중생대 바다에는 수장룡(플레시오사우루스), 어룡, 모사사우루스 같은 대형 해양 파충류가 번성했다. 이 가운데 수장룡은 약 2억년 전부터 6600만년 전까지 거의 1억 4000만년 동안 바다를 누비며 매우 다양한 형태로 진화했다. 과학자들은 수장룡이 형태만 다양한 게 아니라 먹고 사는 방식과 생태적 지위도 서로 달랐을 것으로 추정해 왔지만, 이를 뒷받침할 직접적인 증거는 많지 않았다. 고생물학자 더크 크나우스트 박사는 수장룡의 ‘토사물 화석’을 조사해 이들이 어떻게 먹이를 섭취했는지 연구했다. 토사물 화석은 고대 생물이 소화하지 못한 부분을 토해낸 물질이 화석으로 남은 것으로, 배설물 화석인 ‘분변 화석’과 함께 고대 생물의 식성을 알려주는 중요한 단서가 된다. 연구팀은 노르웨이 해안에서 약 50㎞ 떨어진 트롤 가스·유전 지대 주변의 1억 6000만년 전 쥐라기 하구 퇴적층에서 20개 이상의 토사물 화석 덩어리를 발견했다. 분석 결과 이 화석의 주인공은 몸길이 4~8m 정도인 크립토클리드과 수장룡일 가능성이 가장 높은 것으로 나타났다. 이 그룹은 중기 쥐라기부터 전기 백악기까지(약 1억 7400만년 전~1억 500만년 전) 살았다. 토사물 화석은 점액에 싸여 있어 비교적 잘 뭉쳐 있고, 먹이가 덜 소화되어 비교적 온전한 형태를 지니는 경우가 많다. 이번에 발견된 화석들도 호두에서 망고 정도 크기였으며, 그 안에는 조개 같은 이매패류의 껍질, 바다 벌레인 세르풀리드의 껍데기, 해양 무척추동물인 크리노이드, 중생대 두족류인 벨렘나이트 등의 파편이 들어 있었다. 이를 통해 크립토클리드과 수장룡이 주로 바다 밑바닥에서 단단한 껍질을 지닌 먹이를 사냥했음을 알 수 있다. 이들은 이런 먹이를 삼킨 뒤 소화되지 않은 단단한 부분은 주기적으로 토해냈을 가능성이 높다. 이는 오늘날 조개를 먹는 일부 생물에서도 볼 수 있는 행동이다. 특히 화석에서 나온 이매패류는 염분이 일정한 깊은 바다에서 사는 종류였다. 화석이 발견된 강 하구처럼 염분이 자주 변하는 환경에서는 살 수 없는 생물들이다. 따라서 수장룡은 먼바다에서 먹이를 먹은 뒤 해안가 쪽으로 이동해 소화되지 않은 부분을 토해냈던 것으로 추정된다. 이번 연구는 수장룡 가운데 일부가 바다 밑바닥의 단단한 껍질 먹이를 전문적으로 먹었음을 보여준다. 높은 나뭇가지의 잎을 먹는 기린과 풀을 뜯는 얼룩말이 같은 초원에서 서로 다른 먹이를 나눠 먹듯이, 중생대 바다에서도 대형 해양 파충류들이 생태적 지위를 나눠 다양한 방식으로 공존하면서 살아갔을 가능성이 있다. 토사물은 일상에서는 별로 달갑지 않은 존재지만, 과학자들에게는 다른 방법으로는 얻기 어려운 소중한 정보를 전해주는 뜻밖의 선물이 될 수 있다.

폭풍이 몰아치면 바닷속 유기물이 해변으로 밀려오는 일이 흔하다. 육지에 사는 여러 생물은 이를 먹이로 활용하는 경우가 많다. ‘해양 보조’(MS)라는 이런 현상은 해안 생태계에서 흔하게 나타나며 육상 생태계에서 평소보다 먹이가 적을 때 동물들에게서 더욱 두드러진다. 그런데 중생대 공룡들도 해변으로 밀려온 해산물을 먹을거리 또는 간식거리로 즐겼을 것이라는 흥미로운 분석이 나왔다. 미국 아칸소대, 오번대, 노스캐롤라이나 자연사박물관, 시카고 필드 자연사박물관, 유타 자연사박물관, 오클라호마 자연사박물관, 남아프리카공화국 스텔렌보스대, 요하네스버그 비트바테르스란트대 공동 연구팀은 중생대 백악기에 살았던 육상 생물들은 오늘날 생물들과 비슷한 방식으로 해양 자원으로 식사를 보충했다는 것을 확인했다고 1일 밝혔다. 이는 해양 자원이 먹이사슬을 따라 공룡을 비롯한 육상 동물의 뼈와 이빨을 이루는 광물 속에서 확인할 수 있었다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘최신 생태학 및 진화학’ 9월 30일 자에 실렸다. 식물에는 C-12와 C-13이라는 탄소 동위원소가 포함돼 있다. 두 동위원소 비율을 나타낸 델타 탄소-13(δ13C)은 일종의 화학적 지문으로 먹이로 삼은 동물 몸으로 고스란히 넘어간다. 동물이 먹이를 먹으면 먹이의 δ13C 값이 이빨의 법랑질에 새겨지는데 이때 값이 먹이보다 높은 쪽으로 이동한다. 현생 동물의 이빨 법랑질에서 이 차이는 1000분의 11~13 정도다. 그런데 공룡 이빨에서는 이 차이가 일관되게 더 크게 나타나고 있다. 공룡 이빨의 δ13C 값은 육상 식물만 먹는 동물에게서 예상되는 수준보다 높았다. 육상 식물은 대부분 해양 식물보다 δ13C 값이 낮기 때문이다. 그래서 공룡 이빨에 대한 탄소 신호를 둘러싸고 고생물학자들의 궁금증이 더해 갔다. 연구팀은 이 수수께끼를 풀기 위해 약 1억 년 전 북미 대륙을 두 개의 땅덩어리로 갈라놓았던 거대한 내해(內海)인 ‘서부 내륙해’와 고대 멕시코만 해안선을 따라 한때 해안이었던 지역에서 나온 화석을 분석했다. 또 바다와 떨어진 내륙 지역 화석과도 비교했다. 이들 지역은 약 1억 1300만~1억 700만 년 전인 알비인절 초기 또는 약 1억 9600만 년 전인 세노마니안절 초기에 형성된 것으로 알려졌다. 연구팀은 화석에서 채취한 가루로 두 시기의 동위원소 조성을 분석하고 생물들이 살았던 위도도 추정했다. 그 결과 해안 지역 화석의 δ13C 값은 내륙 지층에서 나온 화석보다 높았을 뿐 아니라 위도나 시기와 관계없이 해안 지역끼리는 일관되게 비슷한 것으로 나타났다. 해안에 살던 생물들은 바다에서 온 유기물을 먹었거나 그것을 먹은 먹잇감을 먹었을 것으로 추정됐다. 이런 패턴이 물고기부터 초대형 초식동물까지 공통적으로 나타난다는 것은 추가 탄소 공급원이 먹이사슬 아랫단에 있어서 수생 동물과 육상 동물 모두에 영향을 미쳤다는 의미라고 연구팀은 설명했다. 이런 생물은 내륙이 아닌 해안 서식지에 살아야 하고 수백만 년 넘게 꾸준히 이용할 수 있어야 하는데 이런 두 조건을 모두 충족하는 생물은 대형 해조류나 해양 대형 수생식물인 바다풀 말고는 거의 없다. 연구팀에 따르면 오늘날 해안에 사는 대형 초식동물이 거의 예외 없이 해조류로 먹이를 보충한다는 점을 감안하면 이번에 분석 대상이 된 초식공룡 대부분도 다르지 않았을 것이다. 연구를 이끈 지질학자 클레이턴 포스터 미국 아칸소대 박사는 “이번 연구는 육상 생태계와 해양 생태계가 깊이 얽혀 있고 수억 년 동안 그래왔음을 보여준다”며 “시간과 공간을 가로지르는 환경적 연결고리가 얼마나 중요한지, 오늘날 그런 연결고리가 남아 있는 곳을 지키는 일이 얼마나 중요한지를 보여준다”고 설명했다.

티타노사우루스는 백악기 후기 대형 용각류 초식공룡으로 고위도 지역에서도 그 화석이 발견된다. 최근에는 1985년 영국 남극조사국(BAS) 탐사팀이 제임스로스섬에서 수집한 화석이 뒤늦게 티타노사우루스 화석으로 확인되어 화제가 되기도 했다. 당시 남극 대륙은 지금보다 위도가 낮았고 기후도 따뜻했지만, 이는 티타노사우루스가 상대적으로 추운 기후에서도 살 수 있었고 아마도 몸이 따뜻한 온혈동물일 가능성을 제시하는 증거로 주목받았다. 하지만 한 가지 곤란한 문제는 알이다. 공룡은 알을 낳아서 번식하는데, 티타노사우루스의 경우 덩치가 너무 크다 보니 새나 일부 수각류 공룡처럼 알을 직접 품을 수가 없다. 그렇다고 햇빛에 의해 자연적으로 부화하기에는 온도가 너무 낮은 환경이다. 최근 과학자들은 공룡이 이 문제에 대한 중요한 증거를 찾아냈다. 일본 쓰쿠바 대학의 다나카 고헤이 교수 연구팀은 2020년과 2024년에 아르헨티나 최남단 파타고니아의 초리요 지층에서 250개의 알 껍질 화석을 발견했다. 껍질만으로 정확한 종을 파악하기는 어렵지만, 연구팀은 현미경 분석을 통해 이것이 티타노사우루스류 공룡의 알 껍질 화석인 ‘푸시올리투스’(Fusioolithus)라는 점을 확인했다. 화석의 연대는 백악기 말기였다. 백악기 말에도 파타고니아는 남극에 가까운 고위도 지역으로 대략 남위 55도에서 60도에 있었다. 참고로 비교를 위해 설명하면 스톡홀름이나 헬싱키가 대략 북위 60도 부근에 위치한다. 이번에 발굴된 알 껍질 화석은 티타노사우루스류 알 화석 가운데 가장 고위도 지역에서 발견된 것이다. 지구는 당시 지금보다 따뜻해서 이 지역의 연평균 기온은 약 12도에서 14.5도였을 것으로 추정된다. 하지만 햇빛만으로 알이 부화하기에는 낮은 온도였다. 알이 어떻게 부화됐는지 알기 위해 연구팀은 현미경과 마이크로 컴퓨터단층촬영(CT)을 이용해 파편의 모양, 두께, 기공(숨구멍)을 분석했다. 연구 결과 알 껍질에는 촘촘한 기공이 존재했는데, 이는 알을 직접 품지 않고 둥지에 묻어두는 알의 패턴과 유사했다. 연구팀은 티타노사우루스 어미가 알을 땅에 묻어 두지는 않았을 것으로 판단했다. 그보다는 발달 중인 알에 열을 제공할 수 있는 식물 더미를 올려두었을 것으로 판단했다. 썩어가는 식물에서 발생하는 열을 이용하는 방법이 수십 톤에 달하는 어미가 알을 품는 것보다 합리적인 해결책이기 때문이다. 이번 연구는 티타노사우루스가 당시 고위도 지역까지 살수 있었던 비결과 함께 공룡이 환경에 잘 적응해서 살아가는 뛰어난 생물이라는 점을 보여준다. 공룡이 기후 변화나 환경 변화에 잘 적응하지 못해 멸종한 둔한 동물이라는 과거의 편견을 또다시 뒤집는 연구 결과가 아닐 수 없다.

‘트로오돈 포르모수스’(Troodon formosus)는 중생대 백악기 후기 북미 지역에서 살았던 사람 키 크기의 수각류 공룡이다. 알을 품고 새끼를 돌본 증거가 가장 잘 남은 공룡 중 하나이자 이름의 정당성을 놓고 170년째 다투고 있는 공룡이기도 하다. 시작은 지금으로부터 170년 전인 1865년 이빨 화석 한 점을 근거로 도마뱀류로 분류되고 이름이 지어지면서부터다. 문제는 이빨이 트로오돈을 다른 공룡과 구별해주지 못한다는 점이다. 이 때문에 2011년부터 여러 연구에서 이름을 새로 지어야 한다는 주장이 나왔다. 이런 상황에서 미국 몬태나 주립대 지구과학과, 노스캐롤라이나 주립대 생명과학과, 노스캐롤라이나 자연사박물관 공동 연구팀은 알 속 배아부터 다 자란 성체까지 다섯 세트의 화석을 통째로 분석해 이빨을 대신해 골반뼈, 뒷다리뼈 등 새로운 기준 표본의 해부학적 근거를 내놨다고 13일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 9월 10일 자에 실렸다. 연구팀은 몬태나 주립대 부설 로키스박물관이 소장한 다섯 세트 표본을 분석했다. 대퇴골 길이를 기준으로 33.8㎜인 알 속 배아, 126㎜인 생후 1년 미만 새끼, 한 살짜리 새끼, 여러 개체가 함께 묻힌 뼈층 ‘잭스 버스데이 사이트’, 알 무더기와 함께 발견된 320㎜의 성체다. 뼈조직학상 큰 개체들은 3~18세로 추정되며 지층 연대는 백악기 후기에 해당하는 7699만~7478만 년 전이다. 연구팀 분석 결과 가장 눈에 띄는 것은 성장에 따른 변화가 적었다는 점이다. 허벅지 뼈인 대퇴골 윗부분에 돌출돼 있는 두 개의 큰 돌기인 대전자, 소전자와 발가락뼈의 신근 같은 주요 구조는 배아 화석에서도 발견됐고 성체가 될 때까지 사라지거나 새로 생기지 않았다. 달라진 것은 비율로, 대퇴골 대 경골 길이 비율은 어린 개체 0.72에서 성체 0.89로 커졌고 뼈 표면은 다공성 질감에서 매끈한 질감으로 바뀐다. 이런 변화는 개체마다 제각각이 아니라 일정한 성장 단계에서 공통적으로 나타난다는 점에서 트로오돈 성장이 환경에 크게 변하지 않는 정해진 궤도를 따른다는 것을 보여준다. 이런 불변성은 다른 공룡의 신분을 가리는 잣대가 된다. 화석 연구에서는 크기가 다른 뼈가 나오면 두 종인지, 한 종의 새끼와 성체인지 가려내기가 쉽지 않다. 아시아에서는 같은 지층에서 트로오돈과 다른 공룡 여러 종이 발견될 때마다 “한 종의 성장 단계일 뿐”이라는 의심을 받았다. 연구팀은 다른 공룡에서는 트로오돈과 달리 극단적인 비율의 변화가 발생한다고 밝혔다. 그래서 별개 종으로 구분할 수 있게 되는 것이다. 중국 네이멍구에서 나온 린헤베나토르와 필로베나토르가 대표적이다. 연구팀은 필로베나토르가 린헤베나토르의 새끼이려면 자라는 동안 대퇴골 대비 발허리뼈 길이가 급격히 줄어들어야 하는데 트로오돈에서는 그런 극단적 변화가 없었던 만큼 별개 종으로 보는 편이 타당하다고 밝혔다. 다 자란 뒤에도 몸집은 제각각이었다. 뼈층에서 나온 정강이뼈 하나는 성체 표본보다 20%가량 길었다. 발 부위 병변도 두드러져 발허리뼈 3점, 발가락뼈 5점에서 병리 소견이 확인됐다. 성체급 표본만 놓고 보면 부위별 20~30%에 이른다. 트로오돈처럼 낫 발톱을 가진 드로마이오사우루스류에서도 드문 현상이어서 발을 쓰는 방식이 달랐다고 해석할 수 있다. 연구팀 관계자는 “생물의 학명은 실물 표본 하나에 묶여 있어야 하기 때문에 트로오돈의 이름을 짓게 된 것은 1856년의 이빨인데 이것만으로 트로오돈과 공룡이라는 사실까지만 알 수 있다”며 “이번 연구로 새로운 부분을 발견한 만큼 학명이 바뀌어야 할 것”이라고 설명했다.

국가유산청은 경북 청송군에 위치한 ‘청송 고와리 백석탄 돌개구멍’을 국가지정자연유산 천연기념물로 지정 예고했다고 11일 밝혔다. 돌개구멍은 흐르는 물의 침식 작용으로 하천 바닥의 기반암이 움푹 파이면서 만들어지는 원형 또는 원통형 침식지형이다. 청송 고와리 백석탄 돌개구멍은 유수의 침식 작용으로 형성된 대표적 하천 침식지형이다. 일반적으로 돌개구멍은 화성암이나 변성암으로 이뤄진 기반암에 발달한다. 그러나 백석탄 돌개구멍은 퇴적암 기반암에 형성돼 지형학적 희소성이 크고 보존 가치가 높다는 것이 국가유산청의 설명이다. 이 일대에서는 돌개구멍뿐 아니라 층리와 사층리 등 다양한 퇴적구조도 확인된다. 층리는 퇴적물이 평행하게 쌓여 형성된 구조이며, 사층리는 물이나 바람의 흐름에 따라 퇴적물이 비스듬히 쌓인 구조다. 국가유산청은 이 같은 지질 구조가 당시의 퇴적 환경과 하천 발달 과정을 보여주고, 중생대 백악기 경상누층군이 분포한 경상분지의 진화 과정을 이해하는 데 중요한 정보를 제공한다고 설명했다. 이 지형은 국내에서 비교적 드문 퇴적암 기반암 하상 지형으로, 지질·지형학적 가치와 경관·교육적 가치도 높게 평가된다. 국가유산청은 30일간 예고 기간에 의견을 수렴한 뒤 국가유산위원회 심의를 거쳐 천연기념물 지정 여부를 최종 결정할 예정이다.

중생대를 지배한 가장 강력한 육상 동물인 공룡도 사실 수많은 질병에 시달렸다. 주로 화석으로 남는 부분이 뼈이기 때문에 과학자들은 공룡의 질병에 대해서 제한적인 정보만 얻을 있지만, 그럼에도 각종 골절, 감염, 종양의 증거들을 발견했다. 이 가운데 일부는 매우 심각한 통증과 합병증을 유발했을 것이며, 이로 인해 사망에 이른 경우도 드물지 않았을 것이다. 스페인 국립 원격 교육 대학교(UNED)의 자비에 살라스-헤레라와 동료들은 스페인 동부 모렐라의 마스 데 라 파레타 채석장에서 발견된 초기 백악기 시대의 이구아노돈 베르니사르텐시스(Iguanodon bernissartensis) 화석을 조사하던 중 매우 심각한 감염의 흔적을 발견했다. 연구팀이 발견한 흔적은 정강이뼈 화석에서 발견됐는데, 뼈의 일부가 부풀어 올라 있었다. 이 융기는 정강이뼈 중앙을 따라 약 17.4㎝ 길이로 자라난 뼈의 과성장으로, 정강이뼈 길이의 약 17%에 해당했다. 이 병변을 분석하기 위해 연구팀은 화석을 병원에 가져가 고해상도 컴퓨터단층촬영(CT) 스캔을 통해 내부를 3차원적으로 재구성했다. 분석 결과 이는 골절이나 종양, 혹은 뼈 자체의 감염이 아니라 피부 궤양과 염증에 따른 2차적인 뼈의 과증식에 의한 것으로 나타났다. 과증식 범위가 큰 점으로 봐서 매우 큰 궤양이 생긴 것으로 추정된다. 연구팀은 궤양이 뼈의 골막 쪽으로 진행되면서 지속적인 통증이 발생했을 것으로 보고 있다. 아마도 통증은 보행 시 근육 압력에 의해 더 악화됐을 가능성이 높다. 이 공룡이 피부 궤양과 감염으로 인해 사망했는지는 명확하지 않지만, 이번 발견은 공룡에서 심각한 피부 궤양에 대한 드문 증거를 제공하고 있을 뿐 아니라 당시 공룡들이 다양한 질병과 상처에 노출되었다는 점을 보여준다. 동시에 이렇게 심한 상처에도 바로 죽지 않은 점을 보면 당시 공룡도 꽤 강인한 생명력을 지니고 있었음을 알 수 있다. 공룡도 아플 때가 많았겠지만, 그럼에도 살기 위해 노력하고 이겨낸 셈이다.

1억 년 전 지구는 지금과 많이 달랐다. 하늘에는 새가 있긴 했지만, 익룡도 함께 하늘을 날았고 바다에는 고래 같은 해양 포유류 대신 수장룡 같은 해양 파충류가 헤엄쳤다. 지상 역시 지금은 볼 수 없는 공룡이 육상 생태계를 지배했다. 하지만 당시에도 볼 수 있던 것은 어두운 밤을 밝히는 반딧불이다. 과학자들은 나무의 수지가 굳어 광물화된 ‘호박’(amber) 속에서 1억 년 전 반딧불이의 조상을 발견하고 이들이 현재의 후손과 비슷하게 발광 기관을 지니고 있다는 사실도 발견했다. 따라서 공룡도 밤중에 반짝이는 반딧불이의 모습을 볼 수 있었을 것이다. 하지만 어쩌면 반짝이는 목적은 지금과 달랐을 가능성도 있다. 브리스톨 대학교 박사 과정 학생인 리 얀다와 중국과학원 난징 지질고생물학연구소(NIGPAS)의 차이 천양 교수는 미얀마 카친 호박에서 발견된 신종 반딧불이인 ‘이카로라무스’(Icaroramus)를 연구하던 도중 예상치 못했던 새로운 사실을 발견했다. 연구팀이 발견한 반딧불이는 ‘이카로라무스 페리시’(Icaroramus perisi)라고 명명한 신종으로, 멸종된 크레토펜고디대과(Cretophengodidae)에 속하는 것으로 확인됐다. 연구팀은 잘 보존된 복부 발광 기관과 더불어 예외적으로 잘 보존된 더듬이를 자세히 분석했다. 사실 곤충의 더듬이는 매우 약한 실 같은 구조로 되어 있기 때문에 호박 속에 보존된 곤충 화석에서도 자세히 분석하기 쉽지 않다. 하지만 이 화석 표본은 12개의 마디로 이루어진 정교한 더듬이 구조를 잘 보존하고 있었다. 분석 결과 이 더듬이 구조는 현대의 반딧불이에서는 보기 힘든 복잡한 구조로 이카로라무스가 더듬이를 이용해서 화학적 의사소통에 특화되어 있다는 점을 보여줬다. 이것이 예외적인 이유는 복잡한 더듬이 구조는 페로몬을 이용한 짝짓기를 하는 곤충에서 볼 수 있는 특징이기 때문이다. 하지만 보통 반딧불이는 발광 신호를 이용해서 짝짓기를 하기 때문에 상대적으로 더듬이 구조는 단순하다. 이미 발광 기관에 많은 투자를 한 상태에서 페로몬에 추가 투자를 한다는 것은 낭비이기 때문이다. 연구팀은 이를 근거로 이카로라무스가 빛을 짝짓기가 아닌 다른 용도로 사용했을 가능성을 제시했다. 예를 들어 짝짓기는 페로몬으로 하고 빛은 먹지 말라는 경고 신호로 사용했을 가능성이다. 이 경우 독을 지니고 있었을 가능성도 있는데, 이는 현재의 반딧불이에서는 볼 수 없는 독특한 특징이다. 물론 발광 신호와 페로몬 신호를 동시에 짝짓기에 사용했을 가능성도 완전히 배제할 순 없지만, 연구팀은 반딧불이의 발광 기관의 진화가 이미 1억 년 전부터 시작되었을 뿐 아니라 생각보다 다양한 목적으로 사용되었을 가능성에 주목하고 있다. 우리가 생각하지 못했던 반딧불이의 반전이 아닐 수 없다.

6600만 년 전 현재의 유카탄반도 앞바다에 지름 10km 정도의 천체가 충돌했다. 이로 인해 새를 제외한 모든 공룡과 암모나이트, 익룡 등 지구 생명체의 75%가 사라졌다. 과학자들은 이 대충돌을 일으킨 천체의 정체에 대해 오랜 세월 갑론을박을 벌여왔다. 이와 관련해 2024년 마리오 피셔 괴테 독일 쾰른대 교수가 이끄는 국제 공동 연구팀은 국제 학술지 ‘사이언스’에 백악기 말 생물 대멸종을 일으킨 칙술루브 분화구를 만든 천체가 탄소질 소행성이라는 연구 결과를 발표했다. 이전까지 소행성과 혜성이라는 의견이 첨예하게 갈렸는데, 탄소질 소행성으로 용의자 폭을 좁힌 것이다. 최근에는 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학교(UBC)의 객원 교수인 필립 클레이스가 이끄는 유럽, 캐나다 합동 연구팀이 용의자의 범위를 더 좁은 범위로 특정해 탄소질 소행성 가운데서도 희귀한 존재인 ‘CO 콘드라이트’였다는 연구 결과를 과학 저널 ‘사이언스 어드밴스’에 발표했다. 연구팀은 소행성이 직접 충돌한 장소인 칙슬루브 크레이터와 전 세계 5곳의 충돌 잔해에서 니켈 동위원소를 정밀 분석했다. 이 분석을 통해 충돌체의 화학적 조성을 추정한 결과, 기존에 제기되었던 다른 후보(예: 일반적인 탄소질 콘드라이트나 다른 종류)와 비교해 CO 콘드라이트와 가장 잘 맞는다는 결과를 얻었다. CO 콘드라이트는 태양계 초기의 가장 원시적이고 변형이 적은 물질 중 하나로, 지구에서 발견되는 운석 중에서도 극히 드문 유형이다. 탄소질 콘드라이트 소행성 전체가 지구에 내려온 운석의 약 5% 정도밖에 되지 않는데, CO 콘드라이트는 더 드문 경우다. 이번 연구 결과는 단지 대멸종을 일으킨 소행성의 종류를 특정하는 데서 그치지 않는다. CO 콘드라이트는 다른 운석들에 비해 탄소, 아연, 물, 특히 황과 같은 휘발성 원소가 훨씬 적다. 과거 일부 과학자들은 소행성에 풍부한 황 성분이 충돌 후 황산 에어로졸을 발생시켜 지구 기온을 크게 떨어뜨렸을 가능성을 제기했다. 이로 인해 더 파괴적인 대멸종이 일어났다는 가설이다. 하지만 이번 결과는 황산 에어로졸로 인한 기후 한랭화는 생각보다 심하지 않았을 가능성을 제기한다. 그보다는 대기 중으로 흩뿌려진 미세 파편들이 대멸종의 주요 원인으로 풀이된다. 공룡 멸종의 결정적 원인이 소행성 충돌이라는 사실을 밝혀낸 지 이미 수십 년의 세월이 흘렀지만, 이에 관련된 연구는 현재도 활발히 진행되고 있다. 과학자들은 연구를 통해 대멸종의 자세한 원인과 그럼에도 일부 동식물이 생존해 신생대를 개척한 이유를 조금씩 명확히 알아내고 있다.

구약성서에는 최초의 인간 아담과 하와가 등장한다. 이들과 함께 또 하나의 존재가 있는데 바로 하와에게 금단의 열매를 먹게 유혹해 낙원을 쫓겨나게 만드는 뱀이다. 화가들이 그린 그림이나 문학작품 속 묘사에서는 뱀은 나무나 땅 위를 기어다니는 것으로 묘사됐다. 그런데 초기 뱀은 땅 위가 아닌 두더지처럼 땅속에서 생활했을 것이라는 재미있는 연구가 나왔다. 미국 프린스턴대, LA 자연사 박물관, 독일 슈투트가르트 자연사박물관, 핀란드 헬싱키대 생명공학 연구소, 호주 오스트레일리안 국립대, 빅토리아 박물관, 브라질 상파울로대, 팜파 연방대, 아르헨티나 국립자연과학박물관, 칠레 포유류 초기 진화 연구소 공동 연구팀은 브라질에서 새로 확인된 뱀 종이 계통선(stem line)에서 분기된 가장 오래된 뱀일 가능성이 있다고 24일 밝혔다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 7월 23일 자에 실렸다. 뱀의 기원과 초기 진화에 대해서는 진화생물학계에서 오랜 논쟁의 대상이었다. 학계에서는 뱀이 쥐라기 중기인 약 1억 6000만 년 무렵에 출현해 백악기에 다양하게 분화했을 것이라는 점에 대해서는 의견 일치를 보이고 있다. 하지만 뱀이 처음에 살았던 서식지가 어디인지에 대해서는 여전히 논란이다. 연구팀은 브라질 남동부 후기 백악기 지층에서 새로운 뱀 종을 발견하고 ‘타메타라 미림’이라는 학명을 붙였다. 이 표본은 3차원 형태의 머리뼈와 몸통이 잘 보존돼 있으며 브라질에서는 처음으로 발견된 관절이 연결된 뱀 화석이다. 연구팀은 고해상도 마이크로 컴퓨터단층(CT) 촬영과 3차원 기하학적 형태측정학(3D GMM) 기술로 화석의 신경해부학적 세부 구조를 복원했다. 그 결과, 약 8500만 년에서 7500만 년 전 분기됐을 것으로 보이는 타메타라 미림은 두개골 형태상 굴을 파고 사는 동물이었던 것으로 확인됐다. 또 뱀의 뇌 구조는 멸종된 고대 뱀이나 현존하는 뱀들과도 상당히 달랐는데 이는 초기 뱀 진화과정에서 뇌 해부학적 형태가 매우 다양하고 광범위했음을 의미한다. 연구팀에 따르면 초기 뱀의 진화는 기존에 인식했던 것처럼 단일하고 선형적 사건으로 이뤄진 것이 아니라 훨씬 역동적이었다. 역동적 진화로 서식지 이용과 감각 생태학 측면에서 반복적 변화를 수반했으며 여러 계통이 다종다양한 생활 방식을 독립적으로 개척해 나간 생태적 역사의 산물이라고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 티아구스 시몽이스 프린스턴대 교수는 “기존에는 뱀의 초기 진화가 해양, 땅속, 지표면 중 어느 하나의 생태적 환경에서 단일하게 기원했다는 논쟁이 있었으나 이번 연구는 초기 뱀의 진화가 단일하고 선형적 형태로 진화한 것이 아니라는 점을 보여준다”고 설명했다.

죽은 생물은 보통 흙으로 돌아간다. 다만 극히 일부 사체는 썩기 전에 광물화돼 화석으로 영원히 남는다. 일반적으로 생물은 죽은 뒤 급격히 매몰될수록 부패가 적어 보존 상태가 우수해지는 것으로 알려져 있다. 하지만 모든 경우에 이 원칙이 적용되는 것은 아니다. 거대한 몸집을 가진 공룡은 죽은 뒤 수주에서 수년 동안 지표면에 노출돼 있다가 매몰되더라도 남은 뼈가 워낙 커 화석으로 보존되는 경우도 있다. 오랜 시간 외부 환경에 사체가 노출된 경우 간혹 그 과정을 알아낼 수 있는 단서가 화석에 남기도 한다. 예를 들어 곤충이나 다른 동물이 파먹은 흔적이다. 스페인 바르셀로나 대학교 지구과학부 및 생물 다양성 연구소(IRBio)의 자인 벨라우스테기 교수가 이끄는 연구팀은 최근 학술지 ‘지구 과학 리뷰’(Earth-Science Reviews)를 통해 7000만 년 전 백악기 후기 스페인 로 우에코(Lo Hueco) 유적지에서 발견된 거대 용각류 초식공룡인 티타노사우루스(titanosaur) 뼈와 피부 갑옷(골판)에서 곤충에 의한 생물 침식 구조를 확인했다고 발표했다. 연구팀은 뼈에 남겨진 반구형 또는 주머니 모양의 구멍을 확인하고 이를 정밀 분석해 이 흔적들이 과거 딱정벌레과 곤충의 활동으로 만들어진 것임을 밝혀냈다. 현재도 동물 사체를 전문적으로 분해하는 곤충들이 있는데, 특히 공룡 뼈에 난 구멍은 현대의 딱정벌레 유충인 ‘데르메스테스 프리스키’(Dermestes frischii)가 사체를 분해하며 만드는 구조와 매우 유사했다. 실험 결과 이는 자연 상태에서 최소 240시간 이상 노출된 후에 생길 수 있는 구조로 공룡 사체가 뼈만 남은 상태에서도 상당히 오래 노출됐다는 증거다. 그동안 과학자들은 많은 화석이 발굴된 로 우에코 지역에서 티타노사우루스 사체가 홍수 등에 의해 급격히 매몰됐을 것으로 추정해 왔다. 그러나 이번 발견을 통해 실제로는 거대 초식공룡의 사체가 육식동물에 의해 뜯어 먹힌 후에도 큰 뼈가 오랫동안 노출된 상태로 있었고 이후 홍수에 의해 이 뼈들이 휩쓸려 나가거나 혹은 흘러내린 토사에 의해 매몰됐다는 사실을 확인했다. 당시 이 지역은 강과 호수가 있고 주기적으로 홍수가 발생하면 침수되는 범람원이었다. 과학자들은 이번 연구를 통해 당시 생태계의 모습을 더 정확하게 재구성할 수 있게 됐다. 현재 비슷한 환경인 아프리카 초원 지대에서 대형 초식동물이 죽으면 우선 사자 같은 대형 포식자들이 먼저 고기를 먹고 이후에는 하이에나나 독수리 같은 시체 청소부 동물들이 남은 살코기를 먹는다. 남은 뼈와 유기물은 곤충과 세균들이 처리하고 그래도 남은 부분은 백골로 남게 된다. 이번 연구는 이미 7000만 년 전에 이런 생물 자원의 분해와 순환 생태계가 존재했다는 점을 보여주는 중요한 증거를 제시했다. 그리고 화석화 과정이 과거 생각처럼 대부분 단순 매몰에 의한 것이 아니라는 점도 보여줬다. 벨라우스테기 교수는 “곤충이 남긴 생물 침식 흔적을 연구하는 것은 화석화 과정을 이해하는 데 매우 유용하다”며 “이러한 흔적을 통해 사체가 매장되기 전 얼마나 오랫동안 노출됐는지, 그리고 당시의 고생태계가 어떠했는지를 정밀하게 재구성할 수 있다”고 강조했다. 이번 연구는 사체나 생흔을 분석해서 범죄 현장을 조사하고 사인을 밝혀내는 법의학과 비슷한 측면이 있다. 실제로 이 연구에는 스페인 알칼라 대학교(UAH)의 법의 곤충학자들이 참여해 분석을 함께 했다. 앞으로 공룡 법의학이 공룡 연구에서 새로운 유용한 도구로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

중국 북서부 간쑤성 창마 분지의 시아고 지층은 1억 2000만 년 전 백악기 전기 지층으로 보존 상태가 좋은 초기 새 화석이 많이 나와 새의 진화를 연구하는 과학자들에게 많은 정보를 제공했다. 하지만 동시에 과학자들에게 수수께끼를 던진 장소이기도 하다. 이 지층에서는 부서진 새 뼈들이 뭉쳐진 상태로 발굴됐는데, 그 모습은 마치 오늘날의 올빼미가 먹이를 삼킨 후 소화시키지 못한 뼈 등을 뱉어내는 ‘펠릿’(pellet)과 매우 흡사했다. 따라서 과학자들은 이 작은 새들을 사냥한 후 뼈를 토해낸 포식자가 존재했을 것이라 추측해 왔지만, 정작 그 범인에 해당하는 화석 증거는 찾지 못했다. 최근 시카고 필드 박물관의 화석 파충류 큐레이터인 징마이 오코너 박사 연구팀은 이 지층에서 이 미스터리를 풀어줄 새로운 공룡 종을 발견했다. 이번에 발견된 ‘지안 창마엔시스’(Jian changmaensis)는 드로마에오사우루스과 공룡 중 벨로시랩터의 사촌 격인 미크로랍토르(Microraptor)에 속하는 종이다. 연구팀은 이 공룡의 독특한 팔과 어깨뼈 구조, 크기를 바탕으로 이들이 바로 수수께끼의 조류 뼈 뭉치를 만들어낸 장본인일 가능성이 높다고 보고 있다. 오코너 박사는 지안 창마엔시스가 이곳에서 발견된 조류가 아닌 공룡 중 유일하며, 포식자로서 다른 화석들보다 훨씬 컸기 때문에 가장 유력한 용의자라고 설명했다. 참고로 지안 창마엔시스라는 이름은 중국 신화 속 날개 달린 생물인 ‘지안’(Jian)과 화석이 발견된 ‘창마’(Changma) 지역에서 유래했다. 보통 미크로랍토르류는 까마귀 정도의 작은 크기이나 이번에 발견된 지안 창마엔시스는 발견된 위팔뼈 조각의 길이만 약 10㎝에 달해, 전체 날개 길이는 120㎝에 이르렀을 것으로 추정된다. 이는 미크로랍토르 중에서 상당히 큰 편으로, 해당 지층 생태계의 강력한 포식자 중 하나였음을 시사한다. 미크로랍토르 공룡은 앞다리와 뒷다리 모두에 긴 깃털이 나 있어 이를 날개처럼 사용해 비행한 것으로 알려져 있다. 다만 새처럼 동력 비행을 하기보다는 주로 나무 사이를 활강하는 식으로 날아다녔을 가능성이 높다. 하지만 지안 창마엔시스는 비행 능력에다가 큰 덩치와 날카로운 발톱 때문에 새들에게 매우 위협적인 포식자였을 것으로 보인다. (복원도 참조) 따라서 초기 새들은 더 뛰어난 비행 능력으로 공룡의 위협에서 벗어나려 했을 것이다. 이 연구는 새와 공룡의 밀접한 관계를 보여줄 뿐 아니라 왜 초기 새들이 더 우수한 비행 능력을 지니는 방향으로 진화했는지 보여준다. 새의 진화를 이해하기 위해서는 새의 조상뿐 아니라 그들과 함께 살았던 생물들에 대해서도 함께 연구해야 한다. 카네기 자연사 박물관의 맷 라만나 박사는 “지안 창마엔시스의 발견은 조류의 조상들이 살았던 생태적 맥락을 이해하는 데 결정적인 통찰을 제공한다”고 평가했다. 이 연구는 카네기 박물관 연보(Annals of Carnegie Museum) 최신호에 발표됐다.

티라노사우루스는 크고 강력한 턱과 날카로운 이빨 못지않게 이상할 정도로 짧은 앞다리를 지니고 있다. 과학자들은 이 짧은 앞다리의 용도를 두고 갑론을박을 벌이고 있는데, 최근에는 그 자체로 기능이 있는 게 아니라 거대한 턱에 공격력을 모아주는 과정에서 생긴 2차적 변화라는 주장도 지지를 받고 있다. 하지만 앞다리가 작아진 공룡은 티라노사우루스만이 아니다. 소형 수각류 공룡인 알바레즈사우루스류(alvarezsauroids) 역시 매우 독특하고 짧은 앞다리를 지니고 있다. 이들은 몸집에 비해 앞다리가 극도로 짧고 손가락의 수도 한두 개로 축소되어 있는 대신, 굵고 튼튼한 뼈와 커다란 발톱을 보유하고 있어 티라노사우루스의 앞다리와는 또 다른 특징을 보여준다. 알바레즈사우루스의 앞다리가 짧아진 것은 쓸모가 없어서가 아니라 특수 용도로 쓰기 위해 진화된 결과라는 점을 시사하는 대목이다. 이 짧고 강력한 앞다리의 용도를 밝히기 위해 최근 리버풀 대학의 리드햄이 이끄는 브리스톨, 버밍엄, 리버풀 대학 공동 연구팀은 알바레즈사우루스의 생체역학적 능력을 자세히 분석했다. 연구팀은 알바레즈사우루스류의 앞다리가 땅이나 나무를 파헤치는 데 사용되었을 것이라는 가설을 검증하기 위해 화석의 CT 스캔 이미지를 기반으로 두 종의 3차원 디지털 모델을 제작했다. 연구 대상은 고도로 전문화된 형태를 띤 모노니쿠스(Mononykus)와 그보다 앞선 시기에 분화되어 상대적으로 긴 앞다리를 가졌던 반니쿠스(Bannykus)이다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 어깨와 팔꿈치 관절의 가동 범위를 측정하고, 근육이 관절을 회전시키는 효율성을 나타내는 ‘모멘트 팔(moment arm)’ 값을 계산하여 이를 땅을 파는 데 앞발을 사용하는 현대 포유류의 데이터 세트와 비교 분석했다. 그 결과 알바레즈사우루스류의 앞다리 구조는 현대의 굴착 동물들이 보여주는 근육 활용 방식과 매우 유사한 경향을 나타냈다. 이는 이들이 단순히 둥지를 만드는 용도가 아니라, 흰개미나 개미 둥지 또는 나무 속의 애벌레를 파헤치기 위해 앞다리를 사용했을 것이라는 가설을 강력하게 뒷받침한다. 특히 초기 알바레즈사우루스 공룡인 반니쿠스는 앞다리의 기능이 비교적 다양하고 범용적이었던 반면, 훨씬 후에 나타난 모노니쿠스는 더욱 제한적이고 전문화된 굴착 동작에 최적화된 모습을 보여 시기에 따라 알바레즈사우루스류가 개미나 흰개미를 전문적으로 섭취하는 방향으로 고도로 전문화되었음을 시사한다. 흥미롭게도 알바레즈사우루스가 개미핥기와 비슷한 형태로 진화한 것은 개미나 흰개미가 진화해서 빠르게 확산된 백악기 후기다. 먹이가 되는 곤충이 먼저 진화하고 개체 수가 크게 늘어나자 공룡이 현대의 개미핥기와 유사하게 수렴 진화해 비슷한 생태적 지위를 차지했을 가능성을 보여준다. 공룡이라고 하면 우리는 풀이나 나무를 먹는 초식공룡과 그 초식공룡을 잡아먹는 육식공룡을 떠올린다. 하지만 현재 생태계도 사슴과 호랑이만 있는 게 아닌 것처럼 당시에도 매우 다양한 형태의 공룡과 다른 생물들이 복잡한 생태계를 구성했다. 알바레즈사우루스의 작은 앞다리는 이를 보여주는 좋은 증거다.

6600만 년 전 지구에 충돌한 지름 10㎞ 소행성은 당시 살고 있던 대부분의 생명체에게 엄청난 재난이었다. 하지만 과학자들은 바로 이런 때에 제 세상을 만난 듯 크게 번성한 생물도 있다는 점을 발견했다. 바로 곰팡이 같은 균류다. 소행성 충돌로 인한 먼지와 재로 인해 햇빛은 차단되고 동식물의 사체는 널린 환경에서 버섯과 곰팡이는 빠르게 증식해 죽은 생물들을 분해했다. 당시 이들이 남긴 막대한 양의 포자는 대멸종 이후에 곰팡이 세상이 펼쳐졌다는 사실을 보여준다. 하지만 얼마 뒤 다시 햇빛이 지상에 도달하자 곰팡이는 줄어든 반면 힘든 시기를 지난 식물의 씨앗은 새로운 싹을 틔웠다. 그리고 새를 제외한 공룡이 사라진 빈 땅은 포유류 같은 새로운 동물의 차지가 됐다. 그런데 일부 과학자들은 이 두 사건이 별개의 독립된 사건이 아니라 사실 밀접하게 연관된 사건이라고 보고 있다. 존스홉킨스대의 로잔나 P. 베이커와 아르투로 카사데발 연구팀은 2005년 신생대 포유류의 성공이 곰팡이와 밀접한 연관이 있다는 가설인 FIMS 가설(Fungal Infection Mammalian Selection Hypothesis)을 주장했다. 대멸종 직후 곰팡이 포자가 급증하면서 변온 동물인 양서류와 파충류는 엄청난 피해를 봤다. 곰팡이는 낮은 온도를 선호하기 때문에 이들은 곰팡이 질병에 취약한 편이다. 반면 포유류나 조류의 경우 체온이 높아 상대적으로 곰팡이가 증식하기 힘들다. 현재도 포유류나 조류는 세균이나 바이러스 질환에는 상대적으로 취약해도 곰팡이 질병에는 강한 편이다. 따라서 대멸종 직후 환경에서 가장 성공적으로 생존할 수 있었으며 이후 빠르게 번식해 비어 있던 신생대 초기 생태계의 주인공이 되었다는 가설이다. 연구팀은 곰팡이 가설의 타당성을 검증하기 위해 백악기 후기, 백악기-팔레오세(K/Pg) 경계, 그리고 팔레오세 초기의 지층을 조사했다. 연구팀은 고대 균류 포자를 찾을 가능성을 높이기 위해 섬세하거나 작은 포자를 제거할 수 있는 표준 처리 방법 대신 산성을 사용하지 않는 부드운 전처리 기법을 사용했다. 그 결과 조사한 세 곳에서 모두 균류의 폭발적인 성장이 발견됐다. 곰팡이의 폭발적 증식과 대규모 포자의 공기 중 유출 현상이 특정 지역이 아닌 전 지구적 현상이었고 곰팡이 감염에 취약한 파충류나 양서류에 불리한 환경이 조성되었다는 점을 시사하는 결과다. 다만 이번 연구에서 새롭게 밝혀진 점은 소행성 충돌 직후만이 아니라 약 3만 년에서 1만 년 전에 이미 균류 대번식이 진행되고 있었다는 점이다. 연구팀은 이것이 인도의 데칸 트랩 대규모 화산 폭발로 인한 기후 냉각기가 원인일 것으로 보고 있다. 이는 공룡과 다른 중생대 생물들이 소행성 충돌 이전에 이미 기후 변화로 상당한 피해를 입어 멸종에 더 취약해졌다는 기존의 일부 멸종 가설을 지지하는 결과다. 아무튼 연구팀의 가설이 옳다면 우리의 성공은 부분적으로 음식을 상하게 하고 가끔 사람에게 질병도 일으키는 곰팡이 덕분이다. 다만 곰팡이는 포유류를 돕기 위해서가 아니라 자연 생태계의 분해자로 죽은 생물의 사체를 분해해 다시 순환시켰을 뿐이다. 사실 포유류의 성공보다 자연의 분해자가 지구 생태계에서 곰팡이의 더 중요한 역할일 것이다.

트라이아스기는 중생대 첫 번째 시대로 약 2억 5190만 년 전부터 2억 130만 년 전까지 시기이다. 고생대 마지막인 페름기 말에 발생한 지구 역사상 최악의 대멸종 이후 생태계가 서서히 복원되면서 현대적 형태의 동물과 식물들이 등장하던 때다. 지금은 멸종했거나 널리 알려진 현생 동물들의 생활 방식을 연상시키는 형태들이 등장했지만 그 계통은 다른 방향으로 뻗어갔다. 미국 뉴욕 스토니브룩대 의대, 로스앤젤레스(LA) 자연사박물관 공룡연구소, 뉴멕시코 고스트 랜치 발굴 지원 교육·수련센터 공동 연구팀은 현재 타조와 유사한 외관을 가진 백악기 이족보행 공룡 무리인 오르니토미모사우루스 류(類)와 흡사한 ‘라브루하수쿠스 엑스펙타투스’(Labrujasuchus expectatus)를 발견했다고 28일 밝혔다. 이번 연구 결과는 고생물학 분야 국제 학술지 ‘척추 고생물학 저널’ 5월 26일 자에 실렸다. 트라이아스기에는 현생 동물의 조상들이 다수 등장했지만 예상 밖의 존재들이 많았다. 나중에 익룡으로 진화하는 이족보행 공룡의 사촌들인 라거페티드류(lagerpetids), 한쪽 손은 나무늘보 손처럼 긴 발톱이 달리고 꼬리에도 작은 발톱이 달린 기묘한 나무위 동물인 드레파노사우루스(Drepanosaurus), 물 속에서 살면서 표피가 작은 갑옷처럼 단단한 반클리베아(Vancleavea) 등이 대표적이다. 뉴멕시코 고스트 랜치에서 발굴된 일명 ‘마녀 악어’라고 불리는 라브루하수쿠스는 악어로 이어지는 계통의 지배파충류(archosaurs)로 불리는 종에서 뻗어 나온 동물이다. 지배파충류는 그리스어로 ‘지배하는 파충류’라는 뜻으로 계통발생학적으로 현생 조류와 악어류와 가장 가까운 공통 조상이며 중생대 지구를 지배했던 모든 멸종 공룡과 익룡의 조상이기도 하다. 현재 악어는 네 다리로 걷고 날카로운 이빨을 갖고 있지만 라브루하수쿠스는 두 발로 걷고 팔은 작아 수각류 공룡과 비슷한 체형을 갖고 있었으며 입에는 이빨 대신 부리가 달려 있어 현생 악어를 상상할 수 없는 모습이다. 라브루하수쿠스는 수각류 공룡과 유사한 체형의 고대 악어 친척 무리인 슈보사우루스류의 새로운 종으로 분류됐다. 연구를 이끈 앨런 터너 스토니브룩대 의대 교수(해부학)는 “이번에 발견된 라브루하수쿠스는 이 지역에서 앞서 발견된 슈보사우루스 사이의 공백을 채우는 진화적 연결고리”라고 밝혔다.

공룡 시대의 가장 마지막 시기였던 6800만 년 전까지 지금의 북미 대륙에는 지상에서 가장 강력한 육식 동물이었던 ‘티라노사우루스 렉스’(Tyrannosaurus rex), 줄여서 ‘티렉스’가 살고 있었다. 하지만 육지에만 제왕이 있었던 건 아니었다. 그보다 앞서 지금의 텍사스 땅인 백악기 후기 바다에 바다의 폭군이 살고 있었다. 미국 자연사박물관의 아멜리아 지틀로우 연구팀, 댈러스의 페롯 자연과학 박물관, 서던 메소디스트 대학교 연구팀은 과거 ‘틸로사우루스 프로리게르’(Tylosaurus proriger)로 분류됐던 ‘모사사우루스’ 화석을 분석해 사실 이들이 다른 종의 더 거대한 모사사우루스 화석이라는 사실을 발견했다. 모사사우루스는 백악기 후기 바다로 진출한 해양 파충류로 백악기 해양 생태계의 정점에 섰던 포식자다. 가장 거대한 모사사우루스류가 바로 틸로사우루스 속의 모사사우루스로, 틸로사우루스 프로리게르는 몸길이가 8~13m에 이르고 무게도 10t에 육박해 티렉스와 견줄 만했다. 하지만 연구팀은 틸로사우루스 프로리게르 가운데 텍사스에서 발굴된 종들은 다른 표본과 좀 다르다는 점을 발견했다. 연구팀은 150여 년 전에 발견돼 하버드 비교동물학 박물관에 소장된 틸로사우루스 프로리게르 모식표본(이름을 부여한 표본)과 비교한 결과, 미 자연사박물관에 소장된 표본과 다른 기관에 보관된 12개 이상의 유사한 화석 중 일부가 다른 모사사우루스일 가능성을 발견했다. 이 화석들은 틸로사우루스 프로리게르보다 몸집이 더 크고, 모사사우루스류에서는 흔하지 않은 특징인 미세한 톱니 모양의 이빨을 가지고 있었다. 또한 틸로사우루스 프로리게르 표본의 대부분은 현재 캔자스 지역에서 발견됐고 약 8400만 년 전의 것으로 추정되는 반면, 이 다른 화석들은 주로 텍사스에서 발견됐고 400만 년 정도 이후인 8000만 년 전의 것이었다. 연구팀은 면밀한 분석 결과 이 표본이 다른 모사사우루스라고 결론을 내리고 ‘틸로사우루스의 왕’이라는 뜻의 ‘틸로사우루스 렉스’(Tylosaurus rex), 줄여서 티렉스로 명명했다. 바다의 티렉스는 육지의 티렉스만큼 거대해서 몸길이가 최대 13m에 달했고, 거대한 턱과 톱니가 있는 이빨로 해양 생태계의 정점에 선 폭군이었다. 8000만 년 전 백악기 말 바다에서 유일한 적수는 같은 틸로사우루스 렉스뿐이었을 것으로 추정된다. 실제로 페로 박물관에 보관 중인 틸로사우루스 렉스 표본은 주둥이 끝부분이 없고 아래턱이 부러져 있는데, 이런 큰 상처는 같은 크기나 더 거대한 틸로사우루스 렉스에 물린 것이 아니라면 설명하기 어렵다. 이렇게 중생대 마지막 시기 바다를 주름잡던 모사사우루스들도 결국 백악기 말 소행성 충돌로 비조류 공룡과 함께 멸종하고 만다. 하지만 이렇게 빈자리가 생겼기 때문에 이후 포유류가 바다로 들어갈 자리가 생겼다. 신생대에 등장한 거대한 이빨 고래나 현재 바다를 주름잡는 포식자인 범고래는 사실상 신생대의 모사사우루스나 마찬가지다. 이들 역시 육지에서는 작은 동물이었으나 바다로 들어가 거대 해양 포유류가 됐고 생태계의 정점에 서게 된다. 역사는 인간 세상뿐 아니라 자연에서도 되풀이되는 것인지도 모른다.

9900만년 전 지구의 하늘은 지금과는 많이 달랐다. 당시에도 원시적인 형태의 새가 있긴 했지만, 지금 보는 새와는 많이 달랐다. 그리고 박쥐는 없는 대신 익룡이 하늘을 날아다녔다. 하지만 한 가지는 지금과 닮은 구석이 있었다. 바로 밤하늘에 빛나는 작은 별 같은 반딧불이다. 중국 허베이 대학의 과학자들은 미얀마에서 발견된 9900만년 전 백악기 호박 속에서 원시적 반딧불이 화석을 발견했다. 이 화석의 길이는 수 밀리미터에 불과하지만, 내부 미세 구조가 매우 잘 보존되어 정확한 계통학적 분석이 가능했다. 연구팀은 400가지가 넘는 형태학적 특징과 살아있는 반딧불이 표본에서 얻은 유전 정보를 바탕으로 광범위한 비교 분석을 실시하여 이 화석이 반딧불이과(Lampyridae)에서도 애반딧불이아과(Luciolinae)에 속한다는 사실을 알아냈다. 이는 가장 오래된 애반딧불이에 속하는 표본으로 오늘날에도 볼 수 있는 애반딧불이의 조상이 9900만년 전부터 어두운 밤을 밝혔다는 점을 보여준다. 참고로 애반딧불이는 ‘형설지공’(螢雪之功)의 고사성어에 인용되는 곤충으로 몸에서 빛을 내어 암수 간에 통신 수단으로 사용한다. 수컷은 배의 제5~6배마디에, 암컷은 제5배마디에 황백색의 발광기가 있다. ‘크레톨루치올라 비르마나’(Cretoluciola birmana)라고 명명된 이 고대 반딧불이 역시 복부에는 6개의 마디가 뚜렷하게 구분돼 있고, 5~6배마디에 발광 기관이 있어 같은 방식과 목적으로 빛을 냈다는 점을 알 수 있다. 반딧불이가 밤에 생물발광을 이용했던 것은 낮에 활동하는 익룡이나 새 같은 포식자의 눈을 피해 짝짓기를 하기 위한 것으로 추정된다. 밤에 짝짓기를 하면 포식자의 눈을 피할 수 있지만, 서로를 보기 어렵기 때문에 소리로 신호를 하든지 아니면 불빛으로 신호를 보낼 수밖에 없다. 초음파로 컴컴한 밤에 사냥하는 박쥐 같은 포식자가 나타난 후에도 반딧불이의 깜빡이는 신호는 유리한 이점을 제공했다. 박쥐는 귀는 예민하지만 시력은 나쁜 편이다. 이렇게 생물발광의 이점을 살려 오랜 세월 생존한 반딧불이는 소행성 충돌도 이겨낸 생명력 강한 곤충이다. 하지만 동시에 농약이나 생활하수 같은 환경 오염에는 매우 약한 동물로 깨끗한 환경에서만 사는 대표적인 환경 지표종이다. 국내에서는 반딧불이와 반딧불이가 살 수 있는 깨끗한 환경을 지키기 위한 노력이 진행되어 전라북도 무주군, 경상북도 영양군 등에 집단 서식지가 남아 있고 세심한 보호를 받고 있다. 1억년 동안 밤하늘을 빛내 온 반딧불이가 앞으로도 우리 곁에서 계속 빛날 수 있으려면 이런 보호 노력이 이어져야 할 것이다.

1978년 미국 몬태나주에서 발견된 마이아사우라 피블레소룸(Maiasaura peeblesorum)은 가장 크고 무서운 공룡은 아니었지만, 공룡에 대한 인식을 크게 변화시킨 놀라운 공룡이었다. 속명은 라틴어로 ‘좋은 어머니 도마뱀’이라는 뜻인데, 새끼를 돌봤던 흔적이 있었기 때문이다. 마이아사우라는 몸길이 9m에 몸무게 최대 4t 정도의 초식공룡으로 백악기 후기에 살았던 평범한 공룡이다. 이 공룡이 평범해 보이는 초식공룡이지만, 특별한 어머니라는 사실을 알게 된 것은 새끼와 둥지 화석이 대량으로 발견된 덕분이다. 이를 연구한 고생물학자 잭 호너와 밥 마켈라는 알에서 깨어난 새끼의 다리 발육 상태가 별로 좋지 않아서 바로 먹이를 찾아 이동할 수 없다는 점에 주목했다. 그럼에도 새끼의 이빨에는 마모 흔적이 있었는데, 이는 누군가 먹이를 가져다주었다는 점을 의미한다. 당연히 가장 가능성 있는 설명은 어미가 먹이를 가져와 새끼를 먹였다는 것이었다. 이는 공룡이 현재의 파충류처럼 새끼를 대개 돌보지 않았고 새끼들은 태어나면 바로 스스로 먹이를 찾아 먹을 수 있었다는 기존의 가설을 뒤집는 결과였다. 이는 공룡이 사실은 현생 조류와 비슷하게 새끼를 돌봤다는 강력한 증거를 제시한 연구로 공룡 연구에 중요한 전환점이 됐다. 과학자들은 그 이후로도 마이아사우라의 새끼 돌봄에 대해 연구해왔다. 오하이오 주립대학교 진화·생태·생물학 부교수인 존 헌터와 동료들은 마이아사우라 새끼와 어미의 이빨 마모 상태를 비교해 이를 더 자세히 분석했다. 그 결과 어린 마이아사우라의 이빨은 분쇄 마모가 훨씬 더 많이 나타난 반면, 성체는 절단 마모가 더 많이 나타났다. 어린 마이아사우라는 과일처럼 영양가가 높고 섬유질이 적은 음식을 더 많이 섭취했을 가능성이 높은 반면, 부모들은 섬유질이 많고 질긴 식물성 부위를 더 많이 섭취했을 가능성을 시사하는 대목이다. 이렇게 좋은 먹이만 먹었다는 것은 어미의 돌봄 없이는 상당히 어려운 일이다. 이 결과에 대한 또 다른 해석은 공룡 부모가 새끼와 완전히 다른 먹이를 섭취하는 대신, 새끼에게 일부 소화된 먹이를 다시 토해내 먹였을 가능성이다. 이는 오늘날 새들에게서 흔히 볼 수 있는 행동으로 먹이를 구하기 쉬울 뿐 아니라 새끼가 쉽게 소화해서 빠르게 성장할 수 있도록 도와준다. 새끼가 빠르게 성장할수록 생존 가능성이 높아진다는 점에서 중요한 생존 전략이다. 물론 이빨 마모 흔적만으로 알아낼 수 있는 정보에는 한계가 있지만, 이번 연구는 현생 조류와 공룡의 연관성을 다시 보여주고, 공룡도 이유식을 먹었을 가능성이 있다는 점에서 흥미로운 내용을 담고 있다. 이번 연구는 저널 고지리학, 고기후학, 고생태학(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology) 최신호에 발표됐다.

실러캔스는 고생대 데본기 무렵인 3억 7500만년 전 등장해 공룡보다 먼저 7500만년 정도 사라진 고대 어류로 생각됐다. 이들은 단단한 뼈가 있는 물고기 가운데 육기어류에 속하는데, 팔다리 같은 지느러미를 지닌 것이 특징이다. 육기어류는 현생 사지동물의 조상으로 그 후손들은 육지에서 크게 번성했으나 바다에서 물고기 형태를 유지한 사촌인 실러캔스는 결국 멸종해 사라졌다. 사지류의 후손들이 다시 바다로 돌아와 고래나 물개 같은 다양한 해양 동물이 된 점을 생각하면 아쉬운 대목이다. 하지만 1938년 남아프리카 근해에서 살아있는 실러캔스가 잡히면서 아쉬움은 놀라움으로 바뀌게 된다. 이후 과학자들은 서인도양실러캔스와 인도네시아실러캔스 두 종의 실러캔스가 깊은 바닷속에서 인간의 눈을 피해 살고 있었다는 사실을 알아냈다. 동시에 이들의 독특한 생태와 적응 능력에 대해서 많은 연구가 이뤄졌다. 그럼에도 아직 실러캔스에 대해서는 많은 오해가 남아 있다. 실러캔스에 대한 대표적인 오해는 몇 억 년 동안 변화가 없는 살아있는 화석이라는 것이다. 실러캔스는 3억 6000만년 전 표본이나 현생종이나 형태가 크게 다르지 않다고 해서 이런 명칭이 생겼지만, 사실 내부 구조나 생태학적 지위는 엄청난 변화를 겪었다. 예를 들어 실러캔스는 과거 얕은 물을 포함해서 다양한 환경에 적응해 살았는데, 언젠가부터 심해 환경에 적응한 생물이 됐다. 하지만 왜 그렇게 됐는지를 알려줄 화석은 최근까지 발견되지 않아 실러캔스 진화의 잃어버린 고리로 남아 있었다. 포츠머스 대학의 대학원생이었던 잭 노턴과 지도 교수인 새뮤얼 쿠퍼는 150년 동안 런던 자연사 박물관 창고에 잠자고 있던 미스터리 물고기 화석이 바로 이 공백을 메꿔줄 실러캔스 화석이라는 사실을 발견했다. 연구팀은 이 화석의 정체를 알기 위해 고해상도 CT 스캔을 통해 그 내부 구조를 정확히 확인했다. 그 결과 백악기 중기(약 1억 1000만 년 전~1억 년 전)의 실러캔스 화석이라는 점을 확인했다. 연구팀은 이 화석에 ‘마크로포마 곰베사’(Macropoma gombessae)라는 이름을 붙였는데, 이는 마다가스카르 공동체와 코모로 제도의 어부들이 살아있는 실러캔스를 부르던 전통적인 이름인 “곰베사(Gombessa)”에서 유래했다. “먹을 수 없는 물고기” 또는 “가치 없는 물고기”라는 뜻으로, 과학적 중요성이 알려지기 전까지 이 화석과 실러캔스의 지위를 상징한다. 이번 발견이 중요한 이유는 실러캔스가 현재처럼 심해형 물고기로 진화하는 과정을 보여주기 때문이다. 마크로포마는 원시적인 실러캔스와 현대 실러캔스 사이의 신체 구조적 변화를 고스란히 담고 있는데, 특히 두개골 구조와 지느러미의 위치가 현대 실러캔스(Latimeria)와 매우 비슷해져 심해 생활에 적응했다는 것을 알 수 있다. 두개골 구조만큼 중요한 변화는 바로 폐의 퇴화다. 고생대와 중생대 초 실러캔스는 얕은 바다나 담수에 살며 공기 호흡을 돕는 ‘기능적인 폐’를 가지고 있었다. 이들이 폐어나 혹은 현재 사지동물의 친척이라는 점을 보여주는 특징이다. 하지만 심해 생활에 적응하면서 폐가 퇴화하고 그 자리에 지방이 가득 찬 기관이 발달했다. 심해의 높은 수압 환경에서는 공기가 든 폐보다 지방을 이용한 부력 조절이 훨씬 효율적이다. 따라서 백악기 중기 이후 실러캔스류가 얕은 바다를 떠나 심해 생활에 적응하면서 폐가 사라졌음을 보여준다. 백악기 중반 실러캔스가 심해 생활에 적응한 이유는 잘 모르지만, 아마도 모사사우루스 같은 새로운 포식자의 압력이나 민첩하고 빠른 조기어류(현생 어류의 대부분을 차지하는 물고기)와의 경쟁이 원인으로 지목된다. 원인이 무엇이든 간에 심해 환경에 적응한 것은 실러캔스 입장에서는 전화위복의 계기가 됐다. 변화가 적은 심해 환경에 적응한 덕분에 6600만 년 전 대멸종에서 무사할 수 있었기 때문이다. 대멸종 시기 갑자기 산소 농도가 떨어지고 먹이가 줄어든 것은 본래 그런 환경에서 살았던 실러캔스 입장에서는 큰 문제가 되지 않았다. 다만 인간이 찾기 힘든 어려운 깊은 바다에 살다 보니 멸종되었다는 오해를 받았을 뿐이다. 멸종했다는 오해를 푼 후에도 실러캔스는 수억 년간 거의 변하지 않는 생물이라는 오해를 받고 있다. 하지만 사실 이렇게 환경에 능동적으로 변화하고 적응한 탓에 오히려 멸종을 피한 경우에 속한다. 이번 연구는 실러캔스에 대한 오해를 조금이라도 풀어주는 계기가 될 것으로 보인다.

‘사탄 추락·소행성 충돌’ 유사성 높아지옥 아홉개 원은 다중고리 충돌 분지종단 속도·지각 변화 등 묘사 정확해단테, 서구의 패러다임 전환에 기여아리스토텔레스 천체불변론에 도전천체를 물리적 변화 주체로 인식시켜 단테가 쓴 ‘신곡’ 지옥편에서는 역피라미드 구조의 9개 층으로 이뤄진 지옥이 등장한다. 아래로 내려갈수록 죄가 무겁고 형벌이 가혹해지는데 맨 밑바닥 제9지옥은 배신자들이 갇혀 있고 중심에는 사탄으로 불리는 타락천사 루키페르(루시퍼)가 있다. 신곡 속 이런 지옥의 구조가 충돌 물리학적 사고 실험의 결과라는 흥미로운 해석이 나왔다. 미국 마셜대 연구팀은 신곡 지옥편이 근대 운석학이 탄생하기 약 500년 전에 이미 행성 충돌 모델을 시로 구현한 일종의 충돌 물리학 사고 실험이었다고 13일 밝혔다. 충돌 물리학은 두 물체가 고속으로 충돌할 때 발생하는 힘과 에너지, 변형, 파괴 현상을 다루는 연구 분야다. 이 연구 결과는 지난 3~8일 오스트리아 빈에서 열린 ‘유럽 지구과학 협회(EGU) 2026 컨퍼런스’에서 발표됐다. 신곡 지옥편 제34곡 121~126행에서 지옥의 안내자인 고대 로마 시인 베르길리우스는 단테에게 사탄이 하늘에서 떨어질 때 지구의 지형이 어떻게 변했는지 설명한다. 사탄은 하늘에서 떨어질 때 남반구 쪽으로 추락했는데 남반구에 있던 육지들이 사탄과 충돌을 두려워 해 바다 밑으로 몸을 숨기고 북반구 쪽으로 몰려가 현재 대륙이 형성됐다. 또 사탄이 지구 중심으로 박혀 들어갈 때 흙들은 사탄을 피해 남반구 쪽으로 솟구쳐 올라오는데 이렇게 만들어진 거대한 산이 연옥의 산이라고 설명한다. 연구팀은 이 부분을 충돌 물리학과 운석학의 시각으로 재해석했다. 사탄은 타원형의 소행성급 고속 충돌체로 성간 천체 ‘오무아무아’를 연상시키며 작품 속 사탄의 추락이라는 사건의 규모는 중생대 백악기 공룡 대멸종을 부른 칙술루브(K-Pg) 충돌에 버금간다고 연구팀은 설명했다. 다시 말해, 사탄의 충돌은 전 지구적 대멸종 사건을 정확하게 묘사하고 있다는 말이다. 이는 60t의 질량을 그대로 유지하고 지구에 떨어진 것으로 추정되는 나미비아 그루트폰테인에서 발견된 세계 최대 규모의 단일 운석 ‘호바 운석’처럼 신곡 속 사탄도 기화되지 않은 물리적 충돌체로 지구 구조를 완전히 바꿔놓았다는 설명이다. 연구팀에 따르면 신곡에서 묘사한 지옥의 아홉 개 원은 달과 금성을 비롯한 태양계 곳곳에서 발견되는 다중 고리 충돌 분지의 동심원적, 계단식 지형을 놀랄 만큼 정확하게 보여준다. 다중 고리 충돌 분지는 운석 충돌로 만들어진 충돌구 중 가장 거대한 규모로 중심 충돌점 주위에 세 개 이상의 동심원 형태의 산맥이나 단층이 둘러싸고 있는 지형이다. 지옥편 속 사탄의 추락에 대한 묘사는 거대한 천체가 지구 핵심부에 최대 압축으로 도달하기 위한 종단 속도와 지각 관통의 물리학을 단테가 직관적으로 이해하고 있었음을 보여주는 것이라고 연구팀은 덧붙였다. 연구를 주도한 티머시 버버리 교수(지질신화학)는 “단테는 사실상 운석의 지질학적 실재를 발견하고 천체를 완전하고 불변하는 것으로 여겼던 아리스토텔레스의 이론에 도전한 것으로 볼 수 있다”며 “작품 속 사탄의 추락은 단순한 시각적 환상이나 영적 알레고리가 아닌 엄청난 물리적 파괴를 동반하는 실제 고속 충돌로 묘사함으로써 단테는 서구의 패러다임이 천체를 변화의 물리적 행위자로 인식하는 방향으로 전환하는 데 기여했다”고 강조했다.

지구가 탄생한 후 지금까지 5번의 대멸종이 있었다. 그중 가장 최근에 발생한 다섯 번째 대멸종은 중생대 말 백악기에 발생한 공룡 대멸종 사건으로 잘 알려져 있다. 백악기 말 대멸종 사건의 직접 원인은 현재 멕시코 유카탄 반도 북부 해안 지역인 칙술루브에 떨어진 소행성 때문이다. 소행성 충돌로 기후 변화, 대화재 등 각종 재앙이 연쇄적으로 발생하면서 지구 전체 종의 76%가 사라졌다. 그런데 눈길을 끄는 것은 앞선 네 번의 대멸종에서도 그렇고 마지막 멸종에서도 식물들은 살아남은 것들이 많았다. 이유가 뭘까. 벨기에 겐트대 식물 생명공학 및 생물정보학과, 생물학과, 생명과학연구소(VIB) 식물 시스템 생물학 연구센터, 자연·산림 연구소(INBO), 남아프리카공화국 프레토리아대 생화학·유전학·미생물학과, 중국 난징 농업대 원예학부 공동 연구팀은 자연적으로 일어나는 유전체의 우연한 중복이 꽃피는 식물인 ‘현화식물’ 상당수가 극단적 환경 격변에서도 살아남게 했을 가능성이 크다고 10일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀’ 5월 8일 자에 실렸다. 많은 생물은 부모 각각으로부터 물려받은 두 쌍의 염색체를 갖는다. 그러나 현화식물의 많은 종은 무작위적인 전장유전체 중복 때문에 추가적인 염색체 세트를 갖는 경우가 있다. 바나나 대부분은 염색체 세트가 3쌍이고 밀은 최대 6쌍을 갖기도 한다. 이렇듯 전장유전체 중복은 식물에서 자주 발생하는데 유전체가 커지면 유지하는 데 더 많은 영양분이 필요하고 유해한 돌연변이가 생길 위험성이 높아지며 생식능력에도 영향을 미칠 가능성이 크다. 그래서 야생에서 중복된 유전체가 세대를 거쳐 유지되거나 전달되는 경우는 찾아보기 힘들다. 그러나 유전체 중복은 유전적 변이를 늘리고 유전자가 새로운 기능으로 진화할 기회를 제공함으로써 고온, 건조한 식물 스트레스 환경을 더 잘 견디게 해주기도 한다. 연구팀은 현화식물 470종의 유전체를 분석해 데이터 세트를 구축했다. 이어 과거 전장유전체 중복이 일어났다는 표지가 되는 유전자 블록을 분석한 뒤 식물 화석 44점의 자료와 대조해 중복 사건 발생 시점을 추정했다. 그 결과 시간이 흘러도 유지되는 유전자들은 주요 환경 격변기에 발생한 전장유전체 중복에서 시작된 것으로 나타났다. 여기에는 6600만 년 전 소행성 충돌로 촉발된 대멸종, 생태계가 붕괴된 여러 차례의 지구 한랭기, 약 5600만 년 전 급격한 지구 온난화가 나타난 팔레오세-에오세 최고온난기가 포함됐다. 이에 대해 연구팀은 극한 환경 조건에서는 배수체 식물이 우위를 점했을 수 있으며 더 크고 복잡한 유전체를 유지하는 것처럼 평소에는 불리하게 작용하는 특성이 오히려 유리해질 수 있다고 설명했다. 연구를 이끈 이브 반 더 피어 벨기에 겐트대 교수는 “안정적 환경에서 전장유전체의 중복은 진화의 막다른 골목으로 여겨지는 경우가 많지만 대멸종과 같은 혹독한 환경에서는 예상치 못한 이점을 가져다 줄 수 있음을 이번 연구는 보여줬다”고 밝혔다. 반 더 피어 교수는 “이번 연구 결과는 배수성이 흔하게 나타남에도 불구하고 수백만 년에 걸쳐 식물 유전체에 실제로 남는 경우는 소수에 불과한 이유를 보여준다”며 “오늘날 식물이 기후변화에 어떻게 반응할지에 대한 단서도 제공한다”고 덧붙였다.