전례 없는 심해 발견
인도양 남동부의 칠흑 같은 심해에서 중국 주도의 연구팀이 전 세계 해양과학자들을 놀라게 한 경이로운 발견을 했다. 수심 1만1,000m까지 잠수할 수 있는 유인 잠수정 펀더우저를 이용해 연구진은 수백 마리 고래의 유해가 묻힌 광대한 해저 무덤을 지도화했다. 일부 유해는 500만 년 넘게 해저에 놓여 있었다. 학술지 네이처에 발표된 이번 발견은 지구에서 지금까지 기록된 가장 깊고 오래됐으며 규모가 큰 고래 무덤이다.
목차
탐사는 2023년 2월부터 3월까지 진행됐다. 당시 연구선 탄쒀이하오호는 호주 서쪽 약 1,600km에 있는 외딴 해저 능선·해구 지대인 다이아만티나 해역을 탐사했다. 과학자들은 도르드레흐트 해연에서 첫 잠수를 하던 중 수심 7,002m에서 고래 화석을 처음 발견했다. 처음에는 의문을 자아낸 관찰이었지만, 곧 추가 잠수 32회를 포함한 한 달간의 조사로 이어졌다. 연구팀은 마침내 해저를 따라 엄청난 거리에 걸쳐 있는 고래 화석 지점과 현재 진행 중인 고래 사체 낙하 지점 485곳을 기록했다.
연구를 이끈 펑샤오퉁 중국과학원 심해과학·공정연구소 부소장은 발견 규모에 크게 놀랐다고 밝혔다. 연구진은 수심 6,000~11,000m의 가장 깊은 바다인 초심해대의 생물다양성, 생태계, 오염, 지질 과정을 조사하기 위해 탐사에 나섰다. 그러나 그곳에서 전례 없는 규모의 화석 기록을 마주했다.
이처럼 큰 규모의 무덤을 발견하리라고는 전혀 예상하지 못했습니다. 분포 범위와 깊이, 연대의 폭이 모두 상상했던 수준을 훨씬 뛰어넘었습니다.
이번 발견은 과학계에 큰 기대를 불러일으켰다. 연구자들은 그 중요성을 1977년 최초의 열수분출공 발견과 같은 역사적 발견에 견주고 있다. 압도적인 수의 유해는 지질학적 시간 규모에 걸친 심해 생태계와 고래류 진화에 대한 이해를 새롭게 할 것으로 보인다.
심연을 가로지르는 무덤
새로 발견된 고래 무덤은 해저를 따라 약 1,200km에 걸쳐 있어, 국지적인 특이 현상이 아니라 광대한 고생물학적 회랑을 이룬다. 수심 4,200~7,002m에 자리한 이곳은 해수면 아래 6,000m부터 시작하는 초심해대 경계를 훨씬 넘어선다. 이전에 확인된 고래 사체 낙하 기록은 대체로 수심 4,000m 미만에 한정됐으며, 이번 발견 전 가장 깊은 사례는 수심 4,204m였다. 다이아만티나 해역의 발견으로 이러한 생태계가 확인된 수심 범위가 2,500m 넘게 확장되면서, 이곳은 바다에서 알려진 가장 깊은 고래 사체 낙하 서식지 가운데 하나로 자리 잡았다.
연구진은 화석화된 고래 유해 476점과 부패가 상당히 진행된 최근 사체 5구를 확인했다. 조사 자료를 체계적으로 외삽한 결과, 연구팀은 이 지역 1㎢당 현생 고래 사체 7~8구와 화석 약 750점이 있을 것으로 추정했다. 일부 추산에 따르면 더 넓은 지역에 고래 사체가 1,000만 구 넘게 흩어져 있을 수 있으며, 여기에 격리된 탄소는 약 670만 톤에 이른다. 이 탄소는 지금도 심해 생물의 생명을 뒷받침한다.
스미스소니언 국립자연사박물관의 화석 해양 포유류 큐레이터인 닉 파이언슨은 이 유적의 놀라운 규모에 대해 이렇게 말했다.
1,200km가 넘는 범위에 걸쳐 있다니, 믿기 어려울 정도입니다.
사우샘프턴대 해양 탐사학 교수 존 코플리는 1㎢당 거의 800구에 이르는 골격을 발견한 것은 정말 놀라운 일이라고 말했다. 그는 고래 사체 낙하 지점이 보통 심해 동물의 고립된 서식지로 기능하지만, 이처럼 높은 밀도는 해당 지역의 지형과 해양학적 특성이 특별하다는 점을 시사한다고 설명했다. 칼버트 해양박물관의 스티븐 J. 갓프리는 이 무덤이 실로 독특한 발견이라고 평가하며, 이번 연구를 보니 대서사시 영화 시리즈의 첫 편 예고편이 떠올랐다고 썼다.
심해에서 이어지는 사후의 삶
고래가 죽어 해저로 가라앉으면 그 사체는 해양생물학에서 가장 놀라운 생태 현상 가운데 하나를 일으킨다. ‘고래 사체 낙하’로 불리는 이 현상에서 사체는 먹이가 드문 환경 속 생명의 오아시스가 된다. 다이아만티나 해역에서 발견된 곳 중 5곳은 현재도 사체 낙하가 진행 중이며, 부패한 유해에 전적으로 의존하는 생물들로 가득하다. 이곳들은 황화물을 좋아하는 생물들이 번성하는 단계에 있다. 박테리아가 뼈 속 지방질을 분해하고 황 화합물을 방출해 특화된 무척추동물 군집을 유지한다.
연구팀은 뼈를 덮은 조밀한 희끄무레한 미생물막과 함께 뼈를 파고드는 오세닥스속 벌레, 거미불가사리, 해파리, 이매패류 연체동물, 갑각류, 자포동물을 관찰했다. 이 생물 가운데 상당수는 과학계에 아직 알려지지 않은 종일 가능성이 있다. 일부 생물의 밀도는 1㎡당 최대 2,800마리에 달해, 그 밖에는 어둡고 차가운 해저에 활기찬 생태계를 이뤘다. 중국과학원의 심해 지질학자 펑저우는 이 군집을 직접 목격한 경험을 이렇게 설명했다.
우리가 본 활기찬 생태계는 그 밖에는 어둡고 차가운 해저를 완전히 다른 관점에서 보게 해줬습니다.
고래 사체 낙하는 알려진 네 단계를 거친다. 첫째, 먹장어와 잠꾸러기상어 같은 대형 청소동물이 몇 달에 걸쳐 연조직을 먹는다. 둘째, 수년에 걸칠 수 있는 영양분 농축 단계에서 더 작은 생물들이 뼈와 주변 퇴적물에 정착한다. 셋째, 박테리아가 뼈 속 지방을 분해해 화학물질을 만들어내는 황화물 단계가 시작된다. 이 물질은 홍합과 벌레를 비롯한 화학합성 생물을 수십 년 동안 뒷받침한다. 마지막으로 모든 유기물이 소진되면 뼈만 남아 해면동물과 말미잘 같은 여과섭식 생물의 암초 구조물이 된다.
연구 공동저자이자 피사대 고생물학자인 조반니 비아누치는 이러한 극한 환경의 생물 군집이 지닌 생물학적 중요성을 강조했다.
이번 발견은 극한의 미탐사 환경에 과학계가 아직 알지 못하는 종과 생태계가 서식한다는 점을 보여줍니다. 따라서 우리는 여전히 지구의 진정한 생물다양성을 이해하려면 갈 길이 멉니다.
진화의 역사를 새로 쓰는 화석
펀더우저 잠수정이 로봇 팔로 채집한 화석 표본 43점 가운데 연구진은 부리고래 5종과 수염고래 1종의 유해를 확인했다. 화석의 연대는 약 12만 년에서 526만 년 전까지 걸쳐 있었다. 뼈의 스트론튬 동위원소 연대 측정 결과, 이 지역에서는 적어도 초기 플라이오세부터 고래 사체 낙하가 일어났음이 확인됐다. 이는 수백만 년에 걸친 고래류 역사를 연속적으로 살펴볼 수 있는 창을 제공한다.
가장 오래된 화석은 약 530만 년 전으로 연대가 측정된 멸종 부리고래 속인 프테로케투스의 것이었다. 또 다른 주요 발견은 완전히 새로운 종으로, 연구진은 발견 지명을 따 이 종을 Pterocetus diamantinae라고 정식 명명했다. 조반니 비아누치는 두개골 파편이 알려진 종과 해부학적으로 충분히 달라 새로운 종으로 분류할 근거가 된다고 말했다. 이번 발견은 부리고래의 진화사를 이해하는 데 도움을 주며, 이 고도로 특화된 무리가 수백만 년에 걸쳐 어떻게 진화했는지를 밝히는 데 기여한다.
멸종종 외에도 화석 기록에는 앤드루부리고래와 끈이빨고래 등 현생 부리고래의 유해가 포함돼 있었다. 이는 일부 계통이 수백만 년 동안 이 심해에 살아왔음을 보여준다. 부리고래가 주를 이루는 화석 집합에서는 밍크고래속의 한 종으로 확인된 수염고래 화석 한 점도 발견됐다.
발견된 현생 사체 가운데 가장 큰 것은 길이 5m의 남극밍크고래로, 수심 5,610m에서 발견됐다. 밍크고래는 보통 얕은 수심에서 먹이를 걸러 먹는 반면 부리고래는 심해에서 사냥하는 종이어서, 이번 발견은 특히 주목할 만했다. 유해 가운데 얕은 곳에서 먹이를 찾는 종과 깊은 곳에서 먹이를 찾는 종이 섞여 있는 이유는 과학자들이 아직 풀지 못한 수수께끼다. 연구에 참여하지 않은 하와이대의 고래 사체 낙하 전문가 크레이그 스미스는 기록된 화석 고래 사체 낙하의 엄청난 수가 정말 놀랍고, 지질학적 시간에 걸친 고래의 진화와 분포를 이해하는 데 매우 중요하다고 말했다.
왜 이곳에 그렇게 많은 고래가 모였을까?
다이아만티나 해역에 고래 유해가 이례적으로 밀집해 있다는 사실은 이 무덤이 어떻게 형성됐는지에 대한 중요한 질문을 던진다. 연구진은 지리적·해양학적·생물학적 요인이 복합적으로 작용해 수백만 년 동안 사체가 축적되기에 완벽한 조건을 만들었다고 본다. 다이아만티나 파쇄대는 호주 대륙과 남극 대륙이 분리되면서 6,000만~5,000만 년 전에 형성됐다. 복잡한 능선과 해구 지형은 이후 해류와 이동 경로에 영향을 미쳤을 것으로 보인다.
이 해역의 V자형 지형은 물기둥을 따라 가라앉는 고래 사체를 해구 바닥으로 모으는 자연적인 깔때기 역할을 하는 것으로 보인다. 이 지질학적 특징은 사체가 떠밀려 나가는 것을 막고, 묻혀 보존될 수 있는 특정 지역에 집중시킬 가능성이 크다. 그러나 지형만으로는 유해가 이토록 많은 이유를 설명할 수 없다.
이 지역은 이동 통로이자 주요 먹이터 역할을 할 가능성이 크다. 남극밍크고래 같은 여과섭식 고래는 계절에 따라 이동하며 이 지역을 지날 수 있고, 심해 잠수 능력이 뛰어난 부리고래는 주변 해역에서 오징어를 사냥한다. 일부 연구자는 이 지역에서 극한의 깊이까지 잠수하는 부리고래가 생리적 한계에 도달해 탈진이나 감압병으로 죽을 위험이 커질 수 있다고 추정한다. 중국과학원의 해양 생물다양성 연구자 쑹시쿤은 수심 3,000m를 넘는 곳까지 잠수하는 부리고래가 치명적일 수 있는 신체적 부담을 겪을 수 있다고 설명했다.
존 코플리는 이 무덤이 여과섭식 종의 이동 경로에 놓여 있는 동시에 부리고래의 사냥터이기도 한 데서 형성됐을 가능성이 크다고 말했다. 먹이를 쫓아 파쇄대까지 잠수하는 부리고래는 신체적 한계에 매우 가까워질 수 있으며, 이따금 수면으로 돌아오지 못하기도 한다. 반복적인 이동과 위험한 사냥 환경이 결합해 지질학적 시간에 걸쳐 사체가 대량으로 쌓이는 완벽한 조건을 만들었을 수 있다.
500만 년을 보존한 비밀
해저에서 뼈를 발견하는 일은 드물지 않지만, 500만 년 넘게 온전하게 보존된 화석을 찾으려면 특별한 조건이 필요하다. 다이아만티나 해역에는 유해가 일반적인 부패·파괴 과정을 피하도록 보호한 드문 조건들이 모여 있다. 가장 중요한 요인은 부리고래의 독특한 해부학적 구조다. 부리고래는 주둥이인 주둥이뼈가 매우 조밀하고 광물이 풍부해 물리적으로 잘 분해되지 않는다. 펑샤오퉁은 이러한 뼈의 밀도를 갑옷에 비유하며, 조밀한 구조 덕분에 뼈를 파고드는 생물의 먹이가 되기 어렵고 극한의 압력에서도 더 오래 견딘다고 설명했다.
다이아만티나 해역의 환경도 보존에 중요한 역할을 한다. 이 지역의 퇴적 속도는 이례적으로 느려 지난 500만 년 동안 1,000년에 0.05~0.55mm의 물질만 쌓였다. 퇴적이 느리기 때문에 화석은 짓누르거나 가려버릴 수 있는 퇴적물에 빠르게 묻히지 않았다. 대신 오랫동안 노출된 상태로 남아 철·망가니즈 산화물의 보호막이 형성됐다. 이 막은 뼈를 주변 환경과 차단해 자연적인 석관을 만든다.
심해 환경 자체도 보존에 기여한다. 낮은 수온과 안정적인 화학 조건은 물리적·화학적 풍화를 최소화한다. 얕은 바다에서 나타나는 온도와 화학 조성의 변동이 없어 뼈는 거의 침식되지 않는다. 그 결과 화석은 500만 년 넘게 먹히거나 용해되지 않고 남아 플라이오세까지 거슬러 올라가는 고래의 삶과 죽음에 관한 연속적인 기록을 만들어냈다.
이번 발견이 과학과 보전에 의미하는 것
고생물학적 보물로서의 가치뿐 아니라 다이아만티나 고래 무덤은 심해 생물다양성과 진화를 이해하는 방식에도 큰 의미를 지닌다. 연구 저자들은 이번 발견이 고래 사체 낙하 생태계의 한계와 생물지리학에 대한 이해를 새롭게 한다고 밝혔다. 이러한 군집이 수심 6,700m를 넘는 곳에서도 번성할 수 있음을 확인함으로써, 이번 연구는 화학합성 생명체가 살 수 있는 것으로 알려진 환경의 범위를 넓혔다. 또 전 세계 심해 곳곳에도 비슷한 미발견 기록이 널리 존재할 수 있음을 시사한다.
고래 사체 낙하는 황화물 의존성 동물군의 진화적 거점이자 생물지리학적 징검다리 역할을 하는 것으로 보이며, 그렇지 않으면 서로 고립돼 있을 먼 심해 군집들을 연결할 가능성이 있다. 이곳에서 관찰된 동물 가운데 일부는 열수분출공과 냉용수 분출대에도 서식한다. 이는 고래 사체가 광대한 거리를 사이에 둔 서로 다른 생태계를 잇는 데 기여할 수 있음을 시사한다. 추정 사체 수백만 구에 갇힌 약 670만 톤의 탄소는 심해 탄소 순환에서 고래 사체 낙하가 하는 역할을 보여준다.
이번 발견은 중요한 보전 문제도 제기한다. 쑹시쿤은 해구가 극한의 깊이에서도 오염과 인간 활동으로 인한 위협을 점점 더 받고 있다고 지적했다. 그는 지구의 마지막 미개척지를 지키고 그 독특한 진화 유산을 보전하기 위해 해구 생태계에 해양보호구역을 설정하는 방안을 검토해야 한다고 주장했다. 펑 교수는 부리고래의 주요 서식지인 다른 곳에도 비슷한 고래 무덤이 있을 가능성이 높다며, 앞으로의 탐사에서 그에 견줄 만한 중요성을 지닌 장소가 추가로 발견될 수 있다고 말했다.
기술이 필요한 새로운 종이 많을 것으로 보이고 퇴적물 아래 더 많은 화석이 묻혀 있을 가능성도 있는 만큼, 다이아만티나 해역은 최근 수십 년간 가장 중요한 해양 발견지 가운데 하나로 자리매김했다. 연구자들은 이 해저 기록을 계속 탐사하면 고대 기후와 변화하는 해류, 광대한 시간에 걸친 해양 포유류의 진화에 관한 통찰을 얻을 것으로 기대한다.
핵심 내용
- 중국 연구진이 인도양 다이아만티나 해역에서 수심 최대 7,002m, 길이 1,200km에 걸친 거대한 고래 무덤을 발견했다.
- 이곳에는 고래 화석 지점과 현생 고래 사체 낙하 지점 485곳이 있으며, 유해의 연대는 최소 530만 년 전 초기 플라이오세까지 거슬러 올라간다.
- 현재 진행 중인 고래 사체 낙하 지점 5곳에는 뼈를 먹는 벌레와 거미불가사리, 연체동물 등 다양한 심해 생물이 서식하며, 이 중 상당수는 신종일 가능성이 있다.
- 연구진은 멸종한 새로운 부리고래 종인 Pterocetus diamantinae를 확인했으며, 멸종·현생 고래 계통의 화석도 함께 발견했다.
- 유해가 밀집한 것은 V자형 지형이 사체를 모으고, 이 지역이 이동 통로이자 심해 먹이터 역할을 하기 때문일 가능성이 크다.
- 고래 뼈의 높은 밀도와 적은 퇴적량, 철·망가니즈 산화물 보호막, 안정적인 심해 환경이 뛰어난 보존 상태를 만들어냈다.
- 이번 발견으로 고래 사체 낙하 생태계가 확인된 수심 범위가 2,500m 넘게 확장됐으며, 심해저가 고래류 진화를 추적하는 주요 기록고임이 드러났다.
