신기술을 이용한 원시포유류 화석 분석을 통해 포유류 가계도가 분명해지다

[사이언스 데일리] 가장 오래된 원시포유류의 화석 중 하나인 턱뼈를 분석하자 포유류가 언제 최초로 진화했는지 그 시기를 정확히 측정하고 포유류 가계도를 명확하게 하기 위한 노력에 실마리가 잡혔다. 이 연구에 따르면 포유류 다양성이 크게 증가한 것은 쥐라기에 해당하는 1억7천5백만 년 전이며 이는 트라이아스기에 포유류의 조상 격인 동물들이 다양해지고 나서 3천만 년 후의 일이라고 한다.

2억1천만 년 된 화석에 대한 CT 스캔 분석 결과 상투군 포유류 (crown mammals) 가 진화한 쥐라기보다 수백만 년 이전인 트라이아스기에 포유류 조상들이 다양해졌던 것으로 보인다.

(2015년 11월 16일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 시카고 대학 의대

가장 오래된 원시포유류 하라미야비아 (Haramiyavia) 복원도 (위). 2억1천만 년 된 턱뼈 화석의 3D 이미지를 겹쳐놓은 것 (아래). Credit: April Neander

가장 오래된 원시포유류 하라미야비아 (Haramiyavia) 복원도 (위). 2억1천만 년 된 턱뼈 화석의 3D 이미지를 겹쳐놓은 것 (아래). Credit: April Neander

가장 오래된 원시포유류 중 하나인 하라미야비아 클레멘세니 (Haramiyavia clemmenseni) 의 턱뼈를 새롭게 분석한 결과 초기 포유류 진화의 연대표가 더 명확해졌다. 고해상도 컴퓨터 토모그래피를 통해 시카고 대학, 하버드 대학, 그리고 브라운 대학의 과학자들이 하라미야비아의 모식표본을 이전에 볼 수 없던 세부사항까지 조사할 수 있었다.

이 분석을 통해 하라미야비아는 초식성 식습관에 적응된 복잡한 이빨을 가지고 있었으며 씹는 동작이 가능했다는 것이 밝혀졌다. 이는 원시포유류 계통들에서 다양한 식성과 관련한 적응이 일찍부터 진화했다는 것을 나타낸다. 하지만 원시적인 중이와 연관되어 있는 원시적인 턱의 구조는 하라미야비아 및 그와 가까운 종들이 포유류는 아니었으며 포유류의 진화계통수에서 더 조상에 해당하는 위치를 차지하고 있었다는 것을 보여준다.

2015년 11월 16일 미국 국립과학원회보 (Proceedings of the National Academy of Sciences) 에 출판된 이번 발견은 주요 포유류 그룹들이 언제 처음 진화했는지 연대를 정확하게 측정하기 위한 노력에 실마리를 던져주고 있다. 이번 연구는 포유류의 다양화가 쥐라기에 해당하는 1억7천5백만 년 전 경에 일어났다는 이전의 연구결과를 뒷받침하고 있는데 이것은 하라미야비아 및 기타 포유류 조상들이 트라이아스기에 다양하게 번성하고 나서 3천만 년 정도가 지난 이후가 된다.

“이 화석은 포유류 진화에 있어서 믿을 수 없을만치 중요한 시대를 대표하는 독특한 것입니다. 트라이아스기에서 쥐라기로 넘어가면서 세계 전체의 생태계가 바뀌었습니다.” 시카고 대학 유기체생물학 및 해부학 교수인 선임저자 닐 슈빈 박사의 말이다. “하라미야비아 턱 전체와 그 원시적인 특징들을 보면 이 그룹이 포유류 계통수에서 뿌리 부분에 위치하고 있다는 것이 분명합니다. 틱타알릭 로제아가 네발동물 계통수의 뿌리 부분에 위치한 것과 거의 같은 이유로요.”

하라미야류 (haramiyids) 는 원시포유류 계통 중 가장 이른 종류에 속하며 2억1천만 년 전 트라이아스기에 생겨났다. 개별적인 이빨을 통해서만 알려져 있던 하라미야류 동물들은 놀랄만큼 잘 보존된 하라아미야비아의 턱이 — 온전한 어금니와 거의 완전한 아래턱뼈, 그리고 두개골을 제외한 골격 부분의 뼈 일부가 포함되어 있었다 — 1995년 슈빈, 브라운 대학의 생물학 교수인 스티븐 게이트시, 그리고 하버드 대학의 동물학 교수였던 고(故) 패리쉬 젠킨스에 의해 그린랜드에서 발견되기 전까지는 수수께끼에 싸여 있었다.

“가장 이른 시기의 하라미야류인 하라미야비아는 초기 포유류 진화의 연대표에 대한 추론을 하는데 가장 중요한 증거입니다.” 공저자인 시카고 대학 유기체생물학 및 해부학 교수인 저시 루오 박사의 말이다.

3천만 년짜리 질문

처음에 이루어진 히라미야비아의 분석은 하버드 대학의 화석 처리 담당자였던 고(故) 윌리엄 애머럴의 고된 수작업 처리에 의존했으며 화석의 상당 부분이 완전히 기재되지 않았다.

이런 빈틈으로 인해 포유류의 진화계통수의 형태에 대한 논쟁이 이어졌다. 하라미야류가 모든 현생 포유류가 유래한 상투군 포유류 가지에 속하는가? 이 경우 포유류는 2억1천만 년 전인 트라이아스기에 이미 다양화하기 시작했다는 의미가 된다. 아니면 하라미야류 동물들이 그와 별도로 포유류 가계도의 뿌리 쪽에 위치한 더 조상 쪽의 가지에 한 자리를 차지하고 있는가? 이 경우 포유류의 다양성 증가는 한참 후에 일어난 것이 된다.

이 질문에 답하기 위해 슈빈, 게이트시, 그리고 루오는 고해상도 컴퓨터 토모그래피 스캔과 3차원 재구성 등 현대적인 기술을 활용한 도구들을 이용해 하라미야비아 표본 전체를 다시 조사했다. 최초의 화석 처리 과정에서 철저하게 기록된 문서들과 최신 기술의 도움을 받아 연구팀은 하라미야비아에 대해 이전에 없었던 수준의 세부사항까지 자세히 기재할 수가 있었다.

연구팀은 턱에서 원시적인 중이(middle ear)에 치골 뒤쪽의 홈 (postdentary trough) 이 연결되어 있는 것을 포함하여 다수의 원시적인 구조들을 발견했다. 이것은 하라미야비아가 여타 상투군 포유류들, 특히 이전에 하라미야류 동물들과 가까운 관계라고 생각했던 초기 포유류 그룹인 다구치류와 연관되어 있지 않다는 강력한 증거다.

이 발견으로 하라미야비아와 기타 하라미야류 계통의 다른 모든 구성원들은 포유류 진화계통수에서 현생 포유류와 별개로 더 조상 쪽에 위치한 가지를 차지하게 되었다. 이것은 현생 포유류의 다양화는 트라이아스기까지는 일어나지 않았고, 수백만 년 이후인 쥐라기에야 일어났다는 주장을 재확인해주는 것이다.

“CT 과 기타 새로운 기술들을 이용해 과거에는 얻어낼 수 없었던 해부학적 통찰을 뽑아낼 수 있었기 때문에 포유류의 진화에 대해 더 정확한 해석을 해낼 수 있었습니다.” 루오의 말이다. “하라미야비아는 하라미야류 그룹의 조상 형태를 확실하게 해주었고, 이제는 확실하게 포유류 계통수의 뿌리 쪽에 위치하게 되었습니다.”

연구팀은 또 2억1천만 년 전에 하라미야비아의 이빨이 어떻게 기능했는지를 보여주는 가상 애니메이션도 제작했다. 주사전자현미경을 이용한 분석에서 하라미야비아가 식물을 자를 수 있는 앞니와 식물성 먹이를 가는 데 쓰이는 뺨 쪽의 이빨을 포함하여 초식에 적합한 복잡한 구조의 이빨을 가지고 있다는 것이 밝혀졌다. 초식성 포유류들은 이후 이와 비슷한 복잡한 이빨 구조를 진화시켰으나 하라미야류의 직계후손은 아니다. 수렴진화의 놀라운 예인 것이다.

섭식 습관으로 인해 하라미야비아는 포유류 조상들 중 최초의 초식동물이 되었으며 이로 인해 곤충이나 벌레를 주로 먹는데 적응된 이빨을 가졌던 기타 초기 원시포유류 그룹들과는 뚜렷이 구분된다. 이것을 보면 포유류의 초기 조상들은 후일 포유류의 진화에도 영향을 끼친 다양한 생태적 지위들을 차지하도록 분화하여 트라이아스기에 이미 높은 다양성을 가지고 있었다는 것을 알 수 있다.

“90년대에 하라미야비아 화석을 연구했을 때는 글자 그대로 현미경을 들여다보면서 바늘로 (암석을) 긁어내야 했습니다. 스케치를 그리고 찰흙으로 모형을 만드는 데 수 개월에서 수 년까지 걸렸죠.” 슈빈의 말이다. “예전에 어떻게 작업을 했는지 돌이켜보고 지금 컴퓨터로 재구성하고 3D 프린터로 출력한 모형을 가지고 화석을 연구해보니 재미있네요. 오래전에 발견한 것이 신기술을 통해 어떤 식으로 완전히 바뀌는지를 잘 보여주는 놀라운 사례입니다.”

*역주: crown mammal 을 ‘상투군 포유류’ 로 번역한 것을 보고 ‘처음 들어보는 용어인데?’ 하고 의아해하셨다면… 맞습니다, 제가 그렇게 번역하기로 했습니다. stem group 은 줄기(동물)군, crown group 은 상투(동물)군으로 번역하고 있습니다. stem 을 줄기로 번역하는 것은 줄기세포 덕분에 큰 무리는 없으리라 생각하고, 나무의 꼭대기 부분인 crown (樹冠) 을 상투로 번역하는 것은 어색한 느낌이 없지않아 있습니다만… 혹시 압니까, 계속 쓰다 보면 익숙해질지. 더 좋은 번역어가 있다고 생각하시면 댓글로 알려주세요. 줄기와 상투와 기타 분지학적 개념들에 대해서는 조만간 소개할 기회가 있기를.

참고문헌

Zhe-Xi Luo, Stephen M. Gatesy, Farish A. Jenkins Jr., William W. Amaral, and Neil H. Shubin. Mandibular and dental characteristics of Late Triassic mammaliaform Haramiyavia and their ramifications for basal mammal evolution. PNAS, November 16, 2015 DOI: 10.1073/pnas.1519387112

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카테고리:번역, 고생물학, 사이언스 데일리, 포유류, 중생대

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