'스쿠버 다이빙' 도마뱀 : 아놀도마뱀은 호흡한 공기를 재사용한다. : 창조 설계-동물 [한국창조과학회 자료실]

'스쿠버 다이빙' 도마뱀 : 아놀도마뱀은 호흡한 공기를 재사용한다.

미디어위원회

창조설계-동물

2024-06-02

'스쿠버 다이빙' 도마뱀

: 아놀도마뱀은 호흡한 공기를 재사용한다.

(‘Scuba-diving’ lizards)

by Philip Bell

아놀도마뱀(anole lizards)은 다양한 색깔을 가진 200여 종의 아놀도마뱀 속(genus Anolis)에 속하는 도마뱀들이다. 이들은 카리브해 일부 섬들을 포함하여 중앙아메리카와 남아메리카에서 발견된다.[1] 대부분의 종은 열대우림에서 생활하기에 적합한 뛰어난 나무 등반가이지만, 일부는 사막, 도시 지역, 심지어 깊은 동굴 안에서도 발견된다.[2] 단지 소수의 종만이 물속에서 시간을 보내는데, 과학자들은 이 생물에서 흥미로운 사실을 발견했다.

.아놀도마뱀 <Bazzano Photography / Alamy Stock Photo>

6,000여 종의 도마뱀(lizards)들이 알려져 있지만, 완전한 수생 도마뱀은 없으며, 반수생 도마뱀은 수십 종(11개 과)에 불과하다.[3] 토론토 대학의 생물학자들은 특정 아놀도마뱀 종이 최대 18분 동안 물속에서 머무를 수 있는 방법을 밝혀냈다. 이 아놀도마뱀이 물속에 오래 머무를 수 있는 이유 중 하나는 포유류나 조류에 비해 신진대사율이 낮기 때문이다. 그리고 놀라운 사실은 먹이를 찾기 위해 잠수하거나 포식자로부터 숨을 때, 자신의 공기를 '재호흡(rebreathe)'할 수 있기 때문이다.[4] 이 놀라운 발견은 척추동물 중에서는 처음 있는 일이다. 편리한 기술이지만, 도대체 어떻게 이런 놀라운 능력을 발휘할 수 있을까?

수영장에서 코로 천천히 숨을 내쉬면, 기포가 코에 붙어 있지 않고 수영장 표면으로 빠르게 올라간다. 하지만 아놀도마뱀은 물속에서 숨을 내쉴 때, 콧구멍에서 빠져나온 기포가 그대로 붙어 있어, 다시 흡입될 준비가 되어 있는 것이다. 그들을 도마뱀 스쿠버 다이버라고 생각해보라! 이 논문의 수석 저자인 크리스토퍼 보치아(Christopher Boccia)가 블로그에 게시한 짧은 동영상을 시청해 보라.[5] 기포가 커졌다가 다시 사라지면서, 도마뱀은 공기에서 더 많은 산소를 추출하고 있다.

사람의 피부는 이러한 공기층을 유지할 수 있는 특성이 부족하다. 아놀도마뱀의 비늘 모양의 피부 표면은 사람의 피부보다 훨씬 더 소수성(hydrophobic, 물 분자와 쉽게 결합되지 못하는 성질)이기 때문에, 기포를 붙잡기가 더 어려울 것이라고 생각할 수 있다. 그러나 역설적이게도 그 반대가 사실이다.

놀라운 미세 가시

아놀도마뱀 몸체 표면의 발수성(water-repellent) 경향은 수많은 작은 가시(spines, 약 1.2 µm)들과 더 작은 가시돌기(spinules, 약 0.5 µm)에서 비롯된 것이다. 얼마나 작은가? 1mm는 1,000µm 이다. 실제로 1㎟당 1,120만 개의 가시가 있다![6] 육상 도마뱀의 피부에도 동일한 미세구조가 존재하지만 더 짧다(각각 약 1.0 및 0.4µm).[7] 도마뱀 표면의 젖음성(wettability)을 낮추면서(소수성을 갖도록), 가시와 가시돌기는 실제로 피부 옆에 얇은 공기층을 포집하고 유지한다.[6] 젖지 않는 피부는 자가세척(self-cleaning)을 가능하게 하고, 수영할 때 저항을 줄여주며, 열을 보존하는 데 도움이 되는 등 여러 이점을 제공한다. 하지만 이러한 수중 호흡 능력도 가능하게 한다는 것이 밝혀졌다.

전문용어로 말하면, 스쿠바 다이빙을 하는 아놀도마뱀의 이러한 종류의 호흡은 '플라스트론 호흡(plastron respiration)'이라고 알려져 있는 것이다. 플라스트론(plastron)은 갇히게 된 얇은 공기 막이라는 뜻이다. 생물학자들은 여러 곤충들이 플라스트론 호흡을 하는 것에 대해서 오랫동안 알고 있었지만, 파충류에서는 처음으로, 두 그룹의 과학자들이 독립적으로 발견하였다.[8] 대부분의 아놀도마뱀들은 이와 같은 스쿠버 다이빙을 하지 않으므로, 이것은 자연선택에 의한 진화적 적응의 예일까?

생물학자들은 여러 곤충들이 플라스트론 호흡을 하는 것에 대해서 오랫동안 알고 있었지만, 파충류에서는 처음으로 발견되었다.

진화인가, 설계인가?

이 발견을 보고한 연구팀은 이 스쿠버 다이빙 능력은 포식자를 피하기 위해서, 반수생 아놀도마뱀 종을 포함하여 여러 생물들에서, 독립적으로 여러 번 진화했을 가능성이 있다고 생각하고 있었다.[4] 다른 전문가들은 가시와 가시돌기의 구조와 위치의 변화를 일으킨 돌연변이가, 반수생 아놀도마뱀 종의 재호흡 행동에 앞서서(또는 적어도 일치해서) 진화했어야 한다고 생각하고 있었다.[6]

반수생 도마뱀 개체군에서 돌연변이가 일어나, 피부에 가시와 가시돌기가 약간 더 길어져, 젖음성이 감소한 한 개체가 태어났다고 상상해 보자. 한 가지 시나리오는 그 도마뱀이 물속에서 숨을 내쉴 때, '수중호흡기(aqualung)'와 같이 피부에 기포가 부착된 채로 남아있는 것을 발견하고, 이를 통해 다시 숨을 쉴 수 있었다는 것이다. 또는 돌연변이는 생물에 서로 관련 없는 여러 변화들을 일으킬 수 있으므로, 돌연변이가 일어난 유전자는 피부 구조와 행동을 동시에 변화시켰어야 한다(그렇다면 이 도마뱀은 이런 방식으로 적응하도록 설계된 것으로 볼 수도 있다). 이 유익한 변형된 유전자(대립유전자)를 갖고 있는[9], 물을 좋아하는 도마뱀이 함께 만나 번식하면, 다음 세대에 더 많은 소수성 피부를 갖도록 하는 유전정보의 전달 가능성을 높일 수 있을 것이다. 그러나 이 유익한 대립유전자가 전체 개체군에 퍼지려면, 정상 대립유전자는 소멸되어야 한다. 따라서 '행운의 돌연변이'는 포식자로부터 도망치거나, 수중에서 더 많은 먹이를 잡을 수 있게 하는 등 상당한 이점이 있어야만 한다. 그렇다면 '스쿠버 다이빙'을 가능하게 하는 유전정보가 그러한 아놀도마뱀 속의 개체군을 장악하는 것이 합리적일 것이다. 이렇게 변화된 피부와 행동을 가진 그들의 자손들은 스쿠버 다이빙을 할 수 있었을 것이다.

그러나 이것은 아메바에서 아놀도마뱀으로의 진화라는 의미의 진화가 아니라, 하나님이 창조하신 종류(kinds)라는 한계 내에서, 생물들이 다양해지도록 설계되었다는 증거일 수 있는 것이다.[10] 그리고 도마뱀의 피부 구조에서 크기와 밀도(따라서 소수성)의 변화를 이야기하는 것은, 애초에 그러한 복잡한 피부 표면이 어떻게 생겨날 수 있었는지를 설명하는 것과는 거리가 멀다는 것은 분명하다.

Posted on CMI homepage: 20 December 2023

References and notes

1. Losos, J.B. and Schneider, C.J., Anolis lizards, Current Biology 19(8):PR316–318, 28 Apr 2009. Just a single species is native to the southeastern US.

2. Scarpetta, S. and 8 others, Morphology and ecology of the Mexican cave anole Anolis alvarezdeltoroi, Mesoamerican Herpetology, 2:260–270, Sep 2015.

3. Bauer, A.M. & Jackman, T., Global diversity of lizards in freshwater (Reptilia: Lacertilia), Hydrobiologia 595:581–586, Jan 2008.

4. Boccia, C.K. and 14 others, Repeated evolution of underwater rebreathing in diving Anolis lizards, Current Biology 31(13):P2947–2954.E4, 2021.

5. Boccia, C., Repeated evolution of underwater rebreathing in diving Anolis lizards, anoleannals.org, 12 May 2021.

6. Baecken, S. and 5 others, Convergent evolution of skin surface microarchitecture and increased skin hydrophobicity in semi-aquatic anole lizards, J. Exp. Biol. 224(19):jeb242939, 2021.

7. See Table 1 of ref. 6.

8. The first, published in a blog post: Swierk, L., Underwater breathing by a tropical lizard, anoleannals.org, 20 Dec 2018. The second, see ref. 4; the lead author describes finding rebreathing in four Anolis species (ref. 5).

9. E.g. different alleles of the same gene code for different fur colours: Lightner, J., Colourful creature coats, Creation 28(4):33–34, Sep 2006; creation.com/coats.

10. To learn about this in more depth, see this 3-part article series: Carter, R., Species were designed to change: creation.com/species-designed-change-1, 1 Jul 2021; creation.com/species-designed-change-2, 22 Jul 2021; creation.com/species-designed-change-3, 12 Aug 2021.

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