5억 년이 넘는 절지동물 화석에서 뇌의 해부학적 구조 일부가 발견되었습니다. 이는 뇌처럼 연약한 기관도 화석으로 보존될 수 있음을 증명하는 획기적인 발견입니다.
광학 현미경 아래에서 뇌 흔적은 검은색으로 나타납니다.
고생물학의 정설에 도전하다
고생물학자들은 오랫동안 뇌를 포함한 연조직은 다른 부드러운 장기들과 마찬가지로 화석화될 수 없다고 주장해 왔습니다. 몇 년 전, 3억 년 된 상어 뇌 화석의 발견으로 이 정설이 다소 흔들리기는 했습니다. 하지만 이번에는 학술지 커런트 바이올로지(Current Biology)에 보고된 7개의 화석이 이 정설을 완전히 무너뜨렸습니다. 각 화석에는 보존된 뇌 조직의 일부가 그대로 담겨 있습니다.
아래 사진은 길이 12cm의 푸시안후이아 프로텐사(Fuxianhuia protensa)가 잘 보존된 화석입니다. (출처: 샤오야 마(Xiaoya Ma), 런던 자연사 박물관)
특별한 보존 조건이 필요했다
발견된 화석은 중국 남서부의 청장(Chengjiang) 셰일 지층에서 출토되었으며, 모두 같은 종인 Fuxianhuia protensa에 속합니다. 이 절지동물은 약 5억 2천만 년 전 캄브리아기에 살았으며, 길이 4~15cm의 새우와 비슷한 모습으로 해저를 돌아다녔던 생물입니다.
과학자들은 주사전자현미경으로 이 화석들을 분석한 결과, 각 화석에서 분명히 뇌로 추정되는 흔적을 확인했고, 적어도 이 원시 동물들이 중추신경계를 지니고 있었다는 사실을 파악했습니다. 뇌는 납작하게 눌린 탄소 필름 형태로 보존되어 있었으며, 일부 화석에서는 미세한 황철석 결정으로 부분적으로 덮여 있었습니다.
연구진은 또 다른 논문에서 이 장기들이 예외적으로 잘 보존될 수 있었던 이유를 규명하고자 했습니다. 유일하게 타당한 설명 중 하나는 산사태가 발생하던 순간 새우들이 산소가 거의 없는 물에 잠긴 진흙 속에 갑자기 매몰되면서, 청소동물의 공격과 시신의 부패를 동시에 막을 수 있었다는 것입니다.
두 개의 뇌 흔적을 겹쳐 그린 그림. 스트라우스펠트(Strausfeld) 외, 커런트 바이올로지.
무거운 진흙의 압력을 견딘 치밀한 뇌
매몰 다음 단계의 관문은 바로 압력입니다. "거의 모든 뇌가 여기서 실패하는데, 그것은 두껍고 무거운 진흙의 압력을 견뎌야 하기 때문"이라고 연구 공동 저자인 니콜라스 J. 스트라우스펠트(Nicholas J. Strausfeld)는 설명했습니다. 그는 오랫동안 뇌가 화석화될 수 있다고 믿었던 몇 안 되는 전문가 중 한 명이었으며, 이 이론 때문에 동료들의 조롱을 받기도 했습니다.
화석화가 가능하기 위해서는 F. protensa의 뇌가 놀랍도록 치밀해야 했습니다. 실제로 오늘날 살아있는 절지동물의 뇌는 촘촘한 신경세포와 지방으로 이루어진 네트워크로 구성되어 있어 충분히 치밀하며, 이 원시 새우의 뇌는 더욱 치밀했을 것으로 추정됩니다.
"이러한 전제 조건이 갖춰지면 화석화 과정이 시작됩니다. 뇌는 전체적인 온전함을 유지하면서 점진적으로 납작해지고, 그렇게 보존되는 것"이라고 연구자는 요약했습니다. 그리고 그는 다소 통쾌한 듯한 어조로 말을 맺었습니다. "사람들, 특히 과학자들은 언제나 가정을 합니다. 사실 과학의 진짜 재미는 바로 그 가정들을 무너뜨릴 수 있다는 데 있죠."
