남아프리카 발견 배아 화석은 포유류 조상이 알을 낳은 가장 오랜 증거
수궁류가 대멸종에서 살아남은 비결일 수도
by Julien Benoit, Jennifer Botha, Vincent Fernandez, The Conversation
2억 8천만 년에서 2억 년 전 사이에 인간을 포함한 포유류 조상이 된 동물 집단인 수궁류therapsids가 진화했다.
이들은 150여 년 전 남아프리카에서 발견된 화석을 바탕으로 처음으로 학계에 속하게 되었다.
그 이후로 더 많은 화석이 발견되었다.
20세기 남아프리카에서 가장 뛰어난 화석 사냥꾼 중 한 명인 제임스 키칭James Kitching은 카루Karoo (남아프리카 내륙의 반건조 지역)의 암석에서 수천 개 수궁류 화석을 발굴했다.
그는 또한 공룡 알 화석도 발견했지만, 그 자신을 포함한 어떤 고생물학자도 수궁류 알 화석은 발견하지 못했다.
일부 포유류(오리너구리platypus와 가시두더지echidnas)가 알을 낳기 때문에 수궁류도 존재했을 가능성이 있다.
하지만 키칭은 수궁류가 알을 낳았는지에 대해 의문을 품기 시작했다.
어쩌면 수궁류는 대부분의 포유류 후손처럼 이미 태생viviparous (새끼를 낳는 동물)이었을지도 모른다고 생각했다.
우리는 멸종된 동물과 수백만 년 전 그들이 산 환경을 연구하고 생명 진화에 대해 더 깊이 이해하려고 노력하는 과학자다.
우리의 새로운 논문에서, 2억 5천만 년 전 포유류 조상의 배아가 들어 있는 화석화한 알embryo-containing fossilized egg을 최초로 발견했다.
이 발견은 수궁류가 실제로 알을 낳는egg-laying (난생oviparous) 동물이었음을 최종적으로 보여준다.
이 발견은 수궁류의 번식 및 생존 전략에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.
20년 묵은 미스터리
우리가 발견한 화석 알과 배아는 2008년 남아프리카공화국 동부 케이프 지역Eastern Cape province 오비슨Oviston 근처에서 블룸폰테인Bloemfontein 출신 고생물학자 존 냐풀리John Nyaphuli가 발견했다.
이 화석은 블룸폰테인 국립박물관National Museum in Bloemfontein에 보관되어 있다.
우리는 이 화석이 2억 5200만 년에서 2억 5000만 년 전에 산 리스트로사우루스Lystrosaurus 라는 종에 속한다는 것을 알고 있었지만, 이 종이 알을 낳는 종이었는지는 알지 못했다.
성체는 털이 없는 피부에 거북이 부리 같은 부리, 그리고 아래로 뾰족하게 솟은 두 개 송곳니를 지녀 돼지처럼 생겼다.
이 화석이 알 속에 있었다는 사실을 증명하는 데 20년이나 걸린 이유는 알껍질이 전혀 남아 있지 않기 때문이다.
웅크린 배아curled-up embryo 모습만 보일 뿐이다.
만약 알껍질이 있었다 하더라도 가죽처럼 질기거나 이미 녹아 없어졌을 가능성이 크다.
가장 진화가 빨리 진행된 공룡들만이 단단한 알껍질을 지닌 알을 낳았다.
그렇다면 이 어린 생물이 한때 알 속에 있었는지 어떻게 알아낼 수 있었을까?
이 질문에 대한 해답은 프랑스 그르노블Grenoble에 있는 유럽 방사광 가속기 시설European Synchrotron Radiation Facility의 첨단 기술에 있었다.
우리는 강력한 X선 발생 장치를 사용하여 배아 뼈 내부를 촬영했다.
이 처리를 통해 화석은 오랫동안 숨어 있던 모든 비밀, 특히 발달 단계를 드러냈다.
우리는 이 생물 부리 아래턱이 완전히 융합되지 않았다는 사실을 발견했다.
이러한 발달적 특징은 현대 거북과 새에서만 발견되는데, 이들은 태어나기 훨씬 전에 턱뼈가 융합되어 부화 직후에도 먹이를 잡고 부술 수 있을 만큼 부리가 강해진다.
이는 우리가 발견한 웅크린 형태의 리스트로사우루스 배아가 부드럽고 가죽 같은 알껍질에 단단히 싸인 채 알 속에서 죽었다는 것을 의미한다.
이것이 바로 고생물학자들이 찾던 증거였다.
싱크로트론synchrotron을 이용한 하악골 분석 덕분에 우리는 마침내 이 배아가 부화하지 않은 리스트로사우루스 새끼라는 것을 증명할 수 있었다.
유명한 생존자
이것은 리스트로사우루스의 생존 전략에 대해 무엇을 알려주는가?
리스트로사우루스는 초식성 수궁류 공룡herbivorous (plant-eating) therapsid으로, 2억 5200만 년 전 발생한 대규모 멸종 사건인 "대멸종Great Dying"에서 살아남은 것으로 유명하다.
이 사건으로 지구상 모든 생물 90%가 멸종했다.
생명체가 거의 멸종할 뻔한 이 사건은 생명의 기원 다음으로 지구 생명 역사상 가장 중요한 사건이다.
리스트로사우루스가 어떻게 이 위기를 극복했는지는 여전히 흥미로운 미스터리이지만, 알에서 단서를 찾을 수 있다.
우리가 분석하는 화석은 이 동물이 몸집에 비해 상당히 큰 알을 낳았음을 보여준다.
젖이 아닌 난황yolk으로 배아를 먹이는 종은 큰 알을 낳는다.
새끼는 알 속에서 발달이 어느 정도 진행된 후 부화한다.
반면, 새끼에게 젖을 먹이는 단공류monotremes (오리너구리platypus와 가시두더지echidnas)는 부화 후 새끼에게 먹이를 주기 때문에 작은 알을 낳는다.
리스트로사우루스의 알이 크다는 것은 새끼에게 젖을 먹이지 않았다는 것을 시사한다.
생존 전략과 관련하여 이는 두 가지를 더 의미한다.
첫째, 알이 건조(건조)에 덜 취약했다는 것이다.
알이 클수록 표면적이 상대적으로 작아지므로, 리스트로사우루스의 알은 당시 다른 종 알보다 가죽 같은 껍질을 통해 수분을 덜 잃었을 것이다.
대멸종 당시와 직후의 건조한 환경을 고려할 때, 이는 매우 중요한 이점이었으며, 특히 단단한 껍질을 가진 알은 적어도 5천만 년 후에야 진화했기 때문이다.
둘째로, 큰 알은 리스트로사우루스가 조숙성 동물이었을 가능성을 시사한다.
즉, 새끼들이 발달이 상당히 진행된 상태에서 부화했을 것이라는 뜻이다.
리스트로사우루스 새끼들은 스스로 먹이를 찾고 포식자로부터 도망칠 수 있을 만큼 충분히 컸으며, 조기에 성숙하여 번식도 빠르게 할 수 있었다.
빠른 성장, 번식, 그리고 개체 수 증가는 리스트로사우루스의 생존 비결이었다.
화석 알을 식별할 수 있게 된 것은 포유류의 생식 생물학과 수유의 기원, 그리고 가장 파괴적인 생물 대멸종 위기 속에서 리스트로사우루스의 생존 전략을 이해하는 데 도움이 된다.
이는 현대 종들이 현재 진행 중인 여섯 번째 대멸종에 어떻게 대처해야 할지 더 잘 이해하는 데 중요한 의미를 지닌다.
Publication details
Julien Benoit et al, The first non-mammalian synapsid embryo from the Triassic of South Africa, PLOS One (2026). DOI: 10.1371/journal.pone.0345016
Journal information: PLoS ONe