공기 중의 산소 농도가 더 많기만 하다면 뒤뜰에서 발견함직한 무당벌레가 소름끼칠 정도로 크게 될 수 있다. 최근에 이뤄진 한 연구에 의하면 일부 곤충들은 훨씬 더 풍부한 산소 공급을 받았기 때문에 고생대 말기에는 더 컸었다. 이 연구팀은 2006년 10월 8일부터 11일까지 개최되는 회의에서 이와 같은 요지의 연구결과를 발표했다. 이 연구에는 Midwestern 대학 Alexander Kaiser와 Michael C. Quinlan, Argonne 국립실험실 Wah-Keat Lee와 J. Jake Socha, 애리조나주립대학 Jaco Klok과 Jon F. Harrison 등이 참여했다.
약 3억 년 전 쯤의 고생대에는 크기도 크고 식물체들도 풍부하게 존재했으며 거대 곤충들, 예를 들어 2.5피트의 날개 길이를 갖는 잠자리도 있었다. 공기 중의 산소 함량은 이 시기에는 35%였는데 현재는 21% 이하로 감소했다. 연구자들은 이러한 고농도의 산소가 곤충들을 더 크게 자랄 수 있는 요인이 되었다고 주장한다.
곤충은 우리처럼 호흡을 하지 않으며 산소 운반을 위해 혈액을 이용하지 않는다. 이들은 산소를 취해서 소위 기문으로 알려진 몸에 난 구멍을 통해 이산화탄소를 배출한다. 이러한 구멍들은 기문을 연결시켜 주는 기관소지 등과 연결되어 있다. 반면에 인간은 하나의 기관을 갖고 있는데 곤충은 자신들의 모든 몸으로 산소를 운반하고 이산화탄소를 제거할 하나의 통합된 기관계를 갖고 있다. 곤충이 성장함에 따라 기문은 중추 조직에 더 길게 뻗어나가게 되고 더 커진 신체의 추가적인 산소 요구량을 충족시키기 위해 더 넓고 더 많은 수로 발달하게 된다.
곤충은 기문을 닫음으로써 산소 흐름을 제한할 수 있다. 사실 곤충 몸이 딱딱해서 이렇게 기문들을 개폐할 수 있고 이미 기문으로 들어 온 산소도 소비할 수 있다. Kaiser는 연구실에 담긴 물 양동이에 빠진 나비 유충을 떠올렸다. 연구실원들이 이 곤충을 다음날 발견하게 되었을 때, 그것이 빠져 죽었을 것이라고 생각했었다. 하지만 유충을 물에서 꺼냈을 때 그것이 꿈틀거리고 살아 움직이는 사실에 놀라지 않을 수 없었다. 이처럼 곤충은 기문의 개폐를 통해 산소 소비량을 조절할 수 있는 것이다.
그래서 이들은 다음과 같은 목적을 달성하기 위해 연구를 실시했다.
- 기관계가 각기 다른 크기의 딱정벌레 몸에서 차지하고 있는 부피가 어느 정도 될까
- 그 곤충이 자라나면서 기관계 체적도 비례적으로 증가하는 것일까
- 현재의 대기 구성에서 곤충이 자라날 수 있는 크기에 대한 제한 요인은 존재하는가
연구자들은 약 1/10인치 정도 되는 거짓쌀도둑거저리(Tribolium castaneum)에서 약 1.5인치 정도되는 Eleodes obscura에 이르기까지 4종의 각기 다른 크기의 딱정벌레들의 기관 체적을 비교하기 위해 x-ray 영상을 이용했다. 이들 곤충들은 고생대에는 존재하지 않았지만, 이 연구팀은 이들이 잠자리보다는 연구실에서 유지하기 훨씬 더 쉬운 곤충들이기 때문에 연구에 활용했다.
이 연구는 더 큰 딱정벌레의 기관들이 예측한 몸 크기의 증가에 비해 약 20%나 초과한 비율을 유지함을 보여주었다. 이것은 기관계가 더 길어진 사지까지 도달하기 위한 목적뿐만 아니라 기관 소지들이 늘어난 산소 요구량을 충족시키기 위해 더 많은 공기를 취하고자 체적이나 숫자가 늘어났기 때문이다.
기관계 크기의 부적절한 증가는 그 다리와 신체가 만나는 열린 공간에서는 중요한 요인이 되는 것을 연구자들은 발견했다. 이 열린 곳은 매우 커질 수 있어서 기관의 크기를 제한한다. 기관 크기가 제한받으면 산소 공급 역시 그러하고 곤충 성장도 제한을 받게 된다고 Kaiser는 설명했다. 연구자들은 이들 딱정벌레들에서 관찰한 부적절한 증가를 이용해서 이들이 약 15cm 이상 클 수 없다고 계산했다. 그런데 이것은 알려진 가장 큰 딱정벌레로 15~17cm로 자라는 남미 산 타이탄하늘소(Titanus giganteus)의 크기에 해당한다고 Kaiser는 강조했다.
그러면 왜 몸과 다리 사이의 열린 곳이 또한 고생대에는 곤충 크기를 제한하지 못했을까 결국, 잠자리와 일부 다른 곤충들이 동일한 신체 구조를 갖게 되었지만 이들은 훨씬 더 큰 몸집이었다. 이것은 대기 중의 산소 농도가 높으면 곤충은 산소 요구를 충족하기 위해 더 적은 양의 공기를 필요로 하기 때문이다. 기관 직경은 더 좁아질 수 있어서 여전히 훨씬 더 큰 곤충을 위한 충분한 공기를 운반해 줄 수 있다고 Kaiser 박사는 부연했다.
http://www.sciencedaily.com/ KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2006/10/14
제공 : kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2006.10.16 13:54
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