인간은 포유류에 속한다. 그리고 포유류는 육상에 사는 대형동물 중엔 조류와 더불어 가장 마지막에 진화했고 인간이 여기에 속하기에 가장 고등동물이라는 오해를 받기도 한다. 물론 다른 동물에는 없는 많은 특질이 있기는 하다. 우리는 포유류를 쉽게 구분하지만 과거 과학자와 분류학자, 진화론자들은 포유류만의 특질을 구분하기 쉽지 않았다. 온혈동물, 젖, 태생, 털, 네 발과 꼬리, 언어 같은 소리 등이 특질이지만 일부 종은 그걸 갖고 있기도 하고 아니기도 하다. 당장 고래만 해도 털이 없고, 박쥐는 날아다닌다. 책은 이런 복잡 다변화한 포유류의 특질을 하나하나 진화, 생물학적으로 고찰한 책이다.
포유류는 5416종으로 이 중 단공류가 4종, 유대류가 331종, 태반류가 5080종이다. 포유류는 역사상 세 단계로 구분된다. 3억 1천만년에서 2억 1천만년으로 포유류 전단계의 동물이 포유류로의 가능성을 보여준 시기다. 두 번째는 2억 1천만년-6600만년전으로 포유류가 등장하고 진화한 시기다. 마지막은 6600만년에서 현대로 공룡 이후의 시기로 포유류는 사실상 육상의 생태적 빈자리를 차지하며 폭넓게 진화하며 번성한다.
1. 음낭
포유류의 수컷은 음낭이 바깥으로 돌출되어 있는 거의 유일한 동물이다. 생물의 존재 조건이 번식과 그를 위한 생존이라는 점을 감안할 때 그 핵심기관이 바깥에 나와 있다는 것은 많은 위험을 감수하게 한다. 그럼에도 이것이 바깥에 위치한다는 것은 그럴만 했다는 것을 의미한다.
인간에게 고환의 발생은 태아시기부터 상당한 모험이다. 임신 8주 인간 태아는 고환과 난소가 될 남여공통구조를 갖는다. 여아는 이 구조가 신장근처에 있다. 그리고 포유류를 제외한 대부분의 동물들은 신장 근처에 고환이 있다. 이게 원래 위치란 이야기다. 그러다 남아는 초기 생식샘이 7주 동안 근육과 인대로 이뤄진 도르래를 타고 뱃속을 가로지른다. 이리 과정이 복잡하다보니 남아의 3%가 고환잠복상태로 태어난다. 물론 대부분 자라며 돌출되어 해결된다. 하지만 1%는 여전히 잠복상태로 있어서 불임으로 이어지게 된다. 그리고 고환이 나온 통로로 인해 탈장이 생기기도 한다.
단공류인 오리너구리와 가시두더지는 음낭이 없다. 즉, 음낭의 발달은 유대류와 포유류 시기에 진화했다는 의미다. 대충 1억년 전 정도로 추정된다. 물론 고슴도치, 두더지, 코뿔소와 맥, 돌고래와 고래, 바다표범, 바다코끼리 등은 고환이 신체 내부 위치한다. 이들은 몸이 커지고, 물과 땅속에 살게되면서 고환을 다시 안쪽으로 집어 넣은 것으로 보인다.
고환이 바깥에 나올때 혜택은 체온이다. 생식세포의 생성은 체온보다 3-4도 낮을때 최적화한다. 포유류는 과거 심부체온이 34도 정도로 낮았던 것으로 추정되는데 공룡이후 시기에 급상승했다. 그러면서 고환이 온도로 인해 외부로 나왔을 것이란 가설이다.
또 하나는 과시 가설이다. 음낭을 드러내 성적 구애로 썼을 것이란 의미다. 하지만 포유류의 음낭은 색이 피부와 비슷하고, 잘 보이지 않는다. 물론 일부종은 색이 화려하고 보이기도 하지만 소수란 점에서 과시 가설은 설득력이 좀 부족하다.
가장 유력한 것은 달리기 가설이다. 포유류는 움직임이 활발할 데 갑자기 움직이면 복부에 큰 압력이 가해진다. 그래서 고환이 외부로 배출되었다는 이론이다. 실제로 코끼리나 코뿔소 등의 큰 포유류는 대개 안전하기에 좀처럼 잘 뛰지 않는다.
2. 젖주기
포유류는 젖을 준다. 다만 단공류는 젖꽂지가 없다. 단공류는 다른 포유류들과는 새나 파충류처럼 소변과 대변을 한 구멍에서 해결하기에 구멍이 하나라 단공류다. 단공류인 오리 너구리는 젖꼭지가 없기에 땀처럼 젖을 분비한다. 새끼는 그래서 털을 빨아서 젖을 먹는다. 단공류의 이런 젖주기는 초기의 젖이 젖꼭지를 통해 분비된 것이 아니라 넓게 퍼져서 나왔음을 시사한다.
포유류 중 인간만이 커다란 유방안에 젖샘이 존재한다. 유방의 크기는 젖의 양과는 상관이 없다. 지방과 섬유조직의 양이 유방의 크기를 결정하는데 젖은 젖샘의 크기와 상관하기 때문이다. 포유류 중 물범은 딱 4일만 수유한다. 그 4일간 새끼 물범은 무려 몸무게가 7kg에서 22kg으로 늘어난다. 젖이 거의 마요네즈처럼 지방60%짜리 고열량이기 때문이다. 물범이 이러는 이유는 물속에서 젖을 줄 수가 없고 바깥에 노출되어 위험하기에 그 기간을 최소화한 것으로 보인다.
돌고래와 고래는 입술이 없어 새끼가 젖을 빨지 못한다. 그래서 젖샘에 근육이 발달해 어미가 새끼의 입을 향해 젖을 정확히 방사한다.
젖은 포유류보다 오래되었을 가능성이 높다. 젖의 기원엔 두 가지 학설이 있다. 우선 항생제 용액, 다른 하나는 알이 말라 붙지 않게 하는 것이다. 포유류의 조상은 알을 낳았을 것인데 알은 마르지 않아야 했다. 그런데 온혈동물이 되어가며 체온이 높으니 알이 자주 말랐을 것이며 그것을 방지하기 위해 몸에서 액체를 분비했을 것이다. 그리고 그 액체에 알을 보호하기 위해 항생작용도 있었을 것이다. 그리고 새끼는 알에서 태어나 자연히 그 액체를 먹었을 것인데 그것이 열량을 갖게 되어 젖이 되었을 것이다.
젖은 모체에 상당한 에너지 손실을 일으키지만 이점도 크다. 우선 안정적 음식 공급이다. 부모가 새끼에게 사냥해서 음식을 해야한다면 새끼를 떠나야 하는 위험이 크고, 사냥의 성공여부에 따라 음식공급도 간헐적일 수 있다. 하지만 젖은 그런 걱정이 없다. 다른 장점은 하나의 먹이만 줘도 된다는 것이다. 포유류의 새끼는 상당히 오랜 기간 젖을 먹는다. 완전식품이라 그것만 먹어도 된다는 점이다. 하지만 사냥을 하는 경우 온전한 발달을 위해 다양한 먹이를 제공해야 한다. 이는 풍부한 서식환경을 요구한다.
3. 부모의 양육
부모가 자식을 양육하는 것은 많은 동물에게 당연한 것이 아니다. 상당 수의 절지동물과 어류는 그냥 새끼를 방목한다. 그래서 질보단 양으로 승부한다. 부모가 자식을 양육하는 것은 그 종이 처한 생태적 상황에 의지한다. 포유류와 조류는 새끼를 반드시 보살핀다. 이는 둘다 온혈 동물이기에 새끼에게 막대한 에너지가 필요하며 이를 부모에 의지해야함을 의미한다.
포유류는 95%의 수컷이 육아에 참여하지 않는다. 반면 조류는 무려 90%의 수컷이 육아를 돕는다. 이는 젖 때문이다. 포유류 암컷은 젖이 나오기에 새끼를 온전히 보살피며 먹이를 줄 수 있다. 하지만 조류는 젖이 없기에 암컷이 사냥을 나가야 하고, 그 사이 새끼는 위험에 노출된다. 그리고 요구하는 먹이량도 많다. 때문에 둘이 같이 사냥을 나가거나 한 쪽이 새끼를 돌보며 지켜야 한다.
그리고 체내수정도 부성을 부정하는 하나의 요소다. 체내 수정은 암컷에겐 자신의 새끼를 확실히 하고 수컷에게는 그렇지 않음을 의미한다. 그리고 수컷은 이런 불확실성 외에도 양육엔 기회비용 문제가 발생한다. 양육을 하면 자신의 새끼하나를 확실히 지킬수 있지만(확실하다면 말이다.) 대신 다른 수 마리의 암컷과 짝짓기를 통해 자신의 유전자를 퍼뜨릴 기회를 상실하게 된다. 하나의 불확실성을 안전하게 하기 위해 수많은 가능성을 부정하는 것은 수컷에겐 애당초 수지타산이 맞지 않는다.
그럼에도 5%의 포유류에겐 부성이 있다. 부성의 필수조건은 우선 일부일처제다. 둘은 대개 일치하나 일부일처제이면서도 수컷이 양육을 하지 않는 경우도 있다. 일부일처가 진화한 것은 두 가지로 추정된다. 하나는 지리적 조건, 다른 하나는 영아 살해다. 지리적으로 암컷이 넓게 산개한 종의 경우, 수컷이 짝짓기를 위해 암컷 자체를 만나는 것이 힘들다. 이 경우는 에너지와 시간을 낭비하며 불확실한 여러 기회를 노리기 보다는 우연히 만난 하나를 확실히 하는게 낫다. 이 경우 일부일처가 채택된다. 다른 하나는 영아 살해다. 대개의 수컷은 암컷과 짝짓기를 위해 그 암컷이 갖고 있는 영아를 살해한다. 사자가 대표적이다. 일부일처는 수컷이 새끼를 지키기에 이런 것을 방지한다. 현재 양자 중 더 설득력이 있는 것은 지리쪽이다.
양육 감정은 대개 호르몬으로 인해 생겨난다. 하지만 영장류의 경우 모성행동은 호르몬에만 의존하지 않는다. 실제로 대개의 영장류는 어미가 처녀임에도 다른 새끼들에 강한 관심과 보호감정을 갖는다. 이는 모성행동이 호르몬 중심에서 감정, 보상 충족 기제로 변화했음을 시사한다.
양육을 일방 행동이 아니다. 새끼도 강력하게 양육을 유도하고 원한다. 그래서 포유류의 새끼는 대부분 귀엽게 생겼으며 부모가 잘 듣게 높은 소리를 낸다. 또한 새끼는 어미와 다른 개체를 잘 구분하고 가급적 어미와 떨어져 있지 않으려 하며 홀로 있게 되면 강한 위기심을 느끼고 절망감에 빠진다.
4. 포유류의 턱
포유류의 턱은 다른 양막 생물들과 다르다. 일단 치골-측두골 턱 관절을 형서하는 치골이 한 개 더 있다. 다른 양막류는 서로 다른 두 개 뼈가 턱관절을 이룬다. 그래서 포유류는 정교한 씹기가 가능하고 강한 치악력을 갖는다. 포유류가 이렇게 턱이 발달한 것은 온혈인 것과 관련이 깊다. 온혈동물은 항상 난방을 하기에 강한 크기의 냉혈동물보다 10배의 에너지가 필요하다. 그렇기에 자주 사냥을 해야 하고 성공하면 먹이를 성공적으로 분해하여 섭취해야 한다. 그래서 씹기를 위한 턱이 발달한 것이다.
포유류는 치아의 내구성이 매우 우수하다. 에나멜로 이뤄져 가장 강한 광물질이다. 그리고 치아의 수가 적고 상악과 하악에만 나며 둘이 정교하게 맞붙는다. 그리고 포유류는 아래 턱을 양 옆으로 움직일 수 있다.
포유류의 턱은 진화과정에서 모양이 바뀌면서 힘을 받는 곳이 턱관절에서 멀어져서 지렛대의 원리로 인해 더욱 강하게 무는 것이 가능해졌다. 턱뼈인 치골에 근육이 붙으며 더 길이지고 그 결과 두개골과 연결되었는데 이는 기존의 턱관절이 사라짐을 의미한다. 이 새로운 턱관절로 인해 포유류는 더 동작이 가능해졌고 양옆으로 씹는 것도 가능해졌다. 관절의 형성 뒤 치골 뒤에 작은 턱뼈들이 생성되었는데 이 뼈들은 소리를 들을 때 진동하여 청력에 기여한 것으로 추정된다.
모든 포유류는 비강과 입이 분리되어 있다. 원래 하나의 공간이었는데 위턱의 양쪽뼈가 발달하고 결합하여 분리된 것이다. 이런 이차 입천장은 여러 유용한 기능이 있다. 우선 위턱이 강화되었다. 그리고 숨쉬는 곳과 먹는 곳이 분리되어 먹으면서 숨을 쉴 수 있게 되었다. 그리고 진공을 형성하여 젖빨기에 유리해졌다는 점이다.
비강에는 구겨져있는 비갑개란 뼈가 있다. 이곳은 구겨져 있기에 많은 후각세포가 자리할 수 있어 포유류의 후각발달에 상당히 기여했다. 비강은 호흡 때 점액으로 덮여 있어 먼지를 제거하고 수분을 증발시키고 온도를 조절해 외부 공기로부터 폐를 보호한다. 또한 숨을 내쉴때는 수분을 탈락시켜 호흡으로 인해 탈수증상을 방지한다.
5. 포유류의 내온성과 움직임, 그리고 털
온혈동물은 같은 크기의 냉혈동물보다 훨씬 많은 에너지가 필요하다. 이는 온혈동물이 열을 발생시키는 능력이 있고 과한 열은 식히고, 만든 열은 보호해야 함을 의미한다. 발열은 내장기관의 신진대사에서 생겨난다. 그리고 단열은 피부와 털이 한다. 포유류의 털은 움직여서 주변의 공기를 가두어 보온을 한다. 추우면 털이 곤두서서 이 공기층을 두텁게 한다. 하지만 소형포유류는 이 방식으로 부족하다. 몸의 크기 대비 표면적이 넓기 때문이다. 그래서 그들은 추운 지역에 잘 살지 않고, 어쩔 수 없다면 땅이나 눈 속으로 파고든다. 그래서 내온성은 아마도 대형 동물에서 유래되었을 가능성이 높다. 대형 상태에서 생겨났고 그 후손이 작아졌을 것이란게 추측이다.
또 다른 단열 방법은 피부 근처의 혈류 조절이다. 열을 내뿜기 싫으면 혈관을 수축시키고 발열하고 싶으면 확장하는 것이다. 몸을 부들부들 떨면 근육에서 발열 효과가 생겨난다. 그리고 갈색지방인 피하지방을 태우는 것도 발열 방법이다. 그래서 포유류 새끼는 갈색 지방이 많고 지방 자체가 많다. 열의 발산에서는 땀을 흘리는 방법이 있다. 개는 발바닥에서만 땀이 나기에 혀를 내밀어 이를 보충한다.
내온성을 위해서는 호흡체계가 좋아야 하고, 순환체계도 발달해야 한다. 포유류는 심장에서 피를 뿜는 방이 두 개다. 그래서 양자의 혈압을 다르게 할 수 있다. 폐는 상대적으로 보호를 위한 낮은 혈압이 필요하며 몸으로 갈 때는 고압으로 뿜어야 효율을 높일 수 있다. 그리고 적혈구도 중요하다. 포유류의 적혈구는 매우 작아 모세혈관까지 침투가 가능하다.
초기 육상동물은 물고기처럼 양 옆으로 몸을 움직였을 것이며 파충류는 지금도 그렇게 움직인다. 하지만 이는 문제가 많다. 양옆으로 움직이면 매번 그 방향의 폐가 찌그러져 호흡이 곤란하다. 그래서 포유류는 진화하면서 척추가 양옆으로 움직이지 않게 되었고, 차차 앞뒤로 구부릴 수 있게 되었다. 그러면 폐를 찌그러뜨리지 않으면서도 빠르게 위 아래로 오르내리는 보행이 가능하다. 그리고 포유류는 횡경막도 발달시켰다. 횡경막은 늑골과 협업하여 강한 호흡을 가능하게 한다.
털의 기원은 피지선과 관련이 깊다 털은 피지선 위에 있는데 초기에 아마 피지선에서 나오는 윤활유를 잘 부분하게 하는 것이 털의 기원이었을 것이다. 그러던게 나중에 더 발달하고 깊어지며 온혈동물의 단열기능을 하게 된 것이다.
몸이 충분히 큰 대형동물들은 사실 표면적이 작아 털이 필요없다. 그래서 코끼리 , 하마, 코뿔소 같은 대형동물은 온혈임에도 털이 거의 없다.
6. 야행성이 포유류
우리는 포유류가 주행성이라 생각하나 대부분의 포유류는 야행성이다. 심지어 최상위 포식자인 사자도 그렇다. 포유류는 20%만이 주행성이고, 8.5%는 시간을 상관하지 않으며, 2.5%는 황혼과 여명기에 활동하고, 70%는 야행성이다.
이는 포유류가 공룡시기를 살면서 공룡을 피해 야간에 활동하며 주로 진화했음을 시시한다. 오랜 야간 생활은 포유류의 시각을 약화시키고 후각과 청각은 강화시켰다. 어류와 양서류, 파충류는 포유류보다 많은 네 종류의 원추세포를 갖지만 포유류는 대개 두 개만은 갖는다. 다만 인간은 3개다. 대신 포유류는 각막이 커서 망막에 빛이 쉽게 도달하고, 간상세포가 많아 야간 시력이 뛰어나다.
그리고 포유류는 청력이 발달해 높은 소리를 들을 수 있다. 대부분의 공룡이 이를 듣지 못했을 거것으로 추정되는데 그로 인해 포유류는 포식자에게 들키지 않고 새끼를 돌보고 서로 의사소통할 수 있었을 것이다.
언급한 것처럼 포유류의 비강에는 젖힌 비갑개가 있고 이로 인해 많은 후각세포가 자리한다. 포유류의 후각수용체는 1000개 정도다. 도마뱀과 물고기는 100개, 새와 거북은 400개, 이빨고래는 0개, 코끼리는 무려 2000개다.
7. 태반
태반은 포유류의 새끼가 오랜 임신 기간을 거쳐 제법 많이 자라게 나오는 핵심 장치다. 같은 포유류더라도 단공류는 알을 낳고, 유대류는 태반이 없어 임신기간이 매우 짧에 말도 안되게 작은 새끼를 낳는다.
태반은 정반합의 결과물이다. 부계유전자는 공격적으로 태반을 만들며 모계유전자는 이를 방어한다. 그래서 태반은 상당히 다양하고 복잡하게 150차례나 진화했다. 임신 극초기에 영양배엽이 모체 조직을 소화하는 효소를 분비한다. 엄마를 잡아 먹는 행위다. 그러면 모체는 그런 효소를 억제하는 화학물질을 분비한다. 태반은 그 자체의 발달을 가속화하는 성장 인자를 분비하고 그와 함께 탈락막 기실 세포는 이 성장 인자를 중화하는 단백질을 분비한다.
태반은 호르몬을 모체의 혈류에 분비해 인슐린 저항성을 높여 혈당과 협압을 높여 자기의 영양공급을 유리하게 한다. 그리고 모체는 자신의 보호를 위해 반대되는 역할을 한다.
포유류는 임신에 대한 면역 관용을 허용한다. 그래서 이질적 태아의 수용이 장기간 가능한데 유대류는 이런 기능이 없다. 그래서 유대류가 말도 안되게 임신기간이 짧게 작은 새끼를 낳게 되는 것이다.
