치아 법랑질에서 드러나는 파란트로푸스 로부스투스의 비밀들
(편집자주 : 이 연구를 수행 중인 Palesa P. Madupe, Claire Koenig, Ioannis Patramanis 이름으로 The Conversation에 투고한 글을 phys.org를 인용한 글을 소개한다.)
200만 년 된 치아 법랑질에서 발견된 새로운 단서가 인류의 고대 친척에 대한 더 많은 것을 알려준다.
거의 한 세기 동안 과학자들은 초기 인류의 이상하고 강인해 보이는 먼 친척인 파란트로푸스 로부스투스 Paranthropus robustus 화석을 놓고 고심을 거듭했다.
파란트로푸스 로부스투스는 직립보행을 했고, 비교적 큰 턱과 두꺼운 법랑질을 지닌 거대한 이빨을 통해 무거운 음식을 씹는 데 적합했다. 225만 년에서 170만 년 전에 살았다고 추정된다.
오늘날 인류는 수백만 년 전 다양한 호미닌 먼 친척과 조상을 지녔다.
남아프리카의 화석 기록은 오스트랄로피테쿠스 프로메테우스 Australopithecus prometheus, 오스트랄로피테쿠스 아프리카누스 A. africanus(타웅 차일드Taung child), 오스트랄로피테쿠스 세디바 A. sediba, 그리고 포르투기스 로부스투스P. robustus,와 같은 초기 호미닌부터 호모속genus Homo(호모 에렉투스/에르가스터 H. erectus/ergaster, 호모 하빌리스 H. habilis)의 초기 구성원, 그리고 호모 날레디 H. naledi와 호모 사피엔스(인류)와 같은 후기 호미닌까지 아우른다.
화석은 이러한 초기 친척들이 367만 년 전 오스트랄로피테쿠스 아프리카누스까지 거슬러 올라가 어떻게 진화했는지 보여준다.
또한 두 발로 걷기, 도구 제작, 그리고 뇌 발달의 증가 등 진화 이정표들을 보여준다.
궁극적으로 우리 종인 호모 사피엔스는 15만 3천 년 전 남아프리카에 나타났다.
P. robustus 화석은 1938년 남아프리카공화국에서 처음 발견되었다. 하지만 중요한 의문점들이 남았다.
종 내에서 얼마나 많은 변이가 있었을까? 크기 차이는 성별과 관련이 있었을까, 아니면 여러 종이 존재했기 때문일까?
P. robustus는 다른 호미닌 및 초기 호모와 어떤 관련이 있었을까? 그리고 유전적으로 무엇이 P. robustus를 구분했을까?
지금까지 이러한 의문들에 대한 해답은 찾기 어려웠다.
아프리카와 유럽의 분자 과학, 화학, 고인류학 연구자들로 구성된 연구팀은 해답을 찾고자 했지만, 고대 DNA를 활용할 수는 없었다.
고대 DNA는 네안데르탈인이나 데니소바인과 같은 후기 호미닌 연구에 획기적인 변화를 가져왔지만, 구조가 단순하기 때문에 아프리카 기후에서는 잘 살아남지 못한다.
고단백질체학(고대 단백질 분석)을 활용하기로 결정하면서 우리는 획기적인 발견을 이루었다.
남아프리카 공화국 인류의 발상지인 스와르트크란스 동굴에서 발견된 200만 년 된 P. 로부스투스 화석 네 개 치아 법랑질에서 이 단백질을 추출한 것이다.
다행히도 수백만 년 된 단백질은 치아와 뼈에 잘 달라붙고 따뜻한 날씨에 영향을 받지 않기 때문에 잘 보존된다.
이 단백질 중 하나는 화석의 생물학적 성별을 알려준다. 이를 통해 두 개체가 수컷이고 두 개체가 암컷이라는 것을 알 수 있었다.
이러한 발견은 인류 진화에 대한 새로운 시각을 제시한다.
아프리카에서 가장 오래된 인류 유전 데이터 중 일부를 제공함으로써 초기 조상의 다양성을 해석하는 방식을 바꿀 수 있는 새로운 시각을 제시한다.
이를 통해 개체 간의 관계에 대해 더 깊이 이해할 수 있으며, 화석이 다른 종에서 유래했는지 여부도 파악할 수 있다.
파란트로푸스는 여러 종일까?
단백질 서열은 또한 미묘하지만 잠재적으로 중요한 유전적 차이점을 보여주었다.
한 가지 두드러진 차이점은 법랑질 형성에 필수적인 단백질인 에나멜린을 만드는 유전자에서 발견되었다.
두 개체는 현생 인류와 초기 인류, 침팬지, 고릴라와 아미노산을 공유했다.
나머지 두 개체는 아프리카 유인원 중 현재까지 파란트로푸스에만 존재하는 아미노산을 가지고 있었다.
더욱 흥미로운 점은 한 개체가 두 가지 아미노산을 모두 가지고 있었다는 것이다.
200만 년 된 단백질에서 이형접합성(유전자의 두 가지 다른 버전을 갖는 상태)을 확인할 수 있는 최초의 기록이다.
단백질을 연구할 때 특정 돌연변이는 서로 다른 종을 나타내는 것으로 여겨진다.
처음에는 파란트로푸스 로부스투스 Paranthropus robustus에만 존재하는 돌연변이라고 생각한 것이 실제로는 그 집단 내에서 가변적인 돌연변이라는 사실을 발견하고 매우 놀랐다.
어떤 개체는 돌연변이를 가지고 있고 어떤 개체는 그렇지 않았다.
다시 한번 말하지만, 고대 단백질에서 단백질 돌연변이를 관찰한 것은 이번이 처음이었다(이러한 돌연변이는 일반적으로 고대 DNA에서 관찰된다).
우리는 하나의 가변적인 종을 보는 대신, 서로 다른 조상을 가진 개체들의 복잡한 진화적 퍼즐을 보고 있을 수도 있다는 것을 깨달았다.
이는 형태학(생물의 형태와 구조에 대한 연구) 분석과 고대 단백질 연구를 결합하면 이러한 초기 호미닌 개체들 간의 관계에 대한 더욱 명확한 진화적 그림을 그릴 수 있음을 보여준다.
그러나 파란트로푸스 로부스투스 화석이 서로 다른 조상을 가지고 있다는 것을 확인하기 위해서는 더 많은 치아에서 치아 에나멜 단백질 샘플을 채취해야 한다.
이를 위해, 우리는 파란트로푸스 로부스투스가 발견된 남아프리카의 다른 유적지에서 더 많은 파란트로푸스 로부스투스를 지속적으로 샘플링할 계획이다.
아프리카의 화석 유산 보존
우리 팀은 과학적 혁신과 대체 불가능한 유산 보호의 필요성 사이에서 균형을 맞추기 위해 노력했다.
화석은 최소한으로 채취되었고, 모든 연구는 남아프리카 공화국의 규정을 준수했다.
또한 분석에는 지역 연구소들을 참여시켰다.
저자 중 상당수가 아프리카 대륙 출신이었으며, 이들은 프로젝트 초기 단계부터 연구 의제와 접근 방식을 설정하는 데 중요한 역할을 했다.
아프리카에서 아프리카 화석에 대한 이러한 최첨단 과학 연구를 수행하는 것은 고생물학의 변혁과 탈식민지화를 향한 중요한 단계다.
이를 통해 지역적 역량을 강화하고, 화석의 발견이 해당 지역에 도움이 되도록 보장한다.
분자 및 형태학 데이터를 결합함으로써, 우리 연구는 미래 연구를 위한 청사진을 제시한다.
이를 통해 초기 인류가 우리가 알고 있는 것보다 더 다양했는지, 아니면 덜 다양했는지를 밝힐 수 있을 것이다.
현재 파란트로푸스 퍼즐은 더욱 복잡해지고, 훨씬 더 흥미진진해졌다.
고단백질체학 기술이 발전하고 더 많은 화석이 분석됨에 따라, 고대 인류에게서 더 많은 놀라움을 기대할 수 있을 것이다.