고생물학계에서 공룡은 여전히 미스터리로
가득한 존재이며 그 생태와 진화 멸종에 이르기까지
많은 학문적 관심과 논쟁의 중심에 서 있다.
과학자들이 공룡에 대해 연구할 수 있는
주요 근거는 대부분 화석화된 골격에 한정되어 있으며
이는 공룡의 생물학적 특성과 생태를 추정하는 데 있어
근본적인 제약으로 작용한다.
우리는 과연 공룡의 살아있는 생체조직을
확보할 수 없는 것일까? 공룡의 복원은 영원히
불가능한 과학적 이상에 불과한 것일까?
이 질문에 도전장을 던진 인물이 바로
고생물학자 메리 슈바이처 박사다.
이곳은 미국 몬태나 주, 전 세계적으로
공룡 화석이 풍부하게 발굴되는 지역 중 하나다.
특히 이 지역에서는 티라노사우루스(이하 티렉스)
의 화석이 다수 출토되어
고생물학 연구의 중요한 거점으로 여겨진다.
하지만 우리가 알고 있는 티렉스에
대한 정보는 의외로 단편적이다.
몸길이 약 12미터, 체중 약 7톤
퇴화된 짧은 앞다리, 그리고 커다랗고
날카로운 이빨 그 정도에 불과하다.
실제로 우리는 이 거대한 포식자의 생리적 특징이나
생태, 행동 양식 등에 대해 여전히
많은 것을 알지 못하고 있다.
슈바이처 박사는 티렉스 미스터리를
풀기 위해 다소 의외의 방법을 선택했다.
바로 최근에 죽은 들소의 사체를 조사하는 것이다.
그렇다면, 들소와 티렉스 사이에 무슨 상관이 있을까?
직접적인 관련은 없지만, 핵심은
‘시간에 따라 유기조직이 어떻게 분해되고,
어떤 조건에서 보존될 수 있는가’를 관찰하는 데 있다.
슈바이처 박사는 들소의 사체가 부패하면서
조직이 어떤 방식으로 변화하고 붕괴되는지를
세밀히 추적함으로써, 수천만 년 전에 죽은 공룡의
조직이 어떻게 화석화되었는지를
간접적으로 추론하고자 한 것이다.
말의 뼈를 예로 들어보자.
만약 우리에게 말의 세포, 단백질
그리고 DNA 같은 연조직 정보가 전혀 없다면
그 말이 어떤 색의 눈을 가졌는지조차 알 수 없다.
시력이 얼마나 뛰어났는지, 털의 질감이
부드러웠는지 거칠었는지, 심지어 근육의 구조나
형태조차도 정확히 복원할 수 없다.
이처럼 연조직 없이 남아 있는 것은
단단한 뼈뿐이며, 그것만으로는 생물의 본래
모습을 온전히 파악하기 어렵다.
이는 공룡 연구에 있어서도 마찬가지의 한계를 보여준다.
대부분의 고생물학자들은 약 6,500만 년이나 된
공룡의 화석에서 생체물질이 남아 있을
가능성은 없다고 보았다.
이는 화석화 과정에서 뼈 속의 모든 유기 성분
즉, 단백질이나 DNA 같은 생체물질이
완전히 분해되거나 주변의 무기 성분으로
치환된다고 알려져 있기 때문이다.
일반적으로 동물의 사체가 모래나 진흙에 묻히게 되면
부패가 시작되면서 살점은 썩어 없어지고
남은 뼈 속의 무기질과 유기질은 점차 흙 속에
포함된 광물질로 치환된다.
이 과정을 통해 뼈는 시간이 지남에 따라
본래의 성분을 잃고, 마침내 돌처럼 단단한 화석으로 변한다.
이 때문에 오랫동안 학계에서는 공룡 화석에서
생체물질이 보존될 수 없다고 여겨져 왔다.
하지만 만약 그 통념이 틀렸다면 어떨까?
즉, 수천만 년이 지난 지금까지도 공룡의
생체물질 단백질, 세포 구조, 심지어
DNA의 일부까지남아 있다면?
그 가능성은 고생물학의 패러다임을
뒤흔들 만큼 충격적인 일이 될 것이다.
이를 확인하는 유일한 방법은 직접 공룡의
화석 뼈 내부를 조사하는 것이다.
이곳은 그러한 분석이 이루어지는 실험실.
연구진은 티라노사우루스의 다리뼈를
정밀하게 절단하여, 현미경과 화학 분석을 통해
그 내부에 무엇이 남아 있는지를 탐색하게 된다.
연구진은 공룡의 뼈를 정밀하게 얇게 절삭한 뒤
그 조각을 플라스틱 슬라이드에 고정시켜
현미경으로 관찰한다.
이는 마치 나무를 잘라 나이테를 살펴보는
과정과 유사하다.
나무의 나이테를 통해 성장 속도와 환경 조건을
유추할 수 있듯, 공룡의 뼈 단면에서도
성장에 따른 고리 모양의 무늬가 나타난다.
이 무늬는 공룡이 얼마나 빠르게 성장했는지
혹은 계절에 따라 성장 속도가 달라졌는지를
보여주는 중요한 단서가 된다.
이 인물은 잭 호너 박사다.
그는 미국에서 가장 저명한 고생물학자 중
한 사람으로, 공룡 연구의 선구자로 평가받는다.
메리 슈바이처 박사의 스승이기도 하며
그녀의 연구에 결정적인 영감을 준 인물이다.
또한 대중에게는 영화 쥬라기 공원 시리즈의
과학 자문으로 널리 알려져 있으며
극 중 공룡 묘사에 과학적 현실감을 더하는 데
큰 역할을 했다.
화석을 통해 공룡의 성장 과정을 구체적으로
이해할 수 있게 되었다.
1991년, 잭 호너 박사는 메리 슈바이처 박사에게
티렉스의 다리뼈 화석을 전달하였다.
슈바이처 박사는 이 뼈를 현미경으로
정밀 관찰하며 그 속에 숨겨진 생체 신호들을
분석하기 시작했다.
바로 그 뼈 속에서 발견된 것은 적혈구였다.
더불어, ‘헴(heme)’이라는 화학성분도 확인되었는데
헴은 헤모글로빈의 핵심 색소 성분으로서
혈액 내에서 산소를 운반하는 역할을 하며
혈액의 붉은색을 띠게 만드는 주요 물질이다.
이 발견은 화석화 과정 중에도 일부 유기물질이
일정 부분 보존될 수 있다는 가능성을 시사한다.
만약 이것이 사실이라면 우리는 공룡에 관한
기존의 고정관념을 근본적으로 재검토해야 하는
상황에 직면하게 될 것이다
최신 분자생물학의 첨단 도구와 기술을 활용하면
수천만 년 전에 멸종한 동물들의 생물학적
본질을 보다 깊이 이해할 수 있는 길이 열릴 것이다.
메리 슈바이처 박사는 이러한 가능성을
확인하기 위해 끊임없이 추가적인 증거들을 탐색하고 있다.
19세기 초, 최초로 공룡 화석이 발견되었을 당시
고생물학자들은 공룡의 이빨 구조가 파충류와
매우 유사하다는 점에 근거해 공룡을
파충류로 분류하였다.
그러나 이후 현대 과학자들이 공룡의 골격과
생체 구조를 종합적으로 분석한 결과
공룡은 기존의 파충류와는 구별되며
오히려 조류에 훨씬 가까운 계통에 속한다는
사실이 밝혀졌다.
이러한 연구 성과는 공룡의 진화적 위치를
새롭게 정의하고 조류와의 밀접한 연관성을
증명하는 데 중요한 전환점이 되었다.
공룡이 조류에 가까운 동물임을 규명하는 데
가장 큰 단서가 된 것은 바로 ‘위시본(wishbone)’이라
불리는 뼈의 발견이다.
위시본은 조류의 특징적인 흉골 구조로
두 개의 빗장뼈가 합쳐진 형태를 띠며
날개 운동에 필수적인 역할을 한다.
이 뼈가 공룡 화석에서 확인되면서
공룡과 현대 조류 사이의 진화적 연관성이
강력히 뒷받침되었다.
하지만 왜 공룡이 새와 유사한 특징을 지니게 되었는지
그들의 피부색은 어떠했는지
온혈동물인지 냉혈동물인지 그리고
구체적으로 어떻게 진화했는지는
뼈 화석만으로는 명확히 규명할 수 없었다.
뼈는 구조적인 정보와 일부 생리적 단서를
제공할 수 있으나, 피부 조직이나 체온 조절 방식
색소와 같은 연조직 관련 특성에 대한
직접적인 증거는 제한적이기 때문이다.
그리고 2000년, 미국 몬태나 주에서
새로운 티렉스 화석이 발굴되었다.
메리 슈바이처 박사는 이 티렉스의 대퇴골을
현미경으로 면밀히 관찰하던 중
예상치 못한 새로운 세포 구조를 발견하게 된다.
특히 주목할 점은, 일반적으로 비어 있어야 할
노란색 부분에서 조직이 존재하고 있었다는 것이다.
박사가 예상했던 것은 뼈의 바깥층인
피질골(cortical bone)의 잔유물 정도에
불과했으나, 실제로는 훨씬 더 복잡하고
생명체의 흔적이 남아있는 내부 조직이
존재하고 있었던 것이다.
이 세포들은 매우 독특한 형태를 지니고 있었는데
이와 같은 세포는 현대 조류에서
발견되는 조직과 동일하다.
조류는 바로 이 세포 조직을 통해 알껍데기를 형성한다.
즉 이것은 임신 중인 티라노사우루스의
뼈라는 뜻이다!
하지만 현미경 관찰만으로는 부족한 점이 있었다.
더욱 정확하고 확실한 사실을 규명하기 위해서는
살아있는 가장 원시적인 조류의 골수 조직과
공룡의 뼈 조직을 직접 비교해야 했다.
그 대상이 바로 타조이다.
타조는 현존하는 조류 중 가장 원시적인
형태를 유지하고 있으며 약 2,300만 년 전에
지구에 처음 출현한 것으로 알려져 있다.
문제는 임신 상태인 살아있는 타조를 대상으로
실험하는 것은 현실적으로 불가능했다는 점이다.
대신, 죽은 타조의 조직을 분석하는 방법이 필요했다.
다행히도 한 타조 농장주가 연락을 해왔다.
그의 농장에는 임신한 상태로 사망한 지
약 1주일 된 타조가 보관되어 있었다.
슈바이처 박사는 타조의 뼈를 연구실로
가져와 정밀하게 절단하고 현미경으로 관찰했다.
그 결과, 임신한 타조의 뼈 안에서도
’골수골(medullary bone)’이 확인되었고,
그 위치와 구조는 임신한 티렉스의 뼈에서
발견된 것과 정확히 일치했다.
이 발견은 과학사에 중요한 전환점을 남겼다.
공룡의 성별을 생물학적으로 규명한
최초의 사례였던 것이다.
닭의 뼈를 산이 담긴 용기에 넣으면
뼈 속의 무기질 성분이 용해되어 제거되고
남는 것은 부드럽고 유연한 콜라겐 단백질뿐이다.
슈바이처 박사는 바로 이 점에 주목했다.
그녀는 티라노사우루스의 화석 뼈에서도
동일한 방식으로 실험해 보면
과연 아직도 콜라겐 같은 단백질이
남아 있을 수 있을지 궁금했던 것이다.
슈바이처 박사는 티렉스틔 화석 조각을
산이 담긴 용기에 넣고 하룻밤 동안 반응을 기다렸다.
그리고 다음 날 아침
그녀는 믿기 어려운 광경을 목격했다.
단단했던 화석이 일부 녹아내린 자리에서
부드럽고 탄력 있는 조직이 나타난 것이다.
6,500만 년 동안 돌처럼 굳어 있던 공룡 뼈에서
연조직이 되살아난 듯한 현상이 벌어진 것이었다.
이제 슈바이처 박사는 누구도 시도하지 않았던
새로운 연구에 착수하려 한다.
그 목표는 생명의 기본 구성 요소인
단백질을 찾아내는 것이다.
그 출발점은 바로 티렉스의 뼈 속에서 발견된 이 세포다.
만약 수천만 년을 지나온 오래된 단백질의
흔적이 아직도 남아 있다면, 그것은 틀림없이
이 세포 안에 보존되어 있을 가능성이 가장 높다.
닭은 공룡의 직계 후손으로 여겨지기 때문에
이번 실험에서 중요한 열쇠가 될 수 있다.
슈바이처 박사는 닭의 뼈에 존재하는
단백질을 검출하는 데 사용되는
일반적인 생물학적 분석 기법을 그대로 적용해 보았다.
세포 속에 단백질이 존재하지 않는다면
오른쪽의 슬라이드 B는 아무런 변화 없이
검은색 그대로 남아 있을 것이다.
그러나 단백질이 존재한다면, 생물학적
염색 반응에 따라 녹색 빛을 띠게 된다
이는 생명이 남긴 분자의 흔적을 의미한다.
그리고 실제로, 슬라이드 B에서 선명한
녹색 형광이 관측되었다.
이 작은 빛은 공룡의 생체 물질이
수천만 년을 견디고 남아 있을 수 있음을
처음으로 입증한 순간이었고,
그 발견은 고생물학의 패러다임을 바꾸는
새로운 지평을 열게 되었다.
2005년, 메리 슈바이처 박사가 이 획기적인
연구 결과를 처음 발표했을 때
학계는 쉽게 받아들이지 않았다.
수천만 년 된 화석에서 연조직과 단백질이
보존되었다는 주장은 기존의 상식을 뒤엎는 것이었고,
많은 과학자들은 그 결과를 회의적으로
바라보며 무시하거나 반박하기도 했다.
그러나 시간이 흐르며 후속 연구와
반복 실험을 통해 그녀의 발견은 점차 신뢰를 얻기 시작했고
현재는 고생물학뿐 아니라 분자생물학
지질학 분야에서도 주목받는 중요한 연구로 자리잡았다.
그리고 슈바이처 박사는 여기서 한 걸음 더 나아간다.
바로, 영화 쥬라기 공원을 연상케 하는
현실적 가능성
멸종한 생물의 분자 복원이라는 야심찬 실험을
시작한 것이다.
그녀는 무려 6,800만 년 전
티렉스의 연조직 세포 속에서
존재할 수 없다고 여겨졌던
흔적을 찾기 시작했더
그 정체는 바로 DNA였다.
슈바이처 박사는 티라노사우루스의 뼈
세포 중 하나를 조심스럽게 떼어낸 뒤
현대 생물학에서 널리 사용하는
일반적인 DNA 염색법을 적용해 실험을 진행했다.
만약 세포 속에 DNA가 존재한다면
염색 반응을 통해 노란색 형광을 띠게 될 것이다.
그 결과는 과학계에 또 다른 충격을 안겨주었다.
이 실험 결과만으로는 해당 물질이
진짜 DNA라고 100% 단정지을 수 없다.
염색 반응은 DNA와 유사한 구조를 가진
분자에도 반응할 수 있기 때문에
확증이라기보다는 정황 증거에 가깝다.
이 상태에서 섣불리 논문을 발표하거나
언론에 공개한다면, 과학계에서 엄청난
비판과 반박 논문 세례,
를 얻어맞는 상황이 벌어질 가능성이 높다.
따라서 슈바이처 박사에게는 이 결과를
뒷받침할 수 있는 추가적이고 결정적인 자료
즉 분자 수준에서 DNA 염기서열을 분석하거나
현대 조류와의 일치 여부를 보여줄 수 있는
데이터가 절실히 필요했다.
과학은 증명과 반복 검증이 핵심이기 때문이다.
메리 슈바이처 박사는 더 강력한 증거를 찾기 위해
이번에는 몽골 고비사막에 위치한 유명한 유적지
일명 ‘불타는 절벽(Flaming Cliffs)’으로 향하고 있다.
이곳은 1920년대 미국 탐험가
로이 채프먼 앤드루스가 세계 최초로
공룡 알 화석을 발견한 이후
세계적으로 손꼽히는 공룡 화석 성지로 자리매김해 왔다.
이 지역에서 발굴되는 화석들이 유난히
하얗고 보존 상태가 뛰어난 이유는 무엇일까?
그 해답은 바로 토양과 지질 환경에 있다.
고비사막 지역은 공룡 시대 이후부터
오랜 기간 동안 건조한 사막 지형을 유지해 왔다.
이러한 건조한 환경은 유기물의 부패와
미생물 활동을 크게 억제하여
화석의 변질을 최소화하는 데 결정적인 역할을 했다.
마르고 건조한 환경에서는 뼈 속의
단백질 분자뿐만 아니라 DNA 조각조차도
상대적으로 잘 보존될 수 있다는 주장이 있다.
따라서 슈바이처 박사가 고비사막에서
공룡의 DNA 흔적을 발견한다 해도
실제로 영화 쥬라기 공원처럼 완전한
공룡 복원이 현실화되기까지는
아직 매우 오랜 시간이 필요할 것이다.
복원 기술의 한계, DNA 손상 정도
윤리적·법적 문제 등 해결해야 할
과제가 산적해 있기 때문이다.
하지만 그녀의 연구는 분명히 멸종 생물 연구의
새로운 장을 열어가고 있다.
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