날지 못하는 조상, 익룡과 조류는 서로 다른 뇌 진화를 걸었다

오하이오 대학교 제공

후기 트라이아스기(약 2억 1천 5백만 년 전) 풍경 복원. 익룡의 가까운 친척인 라거페티드가 바위 위에 앉아 머리 위로 날아다니는 익룡을 관찰한다. 사진 제공: 마테우스 페르난데스

 
비행은 동물 세계에서 보기 드문 기술이다. 척추동물 중에서 비행은 세 경우, 곧 박쥐, 조류, 그리고 오래전에 멸종한 익룡pterosaurs에서만 진화했다.

익룡은 시조새Archaeopteryx와 같은 초기 조류 친척이 등장하기 훨씬 전인 약 1억 5천만 년 전인 2억 2천만 년 전에 하늘을 날기 시작한 선구자였다.

과학자들은 새의 뇌가 비행을 위해 어떻게 진화했는지를 보여주는 상세한 화석 기록을 보유하지만, 익룡의 경우는 훨씬 불분명했다. 지금까지는 말이다.

Current Biology에 게재된 새로운 연구에서, 국제 연구팀은 익룡이 동력 비행powered flight에 필요한 신경 구조를 어떻게 진화시켰는지 밝혔다.

이번 돌파는 브라질의 2억 3,300만 년 된 트라이아스기 암석에서 익살레르페톤Ixalerpeton이라는 이름의 작은 라거페티드 지배파충류lagerpetid archosaur인 고대 익룡 친척을 발견한 데서 시작했다"고 독일 튀빙겐 대학교 알렉산더 폰 훔볼트 펠로우이자 이 연구 주저자인 마리오 브론자티Mario Bronzati는 말했다.

"초기 조류에 대한 풍부한 정보가 있었고, 이들이 수각류 공룡theropod dinosaur 조상으로부터 기본적인 뇌 구조를 물려받았다는 것을 알고 있었다"고 오하이오 대학교 헤리티지 골수병 의과대학 해부학 교수이자 공동 저자인 로런스 위트머Lawrence Witmer는 덧붙였다.

"하지만 익룡의 뇌는 갑자기 나타난 것처럼 보였습니다. 이제 초기 익룡 친척을 처음으로 관찰함으로써, 익룡이 사실상 스스로 '비행 컴퓨터flight computers'를 처음부터 구축했다는 것을 알 수 있습니다."

뇌 진화는 어떻게 지도화했을까

이 진화 이야기를 조각조각 이어가기 위해 연구진은 마이크로 CT 스캐닝을 포함한 고해상도 3D 이미징 기술을 사용해 30종 이상의 뇌 형태를 재구성했다.

이에는 익룡, 익살레르페톤과 같은 가까운 친척, 초기 공룡과 조류의 선구자, 현대 악어와 조류, 그리고 이 모든 동물을 포함하는 더 큰 그룹인 광범위한 삼첩기 아르코사우루스Triassic archosaurs[지배파충류라 번역하던가?]가 포함되었다.

후기 트라이아스기(약 2억 1천 5백만 년 전) 익룡(위)과 라거페티드(아래) 예술 복원도. 사진 제공: 마테우스 페르난데스

 
"그런 다음 두개골 내주형cranial endocasts의 크기와 3차원 형태에 대한 통계적 분석을 통해 비행 진화에 따른 뇌 해부학적 단계적 변화를 파악할 수 있었다"고 뉴욕 공과대학 정골의학대학New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine 해부학 부교수이자 공동 저자인 와타나베 아키노부Akinobu Watanabe는 말했다. 

비행은 생리학적으로 힘든 이동 형태이며, 동력 비행에 필요한 복잡한 감각 및 운동 정보를 조절하기 위해 뇌의 확장을 포함한 주요 신경학적 적응이 필요하다고 오랫동안 간주됐다.

이전에 수행된 익룡의 뇌 구조 연구에서는 이들이 실제로 고조류와 같은 조류의 선구체와 신경학적으로 유사한 점이 있다는 사실이 밝혀졌다.

예를 들어 감각운동 통합에 관여하는 대뇌cerebrum와 소뇌cerebellum와 같은 뇌 영역이 확대되었고, 시신경과 같은 시각 중심이 확대되었다.

익살레르페톤Ixalerpeton은 익룡의 가까운 친척인 라거페티드lagerpetid 공룡으로, 익룡의 신경학적 특징 중 일부를 보였지만 모든 신경학적 특징을 보이지는 않았다.

예를 들어, 브론자티Bronzati는 "라거페티드 공룡은 아마도 나무 위에서 살았을 것이며, 그들의 뇌는 이미 확대된 시엽optic lobe과 같은 시력 향상과 관련된 특징을 보이고 있었다. 이러한 적응은 후에 그들의 친척인 익룡들이 하늘로 날아오르는 데 도움이 되었을 가능성이 있지만, 익룡의 핵심적인 신경학적 특징은 여전히 부족했다"고 지적한다.

익살레르페톤과 같은 라거페티드 공룡은 원시적인 지배파충류와 익룡의 중간 형태 뇌를 지녔지만, 초기 공룡과 더 유사한 형태를 유지한다.

익룡과 조류, 그리고 그들의 가까운 수각류 친척들과 유사한 뇌 위치를 차지하는 확대된 시엽 외에는 익살레르페톤에서 익룡의 미래를 암시하는 부분은 거의 없다.

익룡 뇌의 독특한 특징은 크게 확대된 소뇌편모flocculus다.

소뇌편모는 비행 중 표적에 시선을 고정하기 위해 막 날개에서 전달되는 감각 정보를 처리하는 데 관여하는 것으로 추정되는 소뇌 구조다.

익살레르페톤의 편모는 익룡처럼 확대되지 않았으며, 초기 조류와 그들의 가까운 비조류 수각류 친척을 포함한 다른 지배파충류의 소뇌편모와 유사했다.

마찬가지로, 새로운 분석 결과에 따르면 익룡은 적당한 크기 뇌를 유지했다.

후기 트라이아스기(약 2억 1천 5백만 년 전)의 익룡(위)과 라거페티드(아래) 예술 복원도. 오른쪽 이미지는 컴퓨터 단층촬영(CT)을 통해 얻은 뇌의 3D 복원도를 보여준다. 출처: Rodrigo Müller, Mario Bronzati, Matheus Fernandes

익룡과 조류의 뇌 비교

"익룡과 조류 사이에는 몇 가지 유사점이 있지만, 뇌는 실제로 상당히 달랐다. 특히 크기 면에서 더욱 그렇다"고 존스 홉킨스 대학교 의과대학 기능 해부학 및 진화 조교수이자 공동 저자인 마테오 파브리Matteo Fabbri는 말했다.

"익룡은 조류보다 뇌가 훨씬 작았는데, 이는 날기 위해 큰 뇌가 필요하지 않을 수도 있음을 보여줍니다."

놀랍게도 익룡의 전반적인 뇌 형태는 트로오돈티드troodontids나 드로마이오사우루스dromaeosaurids과 같은 소형 조류 공룡과 가장 유사했다.
이들은 동력 비행 능력이 거의 없거나 전혀 없었다.

그러나 익룡과 조류는 여전히 비행 진화에서 완전히 독립적인 두 가지 실험의 결과다.

조류는 날지 못하는 공룡 조상으로부터 이미 적응된 뇌를 물려받았지만, 익룡은 날개가 발달하는 동시에 비행에 적합한 뇌를 진화시켰다.

저자들은 새의 눈에 띄게 큰 뇌가 나중에 생겨났으며, 비행 자체보다는 지능 향상과 복잡한 행동에 더 밀접하게 연관되었을 가능성이 높다고 지적한다.

위트머에 따르면, 이 연구 핵심 결론은 "하늘을 나는 데 큰 뇌가 필요한 것은 아닌 것 같으며, 새와 익룡 모두에서 후기 뇌 확장은 비행 자체보다는 인지 능력 향상에 더 중점을 두었을 가능성이 높다"는 것이다.

또 다른 중요한 결론은 고생물학 현장 연구가 여전히 새로운 돌파구를 위한 원동력이라는 사실이다.

공동 저자이자 브라질 산타마리아 연방대학교 고생물학자인 호드리고 템프 뮐러Rodrigo Temp Müller는 "브라질 남부에서 발견된 화석은 공룡과 익룡과 같은 주요 동물군의 기원에 대한 놀랍고 새로운 통찰력을 제공했다"고 말했다.

"새로운 화석과 연구가 나올 때마다 우리는 이 그룹 초기 친척들이 어떤 모습이었는지에 대한 더 명확한 그림을 얻고 있는데, 이는 불과 몇 년 전만 해도 상상조차 할 수 없었던 일입니다."


More information: Neuroanatomical convergence between pterosaurs and non-avian paravians in the evolution of flight, Current Biology (2025). DOI: 10.1016/j.cub.2025.10.086. http://www.cell.com/current-biology/f … 0960-9822(25)01467-8 

Journal information: Current Biology 
Provided by Ohio University
 
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자연과학연한 연구자, 특히 공룡 언저리를 어슬렁거리는 전업 연구자들한테서 노골로 나타나는 현상 중 하나가 익룡은 공룡이 아니라고 쫑크를 주곤 하는 일이다. 

다른가?

웃기는 소리다. 

공룡을 관찰하면 새가 보이고, 특히 장닭을 관찰하면 완연한 공룡이 드러난다. 

다르긴 뭐가 달라? 

이 친구들 사기행각도 바로잡아야 한다. 

닭을 키워보지 아니한 놈들이 하는 헛소리에 지나지 않는다.