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포유류형 귀의 진화는 2억 5천만 년 전에 시작됐다.

 


(Simulations showed that sound waves applied to the eardrum of Thrinaxodon (top) would have enabled it to hear much more effectively than through bone conduction alone (bottom). Credit: April I. Neander, Alec Wilken)



(Fossil specimen of the Thrinaxodon skull and jaw used for the study. Credit: Matt Wood)

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(Zhe-Xi Luo (left) holds the fossil specimen of Thrinaxodon, while Alec Wilken (right) holds a 3D printed model of the inner ear of a modern opossum for comparison. Credit: Matt Wood)

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포유류는 사지류 가운데 매우 진보한 신체 구조를 지니고 있습니다. 그중 하나는 바로 복잡한 귀로 직은 소리도 쉽게 듣고 거리까지 파악할 수 있습니다. 돌고래나 박쥐처럼 초음파를 이용한 반향정위 (echolocation)이 주로 포유류에서 진화한 것 역시 이런 맥락에서 이해할 수 있습니다.

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포유류의 청각 기관은 소리를 모아 고막에 전달하는 외이 (outer ear), 고막에 붙은 세 개의 뼈를 통해 진동을 내이로 전달하는 중이 (middle ear), 그리고 전달된 진동을 달팽이관에서 분석해 청각을 느끼는 내이 (inner ear)의 세 부분으로 되어 있습니다. 과학자들은 본래 머리에 붙어 있던 고막이 안으로 들어가고 중이가 진화하게 된 것은 턱뼈가 진화한 결과라고 보고 있습니다. 그리고 이 진화는 2억 년 정도에 시작된 것으로 여겨 왔습니다.

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시카고 대학의 대학원생인 알렉 윌켄 (Alec Wilken)과 지도 교수인 제-시 루 및 칼룸 로스 교수 (Zhe-Xi Luo, Ph.D., and Callum Ross, Ph.D., both Professors of Organismal Biology and Anatomy)는 2억 5천 만년 전 원시적인 포유류의 조상인 키노돈트 (Cynodont, 견치아목)에 화석을 분석해 포유류의 중이의 진화가 생각보다 전에 일어났다는 사실을 알아냈습니다.

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연구팀이 분석한 화석은 2억 5천 만년 전 키노돈트인 트리낙소돈 리오리누스 (Thrinaxodon liorhinus)의 두개골입니다. 연구팀은 매우 잘 보존된 두개골을 파괴하지 않고 내부를 들여다보기 위해 고해상도 CT 스캔을 통해 내부를 3차원적으로 분석했습니다.

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과학자들은 초기 키노돈트에서 고막이 형성되어 중이를 이루는 세 개의 뼈 (고막에 붙어 고막의 진동을 받는 망치뼈(Malleus), 망치뼈와 등자뼈 사이에서 진동을 전달하는 모루뼈(Incus), 가장 작으며, 내이의 난원창에 연결되어 달팽이관으로 진동을 전달하는 등자뼈(Stapes))와 붙어 있었다는 가설을 세웠습니다. 하지만 턱뼈의 진동 대신 턱 끝에 있는 고막의 전신이 되는 막의 진동을 감지했다는 가설은 입증하기 힘들었습니다. 확실한 외이도가 있는 것도 아니고 고막은 잘 보존되지 않는 약한 조직이기 때문입니다.

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(동영상)

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연구팀은 상세한 3D 모델과 시뮬레이션을 통해 트리낙소돈이 턱뼈에 있는 굽은 부분을 통해 진동을 더 효과적으로 감지할 수 있다는 점을 증명했습니다. (사진 참조) 물론 아직은 턱뼈의 진동도 함께 사용했지만, 트리낙소돈 같은 초기 포유류들은 고막과 중이를 진화시키면서 더 효과적으로 작은 소리를 들을 수 있게 됐습니다. 이는 상대적으로 작은 크기였던 중생대 포유류가 생존하는데 큰 도움이 되었을 것입니다.

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중생대는 흔히 공룡의 시대라고 생각하지만, 사실 이 시기에 초기 포유류는 현대적인 포유류로 단계적으로 진화해 다음 시대를 준비하고 있었습니다. 기회는 준비된 자의 것이라고 하는데, 포유류가 기회를 잡을 수 있었던 것은 전 시대에 꾸준히 진화해 정교한 신체 구조를 완성한 덕분일 것입니다. 귀의 진화 역시 그중 하나였을 것입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2025-12-analysis-thrinaxodon-fossils-uncovers-unexpectedly.html

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Wilken, Alec T. et al, Biomechanics of the mandibular middle ear of the cynodont Thrinaxodon and the evolution of mammal hearing, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2516082122. doi.org/10.1073/pnas.2516082122

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