신발이 우리 뼈에 미치는 영향, 그리고 그것이 보행 진화에 대해 알려주는 것
by 맷 우드Matt Wood, 시카고 대학교
우리는 뼈를 몸 안에서 변하지 않는 단단한 지지 구조물로 생각하는 경향이 있지만, 시카고 대학교 최근 연구는 뼈가 사용 방식에 따라 얼마나 많이 변할 수 있는지 보여준다.
연구진이 정밀한 CT 스캔을 통해 일반적으로 신발을 신는 현대인과 맨발로 다니는 원주민 발목뼈를 비교한 결과, 내부 구조에 상당한 차이가 있음을 발견했다.
이 연구는 행동이 골격을 어떻게 형성하는지에 대한 기준점을 제공함으로써 화석 조상의 보행 진화를 이해하는 새로운 방법을 제시한다.
시카고 대학교 생물생물학 및 해부학 조교수이자 이 연구의 책임 저자인 제우디 체가이Zewdi Tsegai는 "많은 사람들이 골격은 고정된 것이라고 생각하지만, 골격은 평생 동안 행동에 따라 끊임없이 변화한다"고 말했다.
"그래서 우리는 골격의 이러한 가소성plasticity을 이용해 현생인들의 다양성을 이해하고, 이를 바탕으로 화석을 분석하여 행동을 재구성하려고 합니다."
행동에 대한 반응으로 나타나는 변화
UNT Health Fort Worth 교수로 재직 중인 한나 패럴Hannah Farrell 박사가 이 연구를 이끌었으며, 연구 결과는 해부학 저널(Journal of Anatomy)에 발표되었다.
그녀와 동료들은 뼈 끝부분 안쪽에 있는 스펀지 같은 격자 구조spongy latticework of tissue 해면골trabecular bone에 초점을 맞췄다.
해면골은 골격을 가볍게 유지하면서 구조적 지지력과 충격 흡수 기능을 제공한다.
이 연구에서 중요한 점은 해면골이 걷기, 달리기, 점프, 오르기 등의 행동으로 인한 물리적 힘에 반응하여 내부 지지 구조를 재배열하고 더 나은 지지력을 제공하기 위해 변화한다는 것이다.
패럴 박사는 "마치 에펠탑처럼, 수많은 지지대와 격자 구조가 매우 견고한 구조를 이루는 것과 같다고 생각하면 된다"고 설명했다.
"하지만 뼈의 해면골은 평생 동안 다양한 행동으로 인한 하중을 견뎌낼 수 있도록 지속적으로 방향을 바꾸어 지지력을 유지합니다."
패렐과 그녀의 연구팀은 고해상도 마이크로 CT 스캔을 이용해 여러 유골에서 발목뼈를 분석했다.
첫 번째 그룹은 평소 신발을 착용한 40명 유골로 구성되었다. 두 번째 그룹은 인도양 안다만 제도Andaman Islands 원주민 13명(신발을 신지 않았던 사람들), 남아프리카 2명, 중앙아프리카 1명(런던 자연사 박물관 제공) 유골로 구성되었다.
연구진은 발목 중심 뼈이면서 체중을 지탱하는 뼈로, 종아리와 발을 연결하는 거골talus bone에 초점을 맞췄다.
신발을 착용하는 현대인들은 거골 뒤쪽에 해면골이 더 많이 분포되어 있었는데, 이는 신발을 신는 사람들이 신발 뒤꿈치의 각도가 더 높아지면서 이 뼈 뒤쪽에 더 많은 체중을 싣는 경향이 있음을 시사한다.
현대 신발 착용자들은 엄지발가락 쪽 거골 안쪽에 해면골이 더 많았는데, 이는 신발이 무게를 어떻게 분산시키는지 시사한다.
반면, 맨발로 생활한 원주민들은 거골 앞쪽에 해면골이 더 많았는데, 이는 등산이나 쪼그려 앉기처럼 앞으로 구부리는 동작으로 인해 뼈에 더 많은 무게가 실렸음을 나타낸다.
"뼈 내부 구조에서 매우 뚜렷한 차이를 발견하게 되어 정말 기쁘다"고 패럴은 말했다.
"더욱 흥미로운 점은 우리의 연구 결과가 현대인을 대상으로 한 실제 해부학적 연구에서도 유사하게 나타난다는 것입니다. 이는 우리의 연구 결과를 더욱 신뢰할 만하게 만들어 줍니다."
올바른 비교를 위한 기준점 마련
두 연구자 모두 신발을 신었는지 여부에 따라 발생하는 뼈 구조의 변화를 이해하는 것이 인류 조상의 화석을 연구하는 데 더 나은 기준점을 제공한다고 말한다.
이를 통해 조상들이 어떻게 걸었는지, 그리고 등산과 같은 다른 행동에 얼마나 많은 시간을 할애했는지에 대한 통찰력을 얻을 수 있다.
"우리가 연구 대상으로 삼을 수 있는 인류는 대개 우리처럼 신발을 신은 현대인입니다. 여기서 중요한 질문은 '과연 이것이 화석 기록에서 나타나는 이족보행의 모습과 적절한 비교 대상일까?'입니다." 패럴은 말한다.
"만약 우리가 한 현대 종 내에서도 변이를 발견할 수 있다면, 화석에서 발견되는 미묘한 차이들이 의미가 있다는 뜻"이라고 체가이는 말했다.
"그리고 만약 우리가 현존하는 인류의 행동과 뼈 구조를 연결할 수 있다면, 과거를 통해 행동과 이족보행의 진화에 대해 추론할 수 있을 것입니다."
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Hannah N. Farrell et al., The impact of footwear on human talar trabecular architecture, Journal of Anatomy (2026). DOI: 10.1111/joa.70236