우리는 진화를 계단처럼 이야기하길 좋아합니다. 하나의 혁신이 나타나 이전의 것을 개선하고, 또 다른 혁신이 그것을 더 완성된 형태로 바꾼다는 식입니다. 이런 안심되는 이야기 속에서 턱은 결정적인 발명처럼 보이며, 오래된 형태가 점차 오늘날 우리가 아는 효율적인 구조로 이어졌다고 생각하기 쉽습니다. 그러나 판피류는 훨씬 덜 정돈되어 있고, 그래서 훨씬 더 흥미로운 이야기를 들려줍니다.

실루리아기와 데본기에 살았던 이 갑옷 물고기들은 약 4억 3900만 년 전부터 3억 5890만 년 전 사이에 존재했으며, 화석 기록에서 알려진 가장 이른 시기의 턱 있는 척추동물 가운데 하나입니다. 하지만 이들의 턱은 원시적인 형태에서 완성된 형태로 차례로 늘어선 시제품처럼 보이지 않습니다. 오히려 여러 해결책이 동시에 시험되고, 그중 일부는 서로 매우 달랐으며, 결국 그 계통들이 모두 사라진 하나의 실험실처럼 보입니다.

턱은 하나의 단계가 아니라 해결책의 공간이다

서호주의 고고 지층은 이런 다양성을 특히 잘 보여줍니다. Scientific Reports에 발표된 한 연구는 약 3억 8500만 년 전의 판피류 8종을 비교했습니다. 화석 턱은 마이크로 CT나 표면 스캔으로 디지털화한 뒤 3D 모델로 변환해 작동 방식과 무는 힘을 시뮬레이션했습니다.

핵심 결과는 어떤 한 형태가 다른 형태보다 더 뛰어났다는 것이 아닙니다. 오히려 반대로, 먹이를 붙잡고 처리한다는 같은 일반적 문제에 직면한 동물들이 매우 다른 장치에 도달할 수 있었다는 점입니다.

조사된 판피류 중 가장 작은 Rolfosteus canningensis의 치판은 매끄럽고 평평했습니다. 반대편 극단에 있는 큰 Kimberleyichthys는 뼈 능선 위에 돌출된 구조를 지니고 있었습니다. 연구자들은 이 후자의 구조를 힘을 집중해 보호층을 뚫거나 부수는 무기와 비슷하다고 보았고, 더 평평한 치판은 효과적인 날을 가진 둔중한 분쇄 도구에 가깝다고 설명했습니다.

따라서 두 경우 모두 «약한» 턱과 «진보한» 턱의 대결이 아닙니다. 크기의 양극단에 있던 동물 모두 견고한 체계를 갖고 있었지만, 같은 문제를 같은 방식으로 해결하지는 않았습니다. 작은 판피류는 치판 사이에서 으깰 수 있는 작은 먹이를 주로 먹었을 가능성이 큽니다. 에너지 요구량이 더 큰 대형 판피류는 삼키기 전에 조각내야 하는 먹이를 선호했을 수 있습니다.

바로 여기서 선형적 진보라는 이야기가 놓치는 것이 드러납니다. 혁신은 반드시 하나의 경로만 만들지 않습니다. 때로는 가능성의 영역을 엽니다. 자연사는 설계 사무실처럼 한 모형 다음에 또 다른 모형을 순서대로 골라내지 않습니다. 서로 다른 생태적 지위를 차지하기 때문에 여러 형태가 동시에 기능할 수 있습니다.

생존자 편향의 함정

또 다른 화석은 그림을 더욱 복잡하게 만듭니다. 아칸토토라시드는 일반적으로 매우 원시적인 판피류로 여겨지지만, 흔히 불완전하고 분리된 잔해만으로 알려져 있습니다. 몽골의 전기 데본기에서 발견된 거의 완전한 상악을 연구한 결과, 두개골의 기하학적 형태가 크게 다른 여러 집단에서도 물기와 관련된 형태는 강하게 보존될 수 있음이 나타났습니다. 연구자들은 또한 진피성 골격의 통합이 턱의 기원에 단단한 생체역학적 기반을 제공했을 가능성을 제시했습니다.

다시 말해 다양성이 완전한 혼돈을 뜻하는 것은 아닙니다. 어떤 기초는 안정적인 반면 다른 부분은 크게 다양해진 듯합니다. 바로 이 혼합 때문에 역사를 하나의 최종 결과를 향하는 화살표로 바꾸기가 어렵습니다.

또한 오늘날 턱 있는 척추동물의 두 큰 계통인 연골어류와 경골어류가 4억 년도 더 전에 갈라졌다는 사실도 알고 있습니다. 따라서 이들은 가장 초기 악구류를 충실히 보여주는 사진이 아닙니다. 현재 살아남은 생물만 보는 것은 미로의 출구만 보고 나서 길은 원래부터 반드시 그곳으로 이어질 수밖에 없었다고 상상하는 것과 같습니다.

여기서는 «턱의 해결책 하나만이 승리했다»고 말하고 싶은 유혹을 피해야 합니다. 화석은 판피류에서 실제로 다양한 해결책이 존재했음을 보여주지만, 한 모델이 승자로 나온 단순한 경쟁을 확인하게 해주지는 않습니다. 또 특정 형태가 본질적으로 더 우월했기 때문에 나머지를 제거했다고 말하지도 않습니다. 판피류의 계통이 사라졌다고 해서 그들의 턱이 자동으로 나쁜 발명이 되는 것은 아닙니다.

이빨 자체도 시나리오를 흐린다

턱과 이빨을 분리해 생각하면 전통적인 이야기는 더욱 덜 선형적으로 보입니다. 유럽 JAWS Emerge 프로그램이 소개한 연구들은 둘이 반드시 함께 등장했다는 생각에 의문을 제기했습니다. 이 틀에서 일부 연구는 턱과 이빨 사이에 진화적 분리가 있었으며, 초기의 턱 있는 척추동물은 이빨이 없었을 가능성을 제시합니다.

원시적인 무악 척추동물인 Loganellia scotica의 사례는 시사적입니다. 이빨처럼 보였던 구조들이 연구되었고, 턱 있는 척추동물의 이빨과는 다른 내부 비늘로 해석되었습니다. 따라서 비슷한 제약에 대응할 때 비슷한 형태가 서로 독립적으로 나타날 수 있습니다. 이것이 수렴진화의 원리입니다.

이 점은 또 하나의 회고적 착각을 무너뜨리기 때문에 중요합니다. 오늘날 두 요소가 함께 작동하면 우리는 진화가 처음부터 둘을 함께 만들어냈다고 생각하기 쉽습니다. 그러나 화석은 조합, 분리, 그리고 서로 다른 경로를 통해 나타난 유사한 해결책으로 이루어진 역사를 생각하게 합니다.

«실패한 진화»가 반드시 나쁜 진화는 아니다

«실패한 진화»라는 표현은 의도적으로 도발적입니다. 과학적으로 멸종한 계통은 심사위원에게 거부당한 시제품이 아닙니다. 고고의 판피류는 강력하고 분화된 턱으로 먹이를 처리할 수 있었던 특화된 동물들을 보여줍니다. 존 롱과 동료들은 이 사례에서 데본기 산호초의 생태적 지위 분할과 생태적 전문화를 봅니다.

실패는 우리가 살아남은 가지 쪽에서 계통수를 바라볼 때 사후적으로 나타납니다. 이것은 관점의 편향입니다. 지금도 존재하는 것은 사라진 것보다 더 논리적이고, 더 완성되었으며, 더 효율적으로 보이기 쉽습니다. 하지만 화석 기록은 적어도 같은 문제에 대해 여러 실현 가능한 답이 존재했음을 보여줍니다.

제게는 바로 이 지점에서 판피류가 단순한 고생물학적 호기심보다 더 흥미로운 존재가 됩니다. 이들은 생존과 최적성을 혼동하지 말라고 가르칩니다. 어떤 해결책은 자신의 환경에서는 훌륭할 수 있지만 미래 세계의 조상이 되지 않을 수 있습니다. 또 다른 해결책은 우세해질 수 있지만, 역사 자체가 그것이 상상 가능한 모든 해결책 중 최고였음을 증명해 주지는 않습니다.

화석 턱이 기술에 말해주는 것

인간의 혁신과의 평행선은 비교로 남아야지 동일시가 되어서는 안 됩니다. 기업이나 프로토콜, 기술적 물체는 생물 개체군처럼 번식하지 않습니다. 하지만 판피류는 유용한 지적 훈련을 제공합니다. 어떤 기술이 지배적이 되었을 때, 그 지배가 처음부터 명백했던 것처럼 과거를 다시 쓰지 말아야 한다는 것입니다.

같은 필요를 해결하기 위해 여러 경쟁적 해법을 상상할 수 있습니다. 어떤 것은 특정 용도에 적합하고, 다른 것은 다른 환경에서 작동할 것입니다. 시간이 지나면 하나의 경로가 중심이 되고 다른 것들은 쓰이지 않게 됩니다. 이런 선택이 끝난 뒤에는 우리의 시선이 쉽게 직선을 재구성합니다. 오래된 해결책은 낡아 보이고, 살아남은 것은 필연처럼 보입니다.

판피류는 이런 해석을 뒤집으라고 말합니다. 올바른 질문은 단지 «왜 이 해결책이 이겼는가?»가 아닙니다. «오늘날의 후손을 남기지 못했기 때문에 어떤 기능적 해결책이 이야기에서 사라졌는가?»도 물어야 합니다. 혁신을 생각할 때 이 전환은 매우 중요합니다. 실패 속에도 적절한 답이 들어 있을 수 있고, 버려진 길이 반드시 어리석었던 것은 아니며, 지배적인 결과가 절대적 우월성보다는 특정한 역사에 의존할 수 있음을 일깨워줍니다.

수억 년 된 이 갑옷 물고기들에게는 어딘가 유익한 교훈이 있습니다. 이들은 완벽한 턱을 향해 체계적으로 전진하는 자연을 보여주지 않습니다. 이용 가능한 구조를 가지고 여러 방식을 탐색하며, 서로 다른 생태적 지위에서, 자신의 미래를 알지 못한 채 각자의 경로를 걷는 생물들을 보여줍니다. 이것이 어쩌면 진정한 혁신을 가장 잘 정의하는 말일 수 있습니다. 완벽을 향한 행진이 아니라, 역사에 일부만 남는 수많은 시도의 확장입니다.