전 세계 박물관 소장품인 수백 종의 조류 표본을 분석한 결과, 비행 능력은 특정 깃털 패턴에 의해 결정된다는 사실이 밝혀졌다. 이 새로운 연구 결과는 과학자들이 공룡의 비행 능력도 더 정확하게 예측할 수 있도록 도움을 줄 것으로 보인다.

호주 과학전문 매체 사이언스 얼럿(science alert)은 25일(현지시간) 전 세계 박물관에서 수집한 수백 마리 조류의 표본 분석 결과, 모든 비행하는 조류가 9~11개의 비대칭 비행 깃털을 갖고 있었다는 일관된 규칙이 발견됐다고 보도했다. 

필드 자연사 박물관 고생물학자인 징마이 오코너 박사는 "새를 포함한 수각류 공룡은 지구상에서 가장 성공적인 척추 동물 계통 중 하나다. 그들의 성공적인 이유 중 하나는 비행이며, 다른 이유 중 하나는 다양한 기능을 가진 깃털 때문이라고 할 수 있다"라고 말했다.

이 연구 결과는 공룡에서 비행 능력이 두 번 이상 진화했을 지에 대한 오래된 논쟁을 해결하는 데 도움이 될 수 있다.

필드 자연사 박물관 조류학자인 요세프 키앗(Yosef Kiat) 박사는 전 세계 박물관에서 346종의 조류 깃털을 조사하면서 흥미로운 경향을 발견했다. 가장 작은 벌새부터 맹금류인 독수리까지 모든 비행 조류는 9~11개의 비대칭 비행깃털, 즉 일차깃털을 가지고 있었다.

하지만 날지 못하는 조류의 일차깃털 수는 매우 다양했다. 에뮤는 일차깃털이 완전히 없고, 펭귄은 40개나 가지고 있었다.

키앗 박사는 "현대 조류에서 발견되는 다양한 비행 스타일에도 불구하고, 모든 비행 조류가 9~11개의 일차깃털을 공유하고 있다는 것은 정말 놀라운 일이다. 또한 이 사실이 지금까지 아무도 알아차리지 못했다는 것도 놀랍다"라고 말했다.

일차깃털 수는 깃털 대칭성과 날개 비율과 함께 모든 알려진 현대 조류의 비행 능력을 정확하게 반영한다.

연구팀은 최대 1억 6천만 년 전의 화석을 조사하여 이러한 특징을 공유하는 조상 새가 어떤 종인지 파악했으며, 따라서 비행 능력이 있었을 가능성이 높다고 밝혔다.

연구 결과 35종의 멸종 조류 중 키앗 박사와 오코너 박사는 비행에 적합한 깃털을 가진 종과 그렇지 않은 종을 구분했다.

비행 능력이 있었을 가능성이 큰 종에는 초기 조류 중 하나로 간주되는 시조새(Archaeopteryx, 아르카이오프데릭스 1억5000만년 전에 존재한 것으로 여겨지는 새)가 포함된다. 시조와 조류 간의 정확한 관계에 대한 논쟁이 있지만, 새와 직접적인 관련이 없음에도 불구하고 4개의 날개를 가진 미크로랍터(Microraptors) 라는 작은 공룡도 이러한 특징을 가지고 있었다.

오코너 박사는 "과학자들은 최근에야 새만이 비행하는 공룡이 아니라는 사실을 깨달았다"라고 설명했다.

흥미롭게도 카우디프텍스(Caudipteryx)는 적절한 수의 일차깃털을 가지고 있었지만 거의 완전히 대칭적이어서 거의 확실하게 비행 능력이 없었던 것으로 추정된다. 연구진은 카우디프텍스의 조상은 비행 능력이 있었지만 이 속은 이후 비행 능력을 잃었을 가능성이 있다고 추정했다.

오코너 박사는 "우리의 연구 결과는 공룡에서 비행 능력이 한 번만 진화했음을 시사한다"라고 말했다.

이 연구는 모든 페나랍토란 그룹이 다양화되기 전 조상 종에서 비행 능력에 필요한 해부학 구조가 진화했음을 시사한다. 카우디프텍스와 같은 일부 종은 초기부터 날 수 없게 되었고, 미크로랍터와 같은 종은 비행 능력을 유지했다.

키앗 박사와 오코너 박사는 이전 연구들이 공룡의 비행 능력을 판단할 때 뼈 구조만을 고려했다고 지적하며, "비행 능력을 평가하기 위해서는 날개를 형성하는 깃털 구조를 살펴보지 않고는 불가능하다"라고 주장했다.

화석 기록에서 날개 진화의 초기 단계를 찾지 못했기 때문에, 공룡의 비행 진화에 대한 논쟁은 여전히 남아 있다. 하지만 이번 연구는 새 깃털에 숨겨진 비밀을 밝혀냄으로써 공룡의 비행 진화에 대한 새로운 통찰력을 제공했다는 평을 받고 있다.

이 연구는 미국 과학아카데미 회보(PNAS)에 게재됐다.

공룡은 어떻게 날게 됐나?

한편, 학계에서는 공룡이 나는 능력을 갖게 된 것을 진화론적 관점에서 해석하고 있다. 이는 주로 조류의 조상인 일부 공룡에서 나타난다. 공룡의 나는 능력의 진화를 설명하는 주요 이론은 다음과 같다.

1) 나무 아래로 가설(Tree-down hypothesis)

이 가설은 나는 조상들이 처음에는 나무에 올라가는 능력을 발달시켰고, 이후 높은 곳에서 낮은 곳으로 뛰어내리거나 활공하면서 점차적으로 비행 능력을 갖게 되었다고 보는 관점이다. 

굥룡의 깃털이 있는 팔이나 날개는 활공과 비행을 돕기 위해 진화했을 것으로 보인다.

2) 지상-위로 가설(Ground-up hypothesis)

지상-위로 가설은 초기 조류가 지상에서 달리는 동안 날개를 사용하여 추진력을 얻어, 점차적으로 비행 능력을 개발했다고 주장한다. 이 이론은 날개가 달리기, 뛰기, 혹은 먹이를 잡는 데 도움이 되는 도구로서 시작했을 수 있음을 시사한다.

3) 발달 및 행동적 적응

또한, 깃털의 발달은 처음에는 단열이나 구혼 행위와 같은 다른 기능들을 위해 발달했을 수 있으며, 이후 비행에 적합하게 진화했다는 이론도 있다. 일부 공룡의 나는 능력은 다양한 환경적 압력과 생존 전략의 결과로 여겨진다.

이처럼 학계에서는 공룡의 나는 능력의 진화를 복잡한 진화론적 '실험'의 결과로 보고 있다. 여러 종류의 공룡과 초기 조류가 다양한 방식으로 활공, 비행, 혹은 이와 관련된 행동을 시도했을 것으로 보며, 이 중 일부 전략이 성공적으로 진화하여 현대 조류의 비행 능력으로 이어졌을 것으로 추정한다.

또한 과학계에서는 이러한 가설들을 화석 기록, 비행 역학, 발달 생물학, 그리고 현대 조류의 비교 연구를 통해 지속적으로 탐구하고 있다.