위장한 공룡

그림 김명호

공룡의 삶에 관한 이야기는 화석화된 색소를 가지고 설명할 수 있지만, 과학자들은 아직도 색소를 해석하는 방법에 대해 논쟁을 벌이고 있다.

2016년 9월에 고생물학자들은 멜라닌소체(melanosomes) 잔류물로 공룡의 서식처를 추론했다. 멜라닌소체는 피부에 있는, 색소를 함유한 세포소기관이다. 골든래트리버 크기 정도의 얼룩덜룩한 공룡인 프시타코사우루스(Psittacosaurus)는 위장 무늬를 가졌고, 이는 아마도 숲속에 숨는 데 도움이 됐을 거라고 제이콥 빈더(Jakob Vinther)와 동료들은 말한다.

영국 브리스톨 대학의 빈더는 프시타코사우루스가 “먹이 사슬의 밑바닥에 있었다”고 말한다. “그들은 눈에 띄지 않아야 했습니다.”

고대 색소(ancient pigments)를 식별하는 것은 공룡 생물학에 관한 새로운 세계를 열어줄 것이며 공룡의 생활 습관에 대한 여러 의문에 해답을 줄 수 있다고 케임브리지 대학의 동물학자 한나 로랜드(Hannah Rowland)는 말한다. “화석을 이용할 수 있습니다……. 그리고 화석화된 색소 패턴으로 공룡 삶의 역사를 추측할 수 있습니다.”라고 그녀는 말한다. “정말 흥미로운 일입니다.”

노스캐롤라이나 주립대학의 고생물학자 마리 슈바이쳐(Mary Schweitzer)는 너무 성급하다고 말한다. 어떤 경우에는 멜라닌소체로 보이는 미세구조가 실제 미생물일 수 있다고 그녀는 말한다. “한쪽의 데이터를 폐기하기 전까진 두 가설 모두 타당성은 남아있습니다.” 그때까지는 고대 색소를 이용한 공룡의 생활 양식 추론은 불가능하다고 그녀는 말한다.

화석의 색소에 관한 연구와 그것이 고생물에 대해 무엇을 밝혀낼 수 있는지는 고생물의 색 분야에서 오랫동안 논쟁의 대상이었다. 빈더의 연구는 이에 관한 가장 최신의 연구로 2016년 9월 26일 <커런트 바이올로지(Current Biology)>에 발표되었다. 그의 팀이 발견한 것에 대한 논란과 화석화된 멜라닌소체를 명확하게 식별하는 데 필요한 것이 무엇인지는 최근 고생물 색 분야가 처한 위기를 가리킨다.

그러나 위기를 해결한다면 그 성과는 명확하다. 고대 색소는 공룡의 진화와 서식지, 행동에 관한 단서를 제공하고, 그들의 삶에 대한 생생한 그림을 그릴 수 있다.

“이 연구는 과거를 보는 방법에 관한 퍼즐에서의 핵심적이고 새로운 조각입니다.” 빈더는 말한다.

떠오르는 분야

과학자들은 수 세기 동안 과거의 동물에 대해 의문을 제기했다. 그러나 8년 전, 고생물학은 정신이 번쩍 드는 소식을 들었다. 그것은 빈더와 동료들이 1억 2천 만 년 전 깃털 화석에서 발견한 미세한 구조물이 사실상 멜라닌소체의 한 유형이라는 제안이었다. 이러한 색소 주머니는 색소 세포 안에 있으며, 이 특정한 화석 깃털은 검은 새에서처럼 거무스레한 색을 띠었다.

과학자들은 1980년대 초부터 화석화된 피부와 깃털의 내부에서 유사한 구조를 발견했다. 그러나 사람들은 이러한 구조가 박테리아의 잔재라고 추측했다. 아마도 죽은 동물을 먹어치우는 분해자일 거라고 독일 본 대학의 고생물학자 마틴 샌더(Martin Sander)는 말한다.

이에 대해 새롭고 다양한 해석은 연구의 급격한 증가를 촉발하였고, 과학자들은 이후 모든 종류의 화석화된 동물에서 멜라닌소체로 보이는 것을 발견했다. 실제로 고생물학은 현재 색상과 무늬에 있어 풍부하다. 색소 주머니는 쥐라기 말기 수각류의 얼굴에서 적갈색 반점을, 중국의 긴 꼬리 공룡의 잔털에선 밤색 줄무늬 그리고 미크로랍토르(Microraptor)라 부르는 4개의 날개를 가진 공룡의 깃털에선 무지갯빛을 만드는 것 같다. 그 반짝이는 공룡은 “아마도 몸 전체에서 걸쳐 약하며 윤기 나는 무지갯빛을 가졌을 것”이라고 벨기에 겐트 대학의 진화생물학자 매튜 쇼키(Matthew Shawkey)은 말한다. 그의 팀은 미크로랍토르의 멜라닌소체 형태로부터 색을 추론했다.

현대 멜라닌소체는 일반적으로 두 개의 멜라닌 색소 혼합물을 가지고 있다. 진한 갈색-검은 유멜라닌(eumelanin)과 적-황색 페오멜라닌(pheomelanin)이다. 과학자들은 포유류와 새에서 나타나는 색을 멜라닌소체의 형태와 연결지었다. 예를 들어 붉은 갈색빛은 미트볼 모양이고 어두운 색상은 소시지 모양이다.

무지갯빛의 깃털에서 멜라닌소체는 더 얇아지는 경향이 있다고 쇼키는 말한다. 미크로랍토르의 멜라닌소체는 얇은 소시지처럼 보였다. 이는 현대의 까마귀와 큰 까마귀의 깃털에서의 것과 유사하다고 쇼키는 말한다. 그는 빈더와 동료들과 함께 2012년 <사이언스>에 이 연구 결과를 보고했다.

3년 후 빈더는 <바이오에세이(Bioessays)>에 발표한 리뷰에서 화석화된 색소에서 색상과 고대 역사를 추론하는 사례를 제시했다. 멜라닌소체의 특유 모양은 단서를 제공할 뿐만 아니라, 화학적 테스트는 멜라닌 자체의 존재를 감지하는 데 도움이 될 수 있다고 그는 지적했다. 화석에서 이러한 색소의 발견은 오래된 박테리아 가설을 잠재울 수 있다고 그는 주장한다.

슈바이쳐와 동료들은 2015년 후반 <바이오에세이>에 발표한 리뷰에서 빈더의 연구에 동의하지 않았다.

그들은 논문에서 연구자들은 멸종된 동물의 색을 추론할 때 신중히 해야 한다고 썼다. 화석화된 깃털이나 피부에서 멜라닌소체처럼 보이는 것은 실제로 미생물일 수 있다.

결국, 미생물은 곳곳에 존재한다. “이 동물들은 미생물이 없거나 살균된 환경에서 죽은 것이 아닙니다.” 슈바이쳐는 말한다. “생각해 보세요. 만약 당신이 닭고기 한 조각을 뒷마당에 버리면 거기에 미생물이 증식하는데, 얼마나 걸리겠습니까?”

이 작은 유기체들은 또한 강인하다. 미생물과 그들이 만들어내는 끈적끈적한 생물 막(biofilm)은 모두 화석 기록에 남아있다. 그리고 미생물과 멜라닌소체는 형태와 크기에 있어 완전히 겹치기 때문에 두 개를 구별하기는 힘들다고 슈바이쳐는 말한다. 게다가, 일부 미생물은 실제로 스스로 멜라닌을 만들어 내기 때문에 화석에서 색소의 발견은 그 고대 생물이 검은색, 갈색 혹은 주황색이었다는 것의 흔들림 없는 단서가 아니다.

슈바이처 혹은 <바이오에세이>에 발표한 논문의 공저자인 스웨덴의 룬드대학 지질학자인 요한 린드그렌(Johan Lindgren)는 멜라닌소체가 화석기록에 흔적을 남길 수 있다는 것을 의심하지 않는다. 그 문제에서 린드그렌은 당신이 발견한 둥근 구조가 반드시 멜라닌소체인 것은 아니라고 말한다.

화학적 테스트는 그 두 가지를 구별하는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 박테리아는 열분해 가스 크로마토그래피-질량 분석법으로 확인할 수 있는 흔적을 남긴다. 그러나 테스트는 샘플이 기화되는 것을 감수해야 한다. “그건 당신이 연구하는 많은 것을 파괴할 수 있음을 의미합니다.” 영국 맨체스터 대학의 지구화학자인 로버트 워겔리우스(Robert Wogelius)는 말한다. “그래서 그 방법이 항상 가능한 것은 아닙니다.”

빈더의 새로운 연구는 논쟁을 해결할 가능성이 없다. 실제로 사람들은 2016년 10월 솔트레이크 시티에서 열린 척추동물 고생물학회에서 양측은 논쟁을 벌였다.

빈더의 동료인 브리스톨 대학의 에이린덤 로이(Arindam Roy)는 실험실에서 화석화된 멜라닌소체와 부패하는 닭 깃털에서 증식하는 박테리아 사이의 크기 차이를 보고했다. 슈바이처의 노스 캐롤라이나 주립대학 동료인 앨리슨 모이어(Alison Moyer)는 그런 걸로는 충분하지 않다고 말했다. 일반적으로 멜라닌소체를 둘러싸고 있는 단백질인 케라틴을 찾는 것이 화석에서 색소의 증거가 될 수 있다.

 

색에서 위장 색까지

빈더의 새로운 논문에서 묘사한 화석은 “장관”이라고 슈바이쳐는 말한다. “부위 이곳저곳에 피부가 있었습니다. 나는 이렇게 많은 부위가 보존된 공룡 표본을 떠올릴 수 없습니다.”

그 공룡은 화산암판에 평평하게 뒤쪽에 놓여 있었다. 피부는 완전히 손상되지 않은 뼈대를 덮고 있으며 꼬리로부터 수십 개의 길고 뻣뻣한 털이 뻗어 나와 있었다. 1억 2천만 년 전에 살았던 초식동물인 프시타코사우루스는 두 개의 다리로 걷고 키는 약 0.5ｍ에 이른다.

이 공룡은 매우 빠른 동물이었을 것입니다.” 빈더는 말한다. “넓은 얼굴을 가지고 있으며 E.T와 약간 닮았습니다.”

공룡의 몸, 꼬리, 얼굴에 검은 물질의 반점이 있다. 빈더는 그 물질이 고대 색소의 잔류물이라고 믿는다. 그의 팀은 화석에서 떨어져나온 샘플을 조사한 결과 화석에서뿐만 아니라 일부 미생물에서 보통 볼 수 있는 3차원 구조의 흔적인, 의심할 여지 없이 멜라닌소체의 구형 모양으로 여긴 것으로 보인다.

공룡의 색소 패턴을 기반으로, 그것은 어두운색의 등을 가졌고, 배로 갈수록 점점 밝은색을 가졌을 것이다. 그런 유형의 색소는 카운터쉐이딩(countershading)이라고 부르며, 펭귄에서 물고기에 이르기까지 동물에서 나타나는 위장의 한 형태로 작용할 수 있다. 일반적으로 그림자가 지는 신체 부위의 색을 밝게 하고, 빛에 노출되는 부분을 어둡게 한다. “당신이 숨고 싶다면, 그림자를 제거하는 것이 합리적입니다.”로랜드는 말한다.

산란광에 대한 그들의 예측은 프시타코사우루스와 같은 색 패턴 모델과 일치한다. “이 공룡은 숲에 사는 동물에서 볼 수 있는 색 패턴과 비슷합니다. 이 공룡은 위장했습니다.” 빈더는 말한다.

 

계속되는 의심 

다른 과학자들에 따르면 화석만으로 서식지를 숲으로 추론하는 건 비약일 수 있다고 한다.

프시타코사우루스의 피부는 고대 색소를 가지고 있을 수 있다고 우겔리우스는 말한다. “그 결론이 터무니없다고 생각하지는 않습니다.” 그는 빈더의 그룹에 관해 말을 덧붙인다. “단, 그들이 주장하는 것을 증명했다고 생각하지는 않습니다.”

예를 들어 빈더의 팀은 단지 4개의 작은 화석 샘플을 사용하여 공룡 전체의 색을 추정했다. “그건 약간 도를 넘어섰다고 생각합니다.” 우겔리우스는 말한다.

또한 슈바이쳐는 뼈와 연한 조직을 보호하기 위해 표본에 니스 처리(varnished)가 되었음을 지적했다. 빈더와 동료들이 공룡을 발굴하기 전에 일어난 일이며, 색소에 관한 주장을 뒷받침할 수 있는 화학적 테스트를 수행하지 못하게 만들었다. “니스 처리는 화석을 끔찍하게 파괴합니다. 다른 유형의 분석을 위해 화석을 완전히 파괴합니다.” 그녀는 말한다.

빈더는 그의 팀이 다른 화석을 화학적으로 분석했으며, 박테리아가 아닌 멜라닌의 증거를 발견했다고 주장했다. 그 화석에 있는 미생물은 프시타코사우루스의 것처럼 보인다고 그는 말한다.

빈더의 팀은 또한 단지 한 종류의 미세소체(microbody) 만을 찾았으며, 독특한 둥근 모양을 가지고 있었다. 그 구조물이 실제 박테리아라면, 그들에게서 관찰되는 모든 범위에서의 모양과 크기를 볼 수 있어야 한다고 빈더는 말한다. “박테리아에는 코르크 마개 모양도 있고, 편모가 있는 것도 있고, 어떤 것은 거대할 것이며, 어떤 것은 작을 것입니다.”

그건 박테리아에서 쉽게 예상할 수 없는 부분이라고 린드그렌은 반박한다. “어떤 경우에는 여러 유형이 포함된 거대한 군집을 가질 수 있지만, 다른 경우에는 하나의 단일 유형만이 있을 수 있습니다.”

빈더의 해석을 지지하는 사람들이 있다. “처음에는 회의적이었습니다. 그러나 지금은 그러한 일련의 미세소체 중 최소한 일부는 박테리아가 아닌 것이 분명합니다.” 샌더는 말한다. 일부에선 논쟁이 계속되고 있음에도 불구하고 많은 고생물학자가 현재 화석에서의 미세구조물이 멜라닌소체일 수 있다는 것을 받아들이고 있다고 샌더는 말한다.

추가적인 연구는 “그래서 더는 의심의 여지가 없다면 고생물학계 전체에 도움이 될 것”이라고 그는 말한다.

화학적 테스트와 함께 연구자들이 얇게 썬 샘플에 전자빔을 분사하는 투과 전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)을 시도할 수 있다고 슈바이처는 제안한다. TEA를 사용하면 멜라닌소체는 검은 얼룩처럼 보인다. 박테리아는 다르게 보이는 경향이 있다. 어떤 경우엔 튀긴 달걀과 비슷하게 보인다.

우선 쇼키는 화학적 테스트를 생각하고 있다. 2016년 11월 14일 <고생물학(Palaeontology)> 저널 온라인으로 출간된 논문에서 그의 연구팀은 약 1억 2천만 년 전에 죽은 새의 깃털 색에 대한 사례를 구축하는 데 도움이 되는 라만 분광법이라는 기법을 사용했다. 그 깃털에서 연구자들은 얇은 소시지 모양의 무지갯빛 멜라닌 소체와 유멜라닌의 화학적 징후를 발견했다. 쇼키는 화학적 증거가 “우리가 맞닥뜨리는 일부 비판을 피하는 데 도움이 될 수 있다”고 생각한다.

그 문제를 연구하면서 고생물학자들은 색과 색조, 그리고 잠재적으로는 최근까지 뼈를 통해 주로 알려져 왔던 고대동물의 생활습관과 서식지에 관한 지식을 채우는 데 함께 할 수 있다. (번역 김명호)

 

* 번역 원문

Meghan Rosen. Dinosaurs may have used color as camouflage. Science News, November 16, 2016. (https://www.sciencenews.org/article/dinosaurs-may-have-used-color-camouflage)