물 속에선 날개 달아준 진화, 뭍에서는 ‘도태의 요인’  

[멸종열전] 물 속에선 날개 달아준 진화, 뭍에서는 '도태의 요인' 됐다 

 

(4) 스피노사우루스 

 

 

 

 

 

2001년 개봉된 영화 <쥬라기 공원 3>에는 전 시리즈와는 다른 세 가지 특징이 있다. 이전 두 편이 마이클 크라이튼의 원작에 기초한 것이라면 3편에는 원작이 없으며, 감독이 스티븐 스필버그가 아니라 조 존스턴이고, 주역 공룡이 티라노사우루스에서 스피노사우루스로 바뀌었다. 영화에서 스피노사우루스가 티라노사우루스 목을 꺾어 죽인다. 그리고 그 이후 티라노사우루스는 <쥬라기 공원> 시리즈에서 사라지고 만다. 맙소사 스피노사우루스라니!

1편을 자문한 로버트 바커 박사가 티라노사우루스를 매처럼 빠르고 뛰어난 사냥꾼이라고 생각했던 것과 달리 3편을 자문한 존 호너 박사는 티라노사우루스는 시체청소부에 불과했고 스피노사우루스야말로 최고의 포식자라고 보았다. 티라노사우루스가 몸길이 12m, 체중 9t 정도인 데 반해 당시 스피노사우루스는 몸길이 16~18m, 체중 12~21t에 달하는 지구 역사상 가장 몸집이 큰 육식동물로 여겨졌다. 이러니 티라노사우루스가 제왕의 자리를 내어줄 수밖에!

티라노사우루스는 억울하다. 2014년 이후 스피노사우루스는 길이 14m, 체중 7.4t 정도로 티라노사우루스보다 몸집이 작았다고 여겨지고 있고 존 호너 역시 후에 티라노사우루스가 시체청소부에 불과했다는 자신의 주장을 철회했기 때문이다. 하지만 스피노사우루스 역시 매우 위협적으로 느껴진다.

1912년 이집트 서부 백악기 지층에서 화석을 발견한 독일 고생물학자 에른스트 슈트로머는 스피노사우루스 아에깁티쿠스(Spinosaurus aegipticus)라는 이름을 붙였다. 이집트(aegipticus) 척추(spin) 도마뱀(suarus)이라는 뜻이다. 우리는 이집트 스피노사우루스라고 부르기로 하자.

척추를 강조한 이유가 있다. 등뼈(척추)에는 무려 최고 1.65m에 달하는 긴 신경가시가 이어져 있었기 때문이다. 가시를 연결하면 등에 돛과 같은 구조가 형성된다. 이것을 신경배돌기라고 한다.

‘쥬라기 공원 3’의 주역 공룡 등장
“티라노보다 강하다” 오해 받기도

2020년에서야 ‘수중 생활’ 밝혀져
다리 길이·신경배돌기 등이 증거
뼈 밀도는 펭귄이나 악어와 비슷

민물 환경 먹잇감 줄어들었지만
거대한 꼬리 등 육지선 약점으로
백악기 전기에 일찌감치 멸종해

돛처럼 생긴 신경배돌기는 어떤 역할을 할까? 이런 구조를 만들고 운영하기 위해서는 자원이 많이 든다. 따라서 당연히 한 가지 이유만 있는 것은 아닐 것이다. 가장 먼저 떠오르는 역할은 체온조절. 돛에 모세혈관이 풍부하다면 넓은 표면적을 사용하여 열을 모으거나 발산하는 데 쓸 수 있다. 특히 몸집이 거대한 동물은 부피에 비해 표면적이 작기 때문에 열조절 장치로서 큰 역할을 할 수 있었다. 백악기 아프리카의 따뜻한 기후에서 스피노사우루스는 효과적으로 몸을 식힐 수 있었다. 또 스피노사우루스는 실제보다 과장하여 몸을 더 크게 보임으로써 다른 동물을 위협했다. 그리고 동시에 수컷 공작의 꼬리처럼 암컷을 유혹하는 역할도 했을 것이며 아마도 암컷과 수컷의 신경배돌기 크기가 달랐을 것이다.

스피노사우루스의 또 다른 특징은 주둥이가 뾰족하고 톱니가 없는 원뿔형 이빨이 있다는 것이다. 최근 몇십년 동안 이런 공룡이 여러 종 발견되었다. 바이로닉스(영국, 1986), 이리타토르(브라질, 1996), 수코미무스(아프리카, 1998)가 대표적이다. 과학자들은 네 공룡을 함께 스피노사우루스과로 묶게 되었다.

스피노사우루스과 공룡 주둥이에서 무엇을 추측할 수 있을까? 이럴 때는 현생 생물을 봐야 한다. 현생 악어 가운데 하나인 가비알이 비슷한 모양의 주둥이를 하고 있다. 가비알은 유연한 목과 뾰족한 주둥이로 물고기를 쉽게 사냥한다. 그렇다면 혹시 스피노사우루스과 공룡도 뾰족한 주둥이로 물고기를 사냥했을까? 실제로 바이로닉스 몸속에서 물고기 잔해가 발견되었다. 그러고 보니 기다란 앞발톱은 물고기를 잡기에 안성맞춤이었다. 스피노사우루스과 공룡이 물에서 살았을 가능성이 있는 것이다.

하지만 오늘의 주인공 스피노사우루스가 수중 생활을 했다고 단정하기에는 증거가 부족했다. 희한하게도 과학자들이 무엇이 부족하다고 생각하면 언젠가는 거기에 관한 증거가 나타나곤 한다. 스피노사우루스가 발견되고 96년, 바이로닉스가 발견되고 22년이 지난 2008년 모로코에서 대량의 스피노사우루스 화석이 발견되었다. 스피노사우루스 마로카누스(S. maroccanus), 즉 모로코 스피노사우루스다. 모로코 스피노사우루스는 신체의 많은 부분이 남아 있어서 스피노사우루스 전체 모습을 비로소 제대로 알 수 있게 해주었다.

스피노사우루스 다리는 다른 수각류(육식 공룡)들과 다르게 생겼다. 뒷다리는 몸 길이의 4분의 1에 불과할 정도로 짧았으며 종아리뼈가 허벅지뼈보다 길었다. 뒷발 네 번째 발가락은 (다른 수각류 공룡과 달리) 땅에 닿았으며 비정상적으로 긴 발가락뼈 끝에는 편편한 발톱이 달려 있었다. 이것으로 스피노사우루스가 불안정한 표면을 걸었으며 물갈퀴가 있었다는 사실을 알 수 있다.

새는 공룡의 후손이 아니라 그냥 수각류 공룡이다. 현생 새의 특징에서 일반적인 수각류 공룡의 특징을 유추할 수 있다. 새는 뼈의 밀도가 낮아서 하늘을 날기에 유리하다. 수각류 공룡도 그랬을 것이다. 그런데 이와 달리 스피노사우루스는 펭귄, 하마, 악어처럼 뼈 밀도가 높았다. 물에 가라앉아 먹이를 사냥하기 좋았다는 뜻이다.

스피노사우루스 역시 티라노사우루스처럼 무는 힘이 셌을까? 그렇지 않다. 시뮬레이션에 따르면 스피노사우루스의 무는 힘은 강하지 않았지만 재빠르게 물 수 있었다. 반수생생물의 전형적인 특징이다. 또 스피노사우루스 이빨의 산소 동위원소 구성은 티라노사우루스 같은 수각류 공룡보다는 거북이나 악어에 더 가까웠다. 이쯤 되자 스피노사우루스는 물에서 물고기를 사냥하고 살았다는 것이 확실해졌다.

공룡학자들은 스피노사우루스의 신경배돌기 역할에 대해 다시 생각하기 시작했다. 수중 생활과 연관시켜서 새로운 역할을 찾기 시작한 것이다. 다시 현생 생물에서 아이디어를 찾기 시작했다. 돛새치와 환도상어가 그것이다. 돛새치는 몸길이 3m, 몸무게 90㎏의 커다란 물고기로 헤엄칠 때 돛 모양의 등지느러미를 방향타로 사용한다. 또한 돛새치는 협력하여 등지느러미로 물고기 떼를 특정 구역에 공 모양으로 가두어 물고기를 베어 먹는다. 등지느러미는 유체역학적으로 몸을 안정화한다.

환도상어는 보통 몸 길이가 5m까지 자라는데 그 가운데 절반은 꼬리지느러미다. 환도상어는 꼬리지느러미를 채찍처럼 사용하여 작은 물고기나 오징어를 때려서 기절시켜 잡아먹는다. 그래서 서양에서는 타작(tresh)상어라고 부른다. 환도상어 역시 협력하여 사냥한다.

스피노사우루스가 물에서 물고기를 사냥했을 것이라고 보기 전까지는 신경배돌기는 부채꼴이고 꼬리는 다른 수각류처럼 끝이 점점 가늘어지는 형태라고 생각했다. 하지만 돛새치와 환도상어처럼 사냥을 했다고 생각하면서 스피노사우루스의 모습도 바뀌었다. 신경배돌기는 부채꼴이 아니라 사각형에 가까운 모습이고, 꼬리 역시 강력한 측면 움직임을 보여주는 모습이어야 했다.

스피노사우루스의 신경배돌기가 수중 생활에 특별한 이점이 있다는 게 분명해지자 꼬리뼈에도 상당히 길고 가는 신경가시가 돌출되어 있다는 데 눈이 갔다. 2018년의 일이다. 과학자들은 스피노사우루스가 물속에서 추진력을 얻기에 적합한 꼬리를 가졌으며 육상 수각류보다 8배나 큰 전방 추력을 얻을 수 있다는 사실을 알게 되었다. 꼬리 위쪽과 아래쪽에서 끝까지 이어지는 길쭉한 신경가시가 스피노사우루스로 하여금 악어와 비슷한 방식으로 헤엄칠 수 있게 해준 것이다.

스피노사우루스처럼 모습이 급격히 자주 바뀐 공룡도 드물다. 예전 공룡책에 있는 스피노사우루스는 잊어야 할 정도다. 1912년에 처음 발견된 스피노사우루스가 2020년이 되어서야 제대로 된 모습이 밝혀진 데에는 까닭이 있다. 워낙 발견된 화석 수가 적기도 하거니와 슈트로머가 발견한 화석이 사라졌기 때문이다. 제2차 세계대전 당시 슈트로머는 스피노사우루스를 보관하고 있는 뮌헨 박물관의 고생물학자이자 나치 추종자였던 카를 보이를렌에게 표본을 안전한 곳으로 옮겨줄 것을 요구했지만 보이를렌은 거절했다. 결국 1944년 4월24일과 25일 밤 영국군이 뮌헨을 폭격할 때 뮌헨 고생물학 박물관이 심각하게 훼손되었고 스피노사우루스 화석도 사라졌다. 1995년에 슈트로머의 아들이 아버지의 기록물을 뮌헨 고생물학 박물관에 기증했는데 여기에 포함된 사진을 바탕으로 본격적인 연구가 시작되었고 결정적으로 2008년 모로코 스피노사우루스가 발견되면서 새로운 증거들이 나타났다.

새가 아닌 공룡은 6600만년 전 지름 10㎞짜리 운석이 지구와 충돌하면서 시작된 대재앙 속에서 멸종하고 말았다. 티라노사우루스나 트리케라톱스도 이때 사라졌다. 하지만 스피노사우루스는 훨씬 이전인 백악기 전기에 살다가 일찌감치 사라지고 말았다. 그렇다면 스피노사우루스는 왜 멸종했을까?

스피노사우루스는 다른 공룡이 찾지 못했던 생태 공간을 확보한 거대 육식 공룡이다. 운 좋게 물에서 생활하면서 물고기를 사냥할 수 있도록 진화했다. 강이라는 생태계에서 스피노사우루스는 최고 포식자였다. 물고기는 새로운 천적에게 속수무책이었다. 물이 적은 시기에는 작은 익룡도 잡아먹었다.

경쟁자를 피해 찾아온 강은 스피노사우루스에게 천국이었다. 하지만 환경은 변하기 마련. 스피노사우루스에 의해 먹잇감은 서서히 줄어들었다. 새로운 생태계의 빈틈을 찾아야 했다. 가장 쉬운 방법은 강을 따라 이동하는 것. 하지만 좁은 강에서 벗어나 넓은 바다로 나아갈 수는 없었다. 거기에는 어룡과 수장룡이 바글바글댔기 때문이다. 그렇다고 다시 육상으로 돌아가기도 어려웠다. 이미 신경배돌기와 꼬리가 거대해져서 육상 생활이 힘들어졌기 때문이다.

새로운 호수와 강을 찾아 이동해야 했다. 그러기 위해서는 먼 거리를 땅 위로 걸어야만 한다. 수각류들은 모두 두 발로 걷지만 무거운 상체, 좁은 골반, 짧은 뒷다리를 가진 스피노사우루스는 이제 네 발로 걸어야만 하는 몸이 되었다. 하지만 그럴 수 없었다. 앞발은 여전히 다른 수각류 형태 그대로였기 때문이다. 모든 수각류의 앞발은 마치 박수를 치듯이 마주보고 있다. 앞발뼈는 땅을 디딜 수 있는 방향으로 회전하지 못한다. 앞발뼈가 회전할 수 있었다면 스피노사우루스는 더 지속했을지도 모른다. 당장 필요하지 않은 아주 작은 변화가 이뤄지지 못해 최대 육식 공룡이 멸종하고 말았다.

아무리 생각해도 티라노사우루스가 살아생전 서로 마주칠 수도 없었던 스피노사우루스에게 처참하게 죽게 만든 <쥬라기 공원 3>는 부당하다.

 

 

2024.02.14  

경향신문 

 

■필자 이정모

여섯 번째 대멸종을 맞고 있는 인류가 조금이라도 더 지속 가능하려면 지난 멸종 사건에서 배워야 한다고 믿는다. 연세대학교와 같은 대학원에서 생화학을 공부하고 독일 본대학교에서 유기화학을 연구했지만, 박사는 아니다. 서대문자연사박물관, 서울시립과학관, 국립과천과학관에서 일했으며 현재는 대중의 과학화를 위한 저술과 강연, 방송 활동을 하고 있다. <과학이 가르쳐준 것들> <과학관으로 온 엉뚱한 질문들> <살아 보니, 진화> <달력과 권력> <공생 멸종 진화> 등을 썼다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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