뼈 강도 분석으로 밝혀낸 인류 진화에 대한 새로운 단서

 
남가주대학교 켁 의과대학Keck School of Medicine of USC 제공

오른쪽은 초기 호모 인류 조상 모습으로, 허벅지뼈(대퇴골) 강도가 팔뼈(상완골)에 비해 상대적으로 강한 것이 특징이다. 왼쪽은 더 오래된 인류 조상인 오스트랄로피테쿠스 모습으로, 팔과 허벅지 뼈의강도가 거의 비슷한 것이 특징이다. 사진 제공: 컬렌 타운젠드

 
두 발 보행은 인간을 다른 유인원과 구별하는 주요 특징 중 하나다. 하지만 우리 조상들이 나무 위에서 보내는 생활에서 거의 땅 위에서 보내는 생활로 전환한 시기와 이유는 여전히 논의 대상이다.

오스트랄로피테쿠스와 초기 호모라는 두 인류 조상 집단 화석에서 얻은 새로운 증거는 이 수수께끼에 중요한 조각을 더해준다.

최근 사이언스 어드밴스(Science Advances)에 발표된 연구에서, USC 켁 의과대학이 주도한 국제 연구팀은 약 150만 년에서 370만 년 전 사이 인류 조상 7종 화석 자료를 분석했다.

연구진은 생존 과정에서 가해지는 힘에 따라 발달하는 팔과 허벅지 뼈 강도를 측정해 인류 조상들이 어떻게 신체를 사용하고 환경을 탐색하며 이동했는지 알아냈다.

나무에서 더 많은 시간을 보내는 동물은 상대적으로 팔뼈가 강한 경향이 있는 반면, 땅 위를 직립 보행하는 인간은 허벅지 뼈가 강한 경향이 있다.

연구팀은 약 200만 년에서 400만 년 전에 산 초기 인류 조상인 오스트랄로피테쿠스가 현대 유인원과 인간 모두와 유사한 독특한 생활 방식을 보였다는 사실을 발견했다.

이들은 팔이 강해서 나무 위에서 상당한 시간을 보냈음을 시사하는 반면, 다리뼈 강도는 인간과 유사한 패턴을 보여 땅 위를 인간처럼 걸어 다녔음을 나타낸다.

"오스트랄로피테쿠스는 유인원과 같은 상지 근력과 인간과 유사한 하체 구조를 결합해 현대 인류와는 비교할 수 없는 독특한 이동 전략을 가지고 있었음을 시사한다"고 케크 의과대학 임상 의학 교육 교수이자 이번 연구 주저자인 크리스티안 J. 칼슨Kristian J. Carlson 박사는 말했다.

약 180만 년에서 230만 년 전에 산 오스트랄로피테쿠스 후손인 초기 호모 속 인류는 상대적으로 강한 다리뼈와 약한 팔뼈를 지녔는데, 이는 현대 인류와 더 유사한 특징이다.

이번 연구 결과는 오스트랄로피테쿠스에서 호모로의 전환 과정에서 인류 조상의 이동 방식과 생활 방식에 중대한 변화가 일어났음을 시사한다.

칼슨 박사는 "우리는 상대적인 사지 근력이 '임계점 형질threshold trait', 즉 오스트랄로피테쿠스와 호모 사이의 행동 양식에 있어 중요하고 근본적인 변화를 나타내는 차이점이라고 제안한다"고 말했다.

뼈 강도 측정

뼈 강도를 추정하기 위해 연구진은 X선을 사용해 뼈와 내부 구조의 상세한 이미지를 생성하는 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캔을 수집했다.

이 이미지를 사용해 뼈 두께를 계산하고, 뼈대 구조를 정량화하며, 뼈가 구부러지고 비틀리는 데 얼마나 저항력이 있었을지 추정했다.

또한 각 개인 내에서 위팔뼈, 허벅지뼈, 정강이뼈 강도를 비교했다.

오스트랄로피테쿠스는 현대 유인원처럼 허벅지에 비해 팔이 상대적으로 강했다.
 

분석에 사용된 대퇴골, 상완골 및 경골 골간부 단면과 관절 치수. Kristian Carlson, Science Advances (2026).

 
하지만 연구자들이 다리, 특히 허벅지뼈와 정강이뼈 강도를 비교했을 때, 인간과 유사한 패턴을 발견했다.

이는 오스트랄로피테쿠스가 나무 위에서 이동할 때는 팔을 사용하면서도 두 발로 걷는 데는 이미 하지를 사용하고 있었음을 시사한다.

반면, 초기 호모 속 개체들은 팔에 비해 허벅지가 상대적으로 강했는데, 이는 현대 인류와 비슷한 패턴이다.

이번 연구 결과는 오스트랄로피테쿠스가 땅에서 보낸 시간과 나무 위에서 보낸 시간의 비율에 대한 오랜 논쟁에 새로운 관점을 제시한다.

일부 연구자는 이 초기 조상들이 대부분의 시간을 땅에서 두 발로 걸으며 보냈다고 주장했지만, 이번 연구 결과는 그들이 나무 위에서도 상당한 시간을 보냈다는 것을 시사한다고 칼슨은 말했다.

이족보행Bipedalism과 뇌 크기

다른 연구들은 이족보행이 진화하면서 여러 세대에 걸쳐 뼈 특징이 어떻게 변화했는지 보여주었다.

이 연구는 인류가 일생 동안 사지를 어떻게 사용했는지 보여줌으로써 기존 연구와는 다른 유형의 증거를 제시하며, 약 200만 년 전 이동 방식에 큰 변화가 일어났다는 가설을 뒷받침한다.

연구진은 이러한 행동 변화가 인류 진화의 또 다른 중요한 변화, 즉 비슷한 시기에 시작된 뇌 크기의 급격한 증가와 함께 고려할 때 특히 흥미롭다고 지적한다.

과학자들은 뇌 크기 증가에 대해 언어 발달, 도구 사용, 인류 조상의 식량 탐색 방식 변화 등 다양한 설명을 제시했다.

칼슨과 그의 동료들은 지상에서 더 먼 거리를 걷는 방향으로의 변화가 사지 근력의 상대적 변화와 뇌 크기 증가 모두에 기여했을 가능성이 있다고 주장한다.

칼슨은 "걷는 거리가 늘어나면서 신체와 뇌에 새로운 부담이 가해졌고, 이것이 이러한 변화들이 비슷한 시기에 일어난 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있을 것"이라고 말했다.


Publication details
Kristian Carlson, Proportional limb strengths signal an adaptive shift in arboreality in early human evolution, Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aeh1752. http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeh1752

Journal information: Science Advances