북미와 남미 연결 전, 이미 두 대륙 포유류는 섞이기를 기다렸다
캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스University of California - Berkeley 제공
약 280만 년 전 파나마 지협Panamanian isthmus이 형성되기 전까지 북미와 남미는 서로 고립된 대륙이었으며, 각기 다른 동물들이 서식했다.
남쪽에는 새끼를 품는 주머니가 있는 포유류인 유대류marsupials와 땅늘보sloths가 풍부했고, 북쪽에는 낙타, 말, 프롱혼 영양pronghorn antelopes, 검치호랑이saber-toothed cats가 살았다.
생물학자들은 지협isthmus이 형성된 후에야 동물들이 북쪽과 남쪽으로 급증했는데, 이를 '대아메리카 생물 교류(Great American Biotic Interchange, GABI)'라고 부른다.
이로 인해 많은 남미 종이 멸종하고 북미 종들이 그 자리를 차지했다.
하지만 UC 버클리 고생물학자들은 대륙을 넘나드는 포유류 이동에 대한 이러한 단순한 설명이 잘못되었다고 주장한다.
멕시코에서 발견된 새로운 화석 포유류 데이터베이스를 구축하고 분석한 결과, 그들은 현재의 아메리카 지역에 살던 동물들이 이미 약 1천만 년 전에 멕시코와 그 너머 지역으로 이주했으며, 그곳에서 일종의 대기소holding pen 역할을 하다가 약 7백만 년 전부터 남쪽으로 이동하기 시작했다는 결론을 내렸다.
"이번 연구는 3백만 년 전의 전통적인 '대아메리카 생물 교환(Great American Biotic Interchange, GABI)' 사건과는 다른, 중요한 GABI 이전 단계들이 존재했을 뿐만 아니라, 이러한 이동의 가속화가 사람들이 생각하거나 상상한 것보다 훨씬 오래되었다는 것을 처음으로 보여줍니다."
버클리 통합생물학과 교수이자 이번 연구를 이끈 잭 쳉Jack Tseng은 말했다.
"이러한 이동의 가속화는 늦어도 약 1천만 년 전에 시작되었습니다."
1천만 년 전부터 7백만 년 전까지의 대기 시대 동안, 북미 북부에서 멕시코로 이동해 온 포유류들, 주로 비교적 건조한 환경에 적응한 몸집이 큰 동물들은 계속해서 다양화했고, 남아메리카 대륙 포유류들도 마찬가지였다고 그는 말했다.
이러한 다양성은 7백만 년 전부터 3백만 년 전까지의 간헐적인 교류를 위한 "준비 단계"를 마련했다.
GABI 이전 시대에는 너구리와 비슷한 코아티coatis, 링테일ringtails, 그리고 작은 설치류와 같은 작은 포유류들이 카리브해 섬들을 건너뛰거나 식물 덩어리를 타고 이동하는 등 일종의 간헐적인 통로를 통해 남아메리카로 이동했다.
남아메리카에서 북미로 이동한 주요 집단은 나무늘보뿐이었다.
그리고 3백만 년 전, "문이 활짝 열리면서 포유류의 북쪽과 남쪽으로의 이동이 사실상 아무런 제약 없이 이루어졌다"고 첸 교수는 말했다.
이러한 교류는 수만 년 전 인류가 처음 북아메리카에 발을 들였을 때 마주했던 생태계를 형성했고, 이후 인류는 두 대륙을 지배한 거대 동물들megafauna 을 멸종시키면서 그 환경을 변화시켰다.
"이 연구는 현재의 생물 다양성 패턴이 어떻게 형성되었는지 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 지난 1천만 년 동안 겪은 경험을 바탕으로 미래의 환경 변화에 더 잘 적응하고 살아남을 가능성이 높은 종을 파악하는 데에도 도움이 될 수 있다"고 첸 교수는 말했다.
첸 교수와 로스앤젤레스 카운티 자연사 박물관, 멕시코 케레타로Querétaro 국립 자치 대학교 동료 연구진은 7월 30일 사이언스에 연구 결과를 발표할 예정이다.
멕시코 화석에서 얻은 새로운 통찰
쳉(Tseng)과 그의 멕시코 공동 연구진은 논문 공동 저자이자 멕시코 고생물학자인 오스카 카란사-카스타녜다(Oscar Carranza-Castañeda)의 수십 년에 걸친 연구를 바탕으로 거의 15년 동안 멕시코에서 화석을 수집했다.
이들을 통해 약 1200만 년 전부터 현재까지 알려진 화석 수는 거의 두 배로 늘어났다.
연구진은 이러한 새로운 화석들을 수집하면서 많은 화석이 북미 북부, 심지어 1000만 년 전까지 거슬러 올라가는 화석들과 동일하다는 사실을 발견했다.
이는 북미 포유류가 생각보다 훨씬 일찍 남쪽으로 서식지를 확장했음을 시사한다.
포유류는 현재 미국 남서부와 대평원의 초원과 유사한 통로를 따라 남쪽으로 멕시코까지 이동했을 가능성이 있지만, 결국 대륙의 끝에서 멈췄을 것이다.
첸은 "멕시코는 육교가 나타났을 때 남쪽으로 퍼져나간 새로운 종들을 만들어낸 완전히 독특한 지리적 지역이 아니었다"고 말했다.
"멕시코의 화석 포유류는 북미 북부 지역에서 이미 볼 수 있는 종들의 지리적 확장일 뿐입니다. 1천만 년 전쯤에는 멕시코에서 발견된 포유류 화석들이 미국 여러 지역에서 발견되는 종들과 매우 유사했습니다."
쳉이 '격리 단계holding pen phase'라고 부르는 3백만 년 동안에도 포유류는 신열대 기후에 적응하며 계속 진화했다.
약 700만 년 전, 화석 증거에 따르면 너구리 친척과 작은 설치류들이 이미 북쪽에서 남아메리카로 건너왔고, 설치류는 남쪽의 기존 및 새로운 생태적 지위를 성공적으로 차지했다.
남쪽에서 북쪽으로 건너간 것은 나무늘보뿐이었으며, 결국 작은 코끼리만 한 크기의 북미 땅늘보로 진화했다.
쳉은 700만 년 전부터 300만 년 전까지의 시기를 '지연 단계lag phase'라고 부르는데, 이는 남아메리카 포유류가 북미 포유류보다 뒤처져 건너오지 못했기 때문이다.
280만 년 전, 즉 GABI 단계가 시작된 이후에야 크고 작은 모든 포유류가 자유롭게 이동할 수 있게 되었다고 첸 교수는 말했다.
이러한 교류의 결과 중 하나는 남아메리카 포유류가 북미 포유류와의 경쟁에서 밀려났다는 것이다.
연구팀의 이번 결과는 지난 300만 년 동안 남아메리카에서 원래 북쪽에서 온 동물들이 남쪽 동물들보다 훨씬 더 다양화했다는 기존 분석을 뒷받침한다.
이는 주머니에서 미성숙한 새끼를 낳아 보살펴야 하는 남아메리카의 유대류(캥거루와 주머니쥐 등)가 새끼를 빨리 낳아 독립시키는 태반 포유류와 경쟁하기에 적합하지 않았기 때문일 수 있다.
첸 교수는 "이러한 생활사 전략은 태반 포유류가 유대류와의 경쟁에서 우위를 점하게 해 주었을 가능성이 높다"고 말했다.
3단계에 걸친 이동은 화석 및 유전체 연구에서 나타나는, 300만 년 전 이전에 대륙 간 혼합이 있었다는 증거와 일치한다.
그러나 첸 교수의 해석은 일부 지질학자들이 주장하는, 아마도 1500만 년 전부터 육교가 존재했으며 대륙 간 동물 이동의 주요 원인은 기후 조건이었다는 주장과 상반한다.
"우리는 화석 기록이 그러한 주장을 뒷받침하지 않는다고 주장한다"고 그는 말했다.
"그렇지 않다면, 특히 1000만 년에서 700만 년 전 사이의 정체기에, 어떤 기후적 사건이 모든 포유류의 이동을 막았을지 상상하기 어렵습니다."
쳉 교수와 로스앤젤레스 카운티 자연사 박물관 공동 저자인 샤오밍 왕Xiaoming Wang 교수는 현재 남미의 동료들과 협력해 해당 대륙에서 발견된 더 많은 화석을 분석에 포함하고, 지난 1000만 년 동안 어떤 포유류 집단이 언제 남쪽으로 이동했는지, 그리고 남쪽에서 북쪽으로의 이동이 지연된 이유를 더 명확히 규명하고자 한다.
왕 교수는 "북미에 비해 남미의 화석 기록은 상대적으로 적다"며, "대륙의 형태와 환경적 차이가 분명한 요인이지만, 탐사 부족 또한 중요한 요인일 수 있다. 이유가 무엇이든 간에, 남미 동료들과의 협력 가능성은 매우 크다. 앞으로의 탐사에서 흥미로운 화석들이 발견될 것으로 기대한다"고 말했다.
공동 저자로는 쳉 교수와 함께 버클리 대학교 학부생 출신인 레아 칸, 멕시코 국립자치대학교 케레타로 캠퍼스의 아돌포 파체코-카스트로, 카란사-카스타녜다, 호세 호르헤 아란다-고메즈, 훌리오 세사르 차베스-암브리즈, 플로리다 주립대학교의 양 왕, 챈스 해놀드, 콜로라도주 레이크우드 소재 미국 국토관리국(BLM)의 H. 그레고리 맥도널드, 그리고 로스앤젤레스 카운티 자연사박물관의 양 교수가 참여했다.
쩡 교수와 파체코-카스트로는 로스앤젤레스 카운티 자연사박물관 연구원으로도 활동한다.
Publication details
Z. Jack Tseng et al, A 10-million-year biogeographic holding pen primed the Great American Biotic Interchange, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aef2893. http://www.science.org/doi/10.1126/science.aef2893
Jenny L. McGuire et al, When mammals crossed between continents, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aei5362 http://www.science.org/doi/10.1126/science.aei5362
Journal information: Science