진짜 색깔: 공룡의 색깔에 대한 주장을 명확히 하기 위해 분자 분석 기법 이용하기

[사이언스 데일리] 화석에서 발견된 멜라노솜이 깃털의 부패 및 보존과정에서 깃털을 둘러싸고 있던 미생물 (멜라닌을 만드는 미생물도 있다) 에 의해 만들어진 자국처럼 다른 무언가가 아니라 진짜 멜라노솜이라는 것을 어떻게 알 수 있을까?

(2015년 10월 5일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 노스캐롤라이나 주립대학

과학자들은 멜라노솜의 모양과 크기는 물론이고 때로는 내부의 색소 알갱이에 의해 만들어지는 표면의 질감도 알아볼 수 있게 되었다. 하지만 눈에 보이는 것만으로는 모든 것을 알아낼 수는 없는 법이다. 다행히도 고생물학자들은 분자를 이용한 분석기법을 통해 이러한 형태들이 어떤 의미를 가지고 있는지를 이해하는 데 가까이 다가가고 있다. Credit: Mary Schweitzer and Johan Lindgren

과학자들은 멜라노솜의 모양과 크기는 물론이고 때로는 내부의 색소 알갱이에 의해 만들어지는 표면의 질감도 알아볼 수 있게 되었다. 하지만 눈에 보이는 것만으로는 모든 것을 알아낼 수는 없는 법이다. 다행히도 고생물학자들은 분자를 이용한 분석기법을 통해 이러한 형태들이 어떤 의미를 가지고 있는지를 이해하는 데 가까이 다가가고 있다. Credit: Mary Schweitzer and Johan Lindgren

공룡의 색깔은 매력적인 주제다. 최근 몇 년 간 공룡 깃털 화석에서 멜라노솜 — 색소가 들어 있는 작은 주머니 — 이 발견됨으로써 공룡 깃털의 색깔에서부터 이 색깔과 관련된 행동에 이르기까지 선사시대의 친숙한 동물인 공룡들에 대한 각종 추측을 낳았다.

이 모두가 놀라운 이야기로 들린다. 하지만 화석에서 발견된 멜라노솜이 깃털의 부패 및 보존과정에서 깃털을 둘러싸고 있던 미생물에 의해 남겨진 자국처럼 (어떤 미생물은 실제로 멜라닌을 만들어내기도 한다) 다른 어떤 것이 아니라 진짜 멜라노솜이라는 사실을 어떻게 알 수 있을까? 만일 이것이 정말 멜라노솜이라고 하더라도 멜라노솜 안에 들어있던 멜라닌이 색깔을 결정하는 유일한 요인이라는 것을 어떻게 확신할 수 있을까?

전자현미경에 크게 의존하고 있는 현재의 기법으로는 이런 측면들을 확실히 알기 힘들다. 과학자들은 멜라노솜의 형태와 크기는 물론 때로는 내부의 색소 알갱이에 의해 만들어지는 표면의 질감까지 확인하고 있지만 눈에 보이는 것만으로 모든 것을 알아낼 수는 없는 법이다. 다행히도 고생물학자들은 분자를 이용한 분석기법을 통해 이런 형태들이 어떤 의미를 가지고 있는지 이해하는 데 가까이 다가가고 있다.

노스캐롤라이나 주의 주 고생물학자 (state paleontologist) 인 메리 슈와이처는 티렉스 넙다리뼈 화석에서 연질부 조직이 보존된 것을 찾아내면서 분자고생물학 전문가가 되었다. 그 이후로 슈와이처 박사는 분자분석 기법을 이용하여 조직, 세포, 그리고 단백질 등이 화석화 과정을 거치면서도 살아남을 수 있는지 알아보는 방식을 개척해 왔다. ‘바이오에세이(BioEssays)’ 에 출판된 논문에서 박사후보생인 앨리슨 모이어와 공저자인 스웨덴 룬드 대학의 요한 린드그렌은 공룡의 색깔을 알아내려고 하는 연구자들이 마주하게 되는 어려움들을 개괄하고 있다. 이들은 공룡 깃털의 색깔이 보존될 수 있는가 하는 문제에 대해 분자분석기법이 어떤 기여를 할 수 있는지를 제시하고 다른 연구자들이 공룡의 색깔을 알아냈다고 주장하기 전에 추가 검증을 해야 한다고 제안하고 있다.

“멜라노솜에 대한 일차적인 증거는 형태입니다. 길쭉하거나 둥근 모양입니다.” 슈와이처의 말이다. “하지만 미생물 역시 길쭉하거나 둥근 형태일 수 있습니다. 대부분의 ‘공룡 색깔’ 에 대한 논문들은 미소체를 직접 관찰한 것이 아닙니다. 그 대신 정체가 분명하지 않은 비결정질의 물질에 미소체가 길쭉하거나 둥근 모양의 자국, 혹은 빈 공간을 남긴 것을 관찰했을 뿐입니다. 어떤 연구자들은 멜라닌이 아주 질기고 잘 견뎌내는 분자이기 때문에 이 미소체들이 색깔을 만들어내는 멜라노솜이 분명하다고 주장합니다. 하지만 그들이 보여준 것은 멜라노솜이 분해되고 나서 남겨진 빈 공간 뿐입니다. 그러니 그 ‘빈 공간’ 을 둘러싸고 있는 물질이 멜라닌보다 더 오래 남아있다는 이야기 아닌가요? 저는 그 이론을 어떻게 검증할 수 있는가에 관심이 있습니다.”

“한 가지 방법은 케라틴을 살펴보는 것입니다. 깃털은 케라틴으로 구성되어 있죠. 멜라노솜은 깃털의 표면이 아니라 깃털 조직 내부 깊숙한 곳에 파묻혀 있고, 케라틴으로 덮여 있습니다. 케라틴은 꽤나 튼튼한 단백질이라서 오랜 시간 동안 지속된다는 것이 알려져 있습니다. 만일 그 미소체들이 멜라노솜이라면 그걸 둘러싸고 있던 비결정질의 물질은 케라틴이어야 할 겁니다. 멜라닌 뿐 아니라 케라틴이 그곳에 있다는 것을 확인하기 위해서 분자 분석기법을 사용하면 어떨까요?”

모이어의 초기 실험들에서는 깃털이 분해되면서 깃털의 표면에서 미생물들이 자라나고, 이 미생물들이 출판된 논문에서 볼 수 있는 “멜라노솜” 사진들과 비슷한 패턴으로 분포하고 있다는 것을 보였다. 슈와이처와 모이어는 이와 동일한 방식의 분석을 이용해 멜라노솜이 어떤 동물의 사후 그 위에서 번식한 미생물이 아니라 원래의 동물에 속했던 것이라는 것을 보일 수 있다고 주장한다. 공저자인 린드그렌은 타임오브플라이트 2차 이온 질량분석기 (Time-of-flight secondary ion mass spectrometry: ToF-SIMS) 를 이용해 멜라닌을 확인하는 것 뿐 아니라 화석의 어느 부위에 멜라닌이 있는지를 보여주는 기법을 개척했다. ToF-SIMS 를 다른 기술들과 함께 이용하면 멜라노솜인가 미생물인가 하는 논쟁을 종식시킬 수 있을 것이다.

하지만 이 모든 기술들이 해당 구조가 멜라노솜이라는 것을 분명히 보여준다 하더라도 이 결과가 유기체 전체의 색깔에 어느 정도의 정보를 주는가 하는 의문은 여전히 남아있다. 이런 연구에서는 현생 조류와 마찬가지로 공룡이 멜라닌 외의 다른 색소들을 사용했는지를 알려줄 수 없기 때문이다. 조류의 경우 다른 색소들로 인해 녹색, 파란색, 그리고 노란색의 깃털이 만들어지지만 이런 색소들은 멜라닌처럼 튼튼하지 않으며 그만큼 오래 보존되지 않는다.

“여러 가지 새로운 기법들을 이용할 수 있게 되었으며 고생물학자들은 이전에 불가능했던 질문들에 대해 답할 수 있게 되었습니다.” 슈와이처의 말이다. “멋진 신세계죠. 또 그런 이유로 인해 무엇이 보존될 수 있고 무엇이 보존될 수 없는지를 알아내고 측정하고 분류하는 기초작업을 더 조심스럽고 열심히 해야하는 것이기도 합니다. 누구도 멜라노솜이 화석 기록에 살아남아 있지 못할 거라고 말하지 않습니다. 단지 우리가 사용할 수 있는 도구들을 통해 우리가 보고 있는 것이 정말 멜라노솜이고 미생물이 아니라는 것을 확실히 해야 한다는 이야기일 뿐입니다.”

(역주: 색소와 세포소기관이 보존되어 있는 깃털화석 과 함께 읽으세요)

참고문헌

Mary H. Schweitzer, Johan Lindgren, Alison E. Moyer. Melanosomes and ancient coloration re-examined: A response to Vinther 2015 (DOI 10.1002/bies.201500018). BioEssays, 2015; DOI: 10.1002/bies.201500061
http://dx.doi.org/10.1002/bies.201500061

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카테고리:번역, 고생물학, 공룡, 사이언스 데일리, 중생대

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