레이저빔 스캐닝을 이용해 공룡화석에서 더 상세한 정보를 얻어내다

[사이언스 데일리] 과학자들이 상업용 레이저 장비를 이용해 공룡 화석을 찾아내고 분석하는 방법을 개발했다. 새로운 레이저 방법론은 화석 표본이 형광을 내게 하여 기존의 시각 향상방법인 자외선 등을 이용했을 때 볼 수 없었던 복잡한 세부사항을 볼 수 있게 해준다.

(2015년 5월 27일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 캔자스 대학

 

미크로랍토르 두개골은 합성된 것일까? (A) 백색광 하에서 보았을 때 미묘한 색 차이가 있다. (B) 레이저광으로 자극하자 화석의 광물조성 차이에 따라 뼈에서 형광이 발생한다. (역주: 사진의 왼쪽 부분 뼈는 색이 옅고, 오른쪽 부분 뼈는 주황색에 가까운 색을 보인다) 두개골은 합성된 것일 가능성이 높아 보인다. Credit: KU News Service/University of Kansas

미크로랍토르 두개골은 합성된 것일까? (A) 백색광 하에서 보았을 때 미묘한 색 차이가 있다. (B) 레이저광으로 자극하자 화석의 광물조성 차이에 따라 뼈에서 형광이 발생한다. (역주: 사진의 왼쪽 부분 뼈는 색이 옅고, 오른쪽 부분 뼈는 주황색에 가까운 색을 보인다) 두개골은 합성된 것일 가능성이 높아 보인다. Credit: KU News Service/University of Kansas

캔자스 대학과 워싱턴의 버키 자연사 및 문화 박물관의 과학자들이 주축이 된 연구팀이 상업용 레이저 장비를 이용해 공룡 화석의 세부사항을 찾아내고 분석할 수 있는 방법을 개발했다. 이 기법은 학술지 플로스 원 (PLoS One) 에 오늘 (5월 27일) 게재된 논문에서 소개되었다.

새로운 레이저 기법은 화석 표본이 형광을 내게 하여 기존의 시각 향상방법인 자외선 등을 이용했을 때 볼 수 없었던 복잡한 세부사항을 볼 수 있게 해준다.

“제가 아는 한 이런 방법을 사용하는 사람은 아무도 없습니다.” 캔자스 대학의 생물다양성 연구소 및 자연사박물관의 표본담당자이자 논문의 공저자인 데이비드 번햄의 말이다. “그러니까 물체 내의 전자를 여기시켜서 눈으로 볼 수 있는 광자를 방출하게 만드는 겁니다. 카메라에 일종의 필터가 필요한데 주황색이나 노란색 장파장 투과필터 (long-pass filter) 가 사용됩니다. 레이저에 의해 방출되는 광자를 제외한 모든 빛을 걸러주죠.”

저자들은 중국에서 발견된 미크로랍토르 표본을 조사하면서 몇 년 전에 처음으로 레이저를 사용했는데 그때 주위에 있는 물질에 두번째 화석이 있다는 것을 알아차렸다.

“표본 하나에 수수께끼의 화석이 하나 더 있었던 거죠.” 번햄의 말이다.

캔자스 대학의 연구자들은 버키 박물관의 토마스 케이에게 도움을 청했다. “표본을 보내줬더니 토마스 케이가 레이저 기법을 만들어 냈습니다.” 번햄의 말이다.

그때 이후로 연구자들은 중국 랴오닝 성에서 발굴된 1억2700만년 전의 제홀 생물군 화석 표본들을 대상으로 레이저 감정 기법을 사용하면서 정교하게 조정해왔다.

“이전에는 아무도 보지 못했던 날개와 비늘을 가진 공룡들이 중국의 이 지역에서 많이 발견되었는데 폼페이에서 그랬던 것처럼 화산재가 화석들을 잘 보존해 주었기 때문입니다.” 번햄의 말이다. “뼈 뿐만이 아니라 조직들까지 보존된거죠. 깃털 같은 부분들은 레이저를 사용하면 정말 자세한 부분까지 볼 수 있습니다. 화석 자체에서 형광이 나오지 않는다면 화석을 보존하고 있는 주위의 암석에서 형광이 나올 수도 있습니다. 원시깃털이 현재의 깃털과 비슷하게 생겼는지도 볼 수 있죠.”

고급 기술의 가격이 떨어지면서 연구자들은 중간 강도의 단파장 레이저를 이베이 같은 곳에서 구입하여 디지탈 사진장비 및 필터등과 조합하여 실험해볼 수 있게 되었다. 그렇게 해서 레이저를 이용하는 새로운 방법을 개발해 내고 불투명한 표본에 레이저를 쬐어 더 많은 정보를 얻어내고 때로는 암석이나 흙 속에 숨겨진 새로운 화석을 찾을 수 있게까지 된 것이다.

“소형 청색 레이저가 가장 사용하기 쉽더군요. 드래곤 레이저라는 회사가 팔고 있습니다.” 번햄의 말이다. “여러 파장과 에너지 수준을 가진 장비들이 있기 때문에 원하는 제품을 구입하면 되고 사용할 때는 꼭 보호안경을 착용해야 합니다.”

PLOS ONE 에 발표된 논문에서 연구자들은 원시 조류의 깃털과 같은 탄소 섬유의 윤곽을 볼 수 있게 해주거나, 표본의 표면 밑에 숨겨져 현미경으로만 볼 수 있는 세부사항들의 영상을 얻어내고, 최소한의 침습적 방법만을 사용하여 발견지에서 바로 표본을 분석하는 등 레이저를 사용하는 여러 가지 예를 보여주고 있다.  마지막 경우에 연구팀은 홀로세 중기 어린 소녀의 골격에서 발견된 팔찌를 건드리지 않은 채 분석하여 하마의 이빨로부터 만들어졌다는 것을 알아냈다.

또 연구진은 레이저 빔을 이용하여 주변의 암석과 흙에서 미화석을 찾아내는 자동화된 화석 분류기의 시제품을 만들어내기까지 했다.

“미화석을 수집하는 이유는 아주 작은 이빨들을 찾기 위해서입니다. 신체에서 가장 단단한 물질인 에나멜로 되어 있기 때문에 보존이 잘 되거든요.” 번햄의 말이다. “주위를 걸어다니면서 화석을 찾고 마대자루에 흙을 퍼담습니다 이전이라면 이것을 박물관으로 가지고 돌아와서 확대경으로 살펴보면서 손으로 하나씩 골라내야 했죠. 그나마 대부분은 돌멩이였구요. 속도를 올리기 위해 이제는 레이저광을 쏜 후 이빨을 골라내는 기계를 가지게 된 것입니다.”

이런 응용방법 외에도 캔자스 대학의 연구자들은 레이저를 이용하면 가짜 화석, 혹은 여러 개를 조합해서 마치 하나의 화석인 것처럼 돌아다니고 있는 화석들을 감정해낼 수 있게 되었다고 한다. 서로 다른 장소나 서로 다른 시간대에 생성된 화석들은 레이저광에 노출되었을 때 서로 다른 형광을 내기 때문이다.

“이걸 이용하면 가짜 화석을 탐지해 낼 수 있습니다.” 번햄의 말이다. “사람들은 항상 가짜 화석을 만들곤 했습니다. 표본을 더 좋게 보이게 하려고 노력하죠. 박물관에서는 예쁜 화석을 좋아하기 때문에 사람들은 화석에 손을 대 더 좋아보이게 만들려고 합니다. 완전한 개체로 보이는 화석을 가짜로 만들어내기도 하는데, 완전한 표본이 더 잘 팔리기 때문이죠. 어떤 사람들은 솜씨가 워낙 좋아서 어디까지가 진짜고 어디서부터가 가짜인지 알기 힘듭니다. 레이저를 이용하면 알 수 있는 거죠.”

참고문헌

Thomas G. Kaye, Amanda R. Falk, Michael Pittman, Paul C. Sereno, Larry D. Martin, David A. Burnham, Enpu Gong, Xing Xu, Yinan Wang. Laser-Stimulated Fluorescence in Paleontology. PLOS ONE, 27 May 2015 DOI: 10.1371/journal.pone.0125923

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카테고리:번역, 고생물학, 공룡, 사이언스 데일리, 중생대

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