New insights into the postcranial morphology of Lithornis vulturinus from the Eocene London Clay

본 논문은 고해상도 마이크로 CT 스캔을 활용하여 런던 점토층에서 발견된 리토르니스 부투리누스 (Lithornis vulturinus) 의 두 표본을 분석함으로써, 이 종의 해부학적 특징을 재규정하고 성내 변이 및 조류 진화에 대한 새로운 통찰을 제공했습니다.

핵심

1. "잃어버린 퍼즐 조각"을 찾아냈다: 새로운 발견

과거에 과학자들은 영국 런던의 점토층 (런던 클레이) 에서 고대 새 **리토니스 (Lithornis)**의 뼈를 발견했습니다. 하지만 그중 가장 중요한 '표본 (네오타입)'은 2 차 세계대전 중 런던 폭격으로 사라져버렸습니다. 대신 나중에 다른 표본을 '대리 표본'으로 지정했는데, 이 뼈들이 점토 덩어리 속에 반쯤 묻혀 있어 정확한 모습을 알기 어려웠습니다.

• 비유: 마치 오래된 보물상자를 발견했는데, 상자 안의 보물 (뼈) 이 진흙 (점토) 에 완전히 묻혀 있어 눈으로 볼 수 없는 상황과 같습니다.
• 해결책: 연구진들은 마이크로 CT 스캐너라는 초정밀 3D 촬영 장비를 사용했습니다. 이는 마치 투명한 유령처럼 진흙을 통과해 뼈의 3D 모습을 디지털로 재구성하는 기술입니다.
• 결과: 사라진 표본의 숨겨진 뼈들을 다시 보게 되었고, 근처에서 새로 발견된 또 다른 뼈 덩어리 (시알터 표본) 도 같은 종임을 확인했습니다.

2. "날 수 있는 타조"의 정체: 비행과 땅생활의 공존

리토니스는 현대의 타조 (날지 못하는 새) 와 비슷하지만, 날개를 펄럭이며 먼 거리를 날아다녔던 고대 새입니다.

• 비유: 현대의 타조가 달리기 전문 마라토너라면, 리토니스는 비행기 타고 여행하는 관광객이었습니다.
• 새로운 발견:
  • 날개: 뼈의 모양을 보면 날개 근육이 발달해 있어, 현대의 타조처럼 짧은 거리만 뛰는 게 아니라 장거리 비행이 가능했습니다.
  • 부리와 먹이: 부리 끝이 유연하게 움직여 땅속의 벌레를 쑤셔 먹었을 것으로 보입니다. 마치 도요새나 키위처럼 땅을 파먹는 습성이 있었죠.
  • 성별 차이: 새로 발견된 시알터 표본은 기존 표본보다 약 30% 더 컸습니다. 현대의 타조나 티노무 (날 수 있는 타조 친척) 들에서 암컷이 수컷보다 큰 경우가 많으므로, 이는 암컷과 수컷의 크기 차이 (성적 이형성) 때문일 가능성이 높습니다. 마치 남녀의 키 차이처럼, 같은 종이라도 크기가 다를 수 있다는 뜻입니다.

3. "비밀의 해부학": 왜 이 새가 중요한가?

이 연구는 단순히 뼈를 그리는 것을 넘어, 새의 진화 역사를 푸는 열쇠를 제공합니다.

• 비유: 새들의 진화 나무를 생각해보세요. 한쪽 가지에는 타조 (날지 못함), 다른 쪽에는 티노무 (날기) 가 있습니다. 리토니스는 이 두 가지가 갈라지기 직전, 혹은 갈라지는 순간에 살았던 조상과 같은 존재입니다.
• 중요한 특징:
  • 가슴뼈의 비밀: 리토니스의 가슴뼈에는 **교차된 선 (Crossed sulci)**이라는 독특한 무늬가 있습니다. 이는 현대의 많은 새들에게서는 사라진, 아주 오래된 고대 새들의 특징입니다. 마치 고대 유적의 벽화처럼, 새들이 어떻게 진화했는지 보여주는 흔적입니다.
  • 공룡 시대와의 연결: 분자생물학 연구에 따르면, 타조와 일반 새 (조류) 의 조상은 공룡이 멸종하기 전 (약 6 천 6 백만 년 전) 에 이미 갈라져 있었을 가능성이 큽니다. 하지만 그 시기의 뼈는 아직 발견되지 않았습니다. 리토니스의 뼈를 자세히 알아두면, 미래에 공룡 시대에서 발견될 고대 새의 뼈를 구별하는 데 큰 도움이 될 것입니다.

요약: 이 연구가 우리에게 주는 메시지

이 논문은 **"날 수 있었던 고대 타조"**의 비밀을 3D 스캔 기술로 풀어냈습니다.

1. 기술의 힘: 점토 속에 묻힌 뼈를 3D 스캔으로 되살려, 사라진 표본의 비밀을 해명했습니다.
2. 진화의 연결고리: 이 새는 타조와 일반 새가 갈라지기 전의 '중간 형태'로, 비행 능력을 잃지 않은 채 땅에서 살았던 독특한 생태를 보여줍니다.
3. 미래의 단서: 이 새의 뼈 특징을 정확히 알면, 앞으로 공룡 시대 (백악기) 에 살았던 최초의 새들의 뼈를 찾아내는 데 결정적인 단서가 될 것입니다.

결론적으로, 이 연구는 잃어버린 퍼즐 조각을 찾아내어, 새들이 어떻게 공룡 시대에서 오늘날의 다양한 모습으로 진화해 왔는지 그 거대한 그림을 조금 더 선명하게 그려주는 작업이라고 할 수 있습니다.

기술 요약

이 논문은 영국 런던 점토 (London Clay) 지층에서 발견된 초기 에오세 (Ypresian) 의 멸종된 조류인 **리토르니스 (Lithornis vulturinus)**의 후두골 (postcranial) 형태에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 특히, 기존 표본의 한계를 극복하기 위해 고해상도 마이크로 CT 스캔 기술을 활용하여 상세한 해부학적 재기술과 새로운 표본의 동정을 수행했습니다.

주요 내용은 다음과 같습니다.

1. 연구 배경 및 문제 제기 (Problem)

• 계통학적 중요성: 조류 (Neornithes) 의 가장 깊은 계통 분기는 팔레오구스 (Palaeognathae, 타조 및 티나무 등) 와 네오구스 (Neognathae) 사이입니다. 현생 팔레오구스 중 비행 능력이 상실된 '래티트 (ratites)'와 비행하는 티나무의 기원은 여전히 불명확합니다.
• 화석 기록의 부재: 팔레오구스의 초기 진화 단계는 화석 기록이 희박하여 미스터리로 남아있습니다. 유럽과 북미의 팔레오겐 (Paleogene) 지층에서 발견된 비행 능력이 있었던 멸종 팔레오구스인 '리토르니티드 (Lithornithids)'는 이 기원을 규명하는 열쇠입니다.
• 기존 표본의 한계: 리토르니스 비투리누스 (L. vulturinus) 의 네이타입 (neotype, NHMUK A5204) 은 1988 년 Houde 에 의해 기술되었으나, 많은 골격 요소가 매트릭스 (암석) 에 묻혀 있거나 손상되어 있어 상세한 분석이 제한적이었습니다. 또한, 원래의 홀로타입은 2 차 세계대전 중 런던 폭격으로 소실되었습니다.

2. 연구 방법론 (Methodology)

• 시료:
  1. 네이타입 (NHMUK A5204): 쉐피 섬 (Isle of Sheppey) 에서 발견된 인산염 결절 (phosphate nodule).
  2. 새로운 표본 (Seasalter specimen): 쉐피 섬 근처 시알터 (Seasalter) 에서 발견된 새로운 점토 결절.
• 이미징 기술: 두 표본 모두 **고해상도 마이크로 CT 스캔 (MicroCT scanning)**을 수행하여 매트릭스에 묻혀 있거나 손상된 뼈를 3 차원적으로 가시화하고 디지털로 추출했습니다.
• 해부학적 분석: 스캔된 데이터를 VGSTUDIO MAX 소프트웨어로 세그먼트 (segmentation) 및 렌더링하여 뼈의 형태를 상세히 기술하고, 기존 문헌 (Houde 1988 등) 및 현생 조류 (티나무 등) 와 비교 분석했습니다.
• 계통 분석: Nesbitt and Clarke (2016) 의 형태학적 데이터 행렬을 수정하여 네이타입과 새로운 표본을 포함시켰습니다. 최대 간명성 (Maximum Parsimony) 과 베이지안 (Bayesian) 분석을 수행하여 리토르니티드의 계통 위치를 재검토했습니다.
• 체중 추정: Field et al. (2013) 의 공식을 사용하여 골격 치수를 기반으로 체중을 추정했습니다.

3. 주요 기여 및 발견 (Key Contributions & Results)

A. 해부학적 재기술 및 새로운 발견

• 네이타입의 재해석: CT 스캔을 통해 네이타입에서 이전에 보이지 않았거나 손상된 뼈 (척추, 갈비뼈, 흉골 일부 등) 를 확인하고 상세히 기술했습니다.
• Seasalter 표본의 동정: 새로운 표본은 **리토르니스 비투리누스 (L. vulturinus)**로 동정되었습니다. 이는 다음과 같은 공유 파생 형질 (apomorphies) 에 기반합니다:
  • 척추돌기 (acromion) 가 후방으로 향하는 견갑골 (scapula) 의 측면 돌기.
  • 뒤쪽으로 발산하는 흉골의 측면 가장자리.
  • 호형 (arcuate) 의 델토펙토랄 크레스트 (deltopectoral crest).
  • 지리적 근접성과 동시성 (penecontemporaneous locality).
• 새로운 해부학적 특징:
  • 견갑골: 네이타입에서는 손상된 훅 (hooked) 아크로미온이 Seasalter 표본에서 완전히 보존되어 리토르니티드의 진단적 특징을 확인했습니다.
  • 흉골: 3 차원적으로 거의 완전하게 보존된 흉골이 발견되었으며, 교차된 (crossed) 코라코이드 홈 (coracoidal sulci) 을 명확히 확인했습니다.
  • 후두골: 완전한 코라코이드 (coracoid) 두 개와 거의 완전한 흉골이 포함되어 있어, 네이타입에서 손상되거나 결손된 부분을 보완했습니다.

B. 체중 추정 및 성별 이형성 (Sexual Dimorphism)

• Seasalter 표본의 추정 체중은 네이타입보다 약 3 분의 1 더 무겁습니다 (평균 약 1,487g vs 956g).
• 이 크기 차이는 종 내 변이 (intraspecific variation) 또는 **성별 이형성 (sexual dimorphism, 특히 암컷이 수컷보다 큰 역성별 이형성)**을 반영할 가능성이 높습니다. 현생 티나무와 다른 팔레오구스들에서 관찰되는 역성별 이형성 패턴과 일치합니다.

C. 계통 분석 결과

• 리토르니티드의 단계 (Monophyly): 모든 분석에서 리토르니티드 (Lithornithidae) 가 단계군으로 회복되었습니다.
• 계통 위치: 리토르니티드는 현생 티나무 (Tinamidae) 와 자매군 (sister group) 이거나, 전체 팔레오구스 계통의 기저 (stem) 에 위치하는 것으로 나타났습니다. 분자 계통 발생학적 제약 조건 (molecular constraints) 을 적용했을 때에도 리토르니티드는 주로 티나무와 가까운 관계를 보였습니다.
• 분류군 관계: L. celetius와 L. plebius가 자매군을 형성하는 등 일부 하위 계통에 대한 제한적인 해결책을 제시했으나, 전체적인 리토르니티드 내의 계통 관계는 여전히 다계 (polytomy) 로 남아 있습니다.

D. 생태 및 진화적 의미

• 비행 능력: 리토르니티드는 현생 티나무보다 더 긴 거리의 비행에 적응된 것으로 보입니다. 흉골의 형태 (측면 트라베큘라 부재) 와 S 자형 (sigmoid) 으로 굽은 상완골 (humerus) 은 장거리 활공 비행 능력을 시사합니다.
• 기원적 특징: 교차된 흉골 홈 (crossed coracoidal sulci) 과 파인 코라코이드 소켓 (excavated scapular cotyle) 과 같은 특징들은 초기 신조류 (Neornithes) 의 원시적 특징 (plesiomorphic traits) 으로 간주되며, 이는 팔레오구스뿐만 아니라 조류의 초기 진화 역사를 이해하는 데 중요합니다.

4. 연구의 의의 (Significance)

• 종 동정의 정확성 향상: 고해상도 CT 기술을 통해 리토르니스 비투리누스의 표준 표본을 재정의하고, 새로운 표본을 확실하게 동정함으로써 종의 범위를 명확히 했습니다.
• 백악기 팔레오구스 탐색: 백악기 말 (K-Pg) 대멸종 이전부터 총계 팔레오구스 (total-clade palaeognaths) 가 존재했을 것이라는 분자 증거와 화석 증거를 연결하는 데 기여합니다. 리토르니티드의 상세한 해부학적 기술은 백악기에서 발견될 수 있는 초기 팔레오구스 화석의 식별에 도움을 줄 것입니다.
• 비행 상실의 진화: 비행 능력이 있는 조상에서 비행 상실 (래티트) 로의 독립적인 전환 과정을 이해하는 데 중요한 단서를 제공합니다.
• 성별 이형성 가설: 리토르니티드 내의 크기 차이가 성별 이형성일 가능성을 제기하여, 초기 팔레오구스의 번식 전략과 부모 돌봄 행동의 진화적 역사를 재고찰하게 합니다.

요약하자면, 이 연구는 첨단 이미징 기술을 활용하여 19 세기 이후 재조사되지 않았던 중요한 화석 표본을 재해석하고, 새로운 표본을 추가함으로써 초기 팔레오구스 조류의 해부학, 계통, 생태에 대한 이해를 획기적으로 진전시켰습니다.