(CNN) 선사시대의 혈흔은 공룡 생물학에 대한 전례 없는 단서를 제공할 수 있지만 확인하기는 극히 어렵다는 것이 입증되었습니다. 그러나 이제 1억 1500만 년 전의 공룡 뼈를 조사한 한 연구팀은 화석에서 적혈구가 존재한다는 가장 강력한 증거를 발견했다고 발표했습니다.
이러한 발견은 조직이나 세포와 같은 부드러운 생물학적 샘플이 화석화 과정에서 거의 살아남지 못하기 때문에 논란의 여지가 있었습니다. 1990년대 후반으로 거슬러 올라가는 몇몇 연구에서는 공룡과 기타 파충류 화석에서 적혈구와 유사한 구조를 발견했지만, 연구자들은 그것이 실제로 적혈구인지에 대해 계속해서 논쟁을 벌이고 있습니다.
목요일 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 이 연구는 새로운 현미경 이미지 분석 기술과 화학 분석을 결합하여 공룡 뼈 안에 보존된 적혈구와 유사한 미세 구조와 헴(heme)이라는 분자의 화학적 증거를 식별했습니다. 헴은 적혈구에서 산소를 운반하는 단백질인 헤모글로빈을 구성하는 분자입니다. 연구자들은 공룡 화석의 이러한 구조 내부에서 헴이 발견된 것은 이번이 처음이라고 말합니다.
연구팀/커틴대학교, 적혈구와 유사한 미세구조 3차원 모델 발견
호주 퍼스에 위치한 커틴 대학교의 유기 지구화학자인 주요 저자 크리티 그라이스(Kriti Grice)는 잘 보존된 초기 백악기 뼈와 새로운 연구 방법은 생물학적 구조와 분자가 선사 시대 화석에서 살아남을 수 있다는 주장을 강화한다고 말했습니다. 이번 발견에 대해 그는 다른 화석에도 적용할 수 있는 연구 방법을 얻는 것이 중요하며, 화석에 원래의 생물학적 정보가 얼마나 남아 있는지 탐구하는 것이 가능해졌다고 말했다.
그러나 이번에 발견된 미세구조가 실제로 적혈구라고 모든 전문가가 확신하는 것은 아니다. 그라이스는 앞으로 더 많은 화석에서 비슷한 증거가 발견된다면 “멸종동물의 생리학에 대해 훨씬 더 깊이 있는 질문을 할 수 있을 것”이라고 말했다.
공룡 적혈구의 흔적을 찾아서
이 화석은 백악기 초기에 살았던 수각류 공룡 아라타사우루스 무제나시오날리(Aratasaurus muzeunacionali)의 뒷다리 일부입니다. 고생물학자들은 2008년 브라질 북동부의 로무알도 층(Romualdo Formation) 지질 유적지에서 이를 발굴했습니다. Romualdo 층은 매우 잘 보존된 화석이 있는 것으로 알려진 암석 지역입니다. 과학자들은 그 지역의 물이 고여 있고 산소가 부족하여 묻힌 유해의 분해가 느려졌다고 믿습니다.
연구팀은 혈관과 신경섬유가 통과하는 뼈 내부의 미세한 관 모양 구조물 중에서 적혈구와 매우 유사한 타원형의 미세구조를 많이 발견했다. 그런 다음 그들은 이미지와 화학적 분석을 결합하여 이러한 구조가 적혈구와 일치하는 특징을 가지고 있는지 확인했습니다.
아라타사우루스 화석에서 발견된 적혈구와 유사한 미세구조의 현미경 이미지/커틴 대학교
이전 연구에서는 공룡 화석에서 적혈구와 유사한 구조나 혈액에서 유래했을 수 있는 화학 물질의 흔적이 발견되었을 수 있다고 Grice는 말했습니다. 그러나 새로운 연구는 구조가 발견된 위치, 모양, 광물 구성 및 관련 화학적 특징을 포함하여 여러 줄의 증거를 결합한다는 점에서 다릅니다.
연구진은 헴 외에도 뼈에서 산화망간 흔적도 발견했습니다. 이러한 미네랄은 세포의 구조를 안정화하고 보존하는 데 도움이 되었을 수 있습니다.
“뼈는 해부학, 성장, 움직임, 진화에 관한 엄청난 양의 정보를 우리에게 말해 줄 수 있습니다.”라고 Grice는 말했습니다. “그러나 세포와 분자를 보존하면 우리는 생물학적 정보의 또 다른 차원, 즉 살아있는 동물과 그 조직의 화학에 접근할 수 있습니다.”
그러나 그는 이 단일 표본을 토대로 아라타사우루스의 생리에 대해 결론을 내리기에는 아직 이르다고 강조했다. “우리가 가장 먼저 알아내야 할 것은 이런 종류의 보존이 극도로 드문지, 아니면 다른 화석에도 유사한 구조가 존재하고 단순히 간과되었는지 여부입니다.”라고 Grice는 말했습니다. 그는 전 세계 박물관에 보관된 화석에도 아직 조사되지 않은 분자와 세포에 대한 정보가 포함될 수 있다는 견해를 피력했습니다.
미래 연구
앞으로 Grice와 그의 팀은 다양한 종, 지질 시대, 환경에서 발견된 화석을 포함하여 연구를 확장하여 이와 같이 잘 보존된 분자 증거가 있는 화석의 예가 얼마나 많이 발견되었는지 알아낼 계획입니다. 미래에는 더 많은 분자 단서가 공룡이 몸에서 어떻게 산소를 운반했는지, 조직이 어떻게 기능하는지, 현대 동물과 생물학적으로 어떻게 다른지 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
그렇다면 공룡 적혈구의 발견은 쥬라기 공원 영화와 책에 묘사된 공룡 DNA 재현에 한 걸음 더 다가가게 해줄까요? 스미소니언 박물관(Smithsonian Institution) 산하 박물관 보존 연구소(Museum Conservation Institute)의 물리학자인 티모시 클리랜드(Timothy Cleland)는 반드시 그런 것은 아니라고 말합니다. 헴과 DNA는 서로 다른 분자이고, 뼈 속 화석으로 보존되는 메커니즘도 다릅니다. 하나가 발견되었다고 해서 반드시 다른 하나가 여전히 존재한다는 의미는 아닙니다.
연구자들은 자신들이 발견한 구조가 현대 새와 악어의 적혈구와 크기와 모양이 다르다는 점을 논문에서 지적했습니다. 반면, 현생 종은 반드시 비조류 공룡과 비교하기에 적합하지 않으며, 연구자들은 이번에 발견된 세포로 보이는 구조는 문제의 공룡이 살았을 때 가졌던 형태를 유지하지 않았을 수도 있다고 생각합니다.
Cleland는 향후 연구가 동물이 죽은 후 적혈구가 어떻게 변하는지 알아낼 수 있다면 아라타사우루스의 세포가 특이한 모양을 갖는 이유를 설명하는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다. Cleland는 연구에 참여하지 않았습니다.
반면 새로 발견된 구조는 애초에 적혈구의 흔적이 아닐 가능성도 있다. 노스캐롤라이나 주립대학교 생명과학과 명예교수인 메리 슈바이처(Mary Schweitzer)는 이번 발견이 화석화된 혈액세포를 식별하기 위한 확립된 기준을 충족하지 못한다고 말했습니다. 그는 이 연구에 참여하지 않았습니다.
슈바이처는 그들이 발견한 구조물의 모양과 크기가 현대 공룡 친척의 적혈구와 밀접하게 일치하는지 의문을 제기했습니다. 연구팀이 주로 발견한 산화망간 종류인 하우스만나이트(Hausmannite)의 중요성에 대해서도 의구심을 나타냈다. Hausmannite는 현대 적혈구에서는 검출되지 않습니다.
대조적으로, Grice는 연구팀이 하우스만나이트를 세포에 자연적으로 존재하는 성분으로 간주하지 않는다고 설명합니다. 오히려 그들은 화석화 과정에서 형성되어 세포 구조와 관련 분자 흔적을 보존하는 데 도움이 될 수 있다고 믿습니다.
그럼에도 불구하고 Schweitzer는 이 연구의 다양한 분석 기술 사용이 해당 분야에서 중요한 진전이라고 말했습니다. 데이터는 공룡 자체에서 파생된 일부 분자가 뼈에 남아있을 수 있다는 희망을 보여주었습니다.
미래의 연구는 고대 분자로부터 질병과 생명 활동에 대한 새로운 지식을 얻거나 시간이 지남에 따라 분자가 어떻게 진화했는지를 밝힐 수 있습니다.
슈바이처는 오래된 화석에 분자가 남아 있는 것이 불가능하다는 기존 생각에 대해 “그건 불가능하다”는 생각에서 벗어나 “만약”이라는 생각을 할 수 있다면 “어떤 미래가 우리를 기다리고 있을지 결코 알 수 없다”고 말했다.
