익룡에게도 색색의 깃털이 있었다?! : 과학향기 Story : KISTI의 과학향기

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익룡에게도 색색의 깃털이 있었다?!

<KISTI의 과학향기> 제3746호 2022년 05월 02일

“공룡 ABC~ 공룡 ABC~ 공룡 이름 기억해요. A! 안킬로사우루스 B! 브라키오사우루스 …”

<공룡 ABC>라는 제목의 이 노래는 <상어 가족>만큼이나 전 세계 어린이들에게 널리 알려진 인기 동요다. 공룡이라 하면 티라노사우루스를 비롯해 기껏해야 서너 가지를 떠올리는 한 어른의 입장에서, 이토록 길고 어려운 공룡의 학명을 어린이들이 영어 알파벳 순서대로 줄줄 외우는 것이 놀라울 따름이다. 그런데 이 노래의 뒷이야기를 들어보면 꼬마 공룡 애호가들에게 또 한 번 놀라게 된다.

바로 이 동요의 가사에 등장하는 ‘케찰코아틀루스(Quetzalcoatlus)’와 ‘람포링쿠스(Rhamphorhynchus)’가 ‘공룡’이 아닌 ‘익룡’이기 때문에, ‘공룡’ 노래에 포함되기 부적절하다는 문제가 제기된 것이다! 흔히 공룡이라고 통칭되는 고생물 가운데 익룡, 어룡, 수장룡 등은 분류학적으로 따지고 보면 공룡이 아닌 비공룡 파충류에 해당한다. 그중 한 예로 익룡은 육상 동물인 공룡과 달리, 비행에 적합한 속이 빈 뼈나 날개 등 해부학적으로 독특한 특징을 지녔다. 즉 공룡과 익룡은 모두 파충류에 속하며 같은 조상을 공유하지만, 아주 오래전 분화하여 엄연히 구분되는 사촌지간이라 할 수 있다.

그림 1. 전 세계 어린이들의 인기 동요 <공룡 ABC> 노래에 등장하는 케찰코아틀루스와 람포링쿠스는 공룡이 아닌 익룡이다. (출처: 공룡ABC 유튜브 캡쳐)

공룡의 피부는 비늘이 아닌 깃털로 덮여 있었다
어린이 공룡 애호가들이 날카롭게 지적한 문제는 다행히 옳고 그름을 명쾌하게 가릴 수 있지만, 사실 고생물학은 그야말로 풀리지 않은 수수께끼와 단정할 수 없는 가설로 가득한 분야다. 익룡이 파충류 역사에서 언제 어떻게 분화했는지, 오늘날의 조류와 그 조상인 공룡과는 구체적으로 어떤 점에서 얼마나 유사했는지 등 여전히 밝혀지지 않은 비밀이 많다. 게다가 이 분야는 어느 날 등장한 화석 하나에 계통군이 통째로 이동하고, 계통분류도가 수시로 바뀌니, 이따금 새로운 지식을 쌓지 않으면 혼란에 휩싸이기 쉽다.

그 대표적인 사례가 2000년대를 기점으로 사람들의 상식을 뒤바꾸었던 공룡의 깃털 문제이다. 아직 털 문제가 논쟁 중이던 1990년대, 영화 <쥬라기 공원>이 흥행할 때만 해도 사람들은 공룡과 익룡 등 중생대 파충류의 피부가 오늘날 우리에게 익숙한 도마뱀처럼 비늘로만 이루어졌을 것으로 상상했다. 하지만 이후 여러 계통 공룡 화석에서 깃털의 흔적이 발견되면서, 모든 공룡은 아니더라도 여러 많은 공룡에 털이 있었다는 것이 정설로 자리 잡게 되었다. 특히 공룡의 깃털 유무는 단순히 외관상의 문제가 아니라, 공룡의 체온과 멸종 문제와 맞물려 있어 계속해서 신중하게 논의되었다.

그림 2. 벨로키랍토르는 팔뿐만 아니라 몸 전체에 깃털이 있었을 가능성이 높다고 알려진 대표적인 깃털 공룡이다. 사진은 벨로키랍토르의 복원도. (출처: 위키미디어)

익룡의 경우에도 포유류의 털과 비슷하긴 하지만 그와 다른 종류의 실타래 같은 외피가 있었다고 이미 1830년대부터 보고된 바 있다. 오늘날 ‘피크노섬유’라고 불리는 이것은 발견 초기에는 주목받지 못했지만, 이후 중국 익룡 화석에서 광범위하게 발견되면서 널리 인정받게 되었다. 이는 공룡 화석에서 보이는 깃털과는 달리 온몸을 촘촘하게 덮는 형태였을 것으로 추정되며, 익룡이 내온성 동물이었다는 가설을 뒷받침하는 증거로 유명해졌다.

익룡에게도 색깔 있는 깃털이 있었다
그렇다면 새와 공룡, 익룡의 털은 어떤 관계일까? 이들 모두 같은 기원을 공유할까? 아니면 겉보기에만 비슷하고 개별적으로 진화한 상동 형질일까? 얼마 전, 이와 관련하여 매우 뜻깊은 익룡 화석 연구가 발표되었다. 브라질 북동부 백악기 초기 퇴적층에서 발견된 투판닥틸루스 임페라토르(Tupandactylus imperator)라는 익룡의 두개골 화석을 관찰한 결과, 두 종류의 깃털 흔적이 나온 것이다. 이 연구의 주저자인 아일랜드 코크 대학(University College Cork)의 고생물학자이자 박사후연구원인 오드 신코타(Aude Cincotta)는 이번에 발견된 깃털이 기존에 알려진 피크노섬유와는 다른 새로운 것이며, 익룡의 깃털 유무 논쟁을 끝낼 수 있는 핵심 증거라고 강조했다.

그림 3. 깃털이 있는 익룡 투판닥틸루스를 복원한 모습. 화석 분석 결과 투판닥틸루스는 외가닥으로 된 짙은 색의 털과 가지가 있는 밝은 색 털, 두 종류의 깃털이 있었던 것으로 밝혀졌다. (출처: Julio Lacerda)

먼저 연구진은 투판닥틸루스 익룡의 거대한 머리 볏 뒤쪽 아랫부분에서 단일 가닥 형태(Ⅰ단)의 짧은 털을, 윗부분에서 새의 깃털처럼 갈라진 모양(Ⅲ A단)의 털을 발견했다.

그림 4. 깃털 진화의 단계. 가지 없는 단일 가닥의 깃털(I단계)에서 여러 개의 가지로 갈라진 깃털(Ⅱ, Ⅲ)로 진화했다. (출처: Nature(2001))

이 연구가 더욱 인상적인 이유는 연구진이 단순히 깃털의 섬유질 부분뿐 아니라, 깃털 내부와 깃털 부근 피부의 세부적인 곳까지 관찰했기 때문이다. 연구에 참여한 코크 대학 고생물학자 마리아 맥너마라(Maria McNamara) 교수는 해당 표본에 섬세한 연조직 부위가 매우 잘 보존되어 있었다고 말하면서, 그 덕에 멜라노솜(melanosome)이라는 세포내 미세구조를 고해상 전자현미경으로 관찰할 수 있었다고 설명했다.

그림 5. 투판닥틸루스 익룡의 두개골 화석 사진(a)과 두개골에서 발견된 깃털 화석들(b, c, d, e, f), 전자현미경으로 관찰된 멜라노솜들(g, h, i). (출처: Nature(2022))

2008년부터 고생물학자들은 고생물의 색깔을 연구하기 위해 세포 내 색소 과립을 담고 있는 멜라노솜을 이용하고 있다. 멜라노솜의 모양과 밀도, 분포된 형태 등을 보면 피부나 깃털에 발현된 색소의 음영을 추정하여 유기체의 대략적인 색상을 파악할 수 있기 때문이다. 이 연구에서도 연구진은 같은 기법을 통해 각각 다른 부위에서 서로 다른 모양의 멜라노솜을 관찰했으며, 이를 근거로 투판닥틸루스 익룡이 최소한 두 가지 색상의 깃털을 가졌을 가능성을 제기했다.

맥너마라 교수는 “익룡이 일부 공룡 및 오늘날 새의 깃털처럼 멜라노솜의 형태에 따라 다양한 깃털 색을 낼 수 있었을 것”이라고 밝혔다. 이는 고생물학에 두 가지 함의를 시사하는데, 하나는 깃털의 역사가 알려진 것보다 더 오래되었을 가능성이다. 일반적으로 유기체에서 깃털과 멜라노솜은 밀접하게 연관되는데, 공룡과 새, 익룡의 화석에서 비슷한 형태의 깃털이 발견되는 것으로 보아 이들의 공통조상이 멜라노솜이나 멜라노솜 전구체 표현형을 이미 보유하고 있었거나, 혹은 잠재적으로 멜라노솜을 발현할 수 있는 유전형을 가지고 있었다고 추정할 수 있기 때문이다.

두 번째는 익룡이 두 가지 혹은 그보다 다양한 색상의 깃털을 가짐으로써, 이를 사회적 의사소통에 사용했을 가능성이다. 익룡이 새처럼 색색의 깃털이 가졌다면 이를 건강, 연령, 성별, 짝짓기 준비 등 다양한 상황에서 사회적 신호를 시각화하는 수단으로 활용했을 수 있다. 아직 이를 확신할 만한 증거는 없지만 말이다. 맥너마라 교수는 화석 표본에 있는 멜라닌 색소 외 다른 색소를 관찰할 수 있는 기술이 개발된다면, 투판닥틸루스의 정확한 색상 패턴을 알아내 이 종의 행동 양식에 관해 더 많은 정보를 추측할 수 있을 것이라고 말했다.

그림 6. 색색의 깃털을 가졌을 것으로 추정되는 투판닥틸루스의 복원 모습. (출처: Royal Belgian Institute of Natural Sciences)

이로써 우리는 오랫동안 논쟁거리였던 익룡의 깃털에 관한 수수께끼 하나를 풀었다. 하지만 이는 또 다른 시작일 뿐, 공룡 애호가들에게는 아직 궁금한 게 너무 많다!

글: 정유희 과학칼럼니스트/ 일러스트: 이명헌 작가

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