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한반도 주요 지형이 형성된 비밀을 간직한 고유종 참종개. 박승화 기자

2300만년전 일본열도 분리 이후
태백산맥 형성시기 수수께끼였다
1100만년 전 갈라진 북방종개가
지질연대 추정 단서 제공해줘

신생대 초 마이오세(2300만년 전)에 들어와 한반도의 꼴을 이루는 중요한 지각변동이 일어났다. 동해가 서서히 벌어지면서 일본이 한반도로부터 떨어져 나갔다. 그 충격으로 한반도는 태백산맥과 개마고원을 중심으로 솟아오르고 있다. 동고서저의 한반도 지형은 이렇게 탄생했다. 그러나 언제 어떻게 산맥이 형성됐는지는 아직도 논란거리다. 세계에서 한반도에만 서식하는 참종개속 민물고기가 그 수수께끼를 풀 단서를 제공했다.

종 분화로 지질 변화 추적

권예슬 국립낙동강생물자원관 박사 등은 국제 과학저널 <계통분류학 및 생물다양성> 7월17일치에 실린 논문에서 참종개속 물고기를 다양한 유전자 마커를 이용해 분석한 결과, 이 물고기가 수계별로 다양한 종으로 분화해 진화한 시기가 태백산맥과 소백·노령산맥 형성 등 주요한 지질학적 사건과 일치한다고 밝혔다.

미꾸리과에 속하는 참종개속 물고기는 산간계곡의 자갈이 깔린 맑은 하천 밑바닥에 산다. 이런 물고기는 이동 능력이 떨어져 물줄기에 따라 고유한 종으로 분화하는 예가 많다. 참종개 속의 물고기 6종은 모두 한반도 고유종인데 중복되지 않고 주요 하천별로 나뉘어 분포한다.

논문 교신저자인 원용진 이화여대 에코과학부 교수는 “한반도의 산맥이 형성된 시기는 지질학 연구에서 2000만~3000만년 전 이후로 추정할 뿐 정확한 시기는 모른다”며 “산맥이 어류의 종 분화를 낳지만 반대로 어류의 종 분화 시기로부터 산맥 형성 시기를 알 수 있지 않을까 하는 역발상을 하게 됐다”고 연구 동기를 밝혔다. 유전물질인 디엔에이(DNA) 염기서열을 분석하면, 돌연변이의 정도를 측정하는 ‘분자시계’를 통해 한 종의 물고기가 솟아오른 산맥으로 고립돼 두 종으로 갈라져 진화한 시기를 계산할 수 있다.

연구 결과 참종개속에서 동해안의 북방종개가 분화한 시기는 1130만년 전(1710만~776만년 전)으로 나타났다. 원 교수는 “동해 형성 이후 막연히 추정해온 태백산맥의 지질학적 나이에 대해 구체적인 시기를 특정했다는 점에서 의미가 있다”고 말했다. 물론 생물집단이 고립됐다고 곧바로 새로운 종이 탄생하는 건 아니다. 권예슬 박사는 “생물이 고립된 뒤 적어도 수만~수십만년 뒤에 종 분화가 일어난다고 본다면 실제 산맥 형성 시기는 종 분화보다 훨씬 이전일 것”이라고 말했다.

소백·노령산맥을 경계로 참종개와 부안종개의 공통조상이 왕종개·남방종개·동방종개의 조상과 계통이 나뉜 시기는 928만년 전으로 계산됐다. 권 박사는 “이 결과로 보면 소백·노령산맥이 태백산맥보다 나중에 융기했을 수도 있다”고 말했다.

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서식지 격리로 종 다양해져

산맥이 없는 곳에서도 종 분화가 일어났다. 동방종개는 왕종개와 남방종개 공통조상과 517만년 전, 참종개와 부안종개는 318만년 전에, 그리고 왕종개와 남방종개는 269만년 전 갈라진 것으로 나타났다. 권 박사는 “동방종개는 양산단층과 울산단층 활동으로 물줄기가 고립되면서 진화한 것으로 보이며 부안종개, 왕종개, 남방종개 등은 빙하기가 끝나 해수면이 상승하면서 서식지가 격리돼 분화한 것으로 추정된다”고 말했다.

한반도 형성의 역사를 간직하는 참종개속 물고기는 우리 연구자들이 본격적으로 한반도 민물고기에 대한 연구 결과를 내기 시작한 대상이기도 하다. 공동저자인 이완옥 국립수산과학원 중앙내수면연구소 박사는 “한반도 고유종 물고기는 대부분 일제강점기에 일본인 학자인 모리 다메조와 우치다 게이타로가 학계에 보고했는데, 1975년 김익수 전북대 교수가 한국인 연구자로서는 처음 참종개를 신종으로 발표한 것을 시작으로 우리 학자들의 고유종 발표가 이어졌다”고 말했다.

※인터넷 검색 가능한 논문의 고유 식별주소 DOI: 10.1080/14772000.2017.1340912)

왕·남방종개 등 분화시기 보니
소백·노령산맥은 태백보다 늦어
동방종개는 양산단층이 낳은 듯

작은 물고기가 어떻게 태백산맥 넘었나

경북 영덕의 오십천은 어류학자에게 특이한 곳이다. 참종개 분포 지도를 보면, 태백산맥 물줄기에 분포하는 이 물고기가 유일하게 동해안으로 흐르는 오십천과 주변 하천에도 산다. 참종개뿐 아니라 연준모치, 쉬리, 얼룩새코미꾸리 등 한강의 산간 계류에 사는 물고기와 낙동강 상류에 분포하는 자가사리도 이곳에 있다. 이 작은 물고기가 어떻게 험준한 태백산맥을 넘었을까.

김대민 미국 예일대 생태·진화생물학 대학원 박사과정생 등은 국제 과학저널 <통합 동물학> 7월호에 실린 논문에서 홍적세 후기에 거듭된 단층활동 때문에 하천 유로가 변경돼 오십천과 주변 하천에 한강과 낙동강의 어류가 유입됐음을 밝혔다.

연구자들은 한강·낙동강·오십천과 주변 하천 어류의 유전자를 분석한 결과 지질학적으로 최근에야 오십천 어류가 고립됐음을 확인했다. 유전적 격리 기간은 오십천 단층이 활동한 35만~17만년 전 사이와 일치했다.

연구자들은 오십천 단층이 홍적세 후기에 여러 차례 활동을 하면서 한강 최상류 골지천과 낙동강 상류 통리 계곡 일대가 무너져 내려 물줄기가 오십천 상류가 된 ‘하천쟁탈’이 일어났다고 설명했다.

그러나 연구자들은 한강과 낙동강 최상류 일대가 석회암으로 이뤄진 카르스트 지형이어서 동굴을 통해 지하 하천이 연결돼 있을 수 있고, 1970년대부터 오십천의 독특한 어류상이 밝혀져 가능성이 희박하기는 하지만 사람이 산맥을 넘어 물고기들을 풀어놓았을 가능성도 있다고 밝혔다. (DOI: 10.1111/1749-4877.12228)