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지금까지 새의 진화 과정에서 있었던 어깨의 진화, 그리고 흉골의 변화 및 공룡의 어깨와 흉골을 살펴보았습니다. 새는 공룡의 한 종류이지만, 새와 공룡에서 보이는 몇몇 차이점은 진화의 다양성을 보여주는 하나의 예시라고 볼 수 있지요. 그런데 마침 새로운 연구가 발표되었습니다. 이 연구는 새와 가까운 공룡과 새의 발 모양을 비교하면서 새와 가까운 공룡들의 비행 및 생태에 대한 연구 결과를 발표한 것이었습니다.
1. 새의 발, 공룡의 발
새의 발을 보면 케라틴으로 이루어진 패드가 있습니다. 이 패드는 새의 발가락을 덮고 있습니다. 오늘날 새의 발가은 2가지 형태의 패드로 덮여 있습니다. 맹금류의 발가락에서 보이는 관절 구조(arthral condition), 그리고 맹금류를 제외한 대부분의 새의 발가에서 보이는 중간관절 구조(mesarthral condition)이 있습니다. 두 발가락 패드는 발가락의 어느 부분에 위치해 있는가에 따라 형태가 달라집니다. 맹금류의 관절 구조에는 발가락과 발가락 사이 관절 부분에만 드문드문 존재합니다. 그 반면에 다른 새에서 보이는 중간관절 구조에서는 발가락 전체에 걸쳐서 패드가 존재합니다. 이런 차이는 주로 먹이나 생태에 따라 같은 종류에서도 약간씩 달라지는 것으로 보인다고 합니다.
공룡은 어떨까요? 발다박 패드가 확인된 대부분의 육식공룡에서는 관절 구조 형태의 패드가 존재한다고 합니다. 즉, 맹금류와 비슷한 구조를 하고 있었던 것이죠. 그 외에 초식공룡인 프시타코사우루스에서도 이런 패드가 보인다고 합니다.
최근에, 그러니까 지난 12월 20일에 새와 가까운 공룡들의 발가 패드 형태, 그리고 그에 따른 공룡의 생태에 대한 연구가 홍콩, 호주, 캐나다, 미국 연구진에 의해서 발표되었습니다. 중국 산둥성의 티안유 자연 박물관에서 보관 중인 표본과 호주 뉴잉글랜드 자연사 박물관과 호주 박물관 연구 재단에서 보관중인 총 36개체의 오늘날 새 표본을 비교 분석한 연구 결과였습니다. 연구진은 발가락 패드, 그리고 그를 따라 발가락과 발톱의 형태를 분석하였습니다. 그리고 분석 결과 밝혀진 형태에 따라 공룡들의 생태를 추적하였습니다. 이번 글에서는 연구에서 이야기 된 공룡 중에서 몇몇 공룡의 사례를 살펴보도록 하겠습니다.
(1). 미크로랍토르
제가 지금까지 써온 글에서 여러 번 등장하였던 공룡 미크로랍토르. 이 공룡의 발에선 두 번째, 세 번째, 네 번째 발가락의 비늘이 보존되어 있었습니다. 이 공룡의 발가락 패드는 맹금류에서 보이는 관절 구조와 유사한 모습, 그러니까 발가락의 관절 부분에 두껍게 존재하고 있었습니다. 패드에는 세 가지 형태의 비늘 (거의 사각형, 약간 둥그스름하고 불규칙한 형태의 다각형, 규칙적인 그물과 비슷한 다각형 형태)이 존재하였습니다. 발가락 끝에 달린 발톱에는 케라틴 성질의 싸개가 덮여 있었습니다. 이 공룡의 발가락 관절은 경첩과 비슷한 형태를 하고 있었습니다. 이러한 특징들로 미루어볼 때 네개의 날개를 이용해서 하늘을 날았던 이 공룡은 오늘날 맹금류처럼 먹잇감을 발로 낚아채는 방식으로 사냥을 하였던 것으로 보입니다. 여기에 더해서 미크로랍토르의 발가락, 그중에서 두 번째 발가락은 갈고리발톱처럼 먹잇감을 사냥할 때 사용되었으리라고 합니다. 영화 쥬라기공원에서 나왔던 벨로키랍토르처럼 말이죠.
(2). 안키오르니스
안키오르니스의 발은 전반적으로 미크로랍토르와 유사한 형태를 하고 있었닥도 합니다. 맹금류의 발가락 패드와 유사한 모습이지요. 다만 발가 패드가 미크로랍토르보다는 덜 발달한 형태를 하고 있었습니다. 거기에다가 발가락 관절도 경첩 형태이긴 하였으나, 미크로랍토르의 그것보다는 약하였을 것으로 보인다고 합니다. 발가락의 바닥 부분(지면에 닿는 부분)에는 규칙적인 그물 구조의 비늘이 있었습니다.
기존 연구에 따르면, 안키오르니스는 하늘을 날아다니기보다는 주로 땅에서 생활하였을 것으로 보인다고 합니다. 즉, 이 공룡의 발은 미크로랍토르처럼 하늘을 날면서 땅에 있는 먹잇감을 낚아채기보다는, 땅 위를 돌아다니면서 먹잇감을 사냥하였던 것으로 보인다고 합니다. 실제로 이 공룡이 도마뱀과 물고기를 먹은 흔적이 발견된 사례가 있었다는 점은 이를 뒷받침해줍니다.
(3). 아르카에옵테릭스
우리에게 시조새라는 이름으로 유명한 이 공룡은 여러 표본이 발견되었습니다. 연구진은 아르카에옵테릭스의 표본 중에서 베를린 아르카에옵테릭스의 표본과 터모폴리스 표본을 조사하였습니다. 연구진이 조사한 결과, 베를린 표본의 경우에는 발가락 관절이 매우 희미하게 휘는 경첩구조를 하고 있었다고 합니다. 터모폴리스 표본의 경우에는 오른쪽 두번째 발가락의 첫 번째 관절, 왼쪽 세번째 발가락의 첫 번째 관절이 경첩구조를 하고 있는것이 관측되었다고 합니다.
두 표본은 모두 발톱의 형태가 휘어있기보다는 일직선에 더 가까웠습니다. 터모폴리스 표본의 경우에는 발톱의 크기가 다 비슷하였습니다. 거기에 첫 번째, 다섯 번째 발톱이 서로 마주 보지도 않다는 점이 있었죠. 오늘날 맹금류들이 먹잇감을 발로 잡기 용이하기 위해서 발톱이 휘어있는 데다가 첫 번째, 다섯 번째 발톱이 마주 보고 발가락 관절이 강하게 휜다는 점을 생각해보면, 아르카에옵테릭스의 발은 확실히 맹금류와는 전혀 달랐습니다.
그런데 재미있는 건 베를린 표본입니다. 베를린 표본의 경우에는 세 번째 발톱이 크기가 더 컸다고 합니다. 이런 모습은 오늘날 살아있는 어떤 새에서도 보이지 않는 특징이었습니다. 이는 어쩌면 베를린 표본의 경우에는 터모폴리스 표본과는 생태학적으로 또 다른 무언가가 있었을 가능성을 지시합니다. 실제로 두 표본은 발톱 및 이빨 등에서 보이는 차이점으로 인해서 같은 아르카에옵테릭스이지만, 다른 종으로 보아야 한다는 연구가 있기도 합니다.
어찍되었든간에 아르카에옵테릭스는 맹금류처럼 발로 먹잇감을 움켜쥐기는 어려웠을 것으로 보입니다.
(4). 콘푸키오소르니스
공자새라고도 불리는 이 공룡의 발은 맹금류처럼 무언가를 잡기에 아주 적합한 발 모양을 가지고 있었습니다. 첫 번째 발가락이 연구 대상이었던 다른 공룡들과는 달리 뒤로 휘어져있었기 때문이지요. 거기에다가 오른쪽 발을 확인해본 결과, 발가락이 경첩과 비슷하게 휠 수 있었다고 합니다. 두 번째 발가락의 패드 형태는 안키오르니스와 비슷하였다고 합니다. 패드는 거의 평평하고 렌즈와 거의 비슷한 모습을 하고 있었습니다. 발가의 아래쪽에 난 패드에는 그물과 비슷한 모습의 비늘이 있었다고 합니다.
이 공룡은 기존 연구에 따르면 2가지 생태에서 살았으리라고 주장되었습니다. 첫 번째 주장은 발톱의 크기가 비슷하고 중간 정도로 적당히 휘어있다는 점을 들어 이 공룡이 맹금류처럼 먹잇감을 낚아채며 살았다는 주장입니다. 두 번째 주장은 이 공룡이 땅에서 살았으리란 주장입니다. 연구진은 이 공룡의 발이 무언가를 휘어잡는 것에 매우 적합하다고 보았습니다. 다만 미크로랍토르보다는 맹금류처럼 먹잇감을 휘어잡는 능력이 떨어졌으리라고 주장하였습니다. 거기에 이 공룡의 턱을 연구한 기존 연구를 인용하면서 맹금류와는 형태가 달랐다고 설명을 하였습니다. 턱을 연구한 기존 연구에서는 이 공룡이 오늘날 초식동물과 더 유사하게 턱에 강한 힘을 내면서 저항력을 가진 구조를 되어 있었고 하였습니다. 즉, 이 공룡의 생태는 어느 1가지가 아니라 하나의 생태계에서 다방면에 맞추어서 살았으리라고 연구진은 주장하였습니다. 이 주장대로라면 콘푸키오소르니스는 잡식성에 여러 환경에서 다른 방식으로 적응하였을 것입니다.
(5). 사페오르니스
사페오르니스의 발가 패드는 맹금류와 비슷하였습니다. 즉, 관절 구조를 하고 있었던 것이죠. 이 공룡의 첫 번째 발가락 패드는 발톱 부분에만 위치하였습니다. 두 번째 발가락 패드는 두개의 패드가 있었습니다. 세 번째 발가락은 세개의 패드가 보존되어 있었습니다. 네 번째 발가락 패드는 뚜렷하게 보존된 한개 및 흔적이 보이는 세개의 패드가 보존되어 있었습니다. 사페오르니스의 모든 발가락 패드는 발톱 패드를 포함하고 있었습니다. 무슨 말이냐면 발가락 끝의 발톱이 튀어나와 있는 부분에 패드가 있었다는 것을 뜻합니다. 발가락에는 아원형에 불규칙한 형태의 비늘이 있었습니다. 이 공룡의 발가락은 매우 강하게 무언가를 움켜쥘 수 있었습니다.
강하게 움켜쥘 수 있었던 발가락은 사페오르니스가 맹금류와 비슷하였으리란 것을 뜻하였을까요? 사페오르니스의 비행에 대한 기존 연구에서는 이 공룡이 열 상승 기류를 타고 활강하였으리라고 주장하였습니다. 이게 무슨 말이냐면, 뜨거운 공기는 밀도가 낮기에 하늘로 떠오르는 성질이 있는데, 이를 타고 활강을 하였다는 것입니다. 어찌 보면 좀 터무니없게 들릴 수도 있겠지만, 의외로 오늘날에도 아메리카 군함조(Fregata magnificens), 갈색사다새(Pelecanus occidentalis), 검은대머리독수리(Coragyps atratus)에서도 보이는 비행방식입니다.
그런데....사페오르니스는 이 새들과 다른 점이 있습니다. 군함조 사다새등등 열 상승 기류를 타고 활강하는 새들은 모두 육식성입니다. 그 반면에 사페오르니스는 초식성으로 보인다는 점이 달랐습니다. 사페오르니스의 뱃속에서 위석이 발견되었다는 보고와 함께 씨앗이나 열매를 먹었으리라는 연구가 있었기 때문이지요. 또한 연구진은 이 공룡의 세 번째 발톱이 맹금류의 그것과는 형태, 크기가 다르다고 주장하였습니다. 연구진은 사페오르니스가 발로 움켜잡기를 매우 잘하였을 것이라 보았지만, 위에서 이야기한 콘푸키오소르니스처럼 그것이 꼭 맹금류처럼 살았다는 점을 지시하지는 않는다고 주장하였습니다. 이런 특징은 나뭇가지를 움켜잡는 데도 활용되기 때문이지요. 따라서 연구진은 이 공룡이 주로 초식성이며, 가끔씩만 고기를 먹었으리라고 주장하였습니다 (실제로 오늘날 많은 초식동물은 우리가 생각하는 것 이상으로 육식을 할 때가 많습니다. 초식만으론 필요한 영양분을 전부 얻기 어렵기 때문이지요.). 이런 모습은 오늘날 야자민목 독수리(Gypohierax)와 비슷합니다. 이들은 주로 기름야자의 야자열매를 먹지만, 가끔씩 게나 개구리 잡아먹기도 합니다. 따라서 연구진은 사페오르니스도 이와 비슷하지 않았을까 추정하였습니다.
(6). 야노르니스
이름이 특이한 이 공룡은 발이 아쉽게도 위쪽 부분만 보존되어 있었습니다. 그래서 발가락 패드의 정확한 모습은 알 수 없지요. 다만 약간이나마 보이는 모습을 통해서 살펴본 결과, 이 공룡의 발가락은 좀 특이한 모습을 하고 있었습니다. 우선 이 공룡의 세 번째 발가락은 중간관절 구조, 그러니까 발가락 전체에 패드가 덮인듯한 모습을 하고 있었습니다. 그런데, 두 번째 발가락의 경우에는 특이하게도 맹금류나 다른 공룡처럼 발가락 관절에만 패드가 있는듯한 모습을 하고 있었습니다. 발가락 관절 부분은 경첩 형태였으나, 그 휘어지는 정도는 매우 약했던 것으로 보인다고 합니다. 이 공룡의 발톱은 오늘날 땅 위를 걸어 다니는 새처럼 길고 일직선에 가깝게 뻗어있었습니다. 발가락 패드의 형태가 맹금류의 그것과는 차이가 있다는 점, 발가락 관절이 휘어지는 정도는 약했다는 점, 발톱이 길게 뻗어있다는 점 등등은 이 공룡의 발이 맹금류처럼 먹잇감을 휘어잡는 용도로 쓰기는 적합하지 않았다는 점을 뜻하는 것으로 연구진은 결론 내렸습니다. 따라서 이 공룡은 하늘을 날기보다는 땅 위에서 살았을 것으로 보인다고 합니다. 마침 이 공룡의 뱃속에서 물고기를 잡아먹은 흔적이 발견된 사례가 있던 것으로 보아, 땅 위에서 살면서 물고기를 잡아먹었을 것으로 보인다고 합니다. 다만 오늘날 물가에서 서식하는 대부분의 새들과는 다르게 물갈퀴는 없는 것으로 보인다고 합니다.
종합해보자면, 새와 가까운 공룡들은 발의 형태에 따라서 매우 다양한 생태를 이루며 살았음을 알 수 있습니다. 이는 새와 가까운 공룡들의 다양성이 매우 컸다는 것을 나타냅니다. 즉, 진화는 한 방향을 향해서 일직선으로 진행되는 것이 아니라, 여러 다양성을 두루두루 갖추면서 일어난다는 점을 지시하는 좋은 예시라 할 수 있습니다. 우리가 무심코 지나칠 수 있었던 새의 발 모양. 생각보다 매우 다양한 형태의 새와 가까운 공룡들의 발 모양. 언제 한번 닭발이라도 먹을 기회가 생길 때 이 공룡들의 발 모양을 떠올려보는 건 어떨까요?
지금까지 총 6번에 걸쳐서 새의 진화 및 새와 가까운 공룡들의 신체에 대해서 알아보았습니다. 어깨, 흉골, 그리고 발까지 말이죠. 이 모든 연구는 시조새가 처음 명명된 1861년서부터 지금까지 대략 160여년 이라는 시간 동안 여러 학자에 의해서 연구되고 또 연구된 결과입니다. 앞으로도 이런 연구는 계속될 것인데, 또 어떤 연구가 진행될지 궁금합니다.
2022년 한해도 어느덧 마지막입니다. 이 글을 읽어주시고 티스토리를 방문해주신 모든 분들께서 한 해 마무리 잘 하시고, 새해 복 많이 받으시기를 바랍니다!
연구 및 자료 출처-
https://cafe.naver.com/pinnaver/19260
https://en.wikipedia.org/wiki/Specimens_of_Archaeopteryx#The_Berlin_specimen
Pennycuick, C. J. (1983). Thermal soaring compared in three dissimilar tropical bird species, Fregata magnificens, Pelecanus occidentals and Coragyps atratus. Journal of Experimental Biology, 102(1), 307-325.
Pittman, M., Bell, P. R., Miller, C. V., Enriquez, N. J., Wang, X., Zheng, X., ... & Kaye, T. G. (2022). Exceptional preservation and foot structure reveal ecological transitions and lifestyles of early theropod flyers. Nature Communications, 13(1), 1-14.
Serrano, F. J., & Chiappe, L. M. (2017). Aerodynamic modelling of a Cretaceous bird reveals thermal soaring capabilities during early avian evolution. Journal of the Royal Society Interface, 14(132), 20170182.
Zhou, Z., & Zhang, F. (2003). Anatomy of the primitive bird Sapeornis chaoyangensis from the Early Cretaceous of Liaoning, China. Canadian Journal of Earth Sciences, 40(5), 731-747.
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