공룡을 재정의하는 새로운 화석 by self_fish


‘무섭고 커다란 도마뱀’에 대한 독특한 정의는 새로운 발견으로 인해 더욱 흔들리고 있다


“여기 매우 희미하게 파인 홈(dimple)이 있습니다.”라고 스털링 네스비트(Sterling Nesbitt)는 말한다. 그는 손바닥 크기의 화석에 불빛을 비췄다. 골반뼈인 그 화석은 텔레오크라테르 라디누스(Teleocrater rhadinus)라고 부르는 생물에 속한다. 호리호리하고 2미터 길이의 이 파충류는 네 다리로 달렸고, 2억 4천 5백만년 전에 살았다. 이는 과학자들이 공룡이 처음 출현했다고 생각하는 것보다 약 1천 만년에서 1천 5백만년 전이다.

블랙스버그 폴리테크닉 주립 대학교의 고생물학자 네스비트는 머리 위의 빛을 향해 뼈를 기울여 그 화석에서 작게 파인 부분을 비췄다. 엄지 손가락만한 그 파인 부분은 다리뼈가 골반뼈에 들어맞는 곳을 표시한다. 이 화석의 주인이 진짜 공룡이라면, 움푹 파인 곳 뿐만 아니라 관골구(hip socket)에 완전한 구멍이 있을 것이다. 그 파인 홈은 경고 표시였다. 공룡이 아니었다.

관골구의 구멍은 아마도 악어 다리처럼 몸 옆으로 퍼지기보다는, 공룡의 몸 아래에 다리를 위치시키는 것을 도왔을 것이다. 최근까지, 그 구멍은 고생물학자가 실제 공룡 표본인지 여부를 확인하는 데 사용된 몇 가지 알려지지 않은 기능 중 하나였다.

또다른 성공 표시는 두개골 꼭대기의 독특한 파인 홈이었다. 테레오크라테르가 일을 망치기 전까진 말이다. 이 생물은 공룡보다 먼저 태어났지만, 공룡의 두개골에 있는 파인 홈을 가지고 있었다.

한 때 “공룡이 확실함”을 보장했던 특징에 관한 긴 리스트는 텔레오크라테르와 같이 공룡에 가까운 친척들에 대한 새로운 발견 때문에 이미 지난 수십 년 전부터 항목이 줄어들고 있다. 텔레오크라테르의 두개골 홈에 대한 2017년 4월 보고서와 함께 또다른 특징이 그 ‘보장 리스트’에서 제외되었다.

오늘날에는 오직 하나의 특징 만이 소행성과 화산 분출의 일부 조합이 조류를 제외한 모든 것을 쓸어버릴 때까지 약 1억 6천 5백만년 동안 지구 상에 살았던 크고 다양한 동물 그룹인 공룡류(Dinosauria)였음을 보장한다.

“나는 종종 공룡을 정의하는 것이 무엇인지 의문이 듭니다.” 랜달 이르미스(Randall Irmis)는 말한다. 그는 솔트레이크 시티의 유타 국립 자연사박물관의 고생물학자다. 10년에서 15년 전만 해도 과학자들은 대략 6가지 정도의 공룡의 특징을 나열할 수 있었다. “이제 공룡을 특징짓는 유일한 한 가지는 관골구에 완전한 구멍이 있다는 것입니다.”

공룡 바로 이전에 그리고 초기에 살았던 공룡과 유사한 생물들을 포함한 공룡형태류(dinosauromorphs, 공룡류 분기군과 다른 밀접한 관계의 동물을 포함하는 지배파충류(archosaurs) 분기군. 새는 공룡형태류의 유일한 생존 생물이다_옮긴이)에 대한 최근 풍부한 발견은 진단적 특징들에 의문을 제기하는 것 이상의 의미가 있다. 이는 공룡 계통수(family tree)에 대한 오래된 생각을 뒤흔들고 있다.

네스비트에게 이 모든 격변은 공룡 만이 가지고 있는 특징이라는 신성불가침 영역에 불어닥친 크나큰 위기였다.

“공룡은 무엇일까요? 공룡은 본질적으로 임의적인 개념 입니다.” 네스비트는 말한다.


공유하는 특징

1841년 영국의 고생물학자 리처드 오언(Richard Owen) 경은 “공룡(dinosaur)"이라는 용어를 사용했다. 오언은 메갈로 사우루스라고 불리는 육식 동물, 식물을 먹는 이구아노돈, 육중한 장갑을 두른 힐라에오사우루스(Hylaeosaurus) 이 세 개의 거대한 생물의 화석 잔존물에 대해 고민했다. 이 동물들은 서로 몇 가지 중요한 특징들을 공유했지만, 다른 동물과는 그렇지 않음을 밝혔다. (특히 그는 그 생물의 거대한 다리가 몸 밑으로 들어가 똑바로 세워져 있고, 그 동물들 각각은 하나로 합쳐져 골반에 결합된 5개의 척추를 가지고 있다고 지적했다.)

오언은 이 동물들을 그들만의 무리(group)나 분류군(taxon)으로서 생물학적으로 같은 류로 분류해야 한다고 결정했다. 그는 “무서운 거대한 도마뱀”으로 그룹짓고 “공룡류”라고 명명했다.

오언의 시대에는 화석들 사이의 유사점을 찾는 것이 조금 더 쉬웠다고 에딘버러 대학교의 고생물학자인 스티븐 브루셋(Stephen Brusatte)은 말한다. “그 당시에는 공룡이 거의 없었습니다. 그러나 더 많은 화석이 발견되면서 패턴은 더욱 복잡해졌습니다. 새로운 화석을 발견할 때마다, 어떤 특징이 공룡을 정의하는 지에 대한 다른 시각을 갖게 됩니다. 예전처럼 공룡 만의 명확한 특징은 어디에도 없습니다.”

공룡 생존자

“대멸종”이라 부르는 지구 위 종의 가장 큰 멸종은 페름기 말기인 2억 5천 2백만년 전에 일어났다. 약 96%의 해양 생물종과 70%의 육지 생물종이 사라졌다.

그 뒤를 이어 트라이아스기인 2억 5천 2백만년에서 2억 1백만년 전에 걸쳐 새로운 파충류종들이 등장하고 번영했다. 이것은 공룡형태류의 시대이자 악어목(crocodylians)의 시대이며, 물론 공룡 자신의 시대였다. 공룡이 언제 등장했는지 정확히 알지 못하지만, 대략 2억 3천만년 전이었을 것이다.

수천 만년 동안 공룡은 다른 많은 파충류 계통과 함께 살았다. 그러나 트라이아스 말기에 극적인 기후 변화는 또다른 대규모 멸종을 일으켰다. 공룡은 어떻게든 살아남았고 쥐라기 시대 동안 지구를 계속 지배했다.

고생물학자들은 공룡이 다른 파충류 경쟁자보다 훨씬 뛰어난 육체적 특징과 같은 어떤 특출함을 가졌다고 가정했다. “그러나 그런 가정은 새로운 공룡 친척들에선 입증되지 않았습니다.”네스비트는 말한다. 연구팀이 발견한 공룡과 공룡형태류는 매우 유사했다. 새로운 공룡형태류 화석에선 긴 다리나 몸의 바로 밑으로 향하는 다리같이 평행 진화의 반복적인 패턴이 나타났다. 즉 공룡은 “가장 가까운 친척과 어떠한 차이점도 없었다”고 네스비트는 말한다.

이러한 발견들에 뒤이어 많은 고생물학자들은 공룡이 쥐라기 시대에 급속히 팽창한 이유가 트라이아스기 이후로 오래 전에 죽은 친척들이 남긴 생태적 틈새를 이용했기 때문이라고 추측한다.

그러나 그것으론 왜 공룡은 트라이아스 말기에 멸종에서 살아남았지만 그들의 친척인 공룡형태류(그리고 악어목 전체)는 멸종했는지를 설명하지 못한다. 그러한 질문에 아직 누구도 답하지 못했다.

아마도 공룡은 생존에 도움이 되는 해부학적 특징을 가지고 있을 것이라고 상파울루 대학의 고생물학자 막스 랭거는 추측한다. “그러나 그 특징이 무엇인지는 모릅니다.”




계통수(family tree)를 뿌리뽑다

화석을 보고 어떠한 동물인지 식별하기 위해 고생물학자들은 경골의 길이를 측정하거나, 앞다리의 발가락수를 세는 등 뼈 각각의 돌출부(bump), 홈, 구멍에 주목하고 자세히 살핀다. 강력한 컴퓨터가 등장하기 전에 과학자들은 그 종들이 돌출부와 홈의 차이를 공유하는지, 그러한 특징이 공통 조상으로부터 물려 받았거나 후손에게 전달되었는지를 평가함으로서 진화 계보(evolutionary trees)를 만들었다.

랭거는 계통발생 분석을 “구식”이라고 부른다. 오늘날 과학자들은 정교한 계통수 또는 진화 계보를 구성하기 위해 컴퓨터 알고리즘의 도움을 받는다. 그러나 화석 특징은 여전히 이러한 계통수를 만드는데 필요한 원 데이터(raw data)며, 특징의 분석은 그런 데이터 만큼이나 좋다. 그러나 연구자들마다 화석에서 눈여겨 보는 특징이 다를 수 있고, 따라서 화석을 다르게 해석할 수 있다. 이러한 우려는 지난해 한 연구팀이 공룡의 진화 계보를 근본적으로 재구성할 것을 제안하면서 공룡 연구자들 사이에서 큰 반향을 불러일으켰다.

약 130년 동안 공룡 계통수의 기본 구조는 상대적으로 안정적인 것으로 여겨졌다. 공룡은 엉덩이(hip)의 형태에 따라 두 개의 주된 계통으로 나뉘었다. 두 계통 모두 관골구에 구멍이 있고, 여전히 모든 공룡에 해당되는 독특한 특징으로 여겨졌다. 조반류(ornithischian)라고 알려져 있는 한 계통은 꼬리쪽을 향하는 치골뼈(pubis bone)를 가지고 있다. 그 그룹은 세뿔 트리케라톱스와 딱딱한 외피를 가진 스테고사우루스와 같은 거대한 초식공룡을 포함한다. 다른 계통의 치골뼈는 정면을 향하며, 그러한 엉덩이 형태는 티라노사우루스 렉스와 같은 육식성 수각류(theropod)와 브라키오사우루스와 같은 목긴 용각류(sauropod) 공룡이 공유한다. 엉덩이의 유사성과 함께 용각류와 수각류는 오랫동안 가까운 “자매(sister)”분류군으로 여겨졌고, 반면 조반류는 상대적으로 더 먼 관계로 여겨졌다.

그러나 2017년 4월, 캠브리지 대학의 척추동물 고생물학자 데이비드 노먼과 박사과정생 매튜 배런은 런던 자연사박물관의 고생물학자 폴 바렛과 함께 그러한 오래동안 이어져 온 합의를 뒤집을 것을 제안했다.

네이처에 게재한 그들 논문의 핵심은 조반류가 이전의 계통발생 분석에서 다소 간과되어 온 것이 관찰되었다는 것이다. 초식성 조반류는 실제로 다양한 갈래를 가진다. 이들은 화려한 장식과 갑옷과 뿔과 볏을 가지고 있다.

그래서 연구자들은 더 많은 조반류 종들을 분석에 포함한다면 계통수가 어떻게 달라지는지를 보기로 결정했다. 연구팀은 74종의 모든 공룡과 공룡 친척으로부터 약 457개의 각기 다른 화석 특징을 통합했다.

새로 구성한 계통수는 전혀 다른 숲에서 나온 것 같았다. 3개의 큰 그룹을 섞어서, 조반류와 수각류를 새로운 집단에 넣어서 묶고, 용각류는 더일찍 분리되었다고 제안했다.

바론과 그의 동료들은 조반류가 포식성 수각류와 20가지 이상의 공통된 특성(character)을 가지고 있음을 발견했다.

논문은 큰 주목을 받았지만, 많은 고생물학자들은 회의적이었다. 이전 수십년 간의 계통발생 분석으로 세워진 계통수를 뒤집으려면 그 기준은 훨씬 더 높아야 한다고 브루셋은 말한다.

실제로, 이 연구에서 제기된 한 가지 중요한 점은 계통발생 분석이 얼마나 주관적이 될 수 있는지에 관한 것이었다고 이르미스는 말한다. 어떤 종을 연구에 포함하고 있는가에 따라 계통수의 변화에 명백한 영향을 준다고 그는 말한다. 또한 “한 사람이 화석이나 특정한 특징을 해석하는 방법에 있어서 약간의 차이는 누적되어 커다란 차이를 만들 수 있다”고 그는 덧붙였다.

랭거, 브루셋 및 여러 고생물학자 동료들은 문제의 특성 해석 부분을 정면으로 돌파하기로 결정했다. “논문이 등장했을 때 한차례 소동이 일었습니다.” 브루셋은 말한다. “그러나 우리 중 많은 사람들이 그 특징에 대한 설명이 많지 않다는 것에 즉시 주목했습니다.” 화석을 주의깊게 검사하지 않고서 특징을 적당히 평가한다면 그러한 오류는 결과를 크게 왜곡할 수 있다.

그래서 연구자들은 원본 논문에 포함된 화석을 비롯해 기술된 457개의 특징 모두를 재평가하기 위해 직접 전 세계를 방문하는 일을 분담했다. “그건 본질적으로 재연 연구였습니다.” 브루셋은 말한다.

이를 통해 연구팀은 배런, 노먼 및 바렛이 만든 계통수에 대해 의문을 제기하거나 혹은 완전히 파기하기를 기대했다. 그러나 정확히 그런 일은 일어나지 않았다.

작년 11월 네이처에 보고한 바에 따르면 랭거와 브루셋 및 공저자들은 130년 된 계통수가 배런의 연구팀이 사용한 공룡 데이터 세트에 여전히 가장 적합하다는 것을 보여주었다.

그러나 그들은 원래의 계통수가 새로 기술된 계통수보다 정확할 가능성이 훨씬 적다는 것을 발견했다. “이것은 우리를 압도하는 것이었습니다. 그것은 실제 통계적으로 중요한 결과는 아니었습니다.” 브루셋은 말한다. 사실 자주 받아들여지는 계통수는 계통수의 세 계통이 목이 긴 용각류 과(family) 안의 다른 초식공룡에 더 가깝게 조반류가 그룹지어져 있고, 그 외에 사나운 수각류 공룡이 남아있는 예전 것보다 훨씬 더 가능성이 있지는 않다.

“초창기 공룡의 관계와 공룡 계통수의 기본 구조에 대해 현재 큰 불확성이 있습니다.”라고 연구자들은 결론지었다. “지난 수십 년 동안 새로운 발견의 홍수로 예기치 않은 복잡성이 드러났습니다.”

브루셋은 다음을 덧붙였다. “아직 교과서를 다시 써선 안됩니다. 그러나 우리는 확신했던 생각을 가져와 미스테리, 더 큰 미스테리로 만들어 버렸습니다.”

곤경에 처하다

서로 다른 공룡 집단이 서로 어떻게 관련되어 있는지는 전문가들끼리의 지엽적인 문제로 보일 수 있다고 네스비트는 말한다. 그러나 진화계보는 연구자들이 공룡 진화, 공룡의 기원에 관해 논의할 수 있는 틀이자 공룡 전체를 하나로 묶는 공통점이다. “만약 어떤 합의된 분류 체계를 가질 수 없다면, 공룡의 어떤 특성이 어떻게 진화했는지에 대해 질문하기가 어려워 질것입니다.”라고 그는 덧붙인다.

비슷하게, 합의된 진화 계보가 없다면 쥐라기 말기의 멸종에서 살아남은 공룡에게 도움이 되었던 특징이 어떤 것이었는지와 같이 계보를 통해 어떤 해부학적 특성을 따라야 하는지 알기 어렵다. 진화 계보의 각각의 가지들은 특징의 차이가 특히 중요하다고 강조하는 것처럼 보인다. “진화 계보가 어떻게 배열되어 있는지 모르면 공룡의 특징을 말할 수 없습니다.”

까다로운 문제는 공룡을 어떻게 정의할지, 혹은 공룡의 계통수를 어떻게 다시 그릴지를 먼저 중심적으로 다루어야 한다는 것이다.

그러나 랭거는 언제나처럼 해답은 화석으로 돌아가는 것이라고 제안한다. 랭거와 그의 동료들은 논문에서 연구자들이 지루하고 재미없는 연구를 해야한다고 호소한다. “우리는 더많은 해부학적 설명과 특징에 대한 정의가 필요하다고 제안합니다.” 랭거는 말한다. “그건 지루한 일이지만, 이러한 연구를 더 많이 해야 합니다.”

텔레오크라테르를 찾아서

네스비트가 텔레오크라테르의 골반뼈를 안고서 넓고 얕은 서랍의 큰 캐비닛으로 향해 갔다. 그는 주의깊게 인식표가 붙어있는 수십 개의 상자로 가득찬 서랍을 열었다. 각각의 상자에는 2015년 탄자니아의 루후후 분지(Ruhuhu Basin) 원정에서 수집한 텔레오크라테르의 하나 이상의 뼈가 들어있다.

텔레오크라테르 속의 유일한 종으로 기록된, 최초로 알려진 텔레오크라테르 라디누스 화석은 실제론 1930년대 발견되었다. 그러나 척추, 골반 및 다리의 몇 조각의 화석들은 수십 년 동안 런던 자연사 박물관에서 미확인된 채 머물러 있었다.


2억 4천 7백만년과 2억 4천 2백만년 사이에 형성된 지역인 루후후 분지는 트라이아스기에 인기있는 지역이었다. 그 지역은 악어목의 친척종, 거대한 머리를 가진 양서류와 치노돈트라고 부르는 현대 포유류의 고대 친척종을 포함해 다양한 트라이아스기의 동물 화석이 풍부하다.

2010년 네스비트는 루후후 분지에서 아실리사우루스 콩구에라고 불리는 공룡형태류 종을 기술했다. 그러나 2015년 원정에서 그는 미스테리한 텔레오크라테르를 식별하는 데 도움을 줄 수 있는, 두개골과 같은 더 많은 증거를 찾기를 바랬다.

그는 노다지를 발견했다. 그의 팀은 두개골과 아래턱뼈를 포함해 최소 3개의 텔레오크라테르 개체가 포함된 골층(bone bed)을 발견했다. 두개골은 특히 흥미로운 발견이었다. 왜냐하면 이것은 다른 특징들에서 비공룡류가 분명한 텔레오크라테르가 실제 공룡과 비슷하게 두개골에 파인홈을 갖고 있었다는 것을 보여주기 때문이다.

공생물학자들은 초기 공룡들과 그들의 가까운 친척들로부터 더 많은 화석을 발견하는 것이 그 생물이 어떻게 진화했는지에 관한 빈틈을 메우고 진화 계보를 정돈하는 가장 확실한 방법이라고 말한다.

네스비트는 웃으며 말했다. “현재 우리는 더 많은 화석을 가지고 있습니다. 그래서 더 골치 아파졌습니다.” (번역 김명호)

* 번역 원문
https://www.sciencenews.org/article/new-fossils-are-redefining-what-makes-dinosaur?mode=magazine&context=194576

* 바쁜 시간을 내어 감수해준 고생물 연구자 박진영 선생님께 감사드립니다.


덧글

  • K I T V S 2018/05/22 20:49 # 답글

    공룡과 다른 생물을 구분하는 방법이 더 다양해지는 걸까요...
  • 홍차도둑 2018/05/25 12:56 # 답글

    새로운 발견물들이 나오고 기술이 발달하면서 이전에 연구했던 부분에서 더 추가가 되고...

    그렇게 쌓이는 거니까요. 역시...
  • 매드마우스 2018/06/03 18:32 # 답글

    초창기 복원도와 현재의 복원도를 비교해보면 격세지감이 느껴지죠.
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