습니다.

 

백악기 말 멸종 - 6600만년 전

소행성이 지구를 강타하여 공룡과 많은 포유류를 죽였습니다. 태반이 살아났습니다.

 

팔레오세 시대 - 6600만~5600만년 전

살아남은 태반은 더 커져서 다양한 식단과 이동 방식을 개발했으며 전 세계적으로 퍼졌습니다.

 

팔레오세-에오세 열 최대치 - 5600만년 전

갑작스러운 지구 온난화로 인해 포유류가 다양해졌습니다. 박쥐, 고래 및 코끼리의 초기 친척이 나타납니다.

 

시대의 종말

6,600만 년 전, 백악기 마지막 날에 그곳에 있었다면 아마도 다양한 포유류가 덤불 속을 질주하는 소리를 들었을 것 입니다. 티라노사우루스 렉스 를 피하기 위해 너무 집중하지 않았다면 말입니다.

그 포유동물 중 일부는 원시 태반이었을지 모르지만, 이들은 여전히 ​​드물고 다결핵과 초기 유대류보다 수가 적습니다. 그러던 어느 순간 모든 것이 달라졌다. 제트 여객기보다 빠른 속도로 10km 너비의 소행성이 10억 개가 넘는 핵폭탄의 위력으로 지구를 강타했습니다.

순간적인 쓰나미, 산불, 지진은 핵겨울과 장기적인 지구 온난화로 이어졌습니다. T. rex 와 Triceratops 와 같은 공룡은 대처할 수 없었고 깃털과 날개가 달린 몇 마리의 비행가를 제외하고는 모두 멸종되었습니다.

 

포유류는 이 대량 멸종 의 위대한 생존자 중 하나였습니다 . 그러나 이야기는 흔히 말하는 것처럼 간단하지 않습니다. 비 마찰식 이빨을 가진 몇몇 중생대 그룹과 멸종 위기에 처한 대부분의 유대류를 포함하여 많은 포유류도 죽었습니다.

캘리포니아 대학의 윌리엄 클레멘스 박사와 워싱턴 대학의 그레고리 윌슨 박사 가 이끄는 미국 서부에서 수년간의 현장 조사는 무슨 일이 일어났는지 명확히 했습니다. 유연하고 잡식성인 식단이 더 나은 생존 기회를 가졌습니다. 그 중에는 태반이 있었습니다.

생명은 언제나 생존의 길을 찾아낸다!

소행성의 분노가 있은 지 수십만 년이 채 되지 않아 고생대 시대가 한창이었습니다. 생태계가 회복되었고 태반 포유동물이 번성했으며 일부 종은 이제 거의 소만큼 컸습니다.

저는 뉴멕시코 자연사 박물관의 동료인 Thomas Williamson 박사와 현재 카네기 자연사 박물관에 있는 박사 과정 학생인 Sarah Shelley 와 함께 뉴멕시코의 San Juan Basin 황무지에서 화석을 수집하는 데 몇 년을 보냈습니다.

이 포유류는 조금 이상해 보입니다. 그들은 땅딸막하고 골격이 상당히 고풍스러워 보이며 올해 초 동료 에든버러 대학의 Ornella Bertrand 박사 가 발표한 스캔 결과 에 따르면 오늘날의 태반보다 뇌가 더 작습니다.

사실, 이 뉴멕시코 포유류( Chriacus 및 Periptychus 와 같은 종) 는 태반의 개척자였습니다. 그들은 멸종에서 살아남은 그룹이었고, 공룡이 없는 세상에서 더 크고 다양해졌으며 오늘날의 6,000종 이상의 종을 위한 무대를 마련했습니다.

그중에서 우리는 말과 사슴, 그리고 영장류(우리 자신의 조상)의 선조가 나무에서 흔들리는 삶을 개척하기 시작하고 결국 내려와 뒷다리로 자라서 더 큰 두뇌를 성장시키고 문명을 향해 행진하는 것을 발견합니다.