물고기 귀에 숨은 삶의 이야기: 화석화한 이석, 성장 패턴을 밝혀내다
by University of Vienna
화석화한 물고기 귀 돌ear stones, 즉 이석耳石otoliths은 이전에 생각한 것보다 훨씬 더 많은 것을 보여줄 수 있다.
최근 연구에서 빈 대학교 고생물학자 팀은 정밀한 전자 현미경 기술을 사용하여 가장 미세한 성장 고리까지 볼 수 있음을 보여주었다.
이러한 미세 구조는 물고기의 삶의 이야기를 단 몇 시간 만에 보여줄 수 있으며, 수천 년에 걸친 물고기의 성장, 생물광물화, 그리고 환경 변화를 이해하는 데 중요한 돌파구가 될 수 있다.
이 연구는 최근 Limnology and Oceanography: Methods에 게재되었다.
모든 물고기는 내이inner ears에 이석이라고 불리는 작은 광물 구조가 있다.
"이러한 구조는 나무의 연륜처럼 성장 고리 형태로 물고기의 일생 전체를 저장한다. 이를 통해 나이, 성장 단계, 심지어 환경 조건까지 알 수 있다"고 고생물학과 주저자 이사벨라 레온하르트Isabella Leonhard는 설명한다.
현대 해양 생물학 및 어류 연구에서 이석은 오랫동안 어류의 성장, 이동, 그리고 개체군 역학을 연구하는 데 필수적인 도구였다. 그러나 고생물학에서는 이석이 종종 간과되었다.
레온하르트는 "이러한 상황이 바뀌기 시작했다"고 말한다.
"고해상도 이미징부터 화학 분석에 이르기까지 새로운 기술 덕분에 수천 년 또는 수백만 년 된 화석에도 생물학적 방법을 적용할 수 있게 되었습니다."
그 결과, 이석은 고생물학계에서 주목을 받으며 고대 어류 개체군에 대한 독특한 통찰력을 제공한다.
어류의 '일기'
특히 흥미로운 점은 이석의 매우 미세한 성장 고리인데, 이는 물고기 '일기'처럼 읽을 수 있다.
화석 표본에서 이러한 고리는 이전에는 발견하기 어려웠다.
재료의 보존 상태가 다양하고 기존의 광학 및 전자 현미경이 한계에 도달했기 때문이다.
레온하르트와 그녀의 팀은 지질학에서 잘 확립된 기술인 후방산란 전자 이미징Backscatter Electron Imaging (BSE)을 활용해 이러한 성장 패턴을 연구했다.
이 방법은 전자가 물질 내 구조에 따라 다르게 반사된다는 사실을 활용해 가장 미세한 내부 패턴까지 드러낸다.
연구진은 이미징 설정을 미세 조정해 북부 아드리아 해에서 발견되고 7,600년 이상 해저에 묻혀 있던 검은망둑어black goby (Gobius niger) 화석 이석에서 매우 미세한 줄무늬 모양 성장 고리를 시각화할 수 있었다.
이 최적화된 방법을 통해 표준 이미징 기술보다 최대 275% 더 많은 성장 고리를 검출할 수 있었다.
"전자현미경을 이용해 아주 미세한 성장 단계까지도 관찰할 수 있었다"고 레온하르트는 설명한다.
일반적으로 이러한 고리는 일주기 리듬에 따라 형성된다. 또한, 일주기와는 독립적으로 형성되는 미세한 성장 단계도 존재한다.
이러한 일중 패턴은 먹이 섭취, 이동, 환경 변화 또는 물고기가 노출된 스트레스 요인을 반영한다.
"우리는 하루보다 훨씬 짧은 간격으로 나타나는 매우 미세하고 규칙적인 간격의 구조를 발견했다.
이 패턴은 생물학적 리듬을 따르는 것으로 보이지만, 아직 그 원인이 정확히 무엇인지는 알 수 없다"고 위트레흐트Utrecht 대학교 고생물학자이자 연구 공동 연구자인 에밀리아 야로호프스카Emilia Jarochowska는 말한다.
"추가 조사를 위해서는 통제된 성장 실험이 필요할 것입니다."
화석 이석을 이용한 현대적 변화 이해
이 최적화한 BSE 방법을 통해 과학자들은 화석 어류와 현대 어류 개체군을 전례 없는 수준으로 자세히 비교하여 현재 변화에 대한 더 광범위한 시간 척도를 제공할 수 있다.
"기후 변화와 과도한 어획이 만연한 시대에는 장기간에 걸쳐 어류 개체수가 어떻게 증가했는지 이해하는 것이 중요합니다다."
고생물학과장이자 이 연구 공동 저자인 마틴 주시친Martin Zuschin은 강조했다.
"우리의 연구 결과는 화석 이석이 엄청난 미개발 잠재력을 지니며, 오늘날 우리가 목격하고 있는 변화를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있음을 보여줍니다."
More information: Isabella Leonhard et al, Revealing growth increments in fossil and modern otoliths with backscattered electron imaging, Limnology and Oceanography: Methods (2025). DOI: 10.1002/lom3.70006
Provided by University of Vienna
***
딱 보니 고고학에서 많이 쓰기 시작한 나이테연대측정과 비슷함을 본다. 저 방식 조만간 고고학에도 본격 응용될 날 있으리라 본다.
고고학 현장에서 흔해 빠진 것이 조개류이기 때문이다. 이를 통해 당시 기후변화까지 검출할 수 있으리라.