10년 전쯤 과학자들은 쿠바에서 악어와 비슷한 날카로운 이빨 화석을 발견했다. 이 화석의 연대는 1800만 년 전이었는데, 이빨만으로 정확한 종류를 확인하긴 어려웠다. 이후 푸에르토리코에서도 2900만 년 전의 것으로 보이는 비슷한 이빨 화석이 발견됐지만, 역시 정체는 확실치 않았다. 그러다 2023년 도미니카 공화국에서 발견된 화석 덕분에 과학자들은 이 미스터리 포식자 화석의 정체를 확인할 수 있었다. 이번엔 이빨뿐 아니라 정확한 종류를 추정할 수 있는 척추뼈 같은 다른 화석도 함께 발견됐기 때문이다. 이 화석의 주인공은 악어의 먼 친척인 노토수키아(Notosuchia)의 마지막 생존 그룹이었던 세베시드 (Sebecid)였다. 미국 플로리다 대학 라자로 비뇰라 로페즈가 이끄는 연구팀은 이 화석들을 바탕으로 대안틸레스 제도(Greater Antilles)에 세베시드의 마지막 생존자들이 살았다는 사실을 확인했다. 노토수키아는 쥐라기에서 백악기에 살았던 대형 파충류로 친척인 악어가 반수생 혹은 수생 파충류로 진화할 때 육지 파충류로 진화한 무리다. 이들은 악어처럼 큰 몸집과 날카로운 이빨을 지녔지만 다리 구조는 크게 달랐다. 악어는 다리가 몸통 옆에 붙어 있어 헤엄치거나 물속에서 낮은 자세로 매복하기 유리한 구조인 반면 노토수키아는 네 다리가 몸통에 수직으로 똑바로 붙어 있어 포유류처럼 달리기나 걷기에 유리했다. 육지에서 생활한 만큼 노토수키아는 중생대에는 공룡과 경쟁하고 신생대에는 포유류와 경쟁했다. 하지만 시간이 지날수록 민첩하고 활동성이 뛰어난 온혈 동물인 포유류에 밀려 사라지게 된다. 그래도 마지막 생존 그룹인 세베시드는 몸길이가 최대 6m에 달하는 대형 육상 파충류로 생태계에 군림했으며 1100만 년 전까지 생존했다. 플로리다 대학 연구팀은 다른 대형 포식자가 사라진 카리브해의 대안틸레스 제도의 섬에서 수천 만년 동안 세베시드가 생태계 최상위 포식자 자리를 차지했던 것으로 보고 있다. 제한된 서식 공간을 지닌 섬에서는 많은 먹이가 필요한 포유류보다 적은 먹이로도 생존이 가능한 파충류가 오히려 유리한 조건이 된다. 따라서 오랜 세월이 흐르면서 대형 포유류 포식자는 사라지고 그 자리를 대형 파충류가 차지하게 된 것이다. 이번 연구는 3300만 년 전쯤 대안틸레스 제도가 남미 대륙과 연결되었다는 가르랜디아 가설(GAARlandia hypothesis)을 지지하는 결과로 해석된다. 당시에는 지금보다 해수면이 낮고 대안틸레스 제도의 섬들이 남미 대륙에 가까워 육로로 이동할 수 있던 시기가 200만 년 정도 지속되었던 것으로 추정된다. 세베시드는 친척인 악어와 달리 수영은 잘 못했던 것으로 보이기 때문에 이들이 이 시기에 이곳으로 이주했다가 섬이 된 후 고립되어 독자적으로 진화한 것으로 생각된다. 카리브해 섬들이 세베시드의 마지막 낙원이었다. 하지만 다른 경쟁할 대형 육식 포유류가 없었는데도 결국 멸종한 이유는 확실치 않다. 세베시드가 카리브해의 마지막 낙원에서 어떻게 진화했고 왜 사라지게 됐는지에 대해 알기 위해 과학자들은 새로운 화석을 찾아 연구를 진행할 것이다.

10년 전쯤 과학자들은 쿠바에서 악어와 비슷한 날카로운 이빨 화석을 발견했다. 이 화석의 연대는 1800만 년 전이었는데, 이빨만으로 정확한 종류를 확인하긴 어려웠다. 이후 푸에르토리코에서도 2900만 년 전의 것으로 보이는 비슷한 이빨 화석이 발견됐지만, 역시 정체는 확실치 않았다. 그러다 2023년 도미니카 공화국에서 발견된 화석 덕분에 과학자들은 이 미스터리 포식자 화석의 정체를 확인할 수 있었다. 이번엔 이빨뿐 아니라 정확한 종류를 추정할 수 있는 척추뼈 같은 다른 화석도 함께 발견됐기 때문이다. 이 화석의 주인공은 악어의 먼 친척인 노토수키아(Notosuchia)의 마지막 생존 그룹이었던 세베시드 (Sebecid)였다. 미국 플로리다 대학 라자로 비뇰라 로페즈가 이끄는 연구팀은 이 화석들을 바탕으로 대안틸레스 제도(Greater Antilles)에 세베시드의 마지막 생존자들이 살았다는 사실을 확인했다. 노토수키아는 쥐라기에서 백악기에 살았던 대형 파충류로 친척인 악어가 반수생 혹은 수생 파충류로 진화할 때 육지 파충류로 진화한 무리다. 이들은 악어처럼 큰 몸집과 날카로운 이빨을 지녔지만 다리 구조는 크게 달랐다. 악어는 다리가 몸통 옆에 붙어 있어 헤엄치거나 물속에서 낮은 자세로 매복하기 유리한 구조인 반면 노토수키아는 네 다리가 몸통에 수직으로 똑바로 붙어 있어 포유류처럼 달리기나 걷기에 유리했다. 육지에서 생활한 만큼 노토수키아는 중생대에는 공룡과 경쟁하고 신생대에는 포유류와 경쟁했다. 하지만 시간이 지날수록 민첩하고 활동성이 뛰어난 온혈 동물인 포유류에 밀려 사라지게 된다. 그래도 마지막 생존 그룹인 세베시드는 몸길이가 최대 6m에 달하는 대형 육상 파충류로 생태계에 군림했으며 1100만 년 전까지 생존했다. 플로리다 대학 연구팀은 다른 대형 포식자가 사라진 카리브해의 대안틸레스 제도의 섬에서 수천 만년 동안 세베시드가 생태계 최상위 포식자 자리를 차지했던 것으로 보고 있다. 제한된 서식 공간을 지닌 섬에서는 많은 먹이가 필요한 포유류보다 적은 먹이로도 생존이 가능한 파충류가 오히려 유리한 조건이 된다. 따라서 오랜 세월이 흐르면서 대형 포유류 포식자는 사라지고 그 자리를 대형 파충류가 차지하게 된 것이다. 이번 연구는 3300만 년 전쯤 대안틸레스 제도가 남미 대륙과 연결되었다는 가르랜디아 가설(GAARlandia hypothesis)을 지지하는 결과로 해석된다. 당시에는 지금보다 해수면이 낮고 대안틸레스 제도의 섬들이 남미 대륙에 가까워 육로로 이동할 수 있던 시기가 200만 년 정도 지속되었던 것으로 추정된다. 세베시드는 친척인 악어와 달리 수영은 잘 못했던 것으로 보이기 때문에 이들이 이 시기에 이곳으로 이주했다가 섬이 된 후 고립되어 독자적으로 진화한 것으로 생각된다. 카리브해 섬들이 세베시드의 마지막 낙원이었다. 하지만 다른 경쟁할 대형 육식 포유류가 없었는데도 결국 멸종한 이유는 확실치 않다. 세베시드가 카리브해의 마지막 낙원에서 어떻게 진화했고 왜 사라지게 됐는지에 대해 알기 위해 과학자들은 새로운 화석을 찾아 연구를 진행할 것이다.

우리에게 친숙한 공룡의 이미지는 티라노사우루스처럼 크고 강력한 육식 공룡이나 움직이는 빌딩 같은 거대한 용각류 초식 공룡이다. 물론 세 개의 뿔이 달린 트리케라톱스나 큰 가시와 골판이 있는 스테고사우루스, 갑옷과 곤봉을 지닌 공룡인 안킬로사우루스 등도 인기가 많은 공룡이다. 하지만 중생대에는 이렇게 크고 멋있는 공룡들만 살았던 게 아니다. 이보다 작지만, 현대의 포유류처럼 다양한 생태학적 지위와 생활 방식을 지닌 공룡도 많았다. 쥐라기 말부터 진화해 오히려 점점 더 작아진 수각류 공룡인 알바레즈사우루스(Alvarezsaurs)도 그중 하나다. 알바레즈사우루스는 새와 매우 밀집한 관계가 있는 소형 수각류 육식 공룡으로 한때 원시 조류로 생각되기도 했으나 현재는 새의 조상과 가까운 소형 수각류 공룡으로 분류되고 있다. 알바레즈사우루스에서 가장 특이한 부분은 바로 먹이인데, 이들은 개미나 흰개미를 먹는 공룡이었다. 사실 곤충을 먹는 소형 육식 공룡은 매우 흔했다. 그리고 대형 육식 공룡이라도 새끼 때는 곤충 같은 작은 먹이를 사냥한 경우가 드물지 않았을 것으로 여겨진다. 하지만 백악기에 이르러 개미나 흰개미의 개체 수가 폭발적으로 증가하자 아예 이런 곤충만 먹는 새로운 생활 방식을 진화시킨 무리가 나타났는데, 그것이 바로 알바레즈사우루스다. 알바레즈사우루스는 백악기 후기인 9500만 년 전부터 몸집이 더 줄어들어 현재의 닭이나 소형 개 수준으로 작아졌는데, 작은 경우 5㎏에도 미치지 못했다. 개미처럼 작은 먹이를 먹다 보니 몸집도 그에 맞춰 작아진 것이다. 먹이를 씹을 일이 없다 보니 이빨도 매우 작아지고 주둥이도 역시 작아졌다. 개미굴을 파기 위해 앞다리 역시 발톱이 하나만 남게 됐지만, 다른 포식자를 피하기 위해 다리는 길어져 빨리 달릴 수 있게 됐다. 최근 미국과 중국 과학자들은 아르헨티나 리오 네그로(Río Negro)에서 발굴한 7000만년 전의 알바레즈사우루스 화석을 고해상도 CT로 스캔해 새로운 사실을 알아냈다. 알바레즈사우루스 가운데서 몸집이 큰 편에 속하는 보나파르테니쿠스 울티무스(Bonapartenykus Ultimus)라는 공룡의 뼈에서 여러 개의 공기주머니(기낭)을 발견한 것이다. 기낭은 공룡과 새에서 볼 수 있는 공기주머니로 뼈를 가볍게 할 뿐 아니라 호흡을 돕는 역할을 한다. 새와 가까운 그룹인 알바레즈사우루스에 기낭이 있다는 것은 당연한 일인 것 같지만, 사실 기낭을 확인할 수 있을 정도로 크고 보존 상태가 좋은 화석은 이번이 처음이다. 이번 발견에서 한 가지 더 흥미로운 사실은 공기주머니가 다른 호흡 기관과 연결되지 않은 꼬리 중간에도 존재한다는 것이다. 이는 공기주머니의 목적이 호흡보다는 무게를 줄이는 데 있다는 점을 의미한다. 새처럼 하늘을 날 것도 아닌데, 이미 작고 가벼운 소형 공룡이 또 무게를 줄인 이유는 빨리 움직이기 위한 것으로 풀이된다. 커봐야 지금의 타조보다 작은 알바레즈사우루스에게 민첩하게 달아나는 능력은 생존에 가장 중요했을 것이다. 글자 그대로 공기처럼 가볍고 바람처럼 빠른 공룡인 셈이다. 알바레즈사우루스는 크고 멋진 공룡은 아니지만, 중생대 공룡이 얼마나 다양하게 진화했는지 보여주는 사례 중 하나로 손색이 없다. 중생대 공룡 역시 치열한 생존 경쟁에서 최대한 경쟁을 피하기 위해 다양한 생존 방법을 모색했고, 그 결과 현재의 포유류처럼 다양한 형태로 진화했다. 현재의 개미핥기보다 한참 전에 이미 같은 길을 걸었고, 커지기보다는 작아지는 걸 선택한 공룡 역시 그렇게 보면 의외의 존재는 아니라고 할 수 있다.

미·칠레 대학연구팀, 파타고니아 어룡 화석 발견출산 직전 새끼, 마지막 식사까지 완벽하게 보존평온한 바다 생활과 빠른 멸종 실마리 제공 기대 포유류가 어류나 조류, 파충류 등 다른 척추동물과 다른 점은 알 대신 새끼를 낳고 젖을 먹여 키운다는 것이다. 물론 여기에도 예외가 있다. 오리너구리나 가시두더지 같은 단공류는 포유류인데도 알을 낳는 원시적 그룹이다. 반면 어룡(ichthyosaur) 같은 멸종 해양 파충류는 포유류보다 훨씬 전부터 알 대신 새끼를 직접 낳아 길렀다. 중생대 트라이아스기부터 백악기까지 1억년 넘게 바다에서 번성한 어룡은 일찍부터 돌고래와 비슷한 형태로 진화했다. 따라서 해양 파충류인 거북이처럼 알을 낳으러 육지로 올라갈 수 없었다. 그래서 마치 고래처럼 어미 뱃속에서 상당히 큰 새끼를 출산하는 방향으로 일찍부터 진화한 것이다. 과학자들은 다양한 임신 단계의 어룡 화석을 발굴해 포유류보다 먼저 새끼를 낳은 어룡에 대해 많은 사실을 알아냈다. 미국 텍사스 대학의 맷 말코스키 교수와 칠레 마갈라네스 대학의 주디스 파도-페레즈 교수 연구팀은 남미 파타고니아의 백악기 초기 지층에서 가장 완벽한 상태로 보존된 만삭 상태의 어룡 화석을 발견했다. 피오나라는 이름이 붙은 이 어룡은 몸길이 3.3m로 현생 돌고래와 비슷한 크기인데, 출산을 직전 상태의 새끼는 물론 마지막 식사였던 작은 물고기의 흔적까지 완벽하게 보존되어 백악기 어룡의 생태를 연구하는 과학자들에게 중요한 정보를 제공하고 있다. 연구팀에 따르면 피오나가 살던 시기에 남미 대륙과 아프리카 대륙이 분리되며 그 사이에 얕은 바다가 생겼다. 이 바다에는 어룡의 먹이가 되는 작은 물고기와 암모나이트 같은 연체동물이 많아 이 지역에서 어룡이 크게 번성했던 것으로 보인다. 실제로 이 지층에서는 피오나 이외에도 많은 해양 생물과 다른 어룡의 화석이 발견됐다. 하지만 이렇게 바닷속 생활에 잘 적응했던 어룡은 백악기에 알 수 없는 이유로 쇠퇴를 거듭하다가 결국 공룡이나 다른 중생대 생물보다 더 빨리 멸종해 사라진다. 현재도 그 이유는 미스터리이지만, 어쩌면 어룡의 마지막 번성기에 바다를 누빈 피오나와 그 동료들의 화석에 한 가닥 단서가 남아 있을지도 모른다.

수많은 공룡이 지구를 지배하고 있던 중생대, 바닷속에서는 어떤 일이 벌어지고 있었을까. 육상 공룡에 비해 익룡이나 수룡에 대해서는 여전히 밝혀지지 않은 부분이 많다. 이런 상황에서 스웨덴 룬드대, 웁살라대, 독일 빌레펠트 자연사 박물관, 하우프 선사시대 박물관 공동 연구팀은 독일에서 발견된 거의 완전한 형태의 플레시오사우루스 화석을 통해 중생대 쥐라기 시대 진화의 비밀을 풀어냈다고 1일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘피어J 생명 및 환경학’ 3월 31일 자에 실렸다. 플레시오사우루스는 몸길이는 약 3.4m, 몸무게는 약 185㎏ 정도의 중생대 쥐라기 초기에 살았던 최초의 수장룡(물속 공룡)이다. 작은 머리, 길고 가는 목, 거북처럼 둥근 몸, 짧은 꼬리, 두 쌍의 물갈퀴로 이뤄져 있다. 연구팀은 독일 홀츠마덴 인근 포시도니아 셰일층에서 발굴된 MH-7으로 이름 붙여진 화석을 분석했다. MH-7 화석은 이 지역에서 발견된 플레시오사우루스 화석 중 가장 완전한 형태다. 포시도니아 셰일층에서는 주로 이크티오사우루스 같은 어룡이나 해양 파충류 종이 발견되고, 플레시오사우루스는 상대적으로 드물다. MH-7는 플레시오사우루스 중 한 종인 ‘플레시옵테리스 윌디’로 성체가 되기 전인 아성체 단계로 확인됐다. 연구팀에 따르면 MH-7는 초기 플레시오사우로이드이며, 쥐라기 후기에 등장한 어룡류인 크립토클리디드로 진화한 것으로 파악했다. 이번 발견은 약 1억 8000만 년 전 쥐라기 초기 유럽 대륙붕 해역에서 플레시오사우루스 종이 등장해 점진적으로 진화했음을 보여줄 뿐만 아니라, 플레시오사우루스의 다양성과 지역적 특화에 대한 통찰을 제공하고 있다. 특히 쥐라기 시대 해양 파충류가 환경 변화에 어떻게 대응해왔는지도 파악할 수 있게 해줄 것으로 기대되고 있다. 연구를 이끈 미구엘 마르크스 스웨덴 룬드대 교수는 “이번 연구는 플레시옵테리스 윌디가 플레시오사우루스는 물론 어룡의 진화에서 차지하는 위치에 대한 이해를 높인다”라며 “쥐라기 초기 유럽 해역에는 지역별로 서로 다른 플레시오사우루스 종들이 개별 진화했을 가능성이 크다”라고 말했다.

일본 야마구치현에서 2억 3000만년 전 벌의 진화 초기 과정을 관찰할 수 있는 화석이 발견됐다고 17일 요미우리신문이 보도했다. 야마구치현 미네시교육위원회는 전날 오미네마치의 지층에서 중생대 트라이아스기 후기에 해당하는 2억 3000만년 전 벌 화석 4점을 확인했다고 발표했다. 트라이아스기 후기는 파충류와 곤충, 식물 등 다양한 생물이 번성한 시기였다. 이번에 발견된 화석 4점 모두 세계에서 가장 오래된 벌 화석으로, 전신이 그대로 보존된 희귀한 화석도 포함됐다. 이 화석들은 1987~1990년 사이 도로 공사 과정에서 발굴된 6000여점의 다른 화석들과 섞여 있었다. 벌의 길이는 최대 1.7㎝로 4점 모두 현재도 일본에서 서식하는 나기나타 잎벌과로 분류된다고 위원회는 설명했다. 이 가운데 2점은 벌의 독침으로 진화했다고 여겨지는 ‘산란관’을 갖추고 있는 것으로 조사됐다. 원래 모두 암컷인 일벌은 산란관이 있었으나 벌집 방어를 위해 그 대신 독침을 갖게 됐다. 연구에 참여한 오야마 노조미 프랑스 파리 고생물연구센터 연구원은 “벌 진화의 출발점으로서 자리매김하는 중요한 화석”이라고 평가했다. 미네시는 향후 화석 공개를 검토할 예정이다.

익룡은 중생대 하늘을 지배한 생물로 1억 6000만 년 넘는 세월 동안 수많은 종으로 진화했다. 익룡 중에는 비둘기처럼 작은 종도 있었으나 날개 너비가 10m가 넘는 역사상 가장 큰 날짐승인 케찰코아틀루스 노르트로피 같은 대형도 존재했다. 과학자들은 이런 대형 익룡이 어떻게 하늘을 날았는지 아직도 완벽하게 이해하지 못하고 있다. 이렇게 큰 날짐승이 하늘을 날기 위해서는 최대한 무게를 줄여야 한다. 따라서 익룡의 뼈는 새처럼 가운데가 텅 비어 있는 파이프 형태로 되어 있다. 하지만 영국 맨체스터 대학의 네이슨 필리가 이끄는 연구팀은 이것이 전부가 아니라는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 고해상도 3D CT를 이용해 익룡의 뼈 화석을 현미경으로 들여다보는 것처럼 자세히 조사했다. 그 결과 뼈 내부에 머리카락 굵기의 12분의 1에 불과한 작은 관(canal)이 무수히 존재한다는 사실을 알아냈다. 이 관은 뼈조직에 영양분을 전달하는 통로가 되는 동시에 뼈의 무게를 줄이고 손상을 방지하는 역할을 했던 것으로 보인다. 케찰코아틀루스 같은 대형 익룡은 앉은키가 기린보다 컸기 때문에 날아오를 때나 착륙할 때 뼈에 상당한 충격이 가해지고, 자칫 부러질 가능성도 높다. 무게를 줄이기 위해 가운데만 텅 비어 있는 게 아니라 내부에 많은 관을 지니고 있으면 골절에 더 취약할 것 같지만, 오히려 역발상 설계라는 것이 연구팀의 설명이다. 표면에서 균열에 발생해도 정교하게 뼈를 통과하는 관 덕분에 골절이 진행하지 못하고 멈추기 때문이다. 어차피 골절을 피하기 힘든 만큼 범위를 축소한 후 신속히 복구하는 해법이 익룡이 가벼운 무게에도 큰 힘을 견딜 수 있는 뼈를 지닐 수 있는 비결이다. 연구팀은 이 구조를 연구하면 항공기에 사용할 수 있는 초경량 고강도 소재를 개발할 수 있을 것으로 보고 있다. 6600만 년 전 사라졌지만, 역사상 가장 성공한 날짐승이었던 익룡의 지혜를 배울 수 있을지 후속 연구가 주목된다.

영국 네스호의 괴물로 잘 알려진 플레시오사우루스(수장룡)는 중생대 바다를 누빈 대표적인 해양 파충류로 꼽힌다. 공룡과 비슷한 시기 바다에 살았기 때문에 종종 공룡이라는 오해를 받기도 하지만 사실 공룡과는 아주 옛날에 갈라진 별개의 그룹이다. 수많은 플레시오사우루스의 화석이 발견돼 중생대 해양 생태계를 누빈 대형 파충류의 모습이 하나하나 드러나고 있다. 그러나 여전히 밝혀야할 것들이 많다. 그중 하나가 플레시오사우루스가 조상인 육상 파충류처럼 단단한 비늘을 지녔는지, 아니면 부드러운 피부를 지녔는지 아직 확인하지 못했다. 부드러운 조직은 대부분 썩어 없어진 탓이다. 스웨덴 룬드대학의 미구엘 마르크가 이끄는 독일·스웨덴 과학자 팀은 2020년 독일의 포시도니아 셰일 지층에서 발견된 완벽한 플레시오사우루스 화석에서 그 단서를 찾아냈다. 이 화석의 연대는 쥐라기 초반인 1억 8000만 년 전이라는 사실을 확인했다. 이 플레시오사우루스 화석은 몸길이 3m 정도로 작은 편이지만, 작은 크기 덕분에 골격은 물론 부드러운 조직까지 완벽하게 보존됐다. 연구팀은 화석을 상세히 분석하던 중 꼬리 부분에 피부의 흔적이 남아 있다는 사실을 발견했다. 그리고 오른쪽 앞 지느러미 앞에는 두 개의 비늘 조각이 남아 있었다. 이것만으로는 비늘의 면적과 분포를 정확히 알 순 없지만 연구팀은 몸통은 부드러운 피부만 있고 지느러미는 단단한 비늘이 있을 가능성이 가장 높은 것으로 보고 있다. 육상 생활에 적응한 파충류의 크고 단단한 비늘은 바다에서 필요 없는 부분이기 때문에 무게를 줄이기 위해 빠르게 퇴화했을 것으로 추정된다. 하지만 지느러미의 경우 너무 부드러우면 노처럼 물을 밀어내기 어렵기 때문에 비늘이 남은 것으로 보인다. 지느러미 비늘의 또 다른 용도로 추정되는 것은 바다 밑 모래 바다에 숨은 먹이를 찾는 것이다. 바다 밑에는 플레시오사우루스가 좋아하는 다양한 연체동물이 숨어 있기 때문에 모래를 삽처럼 파내는 용도로 지느러미를 유용하게 사용했을 것으로 생각된다. 깃털이 보존된 공룡 화석처럼 피부와 비늘의 흔적이 남은 플레시오사우루스의 화석은 오래전 사라진 생물들이 어떻게 살았고 실제로 어떻게 보였는지 알려주는 중요한 단서가 된다. 플레시오사우루스는 공룡만큼 오랜 세월 바다에 살았고 다양하게 진화했기 때문에 비늘이 있는 피부의 비율이나 용도 역시 다양했을 것으로 추정한다. 이번처럼 보존 상태가 좋은 화석이 계속 나온다면 머지않아 이 내용도 밝혀낼 수 있을 것으로 기대된다.

고생물학자들이 현대 조류 진화의 빠진 고리를 찾아냈다. 미국 오하이오대, 텍사스 오스틴대, 피츠버그 카네기 자연사박물관, 뉴욕 자연사박물관, 워싱턴DC 스미스소니언 국립 자연사박물관, 콜로라도 광산대학, 덴버 자연과학 박물관, 호주 제임스 쿡대학 공동 연구팀은 약 6800만 년 전 남극에 살았던 새의 화석을 발견했다고 7일 밝혔다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 2월 6일 자에 실렸다. 약 6600만 년 전 중생대 백악기 말, 지금의 멕시코 유카탄반도 근처에 소행성이 떨어지면서 모든 공룡이 멸종했다. 그렇지만, 오늘날 새의 초기 조상은 4번째 대멸종 사건에서 살아남은 것으로 알려졌다. 또, 남극은 소행성 충돌 장소와 멀리 떨어져 있어서 해당 지역에 살고 있었던 생물들에게는 안전한 피난처 역할을 했을 것으로 보인다. 남극은 현재 동토의 왕국이지만, 화석 증거에 따르면 중생대 말에는 초목이 무성한 온화한 기후를 가진 지역으로 대멸종에서 살아남은 초기 조류의 인큐베이터 역할을 했을 것으로 알려져 있다. 연구팀은 현재 오리와 거위의 조상뻘로 티라노사우루스 렉스가 북미 대륙을 지배하고 있던 백악기(약 6920만~6840만 년 전) 때, 남극 대륙에 살았던 ‘베가비스 이아이’(Vegavis iaai)의 거의 완전한 머리뼈를 발견했다. 이전에도 베가비스 화석이 발견된 적이 있지만, 머리뼈가 없거나 턱뼈 일부분만 있어 조류의 진화를 제대로 파악할 수 없었다. 백악기 말 발생한 대멸종 이전에는 현대 조류와 비슷한 생물종이 드물었기 때문에 그동안 베가비스의 진화적 위치를 파악하기 쉽지 않았다. 연구팀은 2011년 남극 고생물학 프로젝트 탐험 중에 발굴된 베가비스의 뼈를 3차원으로 재구성하는 데 성공했다. 그 결과, 베가비스는 전형적인 조류의 머리뼈 형태를 갖고 있었으며, 물새과에 속하고 오리와 거위의 가까운 친척이라는 사실을 확인할 수 있었다. 베가비스는 현재의 물새와 달리 턱 근육과 턱뼈가 발달해 가늘고 뾰족한 부리를 갖고 있으며, 독특한 머리 형태를 갖고 있어 물고기를 잡기 위해 잠수를 했을 것으로 추정했다. 이와 함께 베가비스는 물고기와 물속 먹잇감을 찾기 위해 오래 잠수할 수 있었을 것이라고 연구팀은 설명했다. 패트릭 오코너 오하이오대 교수(덴버 자연과학 박물관 지구·우주과학 수석 연구자)는 “고생물학자들 사이에서 베가비스만큼 많은 논쟁을 불러일으킨 새는 없었다”라며 “이번 연구는 그 같은 논쟁을 해결하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 남극이 현대 조류 진화 초기 단계에서 어떤 역할을 했는지 파악할 수 있게 해준다”라고 말했다. 오코너 교수는 “마다가스카르나 아르헨티나 같은 남반구 지역에서 중생대 살았던 독특한 조류 화석이 발견되는 경우가 많은데, 남극도 고생물학 연구에서 중요한 장소”라고 덧붙였다.

포유류는 생각보다 역사가 오래된 동물이다. 공룡보다 더 나중에 등장한 생물처럼 생각될 수도 있지만, 사실 포유류의 조상들은 공룡의 조상보다 더 먼저 나타났다. 포유류 조상의 조상이라고 할 수 있는 동물이 등장한 것은 고생대 후기인 3억 년 전이었다. 아직은 파충류의 특징을 많이 지녀 포유류형 파충류라고 불린 단궁류가 그들이다. 공룡의 조상은 중생대 첫 시기인 트라이아스기에 나타났으니, 포유류의 조상이 얼마나 빨리 등장했는지 알 수 있다. 단궁류는 공룡보다 훨씬 앞서 지상 생태계를 지배했다. 고생대의 마지막 시기인 페름기에는 등에 거대한 돛을 지닌 디메트로돈 같은 반룡류가 등장했는데, 당시 생태계 최상위 포식자였다. 하지만 단궁류가 본격적으로 지상 생태계를 접수한 것은 페름기 후반 수궁류가 등장한 이후다. 수궁류는 도마뱀이나 악어와 달리 다리가 몸통 아래 수직으로 붙어 있어 현생 포유류나 나중에 등장한 공룡처럼 지상을 빠르게 움직일 수 있었다. 여기에 어느 정도 체온을 일정하게 유지할 수 있는 항온성도 지닌 동물이었을 것으로 생각된다. 수궁류 가운데 대표 격인 생물은 고르고놉스(Gorgonopsians)다. 고르고놉스는 큰 체격과 칼날같이 날카로운 이빨을 무기로 현재의 과나 고양잇과 동물처럼 다양하게 진화해 육상 생태계의 최상위 포식자로 군림했다. 이들이 등장한 것은 2억 7000만 년 전이다. 최근 과학자들은 의외의 장소에서 이 시기 등장한 초기 고르고놉스의 화석을 발견했다. 스페인 미구엘 크루사폰트 고생물학 연구소 및 발레라 자연사 박물관의 과학자들은 지중해의 마요르카섬에서 발굴한 신종 고르고놉스의 화석을 보고했다. 이번에 발견된 신종 고르고놉스는 훨씬 이후에 나타나는 사자, 호랑이, 곰처럼 덩치 큰 고르고놉스가 아니라 대형견 크기인 몸길이 1m 정도의 작은 종이다. 비록 골격 일부만 남았지만, 턱과 이빨, 척추뼈 몇 개, 그리고 다리뼈 화석처럼 중요한 부위가 남아 수궁류 초기 진화에 대해 많은 정보를 제공하고 있다. 특히 주목할 부분은 송곳처럼 날카로운 큰 이빨 화석이다. 고르고놉스는 포유류의 역사에서 반복적으로 나타난 칼날처럼 긴 이빨인 검치가 처음으로 나타난 동물인데, 이 신종 고르고놉스 역시 입 밖으로 튀어나온 검치를 지니고 있었다. 검치는 큰 먹이의 숨통을 끊을 때 유용한 무기로 고르고놉스가 진화 초기부터 적극적인 사냥꾼이었다는 점을 보여주는 증거다. 온전한 형태로 발견된 다리뼈 화석 (사진) 역시 신종 고르고놉스가 먹이를 적극적으로 추격해 사냥했다는 가설을 뒷받침한다. 당시 육상 동물 가운데 이렇게 다리가 몸통에 수직으로 다리가 붙어 있어 빠르게 달릴 수 있는 동물은 거의 없었기 때문에 이는 강력한 무기였다. 2억 7000만 년 전에 이렇게 시대를 앞선 몸을 진화시킨 포유류의 조상은 육상 생태계를 접수하고 큰 번영을 누렸다. 그러나 2억 5000만 년 전 페름기 말 대멸종과 함께 고르고놉스류를 포함한 많은 수궁류가 멸종해 역사 속으로 사라졌다. 이때 간신히 살아남은 포유류의 조상은 진정한 포유류로 진화하는 긴 과정을 거쳐 오늘날 우리의 조상이 됐다. 이번 연구처럼 과학자들은 많은 화석을 통해 포유류가 현재의 번영에 이르기까지 수많은 조상들이 있었다는 사실을 알아냈다. ‘잘되면 내 탓 잘못되면 조상 탓’이라는 속담이 있지만, 지금 포유류가 잘된 건 이 많은 조상들 덕분이라는 점은 의심의 여지가 없다.

포유류는 생각보다 역사가 오래된 동물이다. 공룡보다 더 나중에 등장한 생물처럼 생각될 수도 있지만, 사실 포유류의 조상들은 공룡의 조상보다 더 먼저 나타났다. 포유류 조상의 조상이라고 할 수 있는 동물이 등장한 것은 고생대 후기인 3억 년 전이었다. 아직은 파충류의 특징을 많이 지녀 포유류형 파충류라고 불린 단궁류가 그들이다. 공룡의 조상은 중생대 첫 시기인 트라이아스기에 나타났으니, 포유류의 조상이 얼마나 빨리 등장했는지 알 수 있다. 단궁류는 공룡보다 훨씬 앞서 지상 생태계를 지배했다. 고생대의 마지막 시기인 페름기에는 등에 거대한 돛을 지닌 디메트로돈 같은 반룡류가 등장했는데, 당시 생태계 최상위 포식자였다. 하지만 단궁류가 본격적으로 지상 생태계를 접수한 것은 페름기 후반 수궁류가 등장한 이후다. 수궁류는 도마뱀이나 악어와 달리 다리가 몸통 아래 수직으로 붙어 있어 현생 포유류나 나중에 등장한 공룡처럼 지상을 빠르게 움직일 수 있었다. 여기에 어느 정도 체온을 일정하게 유지할 수 있는 항온성도 지닌 동물이었을 것으로 생각된다. 수궁류 가운데 대표 격인 생물은 고르고놉스(Gorgonopsians)다. 고르고놉스는 큰 체격과 칼날같이 날카로운 이빨을 무기로 현재의 과나 고양잇과 동물처럼 다양하게 진화해 육상 생태계의 최상위 포식자로 군림했다. 이들이 등장한 것은 2억 7000만 년 전이다. 최근 과학자들은 의외의 장소에서 이 시기 등장한 초기 고르고놉스의 화석을 발견했다. 스페인 미구엘 크루사폰트 고생물학 연구소 및 발레라 자연사 박물관의 과학자들은 지중해의 마요르카섬에서 발굴한 신종 고르고놉스의 화석을 보고했다. 이번에 발견된 신종 고르고놉스는 훨씬 이후에 나타나는 사자, 호랑이, 곰처럼 덩치 큰 고르고놉스가 아니라 대형견 크기인 몸길이 1m 정도의 작은 종이다. 비록 골격 일부만 남았지만, 턱과 이빨, 척추뼈 몇 개, 그리고 다리뼈 화석처럼 중요한 부위가 남아 수궁류 초기 진화에 대해 많은 정보를 제공하고 있다. 특히 주목할 부분은 송곳처럼 날카로운 큰 이빨 화석이다. 고르고놉스는 포유류의 역사에서 반복적으로 나타난 칼날처럼 긴 이빨인 검치가 처음으로 나타난 동물인데, 이 신종 고르고놉스 역시 입 밖으로 튀어나온 검치를 지니고 있었다. 검치는 큰 먹이의 숨통을 끊을 때 유용한 무기로 고르고놉스가 진화 초기부터 적극적인 사냥꾼이었다는 점을 보여주는 증거다. 온전한 형태로 발견된 다리뼈 화석 (사진) 역시 신종 고르고놉스가 먹이를 적극적으로 추격해 사냥했다는 가설을 뒷받침한다. 당시 육상 동물 가운데 이렇게 다리가 몸통에 수직으로 다리가 붙어 있어 빠르게 달릴 수 있는 동물은 거의 없었기 때문에 이는 강력한 무기였다. 2억 7000만 년 전에 이렇게 시대를 앞선 몸을 진화시킨 포유류의 조상은 육상 생태계를 접수하고 큰 번영을 누렸다. 그러나 2억 5000만 년 전 페름기 말 대멸종과 함께 고르고놉스류를 포함한 많은 수궁류가 멸종해 역사 속으로 사라졌다. 이때 간신히 살아남은 포유류의 조상은 진정한 포유류로 진화하는 긴 과정을 거쳐 오늘날 우리의 조상이 됐다. 이번 연구처럼 과학자들은 많은 화석을 통해 포유류가 현재의 번영에 이르기까지 수많은 조상들이 있었다는 사실을 알아냈다. ‘잘되면 내 탓 잘못되면 조상 탓’이라는 속담이 있지만, 지금 포유류가 잘된 건 이 많은 조상들 덕분이라는 점은 의심의 여지가 없다.

‘울산국가지질공원’ 인증이 속도를 내고 있다. 울산시는 최근 전문가, 울산시의회, 지질명소 마을 이장, 시민단체 관계자 등 15명으로 구성된 ‘울산지질공원위원회’를 발족했다고 22일 밝혔다. 지질공원위원회는 앞으로 울산지질공원 조성과 관리 운영에 필요한 기본계획을 심의하고 국가지질공원 인증과 관련한 조언을 할 예정이다. 앞서 시는 울산국가지질공원 기본계획을 수립하고 10개 지질명소 후보지를 선정했다. 10개 명소는 천전리 공룡발자국화석산지, 대곡리 발자국화석산지, 국수천 습곡, 선바위, 주전 포유암, 대왕암해안, 간월재, 작괘천, 정족산 무제치늪, 간절곶 파식대 등이다. 시는 또 지난 20일 ‘울산국가지질공원 인증 후보지 신청 연구용역’ 중간 보고회도 개최했다. 용역 책임연구자인 임현수 부산대 지질학과 교수가 후보지 인증에 필요한 울산 지질 유산의 가치 판단 근거자료를 제시하고 다른 공원과의 차별성에 대해 발표했다. 임 교수는 “울산지질공원은 지질자원, 지질연대 등이 부산국가지질공원과 유사하지만, 중생대 습곡 지형 등 다양한 유형의 지질 유산과 국가 명승, 람사르습지 등이 명소로 포함돼 우수성과 차별성이 뚜렷하다”며 “자체 평가 결과 후보지로 인증받을 가능성이 충분하다”고 평가했다. 시 관계자는 “지질공원위원회를 통해 주민 참여와 교육, 관광 활성화를 적극적으로 추진하고 국가지질공원 인증 준비를 철저히 하겠다”고 말했다.

생물학자나 생태학자들은 동물의 배설물을 분석해 다양한 정보를 획득한다. 특히 배설물은 먹이 환경 정보도 제공한다. 유럽 과학자들이 법의학적 방법으로 배설물 화석을 분석해 공룡의 비밀을 풀어내는 데 성공했다. 스웨덴 웁살라대 진화 생물학 연구센터, 노르웨이 북극대, 폴란드 카토비체 실레지아대 지구과학 연구소, 식물학 연구소, 지질과학 연구소, 고생물학 연구소, 야기에우워대 생물학부, 헝가리 자연사박물관 공동 연구팀은 화석화된 공룡의 대변과 구토물 표본으로 공룡이 지구의 고대 생태계를 지배하게 된 과정을 재현하는 데 성공했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 11월 28일 자에 실렸다. 화석 기록에 따르면 공룡은 중생대 첫 번째 시기인 트라이아스기 중기인 2억 4700만~2억 3700만 년 전에 진화했다. 그러나, 공룡이 육상 생태계를 지배하기 시작한 것은 약 3000만 년 뒤인 쥐라기 초에 이르러서다. 이 시기에는 다양한 네발 척추동물들이 등장한 시기이기도 하지만, 공룡이 생태계를 지배하게 된 원인은 여전히 의문으로 남아있다. 연구팀은 트라이아스기 말부터 쥐라기 초까지 공룡 화석이 많이 발견된 폴란드 분지에서 브로말라이트 화석 500여 점을 분석해 법의학적 방법으로 먹이 그물을 재구성했다. 브로말라이트는 대변이나 구토물같이 소화된 물질이 화석화된 것을 말한다. 연구팀은 소화되지 않은 위의 내용물을 확인하기 위한 내부 구조의 3차원(3D) 이미지를 포함한 기존 화석 기록과 기후 자료, 식물 데이터를 비교해 해당 기간 척추동물의 크기와 풍부함의 진화를 추정했다. 분석 결과, 공룡이 아닌 네발 척추동물이 초기 공룡의 잡식성 조상에 의해 대체됐음을 확인했다. 이 초기 공룡의 조상들은 트라이아스기 말에 최초의 육식 및 초식 공룡으로 진화했다. 연구팀은 화산 활동 증가와 관련된 환경 변화로 인해 먹이로 삼을 수 있는 더 다양한 식물의 출현했을 것으로 추정했다. 그에 따라 더 크고 다양한 초식 공룡 종이 등장하게 됐다. 이는 쥐라기 초기에 더 큰 육식성 공룡의 진화로 이어졌고, 지구 생태계가 공룡에 의해 지배되는 계기가 됐다고 연구팀은 설명했다. 고생물학자로 이번 연구를 이끈 그제고시 니에즈비즈키 웁살라대 교수는 “이번 연구를 통해 중생대 지구가 어떻게 공룡으로 가득 차게 됐는지 알 수 있다”며 “이번에 활용한 방법을 다른 지역의 다양한 진화의 역사를 밝히는 데도 도움이 될 것”이라고 설명했다.

영화 ‘쥐라기 월드’에는 중생대에 살았던 다양한 공룡들이 등장한다. 등장하는 공룡들은 모두 독특한 소리를 내는 것으로 묘사되는데, 과연 영화에서처럼 진짜 그런 소리를 냈을까. 미국 뉴욕대 연구팀은 화석을 이용한 물리학적, 수학적 모델링을 통해 백악기 후기에 살았던 대형 초식 공룡인 파라사우롤로푸스(Parasaurolophus)가 어떻게 소리를 냈는지 밝혀내고, 소리를 재현하는 데 성공했다고 22일 밝혔다. 이 연구 결과는 18~22일 온라인 가상 회의로 열린 미국 음향학회 제187차 기술 세션에서 발표됐다. 파라사우롤로푸스는 백악기 후기인 7650만 년~7300만 년 전에 살았던 것으로 추정되는 초식 공룡이다. 몸길이가 9~10m에 무게는 2.5t으로, 특징은 볏을 포함한 머리뼈의 길이가 1.6~2m에 이르며 오리주둥이를 갖고 있다는 점이다. 그래서 이름도 볏 도마뱀, 관 도마뱀이라는 뜻의 파라사우롤로푸스로 붙여졌다. 기다란 볏, 또는 관으로 보이는 기관은 속이 비어있고 콧구멍까지 연결된 것으로 보이는데 어디에 사용됐는지 명확히 밝혀지지 않고 있다. 고생물학자들은 관이 소리를 증폭하는 기관으로 여러 소리를 만드는 데 쓰였을 것이라고 추정할 뿐이다. 연구팀은 파라사우롤로푸스의 볏 내부에서 음향학적으로 어떤 일이 일어나는지 수학적으로 파악하기 위해 파이프로 구성된 물리적 장치를 만들었다. 이 장치는 공명실에서 영감을 받아 면사에 매달려 마이크로 주파수 데이터를 모은 뒤 작은 스피커로 주파수를 증폭하도록 했다. 연구팀은 추가 연구를 진행할 것이지만, 이번 초기 연구 결과 파라사우롤로푸스의 볏은 요즘 우리가 보는 새의 볏이나 관처럼 소리 공명을 일으키는 데 사용한 것으로 분석됐다. 연구팀은 “유사한 발성 구조를 가진 동물을 연구하고 수학적 모델로 검증함으로써 실제 파라사우롤로푸스의 소리를 완벽하게 재현할 것”이라며 “이번에 사용한 기술을 활용하면 멸종된 동물들의 소리를 재현하는 데도 도움이 될 것으로 기대한다”라고 설명했다.

서기 79년 8월 24일, 고대 로마의 도시 폼페이는 베수비오 화산 폭발로 15분 만에 도시 전체가 화산재에 묻혔다. 순식간에 덮친 재앙으로 인해 도시 전체가 그대로 화석으로 변해 당시 환경을 엿보는 창이 되기도 한다. 중국 랴오닝성 차오양시에 있는 중생대 백악기에 해당하는 약 1억 2000만~1억 3000만 년 전에 형성된 지층인 ‘익시안 층’(Yixian Formation)은 마치 폼페이처럼 공룡을 비롯한 생물체가 그대로 보존된 고생물학적 보고다. 익시안 층에는 공룡, 새, 포유류, 곤충, 거북이, 개구리 등 다양한 생물체가 내부 장기, 깃털, 비늘, 털, 위 속 내용물까지 거의 완벽한 형태로 보존돼 있다. 여기서는 세계 최초로 비(非) 조류 깃털 공룡이 거의 완벽하게 보존돼 과학자들이 공룡 깃털을 파악하는 등 고생물학 혁신을 가져온 발견들이 많았다. 화석이 이렇게 완벽하게 보존된 이유에 대해 지금까지는 폼페이의 베수비오 화산처럼 갑작스러운 화산 폭발로 인한 매몰 때문으로 추정했다. 그래서 익시안 층을 ‘중국의 폼페이’로 부르기도 했다. 그런데, 남아프리카공화국 비트바테르스란트대 지구과학부, 미국 프린스턴대 지구과학부, 컬럼비아대 라몬-도허티 지구 관측대, 중국 난징 지리학·고생물학 연구소, 베이징 척추동물 고생물학·고인류학 연구소 공동 연구팀은 폼페이 아이디어는 매력적이지만, 사실은 굴이 무너지는 것 같은 더 평범한 사건이나 비가 많이 오는 동안 쌓인 퇴적물 때문에 보존될 수 있었다고 추정했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 11월 5일 자에 실렸다. 익시안 층 화석은 두 종류로 나눌 수 있다. 주로 육상 퇴적물에서 발견된 완전하게 연결된 3차원(3D) 골격 화석과 호수 퇴적물에서 발견된 연조직까지 포함된 화석이다. 화석 자체와 화석 발굴지 주변 암석에서 채취한 지르콘 미세 입자를 분석했다. 방사성 우라늄과 납의 비율을 측정했으며 ‘화학적 마모 동위원소 희석 열 이온화 질량 분석법’(CA-ID-TIMS)이라는 정밀 측정법으로 연대를 측정했다. 그 결과, 화석과 주변 물질은 공통으로 1억 2500만 년 전으로 연대 측정됐으며, 화석 형성 기간은 9만 3000년 이하의 짧은 기간으로 분석됐다. 추가 계산에 따르면, 당시는 지구 궤도 변화에 의한 환경 변화가 발생한 세 기간에 포함돼 있었고, 기후는 상대적으로 습했던 것으로 나타났다. 이런 이유로 퇴적물이 호수와 육상에서 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 빠르게 축적됐다. 많은 사체가 신속하게 매몰됐고, 부패를 촉진하는 산소가 차단됐다. 이런 차단 효과는 호수에 빠르게 나타나 연조직이 그대로 보존될 수 있었다. 연구팀에 따르면 화산이나 용암, 마그마의 침입 층이 있긴 하지만 폼페이와는 다른 모습이 많았다. 화산폭발로 인한 화쇄류 때문이었다면 열 때문에 깃털, 피부 등은 타버리거나 보존 상태가 좋지 않았을 것이라고 덧붙였다. 또 폼페이 주민들이나 동물들은 화산재가 덮쳤을 때 일반적으로 주먹을 쥐고 구부러진 자세를 보이고 있지만, 익시안 층에 생물들은 많은 경우 팔과 꼬리를 아늑하게 감싸고 있는 모습이어서 죽을 때 잠자고 있었던 것처럼 보이기까지 한다. 그렇기 때문에 동물들이 잠을 자고 있던 굴이 많은 양의 비로 인해 무너지거나, 취약한 지반 상태에서 거대 공룡들이 위를 지나다니다 굴을 무너뜨렸을 가능성도 있다고 연구팀은 추정했다. 연구를 이끈 고생물학자 폴 올슨 컬럼비아대 교수는 “이번 연구는 지난 120년 동안 가장 중요한 공룡 관련 발견일 것이라 할 수 있고, 이번에 밝혀낸 화석 보존 방법은 인간의 중요한 편견을 볼 수도 있다”라며 “보통 어떤 사건을 이해하지 못할 때 평범한 사건에 비범한 원인이나 기적이라는 이야기를 덧붙이지만, 이 화석들을 자세히 분석해 보면 정상적인 조건에서 일어난 일상적 죽음의 한순간을 포착한 것임을 알 수 있다”라고 말했다.

과거 초등학교나 중학교 과학 시간에 해부 실험동물로 많이 쓰였던 것이 개구리였다. 요즘은 그렇지 않지만, 10~20년 전까지만 해도 개구리는 주변에서 흔하게 볼 수 있었고, 쉽게 구할 수 있었기 때문이다. ‘닭이 먼저냐, 달걀이 먼저냐’ 논쟁처럼 ‘개구리가 먼저일까, 올챙이가 먼저 일까’라는 엉뚱한 생각을 한 번쯤 해본 사람도 적지 않을 것이다. 그런데, 정말 개구리나 올챙이는 언제 처음 지구상에 등장했을까. 아르헨티나 부에노스아이레스 마이모니데스대, 부에노스아이레스 자연과학 박물관, 영국 버밍엄대 지리·지구·환경과학부, 중국 척추동물 고생물학·고인류학 연구소 공동 연구팀은 1억 6100만년 전 올챙이 화석을 발견하고, 지금까지 발견된 가장 오래된 올챙이라고 1일 밝혔다. 이 연구 결과는 개구리와 두꺼비의 진화를 살펴볼 수 있는 것으로 과학 저널 ‘네이처’ 10월 31일 자에 실렸다. 개구리와 두꺼비는 꼬리가 없는 양서류를 뜻하는 ‘무미목’(無尾目)에 속한다. 무미목은 개구리목으로도 분류하는데, 개구리, 두꺼비, 맹꽁이 등이 포함된다. 개구리는 수생 올챙이 유충이 성체 형태로 변하는 두 단계의 생애 주기를 특징으로 한다. 개구리는 중생대 첫 번째 시기인 트라이아스기에 등장해 지금에 이르고 있다. 성체 개구리는 후기 트라이아스기(약 2억 1700만년~2억 1300만년)까지 화석 기록이 발견되지만, 올챙이는 중생대 마지막 시기인 백악기(약 1억 45000 만 년 전)에나 등장한다. 연구팀은 아르헨티나 파타고니아 지역 중생대 쥐라기(약 1억 6800만~1억 6100만년 전) 지층에서 잘 보존된 올챙이 화석을 발견했다. ‘노토바트라쿠스 데기우스토이’(Notobatrachus degiustoi)로 명명된 올챙이 화석에서는 머리, 몸통 대부분, 일부 꼬리까지 보이며, 눈, 신경, 앞다리까지 확인됐다. 이는 올챙이가 개구리로 변하는 변태 후기 단계에 있는 것으로 의미한다. 길이가 거의 16㎝에 이르는 것으로 확인됐다. 황소개구리의 올챙이는 길이가 15㎝에 이르지만, 보통 올챙이는 3㎝ 안팎으로 데기우스토이는 5배 더 크다. 같은 화석층에서 발견된 개구리의 몸집도 현대 개구리와 비교하면 거대한 것으로 나타났다. 연구를 이끈 마리아나 쿨리버 마이모니데스대 박사(양서류 형태학)는 “이번 발견된 화석을 통해 개구리의 두 단계 변태는 개구리가 약 1억 6100만 년 전 중생대에 이미 존재했음을 알 수 있다”라며 “개구리뿐만 아니라 양서류 전체의 발달 진화를 파악할 수 있게 해준다”고 말했다.

지상 최강의 육식 공룡 티라노사우루스와 세 개의 뿔과 방패 갗은 프릴을 지닌 트리케라톱스, 그리고 역사상 가장 큰 날짐승으로 날개 너비가 10m가 넘는 익룡인 케찰코아틀루스에게는 한 가지 공통점이 있다. 바로 백악기 말 미국 북부에 있는 헬 크릭 지층에서 발견됐다는 것이다. 미국 다코다, 몬태나, 와이오밍 주에 걸친 헬 크릭 지층은 6800만 년 전에서 6600만 년 전 중생대 마지막 순간을 생태계를 보여주는 수많은 화석이 발견된 장소다. 역사상 가장 완벽한 티라노사우루스 렉스의 골격인 수(Sue) 역시 이곳에서 발굴됐다. 하지만 과학자들은 티라노사우루스처럼 유명한 공룡에만 관심을 쏟는 것은 아니다. 현재 아프리카 사바나의 생태계가 코끼리나 사자처럼 크고 멋진 동물들로만 이뤄지지 않은 것처럼 백악기 말 생태계 역시 작지만, 먹이 사슬에서 중요한 역할을 하는 작은 동물들이 많았다. 예를 들면 작은 설치류와 이를 잡아먹는 매나 올빼미 같은 맹금류도 중요한 존재다. 시카고 대학 및 필드 자연사 박물관의 알렉스 클락이 이끄는 연구팀은 헬 크릭 지층에서 발견된 원시 조류의 다리뼈를 분석해 이미 이 시기에도 작은 동물을 잡아먹는 맹금류 같은 원시 조류가 있었다는 사실을 발견했다. 이 3개의 다리뼈들은 티라노사우루스나 케찰코아틀루스가 살았던 6800만 년 전 지층에서 발견됐다. 과학자들은 다리뼈에서 한 가지 중요한 특징을 발견했다. 그것은 이 다리의 주인공이 현재의 맹금류처럼 강한 다리 힘을 지녔다는 것이다. 이런 다리 힘은 작은 동물을 사냥할 때 매우 유용하다. 그리고 다리로 물건을 쥔 상태에서 몸통에 최대한 붙일 수 있는 특징도 발견했는데, 이 역시 먹이를 쥔 상태에서 공기 저항을 줄이기 위한 맹금류의 비행 자세와 유사하다. 하지만 그렇다고 해서 이 뼈의 주인공이 현재 맹금류의 조상은 아니다. 이들은 에난티오르니테스(enantiornithines)라는 멸종 조류로 백악기 말에 티라노사우루스 같은 다른 공룡과 함께 멸종했다. 비슷한 발 구조는 수렴진화에 의한 것으로 보인다. 연구팀은 세 다리뼈 중 보존 상태가 좋은 두 개가 신종이라는 점을 확인하고 하나는 찰스 다윈의 이름을 딴 아비사우루스 다위니(Avisaurus darwini)로 명명하고 다른 하나는 이 화석이 발견된 몬태나 주 아칼라카의 이름을 딴 마그누사비스 아칼라케니스(Magnusavis ekalakaenis)라고 명명했다. 날개 너비가 10m가 넘는 거대 익룡이 날아다니던 시절, 이들은 별로 눈에 띄는 존재는 아니었을 것이다. 하지만 현재의 맹금류처럼 설치류나 작은 동물의 개체 수를 조절해 생태계에서 중요한 역할을 담당했다. 거대한 공룡과 익룡이 존재할 수 있었던 것은 결국 이런 모든 구성원이 만든 풍요로운 생태계 덕분이었을 것이다.

수십억 년 전, 지구에 생명체가 등장하기 훨씬 이전에는 소행성이나 운석, 혜성 같은 천체가 자주 충돌했다. 중생대 백악기 말 지구를 지배하고 있던 공룡들이 순식간에 사라진 것도 지름 10㎞ 정도의 소행성 충돌 때문이라는 것이 정설이다. 그런데 최근 약 32억 6000만년 전 현재 에베레스트산 4개 크기의 소행성이 지구와 충돌하면서 지구 환경을 획기적으로 바꿨다는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 미국 하버드대 지구·행성과학과, 스탠퍼드대 지구·행성과학과, 해양학과, 스위스 취리히 연방 공과대(ETH) 지구과학과 공동 연구팀은 32억 6000만년 전 ‘S2’라는 천체가 단세포 박테리아와 고세균만 존재했던 지구와 충돌하면서 생명의 진화를 촉발했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 10월 22일 자에 실렸다. 연구팀은 에베레스트산 네 개 크기의 운석이 날아들어 지금까지 가장 큰 지상 운석 충돌 지역으로 알려진 남아프리카 바버튼 녹암지대(Barber ton Greenstone Belt)에서 ㎝ 간격으로 암석 표본을 수집한 다음, 퇴적학, 지구화학, 탄소 동위원소 조성을 분석했다. 실제로 S2 충돌은 공룡을 멸종시킨 소행성보다 최대 200배 더 크고, 초속 20㎞로 날아와 지구와 충돌하면서 엄청난 양의 에너지를 방출하고 수천 m 높이의 쓰나미를 유발했으며 지구 전체에 규모 10.8 지진을 일으킨 것으로 알려져 있다. 충돌로 인한 열은 해수면을 끓어오르게 했고, 대기 역시 뜨겁게 가열됐으며, 두꺼운 먼지구름이 발생해 광합성을 중단시킨 것이라고 과학자들은 본다. 분석 결과, 충돌 이후 박테리아는 빠르게 살아났고, 인(P), 철(Fe) 성분을 먹고 사는 단세포 유기체의 개체수가 급증한 것으로 확인됐다. 철 성분은 쓰나미 현상으로 깊은 바다에서 얕은 물로 휩쓸려 올라왔고, 인은 우주 천체에서 직접 전달됐으며 육지에서 풍화와 침식 증가로 공급된 것으로 분석됐다. 연구팀에 따르면 철 대사 박테리아는 짧은 기간이었지만 충돌 직후 번성했는데, 지구 초기 생명 번성을 알려주는 중요한 퍼즐 조각이다. 연구를 이끈 나드야 드라본 하버드대 교수(고지구생태학)는 “바버튼 녹암지대에는 S2를 포함해 최소 8개의 천체 충돌 사건에 대한 증거가 있다”라며 “S2를 비롯한 운석 충돌은 대멸종을 일으키지만, 또 다른 측면에서 본다면 생명에 대한 긍정적 측면을 갖고 있다”라고 말했다. 드라본 교수는 “천체 충돌은 최초의 바다 등장, 대륙의 등장, 판 구조, 생명 진화를 가속한 것으로 보인다”라며 “초기 생명체에 운석의 충돌이 생명이 번성할 수 있게 했을 것”이라고 덧붙였다.

지상 최강의 육식 공룡 티라노사우루스와 세 개의 뿔과 방패 갗은 프릴을 지닌 트리케라톱스, 그리고 역사상 가장 큰 날짐승으로 날개 너비가 10m가 넘는 익룡인 케찰코아틀루스에게는 한 가지 공통점이 있다. 바로 백악기 말 미국 북부에 있는 헬 크릭 지층에서 발견됐다는 것이다. 미국 다코다, 몬태나, 와이오밍 주에 걸친 헬 크릭 지층은 6800만 년 전에서 6600만 년 전 중생대 마지막 순간을 생태계를 보여주는 수많은 화석이 발견된 장소다. 역사상 가장 완벽한 티라노사우루스 렉스의 골격인 수(Sue) 역시 이곳에서 발굴됐다. 하지만 과학자들은 티라노사우루스처럼 유명한 공룡에만 관심을 쏟는 것은 아니다. 현재 아프리카 사바나의 생태계가 코끼리나 사자처럼 크고 멋진 동물들로만 이뤄지지 않은 것처럼 백악기 말 생태계 역시 작지만, 먹이 사슬에서 중요한 역할을 하는 작은 동물들이 많았다. 예를 들면 작은 설치류와 이를 잡아먹는 매나 올빼미 같은 맹금류도 중요한 존재다. 시카고 대학 및 필드 자연사 박물관의 알렉스 클락이 이끄는 연구팀은 헬 크릭 지층에서 발견된 원시 조류의 다리뼈를 분석해 이미 이 시기에도 작은 동물을 잡아먹는 맹금류 같은 원시 조류가 있었다는 사실을 발견했다. 이 3개의 다리뼈들은 티라노사우루스나 케찰코아틀루스가 살았던 6800만 년 전 지층에서 발견됐다. 과학자들은 다리뼈에서 한 가지 중요한 특징을 발견했다. 그것은 이 다리의 주인공이 현재의 맹금류처럼 강한 다리 힘을 지녔다는 것이다. 이런 다리 힘은 작은 동물을 사냥할 때 매우 유용하다. 그리고 다리로 물건을 쥔 상태에서 몸통에 최대한 붙일 수 있는 특징도 발견했는데, 이 역시 먹이를 쥔 상태에서 공기 저항을 줄이기 위한 맹금류의 비행 자세와 유사하다. 하지만 그렇다고 해서 이 뼈의 주인공이 현재 맹금류의 조상은 아니다. 이들은 에난티오르니테스(enantiornithines)라는 멸종 조류로 백악기 말에 티라노사우루스 같은 다른 공룡과 함께 멸종했다. 비슷한 발 구조는 수렴진화에 의한 것으로 보인다. 연구팀은 세 다리뼈 중 보존 상태가 좋은 두 개가 신종이라는 점을 확인하고 하나는 찰스 다윈의 이름을 딴 아비사우루스 다위니(Avisaurus darwini)로 명명하고 다른 하나는 이 화석이 발견된 몬태나 주 아칼라카의 이름을 딴 마그누사비스 아칼라케니스(Magnusavis ekalakaenis)라고 명명했다. 날개 너비가 10m가 넘는 거대 익룡이 날아다니던 시절, 이들은 별로 눈에 띄는 존재는 아니었을 것이다. 하지만 현재의 맹금류처럼 설치류나 작은 동물의 개체 수를 조절해 생태계에서 중요한 역할을 담당했다. 거대한 공룡과 익룡이 존재할 수 있었던 것은 결국 이런 모든 구성원이 만든 풍요로운 생태계 덕분이었을 것이다.

척추동물이 하늘을 본격적으로 날아다닌 것은 중생대 첫 시기인 트라이아스기 (2억 5,190만 년 전부터 2억 130만 년 전까지)부터다. 이 시기 나무에서 생활하던 작은 파충류였던 익룡의 조상이 비행 능력을 획득해 하늘을 날아다니기 시작한 것이다. 중생대 마지막 시기인 백악기에 이르면 일부 익룡은 날개 너비가 10m가 넘는 역사상 가장 큰 날짐승으로 진화한다. 익룡의 가장 중요한 성공 비결은 물론 뛰어난 비행능력이다. 익룡이 멸종 후 6,600만 년 동안 신생대에 많은 새가 진화했지만, 크기 면에서 익룡을 뛰어넘는 날짐승이 없었다는 사실이 이 점을 입증한다. 하지만 영국 레스터 대학의 로버트 스미스와 동료들은 사람들이 간과하기 쉬운 또 다른 성공 비결을 밝혀냈다. 그것은 바로 걷기 능력이다. 이상한 이야기처럼 들릴 수도 있지만, 사실 걷기 능력은 현생 조류에서도 중요하다. 지상으로 내려와 먹이를 찾기 위해서는 두 발로 서서 몸을 지지하거나 걷는 능력이 필요하기 때문이다. 우리 주변에 흔한 참새나 비둘기만 보더라도 먹이를 먹기 위해 두발로 서거나 움직이는 능력의 중요성을 알 수 있다. 연구팀에 따르면 초기 익룡은 지상에서 두 발로 서거나 걷는 능력이 거의 없었다. 트라이아스기 초기 익룡은 나무와 나무 사이를 날아다녔기 때문에 나무껍질을 단단히 잡을 수 있는 갈고리 같은 발톱을 지니고 있었으며 이에 따라 몸집도 작을 수밖에 없었다. 하지만 중생대 두 번째 시기인 쥐라기에 이르면 익룡 중 일부의 다리, 날개, 꼬리 구조가 변하면서 익룡의 크기와 종류가 본격적으로 다양해지기 시작한다. 걷기에 유리한 다리를 지닌 익룡은 땅 위에서 먹이를 구하기 쉬워졌다. 그리고 육상 생활에 맞춰 날개 역시 다리 사이의 막이 사라지고 날개에 접어서 수납하기 쉬운 형태로 바뀐다. 다리의 진화 덕분에 익룡의 생태학적 다양성은 현생 조류와 비슷한 수준으로 높아졌다. 예를 들어 발라에노그나투스 매우세리 (Balaenognathus maeuseri, 사진)같은 익룡은 플라밍고처럼 긴 다리를 이용해 얕은 물가에서 플랑크톤이나 작은 수중생물을 걸러 먹었다. 이를 위해 발라에노그나투스는 500개의 이빨이 촘촘히 난 길쭉한 입을 진화시켜 먹이를 걸러 냈다. 반면 대형 익룡인 하체고프테릭스 (Hatzegopteryx)는 다른 포식자가 없는 섬에서 긴 주둥이와 큰 키를 이용해 핀셋처럼 작은 동물을 사냥해 최상위 포식지로 군림했다. 이들 역시 지상에서도 잘 걸을 수 있고 몸을 안정적으로 지지할 수 있는 다리의 덕을 봤다. 이들은 모두 익룡에서 다리 진화의 중요성을 보여주는 사례다. 이렇게 고도로 진화해 중생대 하늘과 땅, 바다 위를 누빈 익룡이지만, 6,600만 년 전 지구를 강타한 소행성 충돌은 이겨내지 못했다. 돌발적 사건으로 하늘의 지배자 자리를 내주고 사라졌지만, 익룡은 오늘도 우리의 궁금증과 흥미를 불러일으키고 있다.