X-레이를 이용해 들여다본 딱정벌레 화석

[사이언스 데일리] 보통 사람들은 딱정벌레 화석을 보더라도 그저 돌멩이로라고만 생각할 것이다. 전문가들조차 수 밀리미터 정도 크기인 화석 외부의 모양을 대략적으로만 기술하는 데 그치기 쉽다. 카를스루에 공대의 ANKA 싱크로트론 방사원을 이용해 3천만 년 된 딱정벌레에 대하여 자세한 조사가 이루어졌다. 딱정벌레 화석 내부의 해부학적 구조를 상세하게 영상으로 만들어 딱정벌레의 가계도 분석이 가능할 정도였다. 연구에 이용되지 않았던 자연사 컬렉션에 담겨진 방대한 지식에 접근할 수 있는 길을 최신 영상기법이 열어준 것이다.

(2016년 2월 12일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 카를스루에 공과대학교

암석 (갈색) 속에 딱정벌레가 화석으로 보존되어 있다. 보존되기 어려운 연조직, 그리고 부서지기 쉬운 부속지 등이 3차원적으로 훌륭하게 보존되어 있다. Credit: A. Schwermann / Th. van de Kamp / KIT

암석 (갈색) 속에 딱정벌레가 화석으로 보존되어 있다. 보존되기 어려운 연조직, 그리고 부서지기 쉬운 부속지 등이 3차원적으로 훌륭하게 보존되어 있다. Credit: A. Schwermann / Th. van de Kamp / KIT

보통 사람들은 딱정벌레 화석을 보더라도 그저 돌멩이로라고만 생각할 것이다. 전문가들조차 수 밀리미터 정도 크기인 화석 외부의 모양을 대략적으로만 기술하는 데 그치기 쉽다. 카를스루에 공대의 ANKA (칼스루에 옹스트롬 소스, Angström Source Karlsruhe) 싱크로트론 방사원을 이용해 3천만 년 된 딱정벌레에 대하여 자세한 조사가 이루어졌다. 딱정벌레 화석 내부의 해부학적 구조를 상세하게 영상으로 만들어 딱정벌레의 가계도 분석이 가능할 정도였다. 연구결과는 학술지 이라이프 (eLife) 에 출판되었다. 연구에 이용되지 않았던 자연사 컬렉션에 담겨진 방대한 지식에 접근할 수 있는 길을 최신 영상기법이 열어준 것이다.

길이가 수 밀리미터 정도인 이 딱정벌레는 프랑스의 께르시에서 발견된, 백 년도 훨씬 더 된 화석 절지동물 컬렉션에서 온 것으로 이전에 이 컬렉션이 연구에 이용된 것은 1944년이었다. 겉에서 보기에는 표본의 보존상태가 안 좋았기 때문에 이 컬렉션에 포함된 화석들은 바젤 자연사박물관에 보관된 채 잊혀져가고 있었다.

과학자들은 현대적인 영상기법을 이용하여 이들 딱정벌레의 내부구조에 대한 자세한 정보를 얻어내는 데 성공했다. 연구자들은 이 화석을 카를스루에 공과대학의 ANKA 싱크로트론 방사원에서 X레이 마이크로토모그래피를 이용해 조사했다. 싱크로트론을 이용하여 최초로 안쪽이 보이지 않는 이 화석들의 가장 깊숙한 곳까지 3차원적인 영상을 얻어낼 수 있었다. “실제 측정은 몇 초 밖에 걸리지 않았습니다.” 프로젝트의 공동 리더였던 카를스루에 공대 싱크로트론 방사 응용연구실의 토마스 반 데 캄프의 말이다. 측정하는 동안 표본은 X레이 안에서 회전하며 여러 방향에서 조사가 이루어진다. 향후에 측정의 자동화도를 높이면 자연사 컬렉션의 표본들을 더 빠른 속도로 조사할 수 있게 될 것이다. 측정 이후에는 3차원 물체의 영상이 디지털적으로 재구성되는데, 이 과정에서 많은 비용이 든다. “자료처리와 수작업으로 이루어지는 디지털 표본의 재구성에는 토모그래피라는 도구와 관련된 노하우, 그리고 조사 대상에 대한 생물학적 지식이 필요합니다.”

ANKA 싱크로트론 방사원의 엄청나게 높은 해상도 덕분에 딱정벌레 화석의 형태를 수 마이크로미터 수준까지 자세히 영상으로 얻어낼 수 있게 되었다. 이로 인해 과학자들은 최초로 화석 딱정벌레를 분류학적으로 기재하고 내부 기관을 현대적인 기준에 따라 마치 지금 존재하고 있는 종의 표본처럼 평가할 수 있게 되었다. 화석 딱정벌레의 X-레이 토모그래피 결과에서는 입, 목구멍, 내장, 성기, 그리고 복잡한 기관망까지 살펴볼 수 있었다. 이에 따라 가계도 분석을 위한 자료를 얻을 수 있었고, 오늘날에도 존재하고 있는 딱정벌레의 한 과인 광대딱정벌레 (clown beetle, 풍뎅이붙이과) 내에서 이 화석종이 어떤 위치를 차지하고 있었는지에 대해서도 수정 및 재평가가 이루어질 수 있었다.

화석 딱정벌레 영상의 해상도는 일반적으로 화석 절지동물에 대해 얻어질 수 있는 정도를 훌쩍 뛰어넘는 것이었다. “연조직의 보존상태가 아주 뛰어나서 이 딱정벌레가 무척 짧은 시간 안에, 아마도 수 시간이나 며칠 내에 보존이 이루어졌다는 것을 알 수 있었습니다.” 본 대학 슈타인만 연구소의 고생물학자이자 프로젝트의 공동 리더였던 아킴 슈베르만의 말이다. 여전히 일부가 암석 속에 들어있던 화석 딱정벌레 하나는 외골격의 구조를 보여주고 있다. 여기에 붙어있던 암석은 딱정벌레의 외부가 어떤 모습이었는지를 보여준다. 놀랍게도 겉으로 보기에는 최악의 보존상태에 있는 딱정벌레가 내부에서는 최고의 보존상태를 보여주었다. 화석을 감싸고 있는 암석이 내부 구조 및 부서지기 쉬운 부속지들을 외부 환경의 영향으로부터 보호해준 것이다. “풍뎅이붙이의 내부를 이렇게 자세히 볼 수 있었던 것은 처음입니다.” 풍뎅이붙이 전문가인 미국 사우스캐롤라이나 클렘슨 대학의 마이클 카테리노의 말이다.

프랑스 께르시에서 발견된 이 화석 절지동물은 1940년대에 처음 연구되었을 당시 보존상태가 좋지 않은 것으로 알려졌으나 오래된 이 화석 컬렉션은 이제 아주 귀중한 발견물이 되었다. “이번 연구로 인해 과학자들이 박물관과 대학에 보관되어 있는 오래된 컬렉션을 다시 보게 된 셈입니다.” 슈베르만과 반 데 캄프의 말이다. 이들의 연구팀은 이와 비슷하게 보존된 다른 화석들을 조사할 계획이다. 께르시의 딱정벌레가 70년 이상 누구의 눈에도 띄지 않은 채 잊혀져 있었다는 점에서 오래된 컬렉션의 가능성을 확인한 것이다.

“모든 요소들을 최적으로 조정하면 의료용 컴퓨터 토모그래피와 비교했을 때 아주 뛰어난 영상 품질을 얻어낼 수 있습니다.” 카를스루에 공과대학의 빔 물리학 및 기술 연구소 (Institute for Beam Physics and Technology) 의 토미 도스 산토스 롤로의 말이다. 싱크로트론은 가장 강력한 X-레이 및 적외선의 방사원이며 과학 및 산업 모두에 걸쳐 연구에 가장 많이 쓰이고 있다. 싱크로트론에서 나오는 편광된 빛의 파동은 생물학, 의학, 화학 및 물리학의 세계에 독특한 통찰을 가져다주며 물질의 비파괴 분석 등에 이용될 수 있다. ANKA 와 같은 시설에서 싱크로트론 방사는 빠르게 움직이는 전자를 자기장 안에서 가속시켜 만들어진다.

참고문헌

Achim H Schwermann, Tomy dos Santos Rolo, Michael S Caterino, Günter Bechly, Heiko Schmied, Tilo Baumbach, Thomas van de Kamp. Preservation of three-dimensional anatomy in phosphatized fossil arthropods enriches evolutionary inference. eLife, 2016; 5 DOI: 10.7554/eLife.12129

Advertisements


카테고리:번역, 고생물학, 사이언스 데일리, 신생대, 절지동물

태그:, , , , ,

답글 남기기

아래 항목을 채우거나 오른쪽 아이콘 중 하나를 클릭하여 로그 인 하세요:

WordPress.com 로고

WordPress.com의 계정을 사용하여 댓글을 남깁니다. 로그아웃 / 변경 )

Twitter 사진

Twitter의 계정을 사용하여 댓글을 남깁니다. 로그아웃 / 변경 )

Facebook 사진

Facebook의 계정을 사용하여 댓글을 남깁니다. 로그아웃 / 변경 )

Google+ photo

Google+의 계정을 사용하여 댓글을 남깁니다. 로그아웃 / 변경 )

%s에 연결하는 중

%d 블로거가 이것을 좋아합니다: