고대 삼엽충 다리가 보여주는 독특한 보행과 굴착 능력
수백 점 화석 이미지 기반 정교한 3D 디지털 모델 재구성
브리티시컬럼비아 주 버제스 셰일Burgess Shale은 화석에서 다리와 내장을 포함한 연조직이 매우 잘 보존된 것으로 유명하다.
삼엽충trilobites은 단단한 외골격 덕분에 화석 기록에 풍부하게 존재하지만, 연조직은 거의 보존되지 않아 연구가 거의 이루어지지 않았다.
그러나 버제스 셰일 삼엽충 중 특히 풍부하고 잘 보존된 올레노이데스 세라투스(Olenoides serratus)는 이러한 부속기관을 연구할 수 있는 특별한 기회를 제공한다.
BMC Biology에 게재된 새로운 연구에서 하버드 대학교 유기체 및 진화생물학과(OEB) 박사후연구원인 사라 로소Sarah Losso가 이끄는 연구진은 28개 O. serratus 화석 표본에서 156개 다리를 분석하여 이 고대 절지동물 부속기관의 정확한 움직임과 기능을 재구성했다.
이를 통해 지구 역사상 가장 오래되고 성공적인 동물 중 하나인 O. serratus에 대한 새로운 단서를 제공했다.
로소는 "화석의 행동과 움직임을 이해하는 것은 어려운 일이다. 살아있는 동물처럼 이러한 활동을 관찰할 수 없기 때문"이라고 말했다.
"대신, 우리는 가능한 한 많은 표본의 형태를 면밀히 조사하고 현대 유사 표본을 활용하여 이 고대 동물의 생활 방식을 이해해야 했습니다."
절지동물Arthropods은 여러 마디로 이루어진 관절이 있는 다리를 지니며, 이 마디들은 위로(신전) 또는 아래로(굴절) 뻗어 있다.
운동 범위는 각 관절이 어느 방향으로 얼마나 뻗어나갈 수 있는지의 차이에 따라 달라진다.
이 범위는 다리와 각 마디의 모양과 함께 동물이 걷고, 잡고, 굴을 파는 데 다리를 어떻게 사용하는지 결정한다.
북아메리카 동부 해안에서 흔히 발견되는 절지동물인 투구게Horseshoe crabs는 삼엽충과 밀접한 관련이 없음에도 자주 삼엽충과 비교된다.
투구게는 절지동물 계통 다른 분파에 속하며, 거미와 전갈과 더 가까운 친척 관계인 반면, 삼엽충의 가족 관계는 아직 불확실하다.
이러한 비교는 두 동물 모두 관절이 있는 다리로 해저를 순찰한다는 점에서 유사하기 때문이다.
그러나 연구 결과는 두 동물 간의 유사성이 덜한 것으로 나타났다.
투구게는 굽힘과 뻗힘에 특화한 관절을 번갈아 가며 사용하는데, 이는 먹이 섭취와 보호 모두에 도움이 되는 패턴이다. O. serratus는 더 단순하지만, 기능성이 뛰어난 팔다리 디자인을 선보였다.
"O. serratus의 다리는 폄 범위가 더 좁고, 몸에서 더 먼 부분에서만 폄이 가능하다는 것을 발견했다"고 Losso는 설명했다.
비록 투구게처럼 다리를 사용하는 방식은 아니었지만, 올레노이데스Olenoides는 걷고, 굴을 파고, 먹이를 입으로 가져오고, 심지어 몸을 해저 위로 들어 올릴 수도 있었다.
연구 결과를 생생하게 보여주기 위해 연구팀은 다양한 각도에서 보존된 수백 개 화석 이미지를 기반으로 정교한 3D 디지털 모델을 제작했다.
화석 삼엽충의 다리는 일반적으로 납작하게 눌려 있기 때문에 3차원으로 재구성하는 것은 어려운 과제였다.
"우리는 매우 잘 보존된 표본에 기초해 여러 각도에서 사지 보존 상태를 비교하고 관련 화석을 사용하여 누락된 세부 정보를 채웠다"고 OEB 수석 저자인 하비에르 오르테가-에르난데스Javier Ortega-Hernández 교수는 말했다.
연구진은 흔적 화석의 형태와 사지의 움직임을 비교했다.
"올레노이데스 세라투스는 다양한 움직임을 통해 다양한 깊이의 흔적 화석을 만들어낼 수 있었다"고 로소는 설명했다.
"장애물을 넘거나 빠르게 흐르는 물에서 더 효율적으로 이동하기 위해 몸을 퇴적물 위로 들어 올릴 수 있었습니다."
놀랍게도 연구진은 수컷 삼엽충이 짝짓기에 사용하는 특수 부속기관을 가지고 있었고, 각 다리에는 호흡에 사용되는 아가미gill가 있다는 사실을 발견했다.
22,000종이 넘는 삼엽충이 알려져 있지만, 다리 흔적이 전혀 남아 있는 종은 0.2% 미만이다.
그럼에도 보존 상태가 좋지 않다고 해서 이 고대 절지동물이 다리가 없었다는 것을 의미하는 것은 아니다.
오히려, 그들의 부드러운 다리는 화석화 과정에서 거의 살아남지 못했을 뿐이다.
수중 산사태로 산소가 차단되어 빠르게 매몰된 버제스 셰일의 희귀한 환경은 이처럼 찰나의 생물학적 세부 사항을 포착하는 데 중요한 역할을 했다.
이 연구는 5억 년 전 삼엽충의 역동적인 모습을 엿볼 수 있는 희귀한 창을 제공한다.
올레노이데스 세라투스와 같은 삼엽충은 선사 시대 바다에서 굴을 파고 먹이를 찾을 수 있는 정교한 다리를 가지고 바다 바닥을 빠르게 이동했으며, 이를 통해 그들이 어떻게 살아남았을 뿐만 아니라 어떻게 번성했는지를 알 수 있다.
More information: Sarah R. Losso et al, Quantification of leg mobility in the Burgess Shale Olenoides serratus indicates functional differences between trilobite and xiphosuran appendages, BMC Biology (2025). DOI: 10.1186/s12915-025-02335-3
Journal information: BMC Biology