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- 부분적으로 필라멘트 모양, 부분적으로 분지된 구조의 여러 화석화된 유적을 발견
- 현대 조류에서 깃털 색깔은 멜라노솜 모양과 밀접하게 연관돼 있다.
- 익룡의 눈에 띄는 다채로운 색상, 파트너나 경쟁자에게 시각적 신호 전달
- 공룡과 익룡의 조상은 약 2억 5천만 년 전 트라이아스기 초기에 최초 원형 깃털 소유

깃털은 공룡보다 먼저 존재했다
익룡의 깃털 화석은 공통 조상의 기원을 암시

고대 자연의 특허:
지금까지 공룡은 실제 분지 깃털 구조의 "발명자"로 간주됐다. 그러나 익룡 화석은 이제 의심을 불러일으킨다. 1억 1500만 년 된 익룡도 머리에 여러 가지 빛깔의 깃털 털을 가졌기 때문이다. 이것은 연구자들이 Nature에 보고한 바와 같이 익룡과 공룡이 공통 조상으로부터 깃털 능력을 물려받았음을 시사한다. 

▲ 이것은 익룡 투판닥틸루스 임페라토르가 색깔이 있고 깃털이 달린 머리 볏을 가진 모습일 것이다. © Bob Nicholls

동물의 왕국에서 최초의 진짜 깃털은 언제 나타났을까? 새가 처음으로 깃털을 입는 것이 아니라는 것은 오래전부터 분명했다. 공룡조차도 따뜻한 깃털과 밝은 색상의 깃털을 가지고 있기 때문이다. 수각류 그룹의 이족 보행식 육식 공룡과 초식성 조류 골반 공룡에서 발견된 깃털 화석은 또한 원시 공룡이 깃털을 발달시켰을 수도 있음을 시사한다.

익룡의 머리 볏에서 찾기

지금까지 깃털의 발명이 그보다 더 거슬러 올라가는 것인지에 대해서는 논란의 여지가 있다. 공룡의 직계 자매 그룹인 익룡(pterosaurs)도 깃털을 입었다면 단서가 될 것이다. 그러나 지금까지 이에 대한 명백한 화석 증거가 부족했다. 일부 익룡이 머리카락과 같은 피크노파이버Pycnofasern 술이 달린 원형 깃털을 입었다는 것은 사실이다. 깃털 샤프트에서 분기된 규칙적인 가지가 있는 고전적인 깃털 유형은 지금까지 사용할 수 없었다.

이것이 브뤼셀에 있는 왕립 벨기에 자연사 연구소의 Aude Cincotta가 이끄는 고생물학자들이 최근 발견한 바로 그 증거다. 그들은 1억 1300만 년 된 브라질의 익룡 투판닥틸루스 임페라토르 화석에서 이것을 발견했다. 이 익룡은 날개 길이가 약 5미터였으며 가장 두드러진 특징은 머리에 두 개의 뼈 돌기로 덮인 커다란 피부 볏을 입었다.

▲ 그림 2 테페자리드 익룡 투판닥틸루스(Tupandactylus)의 깃털 유형 분포 cf. 황제(MCT.R.1884). (출처: 관련논문)

분기 깃털 가지가 있는 가운데 부분 

이 화석 능선의 바닥에서 고생물학자들은 부분적으로는 필라멘트 모양이고 부분적으로는 분지된 구조의 여러 화석화된 유적을 발견했다. 더 면밀한 분석에 따르면 이러한 분기 구조는 깃털의 고전적인 모양과 매우 흡사하다. "각 구조는 끝으로 갈수록 점점 좁아지는 중앙의 파악하기 어려운 샤프트를 보여주었다"며 "짧고 곧은 2차 섬유가 거의 전체 길이에 걸쳐 이 부분에서 연속적으로 분기된다"고 보고했다.

연구자들이 설명하는 바와 같이, 이 구조는 소위 현대 조류의 3단계 깃털과 거의 정확히 일치한다. 깃털 가지는 중앙 축에서 규칙적으로 분기한다. Cincotta와 그녀의 동료들은 "이것은 이 화석 분지 구조가 실제로 깃털이라는 강력한 증거다"고 말한다. "게다가, 이것은 익룡의 가지 깃털에 대한 다른 잠재적인 최근 발견과도 일치한다.“

▲ 그림 3 깃털 가지와 강성의 다양한 스타일을 기반으로 분기 깃털의 펼친 모양의 기원을 설명하기 위한 Taphonomic 시나리오.

멜라노솜은 유색 깃털을 나타낸다.

분지된 화석 구조의 깃털이 달린 특성은 이 깃털에 있는 여러 개의 서로 다른 모양의 멜라노솜의 증거로 뒷받침된다. 이들은 멜라닌 색소를 포함하는 과립형 색소 세포이며 모양에 따라 다른 색상을 생성할 수 있다. 공동 저자인 University College Cork의 Maria McNamara는 "현대 조류에서 깃털 색깔은 멜라노솜 모양과 밀접하게 연관돼 있다"고 설명했다.

Tupandactylus imperator의 깃털 구조와 일부 피부 잔해 역시 이와 같이 다른 모양의 멜라노솜을 보여주기 때문에 이것은 이 익룡의 다양한 머리 볏을 나타낼 수 있다. 익룡의 눈에 띄는 표시는 모양 뿐만 아니라 다채로운 색상 때문에 주목을 받았으며 잠재적인 파트너나 경쟁자에게 시각적 신호를 전달했을 가능성이 있다. "이 특징은 착색이 가장 초기의 깃털에서도 중요한 속성임을 보여준다"고 연구자들은 설명했다. 

▲ 그림 8 MCT.R.1884의 연조직에 있는 멜라노솜의 주사 전자 현미경 사진. (출처; 관련논문 Pterosaur melanosomes support signalling functions for early feathers / nature)

공통 조상에서 유래

고생물학자들에 따르면, 투판닥틸루스 임페라토르 화석은 익룡도 실제 깃털과 아마도 색깔이 있는 깃털을 가지고 있었음을 증명한다. "수십 년 동안 고생물학자들은 익룡에게 깃털이 있었는지 여부에 대해 논쟁을 벌여왔다. 우리 표본의 깃털은 그 논쟁을 단번에 끝냈다.” 그러나 익룡과 공룡이 깃털을 독립적으로 진화시켰는지, 아니면 이 구조가 두 그룹의 공통 조상에서 유래했는지는 의문으로 남아 있다.

이를 알아내기 위해 Cincotta와 그녀의 팀은 보충 가계도 분석을 수행했다. 이것은 84%의 확률로 섬유 모양의 깃털과 술이 달린 원형 깃털과 같은 단순한 깃털 유형이 두 공룡 그룹의 공통 조상으로 돌아갈 가능성이 있음을 보여주었다. "점점 더 복잡한 구조는 익룡과 수각류 공룡 모두에서 동시에 진화했다"고 팀은 기술했다.

이것이 확인된다면, 자연에 의한 깃털의 "발명"은 훨씬 더 과거로 밀려날 것이다. 공룡과 익룡의 조상은 약 2억 5천만 년 전인 트라이아스기 초기에 최초의 원형 깃털을 가질 수 있었을 것이다.
(Nature, 2022; doi: 10.1038/s41586-022-04622-3)
출처: University College Cork

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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