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- 화석화된 잎의 먹이 흔적은 놀라울 정도로 초기의 다양성을 증명한다.
- 곤충의 생활 방식과 식단이 지난 3억 500만 년 동안 변화

개화식물 보다 먼저 잎을 먹는 곤충이 번성했다.
화석화된 잎의 먹이 흔적은 놀라울 정도로 초기의 다양성을 증명한다.

초식성 곤충은 예전에 생각했던 것보다 더 일찍 다양성을 발달시켰다. 이는 1억 6500만 년 된 잎 화석에 있는 먹이 흔적을 통해 입증되었다. 이에 따르면, 여섯 개의 다리를 가진 초식동물은 개화식물의 발달로 큰 진화적 발전을 경험한 것이 아니라 그보다 이미 6천만 년 더 일찍 경험했다. 그 당시 초식 곤충의 다양화를 주도한 요인은 기생곤충이었을 가능성이 있다. 

▲ 쥐라기 다오후거우 식물 화석 컬렉션의 식물에서 부식성 곤충이 식물 내부를 갉아먹어 발생한 피해. © Lifang Xiao

오늘날의 생태계에서는 식물과 초식성 곤충이 복잡한 상호 상호작용 체계를 형성한다. 일반적으로 이들 초식성 곤충의 매우 다양한 먹이 전략은 백악기, 즉 1억 2,500만 년에서 9,000만 년 전에 꽃식물이 퍼지면서 생겨났다고 추정한다. 하지만 초식 곤충이 실제로 언제, 어떻게 발달했는지는 이전에는 명확하지 않았다.

식물의 먹이 흔적이 화석에

광둥과학원 리팡 샤오가 이끄는 생물학자들은 이에 관해 자세히 조사했다. 그들은 다양한 시대와 지역에서 수집한 화석 식물 134개와 3개의 현대 식물을 수집해 검색했다. 연구자들은 보존된 식물 부위에 초식 곤충이 남긴 먹이 섭취로 인한 손상과 다른 흔적을 찾아보았다.

예를 들어, 여기에는 먹힌 잎 가장자리나 잎 표면, 구멍이 뚫리거나 찔린 식물 부위, 속이 비어 있거나 빨려나간 식물 등이 포함된다. 조직 속에 곤충의 알 화석이 쌓이는 것은 식물 해충에 의한 침입을 나타내는 징후일 수도 있다. 생물학자들은 이러한 흔적을 통해 곤충의 생활 방식과 식단이 지난 3억 500만 년 동안 변화했다는 결론을 내렸다.

▲ 쥐라기 시대의 다오후고우 식물 화석 컬렉션에서 식물 외부에서 식물을 섭식하는 기생 곤충으로 인한 피해. © Lifang Xiao

 

다양성은 예상보다 일찍 나타난다

분석 결과, 일반적인 믿음과는 달리 초식성 곤충의 다양성은 백악기에 나타난 것이 아니라 1억 6500만 년 전 중기 쥐라기에 이미 완전히 발달한 것으로 나타났다. 이는 중국의 내몽고 다오후고우(Daohugou)에서 발견된 화석 식물을 통해 입증되었는데, 그 잎은 오늘날 식물과 유사한 다양한 손상 패턴을 보였다. 연구팀은 거기에 살고 있던 초식 곤충이 오늘날 살고 있는 초식 곤충과 달랐지만, 그들의 먹이 전략은 비슷하게 다양했다고 설명했다.

이러한 결과는 초식성 곤충의 진화적 폭발이 이전에 생각했던 것보다 약 6천만 년 더 일찍, 꽃 씨앗을 가진 꽃식물인 속씨식물이 퍼지기 훨씬 전에 일어났다는 것을 증명한다. 따라서 속씨식물 시대의 시작은 초식 곤충의 다양성을 크게 증가시킨 원동력이 아니었다.

속씨식물 대신 겉씨(나자裸子)식물

쥐라기 시대의 초기 곤충은 꽃식물이 아니라면 어떤 식물을 먹었을까? 먹힌 식물 화석도 이에 대한 정보를 제공한다. 이 화석은 주로 침엽수, 소철류 및 몇몇 멸종된 식물 그룹과 같은 겉씨식물에서 유래되었다. 이들 겉씨식물의 씨앗은 속씨식물과 달리 씨방에 싸여 있지 않다. 오늘날 초식성 곤충이 그런 겉씨식물을 공격하는 경우는 거의 없다.

하지만 과거에는 상황이 달랐던 듯하다. 샤오와 그녀의 동료들은 "연구 결과에 따르면 곤충 계통은 초기(1억 6,500만~1억 년 전)에 더 다양한 식습관을 가졌지만, 현대에는 더 제한적이었다"고 기술했다. 따라서 초기 곤충 종은 각각 특정 겉씨식물에 특화되어 있었지만, 후기 곤충 종은 좀 더 광범위한 먹이 스펙트럼을 가지고 있었으나 속씨식물에 국한되었다.

▲ 쥐라기 다오후거우 식물 화석 컬렉션의 식물에서 굴을 파는 곤충이 식물 내부를 갉아먹어 발생한 피해. © Lifang Xiao

진화의 원동력이 되는 적대적인 곤충?

이는 초식 곤충의 초기 다양화의 원동력이 무엇이었는지에 대한 의문을 제기한다. 속씨식물의 성장으로 새로운 식량 자원이 증가한 것이 아니었다면 무엇이었을까? 샤오와 그녀의 동료들은 식량의 가용성보다는 초식성 곤충의 천적이 그들의 진화를 주도했을 것이라고 추측한다.

따라서 초식 곤충을 공격하는 기생 곤충의 출현은 아마도 쥐라기 시대에 초식 곤충의 진화와 종 분화를 가속화했을 것이다. 즉, 새로운 전략을 통해 기생 곤충을 피하고자 한 시도였을 것이다. 연구팀은 기생 곤충, 특히 말벌, 파리, 딱정벌레는 약 1억 8천만 년 전부터 진화적 향상을 경험했다고 설명했다. 이는 그 후 얼마 지나지 않아 피해자의 다양화와 일치한다.

오늘날의 생태계에 대한 결론

샤오와 그녀의 동료들에 따르면, 과거 진화 단계에 대한 통찰력은 오늘날의 생물다양성과 식물-곤충 상호 작용을 이해하는 데에도 도움이 될 수 있다고 한다. 이러한 지식을 바탕으로 곤충과 그 생태계를 더 잘 보호할 수 있다.
(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2025; doi: 10.1073/pnas.2412036122)
출처: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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