스트로마톨라이트

3. 형성

스트로마톨라이트는 특히 시아노박테리아와 같은 특정 미생물의 활동으로 얕은 물에서 퇴적물 입자가 포획, 결합 및 교결되어 형성되는 층상의 생화학적 퇴적 구조체이다.^[10] 이들은 원추형, 층상형, 돔형, 주상형^[11], 가지형^[12] 등 다양한 형태를 보인다. 스트로마톨라이트는 선캄브리아기 화석 기록에 널리 나타나지만, 오늘날에는 드물다.^[13]

실험실 환경에서 현대 미생물 매트 형성 과정을 촬영한 타임랩스 사진은 스트로마톨라이트 내 시아노박테리아의 행동에 대한 중요한 단서를 제공한다. Biddanda 외(2015)는 시아노박테리아가 빛을 향해 이동하는 주광성을 보이며, 이는 생존에 필요한 광합성 효율을 증가시킨다는 것을 발견했다.^[19]

지의류 스트로마톨라이트는 암석이 공기와 만나는 수면 위에서 내암석 지의류가 반복적으로 암석을 군집화하여 형성되는 층상 암석 구조이다.^[20][21]

스트로마톨라이트는 남조류(시아노박테리아)와 퇴적물이 여러 층으로 쌓여 다음과 같은 과정으로 형성된다.

1. 남조류(시아노박테리아)가 모래나 진흙 표면에 부착하여 낮에 광합성을 한다.

2. 야간 휴지기에는 진흙 등의 퇴적물을 점액으로 고정한다.

3. 남조류(시아노박테리아)는 호흡하기 위해 상부로 분열하고, 다음 날 다시 광합성을 시작한다.

이러한 과정이 반복되면서 스트로마톨라이트는 점차 돔 형태로 성장한다. 성장 속도는 매우 느리며, 1년에 수 mm 정도밖에 자라지 않는다. 스트로마톨라이트의 단면에 있는 줄무늬는 당시 하루의 길이를 추정하는 데 사용될 수 있다.

4. 화석 기록

스트로마톨라이트는 지구 최초의 생명체 화석 기록의 주요 구성 요소이다.^[25] 이들은 약 12억 5천만 년 전에 가장 번성했고,^[23] 이후 캄브리아기 초에는 다양성과 풍부함이 전성기의 20% 수준으로 감소했다.^[26] 이러한 쇠퇴의 가장 유력한 원인은 캄브리아기 기질 혁명 동안 스트로마톨라이트 형성 생물들이 초식 동물에게 먹혔기 때문으로 여겨진다.^[27][28][29] 또 다른 가설은 원생동물인 유공충이 스트롬볼라이트 형성을 선호하여 미세한 생흔을 통해 스트로마톨라이트의 감소를 초래했다는 것이다.^[30]

원생대 스트로마톨라이트 미세 화석은 남조류와 일부 진핵생물 엽록식물(녹조류) 형태를 포함한다. 지질 기록에서 매우 흔한 스트로마톨라이트의 한 속은 ''콜레니아''이다.

초식 동물과 스트로마톨라이트 풍부함 사이의 연관성은 오르도비스기 진화 방산에서 잘 입증되었다. 스트로마톨라이트는 후기 오르도비스기 대멸종과 페름기-트라이아스기 대멸종 사건으로 해양 동물이 멸종된 후 일시적으로 증가했다가, 해양 동물이 회복되면서 이전 수준으로 돌아왔다.^[31] 스트로마톨라이트 풍부도 감소의 원인으로는 후생동물 개체군과 다양성의 변동 외에도 환경의 화학적 요인 변화가 영향을 미쳤을 가능성이 있다.^[32][13]

남조류는 원핵생물로 세포 분열을 통해 무성 생식하지만, 더 복잡한 진핵 생물의 진화 발달을 위한 환경을 준비하는 데 중요한 역할을 했다.^[25] 이들은 계속되는 광합성을 통해 원시 지구 대기의 산소량을 증가시킨 주요 원인으로 여겨진다(대산화 사건 참조). 남조류는 물, 이산화탄소, 태양광을 이용하여 스스로 먹이를 만들고, 세포 매트 위에 종종 다당류 층을 형성한다.^[33] 현대 미생물 매트에서 주변 서식지의 잔해는 다당류 층에 갇히고 탄산칼슘에 의해 고정되어 얇은 석회암 층을 이룬다. 이러한 층이 시간이 지남에 따라 축적되어 스트로마톨라이트에 흔한 띠 모양 패턴을 만든다. 온콜라이트는 층상 구형 성장 구조로 스트로마톨라이트와 유사하며 화석 기록에서도 발견된다. 스트롬볼라이트는 남조류에 의해 형성된 층이 부족하거나 없는 응고된 구조이며, 화석 기록과 현대 퇴적물에서 흔하다.^[22]

4. 1. 시생누대

4. 2. 시생누대 이후

5. 현생 스트로마톨라이트

현생 스트로마톨라이트는 고염 호수와 석호 등 극단적으로 염도가 높은 환경이나 담수 환경 등 매우 특이한 환경에서 주로 발견된다. 염도가 매우 높은 환경에서는 바닥의 식물을 뜯어먹는 동물들이 활동할 수 없기 때문에 스트로마톨라이트가 생존에 유리하다.

화석 스트로마톨라이트는 세계 여러 곳에서 발견되지만, 현생 스트로마톨라이트는 매우 적은 수역에서만 발견된다. 선캄브리아기에는 전 세계에 스트로마톨라이트가 존재했으며, 지구에 많은 산소를 제공하고 이산화탄소를 소비하여 온실효과를 감소시켜 기온을 낮추는 역할을 했을 것으로 추정된다. 그러나 선캄브리아기 말기에 스트로마톨라이트를 먹이로 삼는 생물이 출현하면서 그 수가 크게 감소했다. 이후 트라이아스기 초에 다시 전 세계적으로 번성했는데, 이는 페름기 말 대멸종에서 살아남은 시아노박테리아와 달리 스트로마톨라이트를 섭취하는 동물이 사라졌기 때문으로 보인다.

현재 스트로마톨라이트가 서식하는 대표적인 지역으로는 오스트레일리아의 샤크 만, 멕시코의 쿠아트로 시에네가스 등이 있다. 이 지역들은 사막으로 둘러싸인 폐쇄적인 해역으로, 물의 증발이 심하고 조류가 느려 염분 농도가 매우 높다. 이러한 환경 덕분에 시아노박테리아를 포식하는 연체동물이나 갑각류는 물론 다른 생물도 거의 서식할 수 없어 스트로마톨라이트가 현재까지 남아 성장을 계속하고 있다.

5. 1. 염수 환경

5. 2. 담수 환경

6. 대한민국

대한민국에서는 고생대 조선 누층군 풍촌 석회암층과 막골층, 중생대 경상 누층군 대구층에서 스트로마톨라이트 화석이 발견된다.

7. 연구사

1883년에 제임스 홀이 '크립토존(Cryptozoon^영어)'이라고 명명했지만, 당시에는 이것이 생물에 의해 만들어진 것인지 불분명했다. 이후 비슷한 구조는 '스트로마톨라이트'나 '콜레니아' 등으로 불렸다.

1908년에는 에른스트 칼코프스키가 층상 탄산염암을 그리스어의 stroma|스트로마^el(bed cover|침대 덮개^영어)와 lith|리트^el(rock|바위^영어)에서 유래한 '스트로마톨라이트'라고 명명했다. 19세기 후반부터 20세기 초반까지 이러한 층상 암석은 다양한 이름으로 불렸지만, 칼코프스키는 이를 통틀어 스트로마톨라이트라고 부르도록 했다. 이 무렵, 이러한 암석은 남조류에 의해 형성된 화석이라고 주장하는 학자도 나타났지만, 스트로마톨라이트는 담수역과 해수역 모두에서 형성되었다고 생각되지는 않았다.

1960년경, 오스트레일리아 서해안 샤크 만 내만 해머린 풀 해안에서 현생 스트로마톨라이트가 발견되었다. 그곳은 모래질의 얕은 여울로, 표면은 흑색이지만 정상부만 등황색으로 변색된 암석질이었다. 이 검은 색소를 자세히 검사한 결과 시아노박테리아임이 밝혀졌다.^[60]

그러나 이 발견은 현생 스트로마톨라이트와 화석 스트로마톨라이트를 구분해야 하는지 문제를 제기하며 스트로마톨라이트의 정의를 모호하게 만들었다. 그 후 스트로마톨라이트 연구는 크게 진전되어 많은 연구 성과가 나왔지만, 아직 밝혀지지 않은 부분도 있어 앞으로 해석이 바뀔 가능성도 있다.

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