세리나: 새들의 세계 - 1억 5천만년 기 - 체인질링: 완전변태 조류의 진화

Changelings: The Evolution of Avian Metamorphosis

체인질링: 완전변태 조류의 진화

 

Changelings

체인질링 - 유조(幼鳥), 완전변태 조류, 연질란(軟質卵)

 

체인질링(Changeling)은 작열세 말기 등장해 매우 특이한 진화를 거친 조류 계통군으로, 교란조(Strackbird)에서 기원해 서반구 대부분에 분포합니다. 이들은 그 어떤 조류나 척추동물에게서도 발견된 적 없는, 매우 독특한 번식 방법을 지닙니다.

 

(참고: https://sites.google.com/site/worldofserina/the-cryocene-50---75-million-years/cleaner-finches-and-bloodpeckers)

 

체인질링은 일반적인 참새목 조류와 비슷한 여러 종으로 구성되어 있으며 성체는 머리부터 꼬리까지의 몸길이가 2~7인치(약 5~18cm), 체중은 2~3온스에 불과합니다.

그러나 이들의 새끼는 형태나 행동 면에서 성체와 매우 달라 전혀 다른 분류군으로 오인될 정도입니다.

이들은 5억 년 전 최초의 사지동물이 육상에 진출한 이래, 독립적으로 변태(變態, 탈바꿈)라는 개념을 재진화시킨 최초의 육상 척추동물입니다.

 

 

체인지링의 알은 현존하는 어떤 조류와도 전혀 닮지 않은, 쌀알 크기의 초소형 알입니다.

자세히 보면 크기뿐 아니라 '새알'이라는 느낌이 들지 않을 정도로 기이한데, 구슬처럼 둥글고 매끄러운 외형에 석회질 껍데기 대신 반투명한, 탄성 있는 고무 같은 막으로만 덮여 있습니다.

이것은 양막류(Amniote, 태아 발생 단계에서 태아를 둘러싼 막이 존재하는 사지동물 계통)보다는 양서류의 알에 더 가까운 형태입니다.

 

체인질링은 작은 동물이 쓰고 버린 굴이나 바위틈, 나무구멍 같은 은신처에 사냥감들의 시체를 새끼들의 먹이로 저장해둔 뒤 알을 낳습니다. 어미는 둥지에 모아둔 시체의 껍데기를 뜯어 근육이 드러나게 한 뒤 작고 고무 같은, 점성이 있어 조직에 쉽게 달라붙는 알을 하나 낳습니다. 이렇게 두 시간 간격으로 각각의 시체에 알을 낳는데, 모아둔 먹이량에 따라 12개 이상의 알을 한 둥지에 낳기도 하며 알은 부모의 도움 없이 혼자 살아야 합니다.

 

체인질링 어미는 사계절이 뚜렷한 온대 지역에서는 한 철에 20개, 1년 내내 번식할 수 있는 열대 지역에서는 100개 이상의 둥지를 마련하기도 합니다. 체인질링은 종마다 새끼에게 주는 먹이가 조금씩 다른데, 작은 동물과 곤충을 사냥하는 종부터 큰 동물 시체의 고깃조각을 뜯어오는 종까지 매우 다양합니다. 하지만 모든 종이 포식자로부터 새끼와 먹이가 안전하고, 알의 발달에 충분히 따뜻한 온도를 유지하는 장소를 적극적으로 찾아다닙니다. 알은 90℉(32.2℃) 이하의 온도에 오랫동안 방치되면 발달하지 못하기 때문입니다.

 

 

고온에 노출된 알은 발달을 시작하며, 알과 노른자가 너무 작기에 2~4일 안에 부화해야 살 수 있습니다.

 

사실 이렇게 부화한 새끼는 '새끼(Chick)'이라 부르기 힘들 정도로 미숙한 상태인데, 케라틴 돌기가 달린 두 작은 팔과 미세하게 굽어진 부리에 의존해 몸을 움직입니다. 알 속에 있던 배아는 부화 후 스스로 먹이를 찾기 위해 극소량의 에너지를 눈 같은 기관 대신 팔과 부리의 성장에 집중투자했으며, 새끼는 어미가 보관해둔 시체 안으로 스스로 파고들어가 고기를 파먹으며 생애 첫 단계를 시작합니다.

새끼는 5주 동안 은신처에서 어미가 남겨준 식량을 먹으며 덩치를 키우는데, 부화 직후 수백분의 1온스에 불과하던 체중은 성체의 두 배까지 자라며 최대종은 7온스(약 200g)까지 성장합니다.

 

(1온스= 28.35g, 100분의 1온스는 0.28g)

 

새끼는 강산성 위액이 분비되는 강철 같은 위장으로 모든 병원성 물질을 무력화시키며 말라 비틀어졌든, 습해서 썩었든 상관없이 피부, 뼈, 깃털까지 전부 다 먹어치웁니다. 이때 육체의 대부분이 지방과 연골로 이루어진 새끼새는 뼈를 먹으면서 섭취한 칼슘은 나중을 위해 저장해둡니다.

 

놀랍게도 이 시기까지도 새끼새는 애벌레와 크게 다를 바 없는 모습입니다. 부리와 '팔' 외에는 눈도, 팔다리도 제대로 갖추지 못했기 때문입니다.

깃털도, 다리도 없는 이 새끼새는 생후 10~12일까지 미숙한 폐 대신 피부로 호흡하고, 이를 위해 어미새가 준비한 시체 더미로 파고들어가서 피부의 수분을 유지해야 합니다.

 

뇌는 부화 직후까지 매우 미숙해 자극에 의한 본능적 반응만 가능했지만,이제 새끼새는 성체로 성장하기 위한 모든 영양분을 완충했습니다.

 

 

모든 먹이를 섭취한 새끼새는 턱에서 점액을 분비해 스스로의 몸에 감은 뒤 둥지 내부 흙이나 나무껍질 등을 섞어 일종의 고치(Pupa) 덮개를 만듭니다. 덮개를 완성하면 움직임을 완전히 멈추고 마지막 발달 단계에 들어갑니다.

 

새끼새는 이후 몇 주~몇 개월간 대대적인 변태에 들어갑니다. 유조 시절 축적했던 지방은 다리와 뼈, 장기의 성장에 투자하며 부리와 날개의 케라틴 돌기가 떨어져나가고 그 자리에 성조의 부리와 깃대(Quill)이 새롭게 돋아납니다.

새끼새는 변태 과정에서 대부분의 지방을 소모해 우화 직전에는 체중이 절반으로 줄지만, 스스로 만든 알에서 두 번째로 '부화'하면 부모에 맞먹는 덩치에 완전히 성숙한 성체로 우화합니다. 고치에서 나와 날개를 말리는 데는 몇 분이면 충분하며, 형재자매들과 함께 둥지를 나오고 나서 며칠 안에 짝을 찾습니다.

 

체인지링의 성별은 유조기 이전까지는 정해지지 않습니다. 둥지의 개체 밀도가 낮거나 영양분을 충분히 섭취한 경우 암컷, 개체 밀도가 높거나 영양분을 제대로 섭취하지 못한 경우 수컷이 되며, 둥지가 과밀하거나 먹이가 부족할 경우 차기 암컷 유조가 수컷 유조를 잡아먹기도 합니다.

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왼쪽이 수컷, 오른쪽이 암컷

 

이제 막 우화한 수컷 섬불꼬리체인지링(Island Firetail changeling)이 조심스럽게 더 크고 나이 많은 암컷에게 구애를 시도하고 있습니다. 암컷은 마음에 들지 않는 수컷을 죽여 새끼들의 먹이로 쓸 수도 있기 때문입니다.

 

섬불꼬리체인지링은 가장 원시적인 체인지링 종으로, 키란제도의 두 고유종 중 하나이자 작열세 말기(1억 5천만년기) 제도의 극동 지역에 서식합니다.

 

이 종의 성체들은 다른 체인지링 종들처럼 성적 이형성이 뚜렷하지만, 이런 체인지링 종들은 조상종을 닮은 외모와 달리 매우 진화적으로 특수화된 계통입니다.

 

조상형보다 독립적 형질을 가진 체인지링 종들은 뚜렷한 성적이형성을 보이지만, 섬불꼬리체인지링은 체색과 부리에 있어 약간의 차이를 보이는 정도입니다.

수컷	가늘고 긴 부리	꿀과 작은 곤충
암컷	굵고 짧은 부리	과일과 씨앗 대형 비행 곤충, 작은 새 (유조용)

 

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암수 모두 성체가 되면 화려한 색을 띄지만, 포란을 위해 위험에 노출되지 않음에도 높은 성적 이형성을 보입니다.

암수의 식단은 뚜렷한 차이를 보입니다. 덩치 큰 암컷은 단단하고 약간 구부러진 부리로 곤충과 동물을 주로 사냥하지만 식물과 씨앗도 섭취하는 잡식성입니다. 반면 수컷들은 긴 부리로 꽃과 과일 같은 당분을 주로 먹으며 몸이 부드러운 유충이나 작은 날벌레도 사냥합니다.

덩치 작은 수컷의 유일한 목표는 최대한 많은 암컷과 교미하는 것이며, 성조로 우화한 후 몇 주 동안 꿀과 과일을 주식으로 하다가 탈진사합니다.

수컷보다 덩치가 두 배는 큰 암컷은 교미와 산란, 둥지 조성에 전념하며 온화한 시기 동안 둥지에 먹이를 비축하고, 교미하고, 산란하는 것을 반복합니다.

열대 기후에서는 2~3개월마다 세대 교체가 일어나며 성체는 2~3년을 생존하기 힘듭니다.

반면 번식기가 한정된 온대 지역에서는 10년까지 살 수 있으며 비번식기에는 월동을 위해 더 따뜻한 곳으로 이주합니다.

모든 체인지링 종의 수컷은 훨씬 수명이 짧아서 열대 지역에서는 성체로 한 달, 온대 지역에서는 겨울이 시작하기 전 사멸합니다. 교미에 전념하는 탓에 겨울을 대비할 지방을 축적할 시간이 없기 때문입니다.

 

온대지방에서는 연 2회 발생하며, 첫 번째 세대는 봄에 부화해 초여름에 번식하고 두 번째 세대는 한여름에 부화해 가을에 고치로 변한 뒤 휴면 상태로 겨울을 보내고 이듬해 봄에 부화합니다.

 

 

체인지링의 생애주기. 우화에는 단 몇 분밖에 걸리지 않습니다.

연질란(軟質卵)

막 부화한 유조

생후 5주 유조

번데기

우화

성체

 

 

체인지링의 이런 극단적인 생활사는 여러 단계로 나뉘어 진화해 왔습니다.

체인지링의 초대 조상은 스트랙(Strackbird)이었는데, 대형 포식자를 따라다니며 먹이를 구하는 특성상 둥지를 짓고 오랫동안 새끼를 기르는 데 한계가 컸습니다.

 

https://sites.google.com/site/worldofserina/the-cryocene-50---75-million-years/cleaner-finches-and-bloodpeckers

 

어떤 스트랙 종은 선택적 진화 과정 결과 새끼들이 조숙성으로 태어나게 되어 어미가 먹이를 잘게 찢어 둥지에 넣어두면 이를 스스로 찾아먹을 수 있게 되었고, 그 결과 어미가 둥지를 지켜야 하는 시간도 줄어들었습니다.

이후에는 부화하자마자 스스로 큰 먹이조각을 뜯어먹을 수 있는 수준으로 발전했는데, 그 대신 둥지 생활에 불필요한 신체 부위들은 부화 직후에는 미숙해도 나중에 빠르게 성장하도록 진화했습니다.

작열세에는 기온이 매우 따뜻해서 새끼새가 어미의 보온이 없어도 스스로 체온을 유지할 수 있었고, 굳이 새끼들에게 먹이를 일일이 나눠줄 필요도 없어지면서 일반적인 새들과 같은 노력으로 한번에 더 많은 새끼를 동시에 키울 수 있었습니다.

 

 

포육과 먹이 제공에 들어가는 시간이 크게 줄어들자 어미들은 번식기 동안 더 많은 둥지를 짓고 먹이를 제공하는 육식동물을 따라다닐 수 있었습니다.

무수한 세대를 지나면서 이 과정은 점점 특이한 형태로 파생되었습니다.

새끼의 부화 기간은 더욱 빨라졌고, 스스로 먹이를 먹을 수 있는 대신 불필요한 신체 대부분의 발달이 미숙해졌습니다. 어미가 만들어내는 알에 포함된 영양분도 최소화되었습니다.

이제 어미새는 이전에 낳은 새끼가 부화하기도 전에 다음 새끼를 돌볼 수 있고, 그만큼 한 번에 키울 수 있는 새끼의 수도 급증했습니다.

이 단계의 새끼새들은 사실상 턱과 위장, 날개의 기반만 가진 배아 상태로 부화했으며 태어나기 저 어미가 남겨둔 먹이에서 성장에 필요한 모든 에너지를 얻을 수 있었습니다. 따라서 암컷 새들은 더 이상 단단한 껍데기를 가진 알을 낳을 필요가 없어졌습니다.

새끼들이 점점 더 미숙한 상태로 태어나면서 알이 점점 더 작아졌고, 반대로 산란양이 증가하면서 질보다는 양으로 번식의 성공률을 높이기 시작했습니다.

체인지링의 조상들은 극단적인 R-전략(각 후손에 대한 보살핌을 적게 투자하는 대신 후손의 수를 늘림)을 선택하면서 막대한 새끼를 낳아 그 중 일부라도 살리는 전략을 선택했습니다. 빠른 세대교체로 인해 진화가 빠르게 이루어졌고, 그 결과 암수가 서로 다른 생태 지위를 차지하면서 높은 개체 밀도에도 한정된 자원을 두고 경쟁하지 않게 되었습니다.

 

 

체인지링의 성장 과정은 지구의 완전변태 곤충, 그리고 세리나의 몇몇 귀뚜라미들과 매우 비슷합니다.

이 세 계통은 모두 유충 단계에서 대량의 영양분을 축적한 뒤, 성체로 발달하기 위해 2차 알(번데기, 고치)를 만들어 그 안에서 번태를 완료합니다.

 

 

체인지링의 고치는 진화적으로 비교적 최근에 생성된 것으로 보이며, 어린 개체를 보호하고 포식자로부터 냄새를 차단하는 주머니 역할을 합니다.

그 이전 조상들은 고치 없이 둥지 안에서 노출된 상태로 변태 과정을 거쳤을 가능성이 높으며, 이는 나비의 조직 융해(Histolysis)와 달리 유충 시절 조직을 흡수해 새로운 조직을 생성하는 개구리에 더 가깝습니다. 이 과정에서 에너지를 소모해 체중이 크게 감소하는 것도 그 이유에서입니다.

넓게 보자면 체인지링은 곤충보다는 양서류에 더 가까운 변태 과정을 거칩니다.

이 독특한 형태로의 진화는 관점에 따라 극단적으로 특수화된 난생, 혹은 양서류와 같은 형태로의 극단적 퇴화에 해당됩니다. 확실한 것은 체인지링은 매우 놀라운 생태를 가진 세리나의 고유 조류 중 하나라는 것입니다.

 

출처:

https://sites.google.com/site/worldofserina/the-thermocene-75/changelings-the-evolution-of-avian-metamorphosis

Serina: A Natural History of the World of Birds - Changelings: The Evolution of Avian Metamorphosis