곰팡이가 결정한 공룡의 퇴장과 포유류의 시작 — FIMS 가설

K-Pg 대멸종은 6500만 년 전 지구를 직격한 소행성으로 인해 시작된 75%의 지구 생명체가 멸종한 사건을 말한다.
이 대멸종은 그 전까지 약 2억년 동안 지구를 지배하던 공룡이 조류의 조상만 남기고 모두 사라진 것으로 유명하다.

K-Pg 대멸종은 공룡의 멸종을 불러왔지만, 이후 회복된 지구에서 포유류가 번성한 것은 특이한 일이다.

포유류는 정온동물이라는 특성상 많은 에너지를 체온유지에 투자해야 하고, 그 때문에 성장 속도나 움직임에 드는 에너지의 효율이 변온동물보다 현저히 낮기 때문이다. 한 연구에서 정온동물은 변온동물에 비해 30배나 많은 에너지를 필요로 한다는 결과를 내놓기도 했다.[1]
포유류는 운석 충돌 직후 먹이를 구하기 어려운 재난 상황에서 쉴새없이 에너지를 태우고 있는 셈이었다.
이러한 단점에도 불구하고, 어째서 포유류가 신생대 첫 장의 주인공이 될 수 있었을까?

-FIMS 가설을 처음 주장한 의진균학자 아르투로 카사데발
그 이유를 설명하는 흥미로운 의견 중 하나는 FIMS(Fungal Infection-Mammalian Selection Hypothesis)가설이다[2].
곰팡이가 운석충돌 이후 죽어가던 공룡에게 치명타를 주었고, 포유류는 그걸 견디고 살아남았다는 것이다.

유카탄 반도에 떨어진 운석은 주변 얕은 바다의 다량의 유황이 함유된 암석들을 기화시켰고, 이후 먼지와 함꼐 황산염이 전 지구 대기를 덮어 대충돌 겨울Impact winter로 이어졌다.
이 상황은 대부분의 생명체들에겐 절망적이었겠지만, 한 생물군들에게는 최적의 환경이었다.

바로 균류(곰팡이)들이다.
충돌로 인해 발생한 대량의 사체는 시체를 분해하여 먹고 사는 부생성 균류들에겐 엄청난 영양원이 되었다.
균류는 광합성을 필요로 하지 않았기에 태양빛의 차단은 전혀 영향이 없었고, 오히려 그로 인한 전 지구적 온도 하강은 서늘함을 좋아하는 균류에게 최적의 환경이 되었던 것이다.

-KPg 대충돌 직후에 균류 화석만이 발견되는 Fungal layer 지층이 형성된 모습
실제 뉴질랜드의 지층에서 운석으로 인한 이리듐층과 서서히 생태계를 복구하던 양치식물층 사이에 균류 포자로만 이루어진 화석층이 존재한다는 사실이 확인되었다[3].
또한 콜로라도와 와이오밍 주의 운석 충돌 직후 지층에서 균류만이 생산할 수 있는 아미노산이 대량으로 발견되는 등 여러 지역에 걸쳐 균류 번성의 증거들이 남아 있다.[4]


-균류 감염으로 목뼈의 변형이 일어난 것으로 추정되는 디플로도쿠스 '돌리' 화석(위)과 균류 감염으로 기침하는 돌리의 상상화(아래)[7]
이러한 균류의 대폭발은 전 지구로 퍼져나가며 이미 운석충돌로 큰 타격을 받은 변온동물들과 공룡들을 감염시켜 더욱 벼랑 끝으로 몰아넣었을 가능성이 있다.
실제 2022년에는 균류 감염이 원인으로 추정되는 병변을 가진 화석이 발굴되기도 했다.

그러나 이 균류 대폭발 사건에서 포유류의 타격은 크지 않았다.
포유류는 항온성을 유지하기 위한 대가로 막대한 에너지를 지출했지만, 그것이 이 대멸종에서 살아남을 수 있었던 키 포인트였다.
포유류는 매우 특이할 정도로 다른 병원체에 비해 균류에 강한 저항성을 가지고 있다. 그 이유 중 하나가 바로 저 항온성이다.
대부분의 곰팡이는 35도 이하의 온도에서 활성을 가져 그 이상의 체온을 가진 포유류 체내에선 제대로 생존하기 어렵다.
심지어 체온이 40도 가량인 토끼의 경우 병원성 효모를 지주막하에 직접 주입해도 감염을 일으키지 못하고 고온으로 사멸한다.[5]
더구나 버섯에는 포유류의 면역을 증진시키는 베타글루칸이 다량 함유되어 있다.
따라서 당시 지천에 널려있을 버섯을 먹고 배를 채움과 동시에 면역력도 강해지는 일석이조의 효과를 봤을 것으로 추정된다.

-정온과 변온 사이 중온성을 가진 공룡
하지만 반대로 이건 햇빛을 받지 못해 체온을 높이지 못하는 비정온동물들에겐 치명타였다는 뜻이다.
계통별로 차이는 있지만, 공룡은 2014년 연구에서 변온동물이 아닌 중온동물mesotherm이라는 가설이 대두된 바 있다[6].
중온동물은 신진대사를 통해 열을 낼 수 있는 점은 정온동물과 같다.
그러나 자율적 체온 유지 능력이 제한적이며 외부 조건 의존도가 커 열을 공급받지 못하면 체온의 감소가 일어날 수 있다.
중온동물이 햇빛 등으로 외부에서 열을 공급받지 못하면 평시보다 체온이 10도 가량 내려갈 수 있으며, 이 온도는 균류가 선호하며 감염에 매우 취약한 지점이다.

또한 공룡이 난생이란 것도 포유류보다 불리한 점이다.
포유류의 새끼는 태반에서 보호받지만, 알은 대기 중의 포자에 그대로 노출되어 감염되기 쉽기 때문이다.
실제로 중국에서 푸사리움 균사에 감염된 공룡 알 화석이 발굴된 사례도 존재한다[8].

모든 변온동물과 중온동물이 k-pg 대멸종에 사라진 것은 아니었다. 그들 역시 현재 지구상에 번성하고 있다. 다만 그 번성 시점이 포유류보다 현저히 늦었고, 결국 신생대 초기의 주인이 되지 못했다.
균류에 의한 생존 압력은 그들의 중흥을 늦췄고, 공룡에게는 특히나 더 버겁게 작용했다.

포유류의 조상이 막대한 에너지 대가를 지불하며 항온성을 가진 이유 중 하나는 포식자 공룡의 눈을 피해 추운 밤에 활동하기 위해서라는 가설이 있다.
항온성은 결국 공룡으로부터의 생존이라는 목적을 다른 방향으로 이룬 셈이다.

-KPg 대충돌 경계면(노랑 점선)
균류 대폭발이 지속된 것은 1000년도, 100년도 아닌 고작 '2년'이었다.
충돌 후 2년이 지나자 먼지는 걷혀 햇빛이 돌아오고 양치식물이 균류를 밀어내며 7만 년간 지표를 식민화하기 시작했다. 그리고 20만 년이 지나자 현생 포유류의 직계 조상이 나타났다.
이 2년간의 곰팡이 대번성의 흔적은 뉴질랜드, 아메리카 등 전 지구에 걸쳐 2mm두께의 지층으로 남아 있다.

2mm, 어쩌면 그 두께는 2억 년간 군림했던 지구의 지배자들을 영원히 땅 속에 묻어 버리기에 너무도 충분했던 것일지도 모른다.
*정확한 내용은 참고문헌 참조
*FIMS는 공룡 멸종과 포유류 번성에 대한 여러 가설 중 하나
1.Nagy KA. Field metabolic rate and body size. The Journal of experimental biology. 2005;208(Pt 9):1621–5. Epub 2005/04/28. 10.1242/jeb.01553 .
2.Casadevall, A., & Damman, C. (2020). Updating the fungal infection-mammalian selection hypothesis at the end of the Cretaceous Period. PLoS pathogens, 16(7), e1008451.
3.Vajda, V., & McLoughlin, S. (2004). Fungal proliferation at the Cretaceous-Tertiary boundary. Science, 303(5663), 1489-1489.
4.Berry, K. (2020). Evidence for fungal proliferation following the Cretaceous/Paleogene mass-extinction event, based on chemostratigraphy in the Raton and Powder River basins, western North America. Acta Palaeobotanica, 60(1), 134–142.
5.Perfect, J. R., Lang, S. D., & Durack, D. T. (1980). Chronic cryptococcal meningitis: a new experimental model in rabbits. The American journal of pathology, 101(1), 177–194.
6.Grady, J. M., Enquist, B. J., Dettweiler-Robinson, E., Wright, N. A., & Smith, F. A. (2014). Dinosaur physiology. Evidence for mesothermy in dinosaurs. Science (New York, N.Y.), 344(6189), 1268–1272.
7.Woodruff, D.C., Wolff, E.D.S., Wedel, M.J. et al. The first occurrence of an avian-style respiratory infection in a non-avian dinosaur. Sci Rep 12, 1954 (2022).
8.Gong, Y., Xu, R. & Hu, B. Endolithic fungi: A possible killer for the mass extinction of Cretaceous dinosaurs. Sci. China Ser. D-Earth Sci. 51, 801–807 (2008).
출처: 싱글벙글 지구촌 갤러리
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