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새의 조상은 공룡일까?

1861년 독일 바이에른 지방에서 발견된 시조새 화석은 생물학계에 거대한 파장을 일으켰습니다. 화석 수집가였던 의사 헤르만 폰 마이어는 석공으로부터 까마귀 크기의 새 화석을 입수하게 되었고, 이는 훗날 진화론의 결정적 증거로 주목받게 됩니다. 당시 '공룡'이라는 용어를 만든 리처드 오언은 이 화석이 진화의 증거로 쓰이는 것을 막기 위해 서둘러 이를 입수했습니다. 그는 시조새가 파충류와 조류의 중간 단계가 아닌, 단순히 최초의 새일 뿐이라고 주장하며 창조론적 관점을 고수하려 노력했습니다. 하지만 리처드 오언의 주장은 '다윈의 불독'이라 불리던 토머스 헉슬리에 의해 반박되었습니다. 헉슬리는 시조새 화석을 면밀히 분석하는 한편, 같은 지층에서 발견된 작은 공룡인 콤프소그나투스에 주목했습니다. 놀랍게도 시조새에서 깃털만 제거하면 콤프소그나투스와 골격 구조가 거의 일치한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 완벽한 파충류인 공룡과 조류의 중간 단계가 실존함을 증명하는 강력한 근거가 되었으며, 시조새를 둘러싼 과학적 논쟁은 진화론이 승리하는 방향으로 전개되었습니다. 현대 과학은 시조새가 현대 조류의 직접적인 조상은 아니라고 보고 있습니다. 최신 이론에 따르면 시조새와 현대의 새는 수각류 공룡으로부터 각각 다른 경로를 통해 진화했습니다. 즉, 시조새는 공룡에서 진화한 한 갈래일 뿐이며, 새는 공룡의 또 다른 계보에서 독자적으로 진화했다는 것입니다. 조류를 정의하는 가장 핵심적인 특징은 깃털인데, 과거에는 깃털이 오직 비행을 위해 진화했다고 믿어왔습니다. 그러나 최근의 발견들은 깃털의 기원과 목적에 대해 전혀 새로운 시각을 제시하고 있습니다. 2011년 새롭게 발견된 시조새 화석은 깃털이 비행만을 위한 도구가 아니었음을 시사합니다. 비행에 적합한 비대칭형 칼깃이 날개뿐만 아니라 뒷다리에서도 발견되었으며, 비행 능력이 없는 여러 공룡에게서도 다양한 형태의 깃털이 확인되었습니다. 이는 깃털이 초기에는 체온 유지, 방수, 또는 짝짓기를 위한 구애용으로 먼저 사용되었음을 의미합니다. 이후 환경에 적응하는 과정에서 특정 부위의 깃털이 비행에 최적화된 도구로 전문화되었고, 여러 종에서 독립적으로 비행 능력이 발달하게 된 것입니다. 이제 새가 공룡의 후예라는 사실은 과학계에서 부정할 수 없는 정설로 자리 잡았습니다. 깃털의 역사는 공룡이 처음 등장한 2억 4천만 년 전까지 거슬러 올라가며, 육식공룡뿐만 아니라 초식공룡인 쿨린다드로메우스에게서도 복잡한 깃털 구조가 발견되었습니다. 이는 모든 공룡의 공통 조상이 이미 깃털을 가지고 있었을 가능성을 시사합니다. 결국 공룡은 멸종한 과거의 괴물이 아니라, 깃털을 가진 채 하늘을 날아다니는 오늘날의 새로 우리 곁에 여전히 살아남아 있는 셈입니다.

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생명과학
지구환경과학

[강연] 화석, 진화의 열쇠 _ by이융남 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 1강 | 1강

지구의 장구한 역사 속에서 생명체가 어떻게 변화해 왔는지를 밝혀내는 학문이 바로 진화학입니다. 진화를 가장 실증적으로 증명할 수 있는 열쇠는 바로 화석입니다. 1861년 독일에서 발견된 시조새 화석은 깃털 자국과 파충류의 골격 특징을 동시에 지니고 있어 진화의 아이콘이 되었습니다. 이처럼 화석은 과거에 살았던 생물들의 흔적을 통해 현재의 생물 다양성이 어디에서 기원했는지를 보여주는 결정적인 증거가 됩니다. 우리는 화석이라는 책장을 한 장씩 넘기며 생명의 대도약이 일어났던 순간들을 마주하게 됩니다. 찰스 다윈은 1859년 '종의 기원'을 통해 현대 진화론의 기틀을 마련했습니다. 그는 자연선택이라는 기제를 통해 환경에 잘 적응한 개체가 살아남아 유전자를 전달한다는 원리를 설명했습니다. 다윈이 진화론을 완성하는 데 있어 가장 큰 고민은 시간 문제였으나, 지질학의 발달로 지구의 나이가 매우 오래되었다는 사실을 인지하며 이를 해결했습니다. 진화는 짧은 시간 안에 일어나는 변화가 아니라, 수억 년에 걸친 장구한 세월 동안 축적된 결과물입니다. 다윈은 이를 '변화된 후손'이라는 개념으로 정의하며 생명의 연속성을 강조했습니다. 지구의 역사를 에펠탑의 높이에 비유한다면, 인류가 생존한 기간은 꼭대기에 칠해진 페인트 한 겹의 두께에 불과할 정도로 짧습니다. 이 긴 시간 동안 지구상에는 약 10억 종의 생물이 살았던 것으로 추정되지만, 그중 99%는 이미 멸종했습니다. 우리가 현재 목격하는 생물 다양성은 거대한 생명의 나무에서 아주 일부분에 해당할 뿐입니다. 화석으로 발견된 종은 약 20만 종에 불과하며, 이는 과거에 존재했던 생명체의 극히 일부만을 알고 있다는 뜻입니다. 따라서 화석 연구는 사라진 99%의 생명체와 현재의 우리를 연결하는 유일한 통로라고 할 수 있습니다. 생명 진화의 역사에서 가장 극적인 순간 중 하나는 물고기가 육지로 올라온 사건입니다. 고생대 데본기, 지느러미에 뼈가 있는 육기어류는 얕은 물가를 탐험하며 육상 생활에 적응하기 시작했습니다. 이 과정에서 중력을 견디기 위한 다리 골격이 발달하고, 아가미 대신 폐로 호흡하는 변화가 일어났습니다. 틱타알릭과 같은 화석은 물고기와 사지동물의 중간 단계적 특징을 명확히 보여줍니다. 또한 머리뼈와 어깨뼈가 분리되면서 목을 자유롭게 움직일 수 있게 된 변화는 육상 환경에서 생존하기 위한 필수적인 진화적 선택이었습니다. 거북의 등껍질이나 새의 날개 같은 독특한 신체 구조 역시 화석을 통해 그 기원이 밝혀졌습니다. 거북은 갈비뼈가 확장되어 등껍질을 형성하는 과정에서 팔뼈가 갈비뼈 안쪽으로 들어가는 기이한 구조를 갖게 되었습니다. 한편, 공룡에서 조류로의 진화는 현대 고생물학의 가장 흥미로운 주제입니다. 시조새뿐만 아니라 최근 발견된 수많은 깃털 공룡 화석들은 새가 공룡의 직계 후손임을 증명합니다. 깃털은 처음부터 비행을 위한 것이 아니라 체온 조절이나 구애를 위해 발생했으며, 이후 비행에 적합한 형태로 진화하며 하늘을 정복하게 되었습니다. 포유류는 중생대 트라이아스기에 처음 등장했지만, 공룡이 지배하던 시기에는 야행성 동물로 미미하게 생존했습니다. 그러나 이 시기에 포유류는 청각의 혁명적인 진화를 이루어냈습니다. 파충류의 턱관절을 구성하던 뼈들이 귓속으로 들어가 망치뼈와 모루뼈가 되면서 소리를 증폭하는 정교한 중이 구조가 완성된 것입니다. 백악기 말 공룡의 대멸종은 포유류에게 새로운 기회가 되었습니다. 비어 있는 생태계로 진출한 포유류는 고래, 코끼리, 그리고 인류에 이르기까지 폭발적인 적응 방산을 통해 지구의 새로운 주인으로 자리매김하게 되었습니다. 인류의 진화는 영장류의 특징인 물건을 잡을 수 있는 손과 직립 보행에서 시작되었습니다. 약 700만 년 전 공통 조상으로부터 갈라져 나온 인류는 아르디피테쿠스와 오스트랄로피테쿠스를 거쳐 현대 인류인 호모 사피엔스로 진화했습니다. 인류를 정의하는 가장 큰 특징은 큰 뇌보다도 두 발로 걷는 직립 보행의 여부입니다. 화석은 우리가 어디에서 왔으며 어떤 과정을 거쳐 현재의 모습이 되었는지를 알려주는 가장 정직한 기록입니다. 38억 년이라는 거대한 시간의 흐름 속에서 우리 각자의 삶은 그 자체로 진화가 만들어낸 기적과도 같습니다.

이융남

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[인터뷰] 이융남 _ 공룡의 진화와 멸종에 대한 모든 것 | 2022 '진화가 필요한 순간'

진화의 역사를 이해하는 데 있어 화석은 과거와 현재를 잇는 가장 강력한 증거입니다. 찰스 다윈의 『종의 기원』 출간 이후 발견된 콤프소그나투스와 시조새 화석은 공룡과 조류 사이의 밀접한 연관성을 보여며 진화론을 뒷받침하는 결정적인 단서가 되었습니다. 특히 척추동물 화석은 생명체가 겪어온 거대한 변화의 흐름을 시각적으로 증명해 줍니다. 이러한 화석 기록을 통해 우리는 단순히 과거의 생명체를 복원하는 것을 넘어, 생명이 어떤 과정을 거쳐 현재의 다양성을 확보하게 되었는지 깊이 있게 통찰할 수 있습니다. 현대 과학은 공룡이 완전히 멸종한 것이 아니라 조류로 진화하여 우리 곁에 남아있음을 증명하고 있습니다. 실제로 지구상에는 포유류보다 훨씬 많은 약 1만 종의 조류가 살고 있으며, 이는 우리가 여전히 공룡의 시대에 살고 있다고 해도 과언이 아님을 시사합니다. 최근 전 세계에서 발견되는 다양한 깃털 공룡 화석은 깃털이 조류만의 전유물이 아니었음을 보여줍니다. 과거에는 파충류처럼 매끄러운 피부로 묘사되던 공룡들이 이제는 화려한 깃털을 가진 모습으로 복원되며 대중문화 속에서도 그 과학적 사실이 반영되고 있습니다. 공룡이 거대한 몸집을 가질 수 있었던 이유는 당시의 풍부한 먹이 환경과 독특한 해부학적 구조 덕분입니다. 쥐라기 시대의 거대한 겉씨식물은 초식 공룡의 대형화를 이끌었고, 이를 사냥하는 육식 공룡 또한 덩달아 커졌습니다. 특히 파충류는 포유류와 달리 뼈의 성장을 멈추게 하는 성장판이 없어, 영양 상태만 뒷받침된다면 평생 성장이 가능했습니다. 비록 현재 지구상에서 가장 큰 동물은 포유류인 고래이지만, 중생대의 공룡들은 그들만의 생물학적 이점을 활용하여 육상 생태계에서 전무후무한 크기를 자랑하며 번성할 수 있었습니다. 한반도는 중생대 백악기 지층이 넓게 분포하고 있어 공룡 발자국과 알 화석의 보고로 불립니다. 특히 경상도와 전라도의 호수 퇴적층에서는 수많은 공룡 발자국이 발견되는데, 이는 당시 공룡들이 이동하기 편리한 물가를 따라 집단생활을 했음을 보여줍니다. 발자국이나 알과 같은 흔적 화석은 공룡의 생태와 행동 양식을 연구하는 데 귀중한 자료가 됩니다. 비록 울창한 식생과 지각 변동으로 인해 뼈 화석을 발굴하는 것이 쉽지는 않지만, 여전히 한반도 지층 속에는 우리가 아직 발견하지 못한 새로운 공룡의 기록들이 잠들어 있습니다. 공룡 화석을 찾는 과정은 영화 속 첨단 장비보다는 정밀한 지질학적 분석과 끈기 있는 탐사에 의존합니다. 연구자들은 지질도를 바탕으로 중생대 육성 퇴적층이 드러난 지역을 선별하며, 주로 식생이 적고 지층이 잘 노출된 황무지나 오지를 찾아 나섭니다. 북미 대륙이나 몽골, 중국, 아르헨티나와 같은 지역이 대표적인 공룡 화석지로 꼽히는 이유도 바로 이러한 지질학적 조건이 충족되기 때문입니다. 1억 6천만 년이라는 긴 시간 동안 지구를 지배했던 공룡의 흔적을 찾는 여정은 인류의 기원과 생명의 연속성을 이해하는 중요한 열쇠가 됩니다.

이융남

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

[카오스 술술과학] 공룡 왈 “나 완전히 새 됐어!?”

우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 비둘기나 까치 같은 새들이 사실은 거대한 공룡의 후손이라는 이야기는 이제 더 이상 낯선 가설이 아닙니다. 과거에는 깃털과 날개를 가진 항온 동물인 조류와 파충류인 공룡을 전혀 다른 존재로 여겼지만, 시조새의 발견은 이러한 인식을 뒤바꾸는 결정적인 계기가 되었습니다. 찰스 다윈의 동료였던 토머스 헉슬리는 시조새가 공룡과 새의 중간 단계를 보여주는 진화의 강력한 증거라고 주장하며 학계에 큰 파장을 일으켰습니다. 비록 시조새가 이빨을 가지고 있고 골격 구조에서 오늘날의 새와 차이점이 많아 오랜 시간 논쟁의 중심에 서 있었지만, 이는 생명체가 환경에 적응하며 변화해가는 진화의 신비로운 과정을 여실히 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 1960년대 존 오스트롬 교수가 발견한 데이노니쿠스는 시조새와 100가지가 넘는 공통점을 지니고 있어 공룡과 조류의 연결 고리를 더욱 공고히 했습니다. 공룡은 포유류와 달리 두 발로 걸었으며, 진화 과정에서 앞발이 길어지며 점차 날개로 발달할 수 있는 해부학적 토대를 마련했습니다. 특히 공룡의 뼈 내부에는 오늘날의 새처럼 기낭이 존재했는데, 이는 산소가 부족했던 고대 환경에서 생존하기 위한 효율적인 호흡 체계였을 것으로 추정됩니다. 또한 공룡은 시간이 흐를수록 몸집이 작아지는 경향을 보였는데, 이는 하늘을 날기 위해 신체를 가볍게 최적화하는 과정이었습니다. 이러한 변화는 공룡이 단순히 거대한 괴수가 아니라 정교한 진화의 산물임을 증명합니다. 공룡이 깃털을 가졌다는 사실은 1996년 중국 랴오닝성에서 발견된 화석들을 통해 명확히 입증되었습니다. 초기 공룡의 깃털은 비행보다는 체온 유지나 구애를 위한 목적으로 발달했으나, 이후 미크로랍토르와 같은 종에 이르러서는 나무 사이를 활강할 수 있을 만큼 정교해졌습니다. 체온 조절 방식 또한 완전한 변온이나 항온이 아닌 그 중간 형태인 중온 동물이었을 가능성이 제기되며 조류와의 연관성이 더욱 깊어졌습니다. 결국 공룡은 중생대 말기에 완전히 멸종한 것이 아니라, 그중 한 갈래가 살아남아 오늘날 만 종이 넘는 조류로 진화하여 우리 곁에 머물고 있는 것입니다. 우리가 일상에서 마주하는 새들은 수억 년 전 지구를 지배했던 위대한 포식자들의 살아있는 유산이라 할 수 있습니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[강연] 경이로운 진화의 산물, 공룡! (3) _ 이융남 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 3강 | 3강 ③

벨기에에서 보관되던 데이노케이루스의 머리뼈는 그 크기가 1미터에 달하며, 기존의 날카로운 앞발 이미지와는 전혀 다른 반전의 모습을 보여주었습니다. 이 공룡은 이빨이 없고 주둥이가 넓적하며 아래로 휘어진 독특한 생김새를 지녔습니다. 특히 도굴되었던 발가락뼈를 현장에서 다시 찾아내어 한 개체임을 확인하는 과정은 매우 극적이었습니다. 육식공룡 특유의 뾰족한 발톱 대신 뭉툭한 끝부분을 가진 이 공룡은 진흙에 빠지지 않고 물가에서 생활하며 물고기와 수초를 먹는 잡식성 생태를 가졌음이 밝혀졌습니다. 데이노케이루스는 타조공룡류에 속하면서도 독특하게 거대한 덩치를 키우는 방향으로 진화했습니다. 50년 동안 베일에 싸여 있던 이 공룡의 정체는 머리부터 꼬리까지 완전한 형태가 복원되면서 비로소 세상에 드러났습니다. 이 연구는 세계적인 학술지 네이처의 헤드라인을 장식하며 학계의 엄청난 관심을 받았습니다. 특히 등에 솟은 높은 신경배돌기는 무거운 앞몸의 무게를 지탱하는 현수교의 지지점 역할을 했던 것으로 해석됩니다. 이는 공룡 진화의 다양성을 보여주는 가장 경이로운 사례 중 하나로 꼽힙니다. 현대 과학에서 가장 뜨거운 주제 중 하나는 바로 새가 공룡으로부터 진화했다는 사실입니다. 1억 5천만 년 전의 지층에서 발견된 시조새 화석은 깃털이라는 결정적인 증거를 통해 조류의 기원을 암시했습니다. 시조새는 깃털을 가졌지만, 입안의 이빨과 긴 꼬리, 그리고 손가락 끝의 발톱 등 현대의 새와는 다른 파충류적 골격 구조를 고스란히 간직하고 있었습니다. 1970년대 데이노니쿠스의 발견 이후, 공룡과 새 사이의 해부학적 공통점이 100가지 넘게 확인되면서 두 집단 사이의 밀접한 연관성은 더욱 확고해졌습니다. 깃털은 처음부터 비행을 위해 탄생한 것이 아니라, 체온 유지나 구애를 위한 용도로 먼저 출현했습니다. 중국 랴오닝성에서 발견된 수많은 화석은 육식공룡뿐만 아니라 초식공룡에게도 다양한 형태의 깃털이 있었음을 증명했습니다. 심지어 네 개의 날개를 가진 마이크로랍토르와 같은 화석은 새가 어떻게 나무 위에서 활강하며 비행 능력을 습득했는지에 대한 중요한 단서를 제공합니다. 이러한 발견들은 공룡이 단순히 거대한 파충류가 아니라, 현대 조류로 이어지는 정교한 진화의 과정을 거쳤음을 생생하게 보여줍니다. 공룡의 생태적 습성 또한 현대의 새와 놀라울 정도로 닮아 있습니다. 둥지 위에서 알을 품거나 새처럼 머리를 몸에 파묻고 잠을 자는 화석의 발견은 공룡이 온혈 동물에 가까운 신진대사를 가졌을 가능성을 시사합니다. 실제로 공룡은 완전한 변온 동물도, 항온 동물도 아닌 그 중간 단계인 중온 동물의 특성을 보였던 것으로 추정됩니다. 이제 조류는 파충류와 별개의 집단이 아니라 공룡의 후예로서 '사우롭시다'라는 거대한 계통 안에 통합되었습니다. 우리 주변의 새들은 멸종하지 않고 살아남은 현대의 공룡인 셈입니다.

이융남

카오스재단카오스강연

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