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2012년 7월 17일 화요일

시조새와 새의 기원 (5)







 7. 공룡 - 새 가설


 앞서 이야기 했듯이 시조새는 발견된 직후부터 깃털이 있지만 조류와는 다른 골격 형태로 주목을 받았습니다. 초기부터 이 시조새의 골격이 소형 공룡과 비슷하다는 주장이 제기되었다는 것은 이미 말씀드린 데로이지만 이 주장이 다시 주목을 받게 된 것은 수각류 (Therapoda) 공룡에 대한 권위자로 1969 년 데이노니쿠스 (Deinonychus) 를 발굴한 존 오스트롬 (John Ostrom) 때문입니다. 


 데이노니쿠스는 Deinonychus antirrhopus  한종만이 발굴되어 있는데 몸길이 3.4 미터 정도의 비교적 작은 공룡이지만 그 골격구조는 오스트롬으로 하여금 데이노니쿠스가 매우 민첩하고 활동적인 동물이었다는 결론을 내리게 만들었습니다. 즉 이전에 생각되던 덩치크고 느린 도마뱀 같은 동물이 아니라 실제로는 온혈성의 오늘날의 조류같은 민첩한 동물이었다는 것이죠. 더구나 발굴 당시 오스트롬은 몰랐지만 훗날 이 공룡에서는 깃털까지 발견됩니다. 



 (데이노니쿠스의 복원도. 2011 년 Fowler 등에 의한 복원도임.   CCL 에 따라 복사 허용 저자 표시   저자       Emily Willoughby


 이 공룡이 발굴된 이후 온혈성의 민첩한 생물이었을 것으로 생각되는 특징들을 가진 소형 수각류 공룡들이 주목을 받게 됩니다. 이후 공룡에 대한 인식이 바뀌면서 고생물학에는 공룡 르네상스로 알려진 일련의 변화가 일어나게 됩니다. 


 오스트롬은 한편 데이노니쿠스의 골격이 지금까지 공룡으로 분류되지 않았던 다른 고대 생물체인 시조새의 화석과 상당한 유사점이 있다는 사실을 금방 간파하게 됩니다. 특히 길게 늘어난 손가락 구조는 사실 데이노니쿠스의 손가락을 좀 길게 늘어뜨린 것과 동일하게 생겼습니다. 데이노니쿠스는 시조새 보다 훨씬 후인 1억 1500만년에서 1억 800 만년 사이 살았던 생물체이기 때문에 시조새가 더 오래되었지만 이것은 둘이 비교적 가까운 공통 조상을 가지고 있을 것임을 시사하는 소견이었습니다. 오스트롬은 수각류 공룡과 새가 밀접한 연관이 있다고 주장했습니다. (1)   



(데이노니쿠스 (왼쪽) 과 시조새 ( 오른쪽) 의 손 구조  CCL 에 따라 복사 허용. 저자 표시    저자 John.Conway[1]  ) 


 그렇다면 이전에 헤일만이 주장한 바 있었던 창사골 문제는 어떻게 되는 것일까요 ? 이에 대한 답변은 사실 수각류를 비롯한 공룡에서 실제로는 쇄골과 이것이 합쳐진 창사골이 존재했다는 것입니다. 그러나 흔히 위시본이라고 부르는 창사골은 연골로 되어 있는 경우도 있고 상대적으로 작은 뼈라 화석화 될 때 소실되거나 제 위치에서 벋어나게 되는 경우가 많습니다. 


 20세기 초에는 그래서 공룡에는 창사골 (wishbone) 이 없다고 생각했으나 오늘날 연구자들은 이 뼈가 실제로 몇몇 수각류 그룹에 존재한다는 사실을 잘 알고 있습니다. 그 수각류 집단은 벨로키랍토르 (Velociraptor), 오비랍토르 (Oviraptorids), 티라노사우르스 (Tyrannosaurids), 알로사우르스 (allosauroids), 그리고 드로마에오사우르스 (dromaeosaurids) 등을 포함한 집단들입니다. 



 (T. rex 의 창사골의 브론즈 캐스트   Bronze cast of a Tyrannosaurus rex wishbone (from the "Sue" specimen), at the Field Museum in Chicago. ) 



 창사골은 조류에서 밖에 발견되지 않았기 때문에 오히려 이렇게되면 조류와 수각류 공룡의 유사성은 놀랄만큼 잘 들어맞게 됩니다. 이것은 이 둘이 하나의 근접한 조상을 가지고 있다는 강력한 증거이며 초기 수각류 공룡에서 조류의 조상이 분류되었기 때문에 조치류 (Thecodont) 에서 분화된 초기 조류의 화석이 지금까지 발견되지 않았다고 해석할 수 있습니다. 오랜세월 찾았던 시조새 보다 오래된 새의 조상 화석은 사실은 오래된 수각류였던 것이죠. 


 이것만으로도 꽤 혁명적인 변화이지만 더 중요한 것은 이후 깃털 공룡이 대거 발견된다는 사실입니다. 지금까지 발견된 깃털 공룡은 대부분 수각류 공룡이고 깃털이 조류와 공룡에서 밖에 발견되지 않는다는 사실은 공룡 - 조류 진화 가설의 더 결정적인 증거로 받아들여지게 됩니다. 그리고 원시적인 조류내지는 공룡 같은 화석들이 계속 발견되는데 이는 중국에서 90 년대에 아주 잘 보존된 백악기 지층인 이시안 층 (Yixian Formation ) 이 발견된 것과 관계가 깊습니다. 여기서 대거 새로운 깃털 공룡 화석이 나오게 됩니다. (사실 뒤집어서 생각하면 발굴 당시 깃털만 없었다면 시조새 역시 그냥 수각류 공룡에 포함시켰을 가능성이 높습니다.) 


 이 깃털 공룡들은 깃털의 존재를 제외하고 생각해도 현생 조류와 상당한 유사점이 있으나 그 골격 구조는 엄연한 공룡입니다. 현재의 많은 연구자들이 속이 비어있는 가벼운 뼈와 깃털의 존재 때문에 수각류 공룡들은 온혈동물이었을 것으로 생각하고 있습니다. (다만 현재까지도 공룡의 온혈성에 대해서는 과학자들 사이에 완전한 의견의 일치를 보지 못한 상태) 또 기낭이 있었을 것 같이 보이는 뼈의 흔적들 때문에 공룡 역시 기낭 (Air Sac) 을 가지고 있어 현생 조류들 처럼 포유류보다도 효율적인 호흡을 했을 것으로 생각하기도 합니다. (2) 



(마준가사우르스와 조류의 골격 구조. 여기에서는 마준가사우르도 기낭을 가지고 있다고 보고 그린 그림. 여기서 공룡과 조류 모두 공기를 내뱉는 경우에도 폐로 공기가 거쳐 지나간다는 것을 주목  Credit : National Science Foundation ) 


 여기서 한가지 언급해야 하는 것은 기낭의 역활입니다. 기낭은 공기를 담는 주머니로 몸을 부풀려 비행을 도우는 도구로 배우는 경우가 많으나 실제 생리학적으로 더 중요한 기능은 폐와 연계되어 공기가 산소를 추출할 수 있는 방향으로 흐르게 도와주므로써 아주 효율적인 호흡을 가능하게 합니다. 표유류에서 볼 수 있는 것 처럼 횡격막을 통해 공기를 빨아들이고 다시 뱉어내는 경우 실제 추출할 수 있는 공기중 산소는 많지 않습니다. 그러나 조류의 경우 흡기 (공기를 들이쉬는 것) 시는 물론이고 호기 (공기를 내뱉는 것) 시에도 기낭에 저장된 공기가 빠르게 폐를 지나면서 효과적으로 공기 중 산소를 얻어낼 수 있습니다. 


 따라서 새는 이런 기낭계와 연관된 호흡 시스템 덕에 포유류라면 저산소증에 걸릴 고도에서도 날 수 있으며 더 나아가 포유류보다 높은 대사율을 가질 수 있는 것입니다. 일부 연구자들은 중생대에 산소 농도가 낮아졌을 무렵 공룡이 이런 호흡 시스템을 발전시킨 것이 공룡이 중생대에 크게 번성한 이유라고 생각하고 있습니다. 다만 기낭 같은 부분은 화석으로 남지 않기 때문에 진짜 공룡이 기낭이 있었는지에 대해서 아직 의문을 품고 있는 연구자도 있습니다.    


 만약 이런 가설들이 옳다면 꽤 아름다운 이론이 탄생합니다. 대부분의 연구자가 중생대 중 일부 기간에는 산소 농도가 현재보다 낮았다는데 동의합니다. 심지어는 15 % 미만까지 떨어져 포유류라면 숨을 헐덕일 수 밖에 없는 상황에 놓이기도 했습니다. 이런 상황에서 적어도 일부 수각류 공룡들은 기낭계와 깃털들을 진화시켰고 이는 효율적으로 산소를 추출하는데 도움을 주는 것은 물론 체온을 유지하고 민첩하게 먹이를 잡거나 혹은 포식자를 피하는데 도움을 주었을 것입니다. 그리고 마침내 이중 나무에서 생활하던 일부 수각류가 현재의 조류로 진화했다는 것입니다. 


 이제 많은 연구자들이 위에서 언급한 여러 증거를 통해 수각류 -> 조류 가설을 지지하지만 아직 디테일한 부분에 대한 완전한 동의는 이루어지지 않았고 좀 더 연구가 필요한 시점입니다. 


(참고로 볼 수 있는 네이버 캐스트 :  http://navercast.naver.com/contents.nhn?contents_id=4527 ) 


 그러면 이제 다시 본론으로 돌아가서 시조새의 정확한 진화 계통학적 위치를 말할 때 입니다. 이제 수많은 깃털 공룡과 고대 조류가 발견된 상황에서 진짜 시조새가 새의 조상인지에 대한 이야기입니다. 





Journal Referecne 

1. Ostrom, John H. (1973). "The ancestry of birds". Nature 242 (5393): 136–136.Bibcode 1973Natur.242..136ODOI:10.1038/242136a0.
  
2. O'Connor, P.M.; Claessens, L.P.A.M. (2005). "Basic avian pulmonary design and flow-through ventilation in non-avian theropod dinosaurs". Nature 436 (7048): 253–6.Bibcode 2005Natur.436..253ODOI:10.1038/nature03716PMID 16015329.


참고




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