삼엽충의 호흡의 수수께끼가 마침내 해명! 고대 바다의 패자는 어떻게 생존했는가 삼엽충의 호흡 전략을 과학이 재구축

삼엽충은 왜 그렇게 오랫동안 바다의 패자로 남을 수 있었는가

삼엽충은 고생대를 대표하는 해양 생물 중 하나이다. 알려진 종은 22,000종 이상에 이르며, 거의 모든 대륙의 지층에서 발견되었다. 그 성공의 크기에 비해, 너무나 기본적인 의문이 오랫동안 남아 있었다. 그들은 도대체 어디에서, 어떻게 호흡을 했는가――. 이번 연구는 이 소박하고 근본적인 질문에 상당히 명확한 답을 제시했다. 결론부터 말하자면, 삼엽충은 다리의 외부에 있는 깃털 모양의 구조를 실질적인 "아가미"로 사용했을 가능성이 높다.

삼엽충의 다리는 두 갈래로 나뉜 "이차형"의 부속지였다. 안쪽 가지는 보행이나 섭식에 관여하는 반면, 바깥쪽 가지에는 얇고 세밀한 필라멘트가 여러 장 나란히 배열되어 있었다. 이 바깥쪽 가지, 즉 외지가 무엇을 위해 존재했는지는 고생물학 세계에서 오랫동안 논의되어 왔다. 수영을 위한 보조 장치였는가, 수류를 만드는 환기 장치였는가, 아니면 정말로 호흡 기관이었는가. 쟁점은 단순히 "산소를 흡수하기에 충분한 표면적이 있었는가"에 달려 있었다.

과거 연구에서는 종에 따라 관점이 나뉘었다. 중기 캄브리아기의 Olenoides serratus에서는 표면적이 너무 작다는 견해가 있어 아가미 설에 신중한 분위기도 있었다. 반면, 후기 오르도비스기의 Triarthrus eatoni에서는 현생 절지동물의 아가미에 가까운 규모의 표면적이 나타나 호흡 기관 설을 지지하고 있었다. 즉, 삼엽충의 외지는 "아가미처럼 보인다"고 말하면서도 결정적인 증거가 부족했다. 이번 연구가 중요한 것은 이 불일치를 보다 정밀한 3D 분석으로 재정리한 점에 있다.

연구팀은 보존 상태가 좋은 두 종, Olenoides serratus와 Triarthrus eatoni를 대상으로 외지의 입체 구조를 해부학적으로 타당한 형태로 재현했다. Shapr3D 및 Ansys 등의 소프트웨어를 사용하여 필라멘트 군의 표면적을 세밀하게 계산한 결과, 몸길이 67.8mm의 O. serratus에서는 총 라멜라 표면적이 16,589 제곱밀리미터, 몸길이 36.3mm의 T. eatoni에서는 2,159 제곱밀리미터로 산출되었다. 연구는 거기서 멈추지 않고, 캄브리아기부터 실루리아기에 걸친 다른 9종에도 범위를 넓혀 몸 크기와 호흡 표면적의 관계를 추적하고 있다.

그 결과로 드러난 것은 삼엽충의 호흡 능력이 현생 수생 절지동물과 상당히 유사한 규칙으로 확장된다는 사실이었다. 삼엽충의 라멜라 표면적은 몸 크기에 대해 지수 함수적으로 증가하며, 그 경향은 현생의 투구게나 게, 갑각류의 아가미 표면적과 생체 중량의 관계와 같은 흐름을 타고 있었다. 표면적 대 생체 중량의 비율은 174.62〜759.48 mm²/g로, 이는 현생의 아나자코류 등의 256〜1,043 mm²/g와 크게 겹친다. 즉, 삼엽충의 외지는 외형이 다르더라도 기능 면에서는 "충분히 호흡 기관으로 성립되었다"고 해석할 수 있다.

더 흥미로운 것은 대형화에 대한 대응이다. 연구에서는 몸이 큰 삼엽충일수록 호흡 능력을 증가시켰지만, 그 방법은 "필라멘트의 수를 늘리는" 것이 아니었다. 오히려, 더 큰 삼엽충은 하나하나의 필라멘트를 크게 늘려 필요한 표면적을 확보했다고 한다. 예를 들어 대형종 Redlichia rex에서는 라멜라의 길이가 최대 11.02mm에 달했다. 이는 호흡 기관이 단순한 부속물이 아니라, 몸의 대형화나 대사 요구에 따라 스케일하는 상당히 세련된 설계였음을 보여준다.

이 발견은 "삼엽충은 무엇으로 호흡했는가"라는 한 점에 그치지 않는다. 호흡이 밝혀지면, 운동성, 대사, 서식지, 생태 환경에 대한 적응까지 관점이 달라지기 때문이다. 예를 들어 Triarthrus eatoni는 저산소 환경에 서식했다고 여겨지지만, 이번 결과에서는 그러한 환경에서 살아남기 위해 라멜라 표면적을 최대화했을 가능성이 부각된다. 한편 Redlichia rex는 몸 크기에 비해 표면적 비율이 낮아 대사 요구가 비교적 낮았거나, 혹은 껍질의 아래면 등 다른 부위에서도 산소를 흡수했을 가능성이 시사되고 있다. 같은 삼엽충이라도 생활 방식은 일률적이지 않았을 것이다.

이번 연구는 고생물학이 이제 "화석의 형태를 관찰하는 학문"이 아니라, 기능을 수치로 검증하는 단계에 들어섰음을 인상적으로 보여준다. 부드러운 조직은 화석으로 남기 어렵다. 그렇기 때문에, 약간 보존된 입체 정보를 현대의 설계 소프트웨어나 비교 해부학으로 해독하는 방법이 위력을 발휘한다. 2021년에는 다른 연구가 삼엽충의 상부 가지가 형태학적으로 현생 절지동물의 아가미에 가깝다는 것을 보여주었지만, 이번에는 거기에 "표면적이 충분한가"라는 정량 평가가 추가되었다. 형태가 비슷할 뿐만 아니라, 기능적으로도 논리적이라고 보여짐으로써 논의는 한층 깊어졌다고 할 수 있다.

그렇다면 SNS에서는 이 주제를 어떻게 받아들이고 있을까. 현재 시점에서 공개 범위에서 확인할 수 있는 반응을 보면, 대규모의 버즈보다는 "알고 있는 사람이 강하게 반응하는 초기 단계"에 가깝다. Phys.org가 전재한 기사에서는 댓글 수가 0건으로, 일반적인 대규모 논란형은 아니지만, Phys.org의 LinkedIn 게시물에서는 공개 직후에 반응이 붙어, 요점으로 "삼엽충이 현생 갑각류만큼 효율적으로 산소를 흡수할 수 있었다"는 점이 전면에 부각되고 있다. 또한, Scienmag의 동일 내용 기사에는 66 공유, 596 뷰, 내역으로 Facebook 공유 26, X에서의 공유 17이 표시되어 있으며, 전문 뉴스 애호가나 고생물 팬을 중심으로 조용히 확산되기 시작하고 있는 모습이 엿보인다.

반응의 질로서 눈에 띄는 것은 크게 세 가지가 있다. 하나는 "삼엽충이 다리로 숨을 쉬었는가"라는 놀라움. 두 번째는 투구게나 갑각류와의 비교를 통해 멸종 생물이 갑자기 '생물답게' 느껴지는 감각이다. 그리고 세 번째는 화석 연구에 3D 모델링이나 공학계 소프트웨어가 들어감으로써 수억 년 전 동물의 생리까지 추정할 수 있게 된 것에 대한 재미이다. 화려한 말보다는, "고대 바다의 주민이 어떻게 산소를 흡수하고, 어떻게 커지고, 어떻게 환경에 적응했는가"를 조금 구체적으로 상상할 수 있게 된 것 자체가 이 연구의 가장 강한 매력일지도 모른다.

삼엽충은 화석으로서 너무나 유명한 존재이다. 그러나 유명하다는 것과 잘 이해되고 있다는 것은 다르다. 이번 성과는 박물관에서 올려다보는 "옛날의 이상한 벌레"를, 호흡하고, 활동하고, 환경에 맞춰 몸을 설계했던 실제 동물로 되돌렸다. 5억 년 전 바다의 바닥에서, 그들은 단지 기어 다니기만 한 것이 아니었다. 다리의 외부에 나란히 배열된 섬세한 필라멘트를 통해 물속의 산소를 흡수하며, 긴 진화의 역사를 살아남았다. 그 모습이 이제야 조금씩 현대의 우리에게도 보이기 시작했다.

출처 URL

Mirage News에 게재된 Harvard University
https://www.miragenews.com/trilobite-secrets-unveiled-respiratory-mystery-1659507/

대학 및 연구 홍보의 세부사항 (EurekAlert에 게재된 Harvard University 뉴스 릴리스. 논문명, DOI, 연구 개요 확인에 사용)
https://www.eurekalert.org/news-releases/1124995

일반 대중을 위한 과학 뉴스 전재 (Phys.org. 연구 내용 요약 및 공개 시점의 댓글 상황 확인에 사용)
https://phys.org/news/2026-04-life-ancient-mystery-trilobite-respiratory.html

프리프린트 전문 페이지 (ResearchGate를 통해 확인한 프리프린트. 연구의 요지, 방법, 크기와 표면적의 수치 확인에 사용)
https://www.researchgate.net/publication/400492351_Surface_area_calculations_of_lamellar_support_respiratory_function_of_trilobite_exopodites

논문 DOI (Biology Letters 게재 논문의 식별자)
https://doi.org/10.1098/rsbl.2026.0071

Phys.org의 LinkedIn 게시물 (공개 SNS 상에서 확인할 수 있었던 초기 반응 확인에 사용)
https://www.linkedin.com/posts/phys-org_breathing-new-life-into-an-ancient-mystery-activity-7452491922344034304-bLRR

Scienmag 전재 기사 (공유 수 및 뷰 수 등 공개된 확산 지표 확인에 사용)
https://scienmag.com/unveiling-the-respiratory-secrets-of-trilobites-how-scientists-brought-an-ancient-mystery-back-to-life/

관련된 선행 연구 (2021년 Science Advances 논문. 삼엽충의 상지가 아가미일 가능성을 형태학적으로 보여준 선행 연구)
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abe7377