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2012년 7월 17일 화요일

시조새와 새의 기원 (6)






8. 시조새는 정말 새의 조상일까 ? 


 과거부터 지금까지 시조새는 대개는 조류쪽으로 분류되었습니다. 시조새가 발견되었을 당시부터 사실 오랜 세월 이 생물체는 유일한 중생대 깃털 동물이었고 이는 조류라는 분류의 중요한 근거가 되었습니다. 하지만 사실 그 골격 구조는 도리어 현생 조류 보다는 수각류 공룡과 더 닮았습니다. 솔직히 깃털없이 발견되었다면 그냥 수각류 공룡으로 분류되었을 지도 모르는 일입니다. 


 그런데 나중에 수십종의 수각류 공룡에서 깃털이 발견되자 (심지어 수각류가 아닌 공룡에서도 발견) 깃털이 공룡에서 생각보다 훨씬 흔했다는 사실이 밝혀지게 되었고 딱히 시조새가 다른 수각류 공룡에 비해 과연 더 조류에 가까운 것인지 의문을 품은 사람들도 등장하게 됩니다. 심지어 아예 시조새도 공룡으로 분류해야 한다는 주장도 나오게 됩니다. 


 1987 년 쿠르자노프 (Kurzanov) 는 아비미무스 (Avimimus) 라는 새로운 속의 조류 처럼 생긴 수각류 공룡을 연구하고 이 공룡이 시조새 보다 더 직접적인 모든 새의 조상이라는 주장을 합니다. 그리고 시조새는 생각했던 것 보다 조류와 가까운 종이 아니라고 판단했습니다. (1) 그러나 이 주장은 현재 학계에서 정설처럼 받아들여지지는 않고 있습니다.  그러면 현재는 어떻게 받아들이고 있을까요. 



(복원된 아비미무스. 최근에 복원은 더 새와 가까운 모습. 이 공룡은 수각류에 속하며 최근에는 오비랍토르 과에 속한다는 연구도 있다. 7천만년 전에 존재했던 공룡  CCL 에 따라 복사 허용 저자 표시  Illustration of Avimimus portentosus, a basal oviraptorosaurian dinosaur. Skull based on specimen PIN 3907/3. Credit Matt Martyniuk   )


 1980 년대에는 서방측 연구자들도 수각류 공룡이 새의 기원일 것이라고 생각하는 추세가 확산되고 있었는데 특히 1990 년대 앞서 이야기 했듯이 깃털달린 수각류가 대거 발굴되면서 시조새의 과거 지위는 흔들리기 시작했습니다. 


 특히 쥐라기에서 백악기 후반기에 존재했던 코엘루로사우르스 (Coelurosaurs) 에 속하는 여러 수각류가 새로운 조류의 조상 후보에 올라갔습니다. 대부분의 깃털 공룡에 코엘루로사우르스에 속할 뿐 아니라 데이노니쿠스 처럼 시조새와 아주 밀접하게 연관된 공룡이나 혹은 나중에 설명할 미크로랍토르 등이 여기에 속합니다. 



( 코엘루로사우르스 계통도  Simplified cladogram from Mayr et al. (2005) Groups usually regarded as birds are in bold type/ 이 분야의 계통도는 지금도 조금씩 논란의 여지가 있음. )


 2003 년 중국의 고생물학자 Xu Xing 이 이끄는 연구팀은 중국에서 미크로랍토르로 알려진 시조새 비슷한 수각류 공룡의 화석을 대거 발굴합니다. 생김새는 마치 공룡이지만 깃털이 달린 이 공룡은 드로마에오사우르스과 ( Dromaeosauridae )에 속하는 공룡으로 1억 2000 만년전 서식했습니다. 


 이 공룡에서 가장 특이한 점은 앞뒷 다리에 난 깃털로 네개의 날개를 지닌 공룡 (four - winged dinosaur) 이라는 별명을 가지고 있습니다. (2)  사실 많은 연구자들이 이 공룡이 시조새 처럼 날지는 못해도 활강은 가능했을지 모른다고 생각하고 있습니다. 



 (미크로랍토르의 화석   The holotype of Microraptor gui, IVPP V 13352 under normal light. This shows the preserved feathers (white arrow) and the 'halo' around the specimen where they appear to be absent (black arrows). Scale bar at 5 cm.   David W. E. Hone, Helmut Tischlinger, Xing Xu, Fucheng Zhang ) 


 (미크로랍토르의 복원도  Credit: (AMNH/M. Ellison)  ) 

 미크로랍토르는 1 kg 정도 체중에 77 - 90 cm 정도 크기로 아주 소형 공룡입니다. 만약 네 다리를 날개처럼 사용했다고 보면 짧은 거리를 글라이더처럼 날았을 것으로 보이며 그 생김새 때문에 복엽기 디자인으로 보는 시각도 있습니다. 아무튼 짧은 날개 4개는 그다지 비행에는 유리하지 않았을 것으로 생각됩니다.


 한가지 더 재미있는 사실은 이 원시적인 비행 공룡인 미크로랍토르의 진화상에서 차지하는 위치입니다. 20 세기 초 비행의 진화에 대한 가설 가운데 하나는 초기에 4개의 날개 (혹은 다리) 를 이용한 비행 단계가 있었으며 점차 효율적인 비행을 위해 뒷다리의 깃털은 작아지고 앞날개는 점차 커져서 현재의 조류 같은 모양이 되었다는 것입니다. (3)



(비행의 진화에 대한 가설      public domain image)


 미크로랍토르는 가장 초기의 4개의 날개처럼 생겼고 시조새는 이론적으로는 그보다 더 진화한 형태로 보이지만 사실 여기에는 한가지 문제점이 있습니다. 시조새는 1.5 억년전에 존재했지만 미크로랍토르는 1.2 - 1.3 억년 전 존재했다는 것입니다. 이것이 의미하는 바는 사실 비행의 진화는 우리가 생각하듯이 그렇게 단순하지 않다는 점입니다. 


 예를들어 단순히 네발 짐승이 두개의 날개를 진화시켰다는 것은 너무 단순화시킨 그림 일수도 있습니다. 일부 고생물학자 (Gregory Paul 등) 들은 미크로랍토르를 비롯한 수각류 공룡 중 일부는 글라이더 처럼 날 수도 있었으나 더 진화하는 과정에서 다시 지상 생활에 적응해 2차적으로 비행능력을 상실했다고 보고 있습니다. 데이노니쿠스등이 그 대표적 사례라는 것이죠. (4)


 또 이미 1억 2000 만년에서 1억 2500 만년 사이에 이시안 층에서 대규모로 발견된  Confuciusornis 는 어느 정도 비행도 했을 것 같은 비둘기만한 크기의 원시조류로 부리를 가진 최초의 조류이며 지금 누가 본다고 해도 새라고 생각할만한 모습을 가지고 있었습니다. 즉 비슷한 시기에 땅을 달리는 대형 깃털공룡에서 네개의 날개를 지니고 글라이더 비행을 하는 미크로랍토르, 그리고 비둘기처럼 생긴 콘퓨시우소르니스 들이 공존했고 이들은 모두 더 원시적인 깃털을 지닌 수각류에서 진화했습니다.  



(콘퓨시우소르니스의 화석. 그냥 봐도 새처럼 생겼다는 데 의의를 제기할 수 없을 만큼 새처럼 생겼고 분류도 조류로 합니다. Confuciusornis sanctus skeleton displayed in Hong Kong Science Museum  ) 



 오늘날 고생물학자들은 수각류에서 조류로의 진화가 그렇게 단순하게 진행되지 않았다는데 어느 정도 동의하고 있습니다. 정확히 수각류 공룡이 언제 항온성과 깃털, 기낭계 등을 진화시켰는지는 알 수 없지만 작은 수각류들이 곤충을 잡아먹거나 혹은 나무에서 생활하면서 아마 일부는 단거리 및 활강 비행도 가능했을 것입니다. 하지만 그 후손들 가운데 다시 일부는 대형화 되면서 지상생활에 적응한 것으로 보입니다. 이는 현대의 타조나 날지 못하는 새를 보면 쉽게 알 수 있습니다. 일단 대형화 되면 조류라도 비행은 포기할 수 밖에 없죠. 또 포유류의 박쥐나 활강 비행을 하는 날다람쥐류를 보더라도 소형 동물들이 비행을 진화시키기는 생각보다 아주 어려운 일은 아닌 것을 알수 있습니다. 


 현대의 조류는 아마 여러 수각류 공룡의 후손일 수도 있습니다. 반면 어떤 고생물학자는 모든 조류의 공통조상이 한종의 수각류에서 진화했다고 생각하기도 합니다. 어느 쪽이든 이제 시조새는 공룡 - 새 진화의 유일한 연결 고리가 아닙니다. 또 유일한 원시조류도 더 이상 아니죠. 


 사실 이런 논란은 수각류 공룡에서 조류로 진화하는 단계에서 '여기까지는 공룡이고 이 이후 부터는 조류' 라는 식으로 분류하기가 사실은 곤란하다는 것과도 관련이 있을 수 있습니다. 원시적인 조류에 가까운 것부터 그래도 수각류에 더 가까운 것 까지 현재는 매우 다양한 화석들이 발굴되었습니다. 더 이상 시조새 혼자 외롭게 중생대의 유일한 깃털 동물이 아닙니다. 사정이 이렇다 보니 Avialae (새의 날개들이란 뜻으로 공룡들 가운데 멸종된 새의 친척과 현생 조류를 포함한 수각류 집단) 에도 여러 계통도가 존재합니다. 그리고 이런 계통도들은 수각류의 계통도들과 연결될 수 있습니다. 



(Avialae 의 계통도 (5)   )


 아마도 깃털, 온혈성, 기낭계, 속이 비어있는 뼈 등 여러가지 특징을 진화시킨 수각류 중 일부는 하늘을 비행하는 시도를 했을 것입니다. 그것이 여러가지 형태의 날개달린 공룡과 원시 조류의 형태로 화석으로 남았을 것입니다. 그리고 그들 중 일부가 현생 조류로 진화한 것이라고 최종적인 결론을 내릴 수 있겠지만 현재도 계속해서 신종의 화석이 발견되고 있어 위에서 언급한 계통도나 이론은 언제든지 바뀔 수 있는 여지가 있습니다.   


 오늘날 고생물학자들은 아무튼 이론이 있기는 해도 시조새를 거의 최초에 등장한 원시 조류쪽에 넣고 조류 전체를 공룡쪽으로 이동시키고 있습니다. 따라서 시조새를 비롯한 원시 조류와 깃털 공룡 (대부분 수각류 집단) 은 공룡 -> 새의 진화를 보여주는 여러 단계적 전이종 (Transitional species 혹은 Transitional fossil) 으로써 가치가 있습니다. 그리고 시조새는 공룡 -> 새 전이 화석으로 여전히 가치가 있다고 생각됩니다. 깃털이외에는 훌륭한 수각류 공룡의 특징을 거의 다 가지고 있기 때문이죠. (물론 일부에서는 여전히 데이노니쿠스류에 속하는 공룡으로 넣는게 좋다고 믿기도 하지만.. 이 부분은 확실히 결론나지 않은 것 같습니다.)  


 (좀더 쉽게 이야기 하면 여기서 말하고자 하는 것은 것은 흔히 생각하는 수각류 공룡 -> 시조새 -> 조류 하는 식의 진화이론은 극도로 단순하고 사실과 맞지 않다는 것입니다. 초기의 수각류 조상에서 깃털이 획득되었고 이후 깃털을 지닌 다양한 후손들이 나왔으며 일부는 비행이 가능한 작은 녀석부터 아주 큰 대형 수각류까지 다양하게 적응 방산했다는 것이죠. 그리고 그 일부는 조류로 진화했다는 것입니다. 

 우리가 화석상의 기록으로 보는 것은 적어도 1억년에 걸쳐 적응 방산했던 다양한 수각류 - 원시 조류 집단입니다. 적어도 수천종에 달하는 생물체 중 일부만이 화석 기록에 남았을 것입니다. 그리고 수천 종중 일부만이 현재까지 이어진 조류에게 DNA  를 물려주었겠죠. 다만 A->B->C->D 하는 식으로 하나의 종이 단 하나의 종으로만 진화하는 경우는 거의 없을 것입니다. A -> a,b,c,d,e...  하는 식으로 여러 종으로 진화했겠죠. 마치 먹이에 따라 수십종으로 분화한 다윈 핀치처럼 작은 제도에서도 다양한 적응 방산이 가능한 점을 보면 쉽게 이해가 가능합니다. 


 다양하게 분화한 종들 가운데 상당수는 후손을 남기지 못하고 멸종되는 운명에 처할 것입니다. 따라서 계통도는 단순한 종의 나열이 아니라 꽤 풍성한 가지를 지닌 나무입니다. 이 진화에 나무에는 후손을 계속 남기는 가지도 있고 그냥 어느 선에서 끝나는 가지도 있습니다. 우리는 시조새가 이제 정확히 어떤 가지에 속하는지 가지고 논란을 벌이고 있습니다. 하지만 그것이 시조새가 수각류 공룡 -> 새의 전이종들 가운데 하나라는 사실을 바꿀 순 없습니다.)     


 따라서 굳이 시조새를 교과서에서 삭제할 이유는 없다는게 제 생각이지만 시조새를 포함 다양한 깃털공룡의 대략적인 계통도를 통해 공룡 -> 새의 진화에 대한 내용을 추가할 필요는 있다고 생각됩니다. 아직도 극히 일부의 학자들 (예를 들어 앞에 설명한 Alan Feduccia) 은 아직도 조류가 수각류 이전에 이궁하강에서 분리되었다고 믿기는 하지만 현재의 주류 이론을 설명하는게 올바른 과학 교육이라고 생각됩니다.  


 마지막으로 한가지 궁금증에 대해서 더 첨언하면 과연 시조새가 한자식 이름대로 가장 시조가 되는 조류일까요. (사실 시조새는 영어로도 first bird 로 소개되어 가장 오래된 새의 조상으로 여겨져 왔습니다) 사실 그렇지 않을 수도 있습니다. 


 2011 년 발견된 Xiaotingia 는 1억 6100 만년전에서 1억 4500 만년전까지 살았던 수각류 공룡인데 분류학적으로 어디다 넣어야 할 지 아직 결론이 난 것은 아니지만 일부에서는 시조새 보다 더 오래된 조류로 여기기도 합니다. 하지만 이를 발견한  Xu Xing 은 이 화석이 시조새와 생김새가 비슷하긴 해도 사실 벨로키랍토르나 미크로랍토르에 더 가깝기 때문에 데이노니쿠스 공룡에 포함시켜야 한다고 보고 있습니다. (6,7) 이를 테면 다른 수각류와 시조새를 연결하는 진화상의 또 다른 중간 단계 전이종일 가능성이 있습니다. 이를 새로 분류한다면 가장 오래된 새가 되겠지만 말이죠. 


 (지금까지 꽤 설명을 길게 했지만 현재에도 새로운 화석이 계속 발견되고 새로운 이론이 나오는 중인 만큼 사실 지식의 유통기한은 매우 짧습니다. 좀 더 미래에는 공룡 - > 새 진화에 대한 지식이 지금보다 더 확장될 가능성이 높고 그렇면 새로운 이론이 나오면서 위에서 설명한 내용도 사실이 아니게 될 수 있겠죠. 이런 점은 감안하고 읽으시기 바랍니다. 한가지 당부 말씀은 리포트 자료로는 사용하지 마실 것을 부탁합니다. ) 



 
참고




 Journal Reference

1.   Kurzanov, S.M. (1987). "Avimimidae and the problem of the origin of birds." Transactions of the Joint Soviet-Mongolian Paleontological Expedition31: 5-92. [in Russian]


2. Xu, X., Zhou, Z., Wang, X., Kuang, X., Zhang, F. and Du, X. (2003). "Four-winged dinosaurs from China." Nature421(6921): 335-340, 23 Jan 2003.

3. Beebe, C. W. A. (1915). "Tetrapteryx stage in the ancestry of birds". Zoologica 2: 38–52.

4Paul, G.S. (2002). "Dinosaurs of the Air: The Evolution and Loss of Flight in Dinosaurs and Birds." Baltimore: Johns Hopkins University Press. page 257

5.  Zhang, F.; Zhou, Z.; Xu, X.; Wang, X.; Sullivan, C. (2008). "A bizarre Jurassic maniraptoran from China with elongate ribbon-like feathers". Nature 455 (7216): 1105–1108.Bibcode 2008Natur.455.1105ZDOI:10.1038/nature07447PMID 18948955


7. Xing Xu, Hailu You, Kai Du and Fenglu Han (28 July 2011). "An Archaeopteryx-like theropod from China and the origin of Avialae". Nature 475 (7357): 465–470. DOI:10.1038/nature10288. PMID 21796204.

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