트라이아스기 저산소시대가 도래하여 공룡의 폐가 기낭호흡으로 진화 할때, 포유류도 나름의 새로운 호흡법을 개발하게 됩니다. 그것은 바로 횡경막 호흡입니다.
기존 파충류들은 배를 땅에 까는 바람에 움직임에 따라 호흡에 심한 제약을 받았습니다. 하지만, 다리가 옆이 아닌 밑으로 튀어나온 종들이 출현하였고, 가슴에 가해지는 땅의 압박에서 벗어나게 되었지만, 여전히 가슴으로만 호흡을 하기 때문에 폐활량은 한계가 있었습니다.
여기서 한단계 더 진화한 공룡은 기낭호흡을 하여 호흡호율을 높이게 되는데, 포유류형 파충류는 전혀 다른 방법으로 호흡효율을 높이게 됩니다. 몸통 가운데에 가로막이 생겨, 그것을 조금만 움직이면, 폐는 크게 부풀어올랐다 쭈그러들었다 하는 것이죠.
트라이아스기 포유류형 파충류의 호흡기관 진화과정 :몸통의 갈비뼈 수가 줄어들고, 갈비뼈가 없어지기 시작하는 부분에 가로막이 생긴다. 이 가로막은 복근의 도움을 받아 폐를 효율적으로 수축팽창 시키는 기능을 한다.
하지만, 포유류의 가로막 호흡은 여전히 공룡의 기낭호흡보다 효율이 좋지 못했습니다.
그런데, 가로막 호흡은 예기치 못한 전혀 새로운 진화를 이끌어냅니다. 바로 척추의 상하운동입니다. 가로막 호흡을 하자면 필연적으로 배를 잡아당겼다 놓았다 하게 됩니다. 왜 옆구리가 아니고 배냐구요?
당시 포유류는 몸통이 좌우로 움직이는 형태였는데, 그런 구조 때문에 한쪽 옆구리는 당기면 다른 쪽 옆구리는 부풀어 오르게 됩니다. 즉, 옆구리로는 호흡이 안되지요.
반면, 배는 잡아당진다고 해서 반대편 등이 부풀어 오르거나 하지는 않습니다. 그래서, 가로막 호흡을 하기 위해배로 숨을 쉬는 복식호흡을 하게 됩니다. 그런데, 이 호흡법(복식 호흡)은 자연스럽게 몸통의 상하운동을 유도합니다.
관절의 운동형태는 뼈와 뼈에 붙어 있는 근육의 형태에 의해 결정됩니다. 배의 복근이 발달하게 되자, 포유류의 몸통은 자연스럽게 좌우운동이 대신 상하운동을하게 된 것이죠. (이것도 처음부터 복근이 아니라, 다른 근육이 호흡을 하기 위해 배를 압박하다가 위치와 크기가 변해 복근이 되지 않았나 싶습니다.)
즉, 포유류의 상하척추는 네발로 빨리 달리기 위해 진화된 것이 아니라, 복식호흡을 하다보니 자연스럽게 그렇게 된 것인데, 저산소 환경에서 호흡효율을 높이기 위해 만들어진 가로막이, 예기치 않게 고등포유류를 두 다리로 달리는 동물이 아닌 네다리로 달리는 동물로 만든 것이죠.
어쩌면 가로막 조차도 복식호흡을 위해 생긴 것이아니였을지도 모릅니다. 다른 원인으로 생긴 가로막이 예기치 않게 복식호흡을 만든 것인지도 모르지요.
이런 예는 다른 사례도 많습니다.
물고기(경골어류)는 부레라는 것을 가지고 있습니다. 수중 심도를 조절하는 기관으로 몸안에 있는 일종의 풍선이라고 생각하시면 됩니다.
우리 인간을 비롯한 다른 동물들은, 바다에서 헤엄을 칠때, 수중 깊은 곳으로 들어가려면 아래쪽을 향해 헤엄을 쳐야합니다. 반대로 위로 떠오르려 해도 윗쪽으로 헤엄을 쳐야 하지요. 또 수중이나 물위에서 일정 심도를 유지하려면 계속 헤엄을 쳐야합니다.
하지만, 경골어류는 아무것도 하지 않고, 부레를 부풀렸다 줄였다 하는 것만으로도 물속에서 상하진행을 마음대로 할 수 있습니다. 또, 아무것도 하지않고 일정 심도에 떠 있을 수 있습니다. 다른 동물 같았으면 상당한 에너지가 필요한 행위지만, 경골어류에게는 너무도 간단한 일인 것이죠.
부레 :앞뒤로나뉘어 있는데, 앞뒤 부레중 하나만 부풀여 피치를 조정할때 쓰이기도 한다.
그런데, 이 경골어류 부레는, 사실 전혀 다른 목적에 의해 생겨난 것입니다. 그것은 폐입니다.
원시 어류들은 부레가 없습니다. 그래서 끊임없이 헤엄을 치지 않으면 가라앉습니다. 상어가 대표적인 예이죠.
그에 비해경골어류의 조상은, 고대에 민물(강)로 진출했다가 예상치 못하게 부레를 가지게 되었다고생각되어집니다.
육지 민물에 진출했던 경골어류들은 주기적으로 심각한 가뭄에 직면하게 됩니다. 건기가 되면 물이 말라버리는 것이죠. 물이 적어지면 용존산소량도 적어져 아가미만으로 호흡하기 힘들어지고, 심하면 물이 완전히 말라버리는 경우도 비일비재 하였습니다.
그래서, 경골어류의 조상들은 식도의 일부분으로 공기중 산소를 섭취하게 되었는데, 진화를 거듭하면서 그 부분이 부풀어 올라 폐로 변하게 됩니다.
폐가 있는 물고기를 폐어라고 하는데, 지금도 여러지역에서 몇몇 종이 서식하고 있습니다.
이 폐어중 일부는 육지로 진출하여 양서류가 되고, 일부는 다시 바다로 돌아가 원시어종들을 압도하고 번성하게 되는데, 그게 바로 지금의 경골어류들입니다.
바다로 돌아간 종은 폐가 필요없게 되어 그것이 부레로 변한 것이죠.
이런 진화의 매커니즘은 편모 박테리아의 편모꼬리(편모모터) 에피소드에서도 나타납니다.
편모꼬리라함은 정자가 난자를 향해 헤엄쳐 갈때 사용하는 꼬리를 생각하시면 되겠습니다.
이 꼬리는 매우 정교한 구조를 가지고 있어, 그 내부구조가 인간이 만든 전동모터와 비슷합니다. 그래서, 기독교인들은 그런 복잡한 구조가 갑자기 생겼을리 없다면서 일종의 창조의 증거로 여기기도 하였지요.
편모모터 : 자연이 만든 극소형 모터.
하지만, 이 정교한 편모 시스템은 사실, 전혀 다른 목적의 요소들이 결합한 산물입니다.
편모꼬리의 일부만 떼어놓으면 다른 생물(세포)에 독물을 주입하는 주사기 역할을 합니다.
또, 편모모터를 이루는 여러 단백질들을 따로 떼어놓으면 나름의 역할을 하는 여러 분비계 기관이 됩니다.
즉, 전혀 다른 원인으로 생겨난 요소들이, 결합하거나 변화하여 전혀 다른 기능을 하는 기관으로 진화된다는 것이죠.