고생물공학: 트리케라톱스 이빨의 복잡성을 밝혀내다

[사이언스 데일리] 뿔이 세 개 달린 공룡인 트리케라톱스에 대해서라면 이 고대의 생물이 우리가 생각했던 것보다 좀 더 복잡했다는 것을 과학이 알려주고 있다. 사실은 트리케라톱스의 이빨이 오늘날 살아 있는 어떤 파충류나 포유류의 이빨보다도 더 복잡했다.

(2015년 6월 5일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 플로리다 주립대학

 

그레고리 에릭슨 교수가 트리케라톱스의 이빨을 살펴보고 있다. Credit: Bill Lax/Florida State University

그레고리 에릭슨 교수가 트리케라톱스의 이빨을 살펴보고 있다. Credit: Bill Lax/Florida State University

뿔이 세 개 달린 공룡인 트리케라톱스에 대해서라면 이 고대의 생물이 우리가 생각했던 것보다 좀 더 복잡했다는 것을 과학이 알려주고 있다.

사실은 트리케라톱스의 이빨이 오늘날 살아 있는 어떤 파충류나 포유류보다 훨씬 더 복잡했다.

생물과학 교수인 그레고리 에릭슨과 여러 대학의 공학자들과 고생물학자들로 구성된 연구팀은 트리케라톱스가 단단한 물질을 정교하게 잘라낼 수 있는 이빨을 발달시켜 현재의 파충류들보다 더 풍부하고 다양한 식성을 가질 수 있었다고 주장하고 있다.

에릭슨과 연구팀은 이번 연구에서 발견한 내용을 사이언스 어드밴스 (Science Advances) 라는 학술지에 보고하였다.

오늘날 파충류의 이빨은 대개 먹이를 – 식물이든 동물이든 – 움직이지 못하고 잡고 으깨는 데 사용되도록 만들어져 있다. 파충류의 이빨은 포유류의 이빨처럼 서로 맞물리게 되어 있지 않다. 본질적으로 파충류는 먹이를 씹지 못한다. 대부분 초식성 포유류들의 이빨은 사용하면서 닳게 되고, 그 결과 식물을 갈 수 있는 복잡한 줄(file) 같은 표면이 만들어진다.

“공룡이 포유류같은 일을 하지 못할 거라고 가정해왔던 겁니다. 하지만 어떤 측면에서 보면 공룡이 실제로 더 복잡했죠.” 에릭슨의 말이다.

에릭슨은 공룡의 진화를 수 년 동안 연구해 오면서 몇 년 전 공룡의 이빨을 살펴보는 데 흥미가 생겼고, 공룡의 이빨이 독특한 성질을 가지고 있었을 것이라고 생각하게 되었다. 하지만 공룡의 이빨이 무엇을 할 수 있는지 확인할 수 있는 기술이 존재하지 않았다.

시간을 앞으로 몇 년 돌리면 공학자인 브랜던 크릭이 등장한다.

크릭은 러하이 대학의 기계공학 조교수이며 상대적으로 새로운 재료과학 분야인 마찰공학의 전문가이다. 마찰공학은 물질의 표면이 움직이면서 어떻게 상호작용을 하는가에 대한 과학이다.

이들 두 명은 플로리다 대학, 펜실베니아 대학 및 미국 자연사박물관의 과학자들과 함께 공룡의 이빨이 정확히 무엇으로 만들어졌는지, 그리고 어떻게 작동하는지를 알아보기 시작했다.

에릭슨은 박물관에서 보관된 북아메리카 전역에서 수집된 트리케라톱스 표본에 접근할 수 있었다. 그래서 에릭슨은 여러 개의 이빨을 잘라서 안쪽을 들여다 보기 시작했다.

에릭슨은 트리케라톱스의 이빨이 다섯 개의 층으로 이루어져 있다는 것을 발견했다. 이와 대조적으로 초식성인 말과 들소의 이빨은 한때 가장 복잡하게 진화한 이빨로 간주되었으나 네 개의 층으로 이루어져 있었다. 악어와 기타 파충류들을 두 개의 층만을 가지고 있다.

“이들 층은 각기 어떤 역할을 하고 있습니다.” 에릭슨의 말이다. “그저 보기 좋으라고 다섯 개의 층이 있는 것은 아니죠.”

에릭슨은 이빨의 조직을 조사하면서 표본을 크릭에게 보내 각각의 층이 어떤 역할을 하고 함께 작동하면서 어떻게 트리케라톱스가 식물을 자를 수 있게 하는지를 알아내려고 했다. 크릭은 식물이 이빨을 가로질러 움직이면서 긁힌 흔적을 모방해 내는 데 성공했고, 이빨 조직이 얼마나 빨리 닳는지 측정할 수 있었다.

크릭과 러하이 대학의 대학원생인 마이크 사이드바텀을 포함한 공학자들로 이루어진 연구팀은 이빨을 구성하는 물질의 특성이 6600만년 된 이빨 화석에 놀랍도록 잘 보존되어 있다는 것을 알아냈다.

“예를 들어 이 공룡의 이빨을 소에게 가져다 붙여본다면 아마 잘 작동할 겁니다.” 에릭슨의 말이다.

정교한 3차원 모델이 만들어져 이빨 각 층의 조직이 어떤 방식으로 정교하게 닳고, 그에 따라 각각의 이빨에 어떻게 둥근 홈을 가진 복잡한 표면이 만들어지는지를 보였다. 이 복잡한 형태의 표면은 먹이를 씹을 때 마찰을 줄여주고 효과적으로 먹이를 섭취하게 하는 역할을 한다.

이 프로젝트를 위해 개발된 3차원 마모 모델은 새로운 공학적 기법으로 산업 및 상업적으로 쓰일 수 있을 것이다.

“고생물학자들이 흥미로운 공학적 문제를 가지고 왔습니다. 그 덕분에 최적화된 마모 특성과 표면의 특징을 가진 새로운 소재 시스템을 설계해 다양한 분야에 적용할 수 있게 되었습니다.” 크릭의 말이다.

남아 있는 질문은 공룡을 비롯한 파충류들 사이에서 복잡한 치아 구조가 얼마나 널리 퍼져 있었는가 하는 것이다. 크릭과 에릭슨은 다른 파충류의 치아 기록 및 구조를 조사하여 이 질문을 계속 탐구할 생각이다.

이 연구는 국립과학재단의 재정지원을 받았다.

참고문헌

Gregory M. Erickson, Mark A. Sidebottom, David I. Kay, Kevin T. Turner, Nathan Ip, Mark A. Norell, W. Gregory Sawyer, Brandon A. Krick. Wear biomechanics in the slicing dentition of the giant horned dinosaur Triceratops. Science Advances, 05 Jun 2015 DOI: 10.1126/sciadv.1500055

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카테고리:번역, 고생물학, 공룡, 사이언스 데일리, 중생대

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