캄브리아기 폭발

캄브리아기(약 538 myo)에 생물의 다양성이 크게 증가한 현상을 이르는 말.

원인

환경적 요인:

• 산소 농도 증가: 대기 및 해양의 산소 농도가 증가하면서 더 크고 복잡하며 활동적인 다세포 동물의 신진대사를 지원할 수 있게 되었다는 가설. 산소는 효율적인 에너지 생산(호기 호흡)에 필수적이다.
• 스노우볼 지구(Snowball Earth) 이후 환경 변화: 신원생대(Neoproterozoic) 말기의 극심했던 빙하기(“스노우볼 지구”)가 끝난 후, 대륙의 침식으로 인해 다량의 영양염류(특히 인)가 바다로 유입되었을 가능성. 이는 식물성 플랑크톤의 번성을 촉진하고 먹이 사슬의 기반을 마련했을 수 있음.
• 해양 화학 성분 변화 (Changes in Ocean Chemistry): 해수 중 칼슘 농도의 증가 등이 생물 광물화(biomineralization), 즉 동물이 껍데기나 골격을 만드는 능력을 촉진했을 수 있음. 이는 방어, 지지, 근육 부착점 등의 이점을 제공.
• 오존층 형성 (Formation of the Ozone Layer): 오존층이 형성되면서 치명적인 자외선(UV) 복사를 차단하여, 생물이 더 얕은 수심이나 잠재적으로 육상 환경으로 진출할 수 있는 환경을 만들었을 수 있음.

발생생물학적/유전적 요인:

• 유전적 도구상자(Genetic Toolkit)의 발달: 혹스 유전자(Hox genes)와 같은 발생 조절 유전자의 진화 및 복잡화는 동물의 기본적인 몸 구조(body plan)를 다양하게 만들고 새로운 형태의 발생을 가능하게 했음. 즉, 복잡한 동물을 만들 수 있는 유전적 기반이 마련된 것.
• 미세 RNA (microRNA) 등의 조절 요소 발달: 유전자 발현을 정교하게 조절하는 새로운 메커니즘이 등장하면서 더 복잡한 발생 과정과 세포 분화가 가능해졌을 수 있음.

생태학적 요인:

• 에디아카라 생물군(Ediacaran Biota)의 쇠퇴/멸종: 캄브리아기 직전에 번성했던 에디아카라 생물군이 쇠퇴하거나 멸종하면서, 새로운 동물들이 차지할 수 있는 생태적 공간(ecological niches)이 많이 생겨남.
• 포식-피식 관계의 등장 및 심화 (Predator-Prey Interactions): 효율적인 포식자(예: 눈의 진화)의 등장은 피식자에게 방어 수단(예: 껍데기, 가시, 도피 능력)을 발달시키는 강력한 선택압으로 작용. 이러한 “진화적 군비 경쟁(evolutionary arms race)“은 빠른 형태적 다양화를 촉진.
• 생태계 공학 (Ecosystem Engineering): 동물이 환경을 변화시키는 능력(예: 굴 파기, 배설물 생산)이 생겨나면서 새로운 서식지와 자원이 창출되고, 이는 다시 다른 생물의 진화에 영향을 미치는 피드백 루프를 만들었음.
• 플랑크톤의 진화와 동물성 플랑크톤의 증가: 식물성 플랑크톤의 진화는 먹이 사슬의 기반을 강화했고, 이를 소비하는 동물성 플랑크톤(zooplankton)의 증가는 더 높은 영양 단계의 동물들의 출현을 가능하게 함.