3'00" 읽기
- 아프리카코끼리 10마리 이상 무게, 다리 관절은 두꺼운 연골 캡, 체중 대부분은 뒷다리에
- 척추 아치의 길쭉한 줄기로 각 척추레 가해지는 무게 줄여
- 발뒤꿈치 패드로 발가락뼈 보호, 13미터 길이 목을 통과해 뇌까지 혈액 펌핑
- 두 번째 뇌 대신 큰 초식 동물은 아마도 매우 긴 신경 세포 과정
- 가장 발달된 용각류는 더 이상 목 부분뿐만 아니라 꼬리뼈에도 공기주머니

XXL의 삶, 어떻게 그렇게 큰 몸이 제 기능을 할 수 있을까?

영국의 고생물학자 리차드 오웬이 처음에 최초의 용각류를 해양 동물로 오인한 것은 그러한 거대한 동물이 육지에서 살 수 있었다는 것이 얼마나 비현실적으로 보였는지를 보여준다. 불신이 계속되었다. 생명체 재건은 Owen이 늪지대 동물로 분류한 지 오랜 후에 용각류가 나타났으며, 때때로 물속에서 목까지 서 있었다. 비록 오늘날 이 생각은 시대에 뒤떨어진 것이지만, 그렇게 큰 동물들이 육지에서 움직였다는 사실은 여전히 ​​그들의 몸에 온갖 종류의 상상을 제시했다. 

▲ 용각류는 무게를 지탱하기 위해 특별한 적응을 진화시켰다. © DiBgd / CC-by-sa 3.0

체중 문제

무엇보다도 뼈와 관절에 많은 부담을 주는 이 공룡의 엄청난 무게가 있었다. 아프리카코끼리 10마리 이상의 무게가 나가는 용각류는 무게를 분산시키기 위해 주로 4개의 원주형 다리에 의존했다. 다리 관절은 아마도 두꺼운 연골 캡으로 지지됐을 것이며, 체중의 대부분은 뒷다리에 실렸다.

결과적으로 이 부위의 척추뼈 수가 시간이 지남에 따라 증가해 몸을 더 잘 지탱할 수 있게 됐다. 초기 용각류는 천골(성장 과정에서 다섯 개의 척추골이 융합돼 성인이 되면 하나의 뼈로 굳어지는 것) 척추가 3개뿐이었고, 이들의 무거운 후손은 5~6개였다. 또한 용각류의 전형은 척추 아치의 길쭉한 줄기다. 일련의 생체 역학적 과정을 통해 이러한 적응은 각 척추에 가해지는 무게를 줄였다.

또 다른 완화 기능은 현생 코끼리와 유사한 용각류의 부드럽고 두꺼운 발뒤꿈치 패드였다. 패드는 많은 체중 부하를 완화하여 발가락뼈를 보호했다. 일부 뼈의 경량 구조와 기낭으로 구성된 호흡 시스템도 무게를 줄여 거인이 육지에서 자신의 무게를 지탱할 수 있게 했다.

효과적인 혈액 펌프

직립 목을 가진 용각류의 경우 혈압 문제도 발생한다. 그들의 혈액은 용각류의 뇌에 도달하기 위해 수직으로 최대 13m까지 펌핑되어야 했다. 하지만 어떻게 그게 가능했을까? 주제를 다루는 다양한 가설이 있다. 예를 들어, 어떤 사람은 용각류가 유난히 큰 심장을 가졌거나 심지어 목 길이만큼 떨어진 여러 개의 "정상적인" 크기의 심장을 가지고 있었다고 제안한다. Queensland University of Technology의 Stephan Hughes가 이끄는 연구원의 2016년 연구는 소위 "사이펀 가설"이 가장 가능성이 높은 것으로 간주된다.

가설은 목 아래로 흐르는 혈액이 동시에 위로 흐르는 혈류를 지원한다는 것이다. 이를 테스트하기 위해 과학자들은 15m 길이의 튜브로 용각류의 혈류를 재구성했다. 하나의 관은 심장에서 뇌로 혈액을 공급하는 동맥을 나타내고, 두 번째 관은 뇌에서 심장으로 다시 혈액을 운반하는 정맥을 나타낸다. 그리고 실제로 두 호스는 서로 영향을 미쳤다. 동맥으로 올라가는 혈액은 정맥으로 내려가는 혈액과 균형을 이룬다.

심장에서 뇌로 이동하기 위해 혈액은 더 이상 중력을 극복하지 않고 혈관 저항만 극복하면 된다. 모델 계산을 사용해 연구팀은 사이펀 효과 용각류가 현대 기린 수준의 혈압을 가질 수 있음을 발견했다. 13m 높이에서도 뇌에 충분한 혈액을 공급할 수 있었다.

두 번째 뇌?

뇌에 혈액이 충분히 공급되면 거대한 몸을 제어하는 ​​주요 작업을 최적으로 수행할 수 있다. 용각류가 천골 부위에 추가적인 "두 번째 뇌"를 가지고 있다는 가설이 오랫동안 유지됐다. 그러나 그렇게 해석된 확장된 신경관은 아마도 다른 것으로 채워졌을 것이다. 현생 조류에서 발견되는 것과 같은 글리코겐 저장소다. 그러나 그 기능은 아직 알려지지 않았다. 또한 척수에서 다리로 연결되는 신경이 이 영역을 통과할 수 있다.

두 번째 뇌 대신 큰 초식 동물은 아마도 매우 긴 신경 세포 과정을 가졌을 것이다. 신경 세포의 길이가 자랑스럽게 30m로 추정되는 현대 대왕고래에서도 비슷한 것이 알려져 있다. 다양한 연구에 따르면 용각류와 유사했을 수 있다.

▲ 용각류는 이 기린의 반회 후두 신경과 유사하게 매우 긴 신경을 가지고 있었을 것이다.© Dr Bug (Vladimir V. Medeyko), Eugenia and Julian from San Jose – Bay Area, California, USA / CC-by-sa 2.0

새의 허파를 통한 신선한 공기

용각류가 극복해야 했던 또 다른 도전은 호흡이었다. 미터 길이의 목을 통과하는 먼 길은 공기의 교환을 방해했다. 공기가 폐에 도달할 때쯤이면 더 이상 신선하지 않을 것이다. 스노클링을 할 때 우리 인간에게도 비슷한 문제가 발생한다. 스노클은 인위적으로 기관을 길게 하여 폐로 들어오는 신선한 공기가 충분하지 않을 수 있다. 용각류는 새와 같은 호흡기로 이 문제를 해결했다.

동물의 체강에 있는 큰 기낭(공기주머니)은 체중을 감소시켰을 뿐만 아니라 효율적으로 호흡할 수 있게 해주었다. 용각류의 진화 과정에서 기낭의 체계는 더 커지고 가지가 많아졌다. 가장 발달된 용각류는 더 이상 목 부분뿐만 아니라 꼬리뼈에도 기낭을 가지고 있었다. 이것은 용각류가 숨을 쉬기 위해 소비해야 하는 에너지를 줄이면서 조직에 충분한 산소를 제공했다.

통합 냉각

에어백 시스템에는 또 다른 이점이 있다. 아마도 큰 동물이 과열되는 것을 방지했을 것이다. 이제 용각류가 온혈동물이었다는 것이 분명해졌다. 그러나 이 크기의 온혈동물은 XXL 형식의 대사 과정에서 매우 많은 양의 열이 발생한다는 문제가 있다. 동물이 이것들을 제거하지 못하면 과열된다.

이를 방지하기 위해 예를 들어 현대 코끼리는 큰 귀를 사용한다. 이들은 후피의 신체 표면을 증가시키고 신체에서 환경으로 열을 발산한다.

용각류의 경우 긴 목이 비슷한 기능을 했을 수 있다고 일부 과학자들은 제안한다. 큰 기낭은 동물의 내부 표면적을 증가시켜 숨을 내쉴 때 추가 열을 외부로 운반하기 때문에 특히 중요할 수 있다. 이것은 아마도 용각류가 통합된 냉각 메커니즘을 갖도록 허용했을 것이다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]