Mandible shape reflects ecotypic divergence and population dynamics in an Arctic carnivore: the case of the Icelandic Arctic fox

동물의 세계를 모든 생명체가 자신의 직업에 맞게 끊임없이 몸을 개조하는 거대하고 북적이는 건설 현장이라고 상상해 보세요. 이 작업장에서는 뼈가 도구로 사용되며, 육식 동물들에게 가장 중요한 도구는 바로 턱입니다. 턱뼈를 단순히 딱딱한 칼슘 덩어리가 아니라, 무엇을 씹느냐에 따라 그 형태를 미세하게 바꿀 수 있는 유연한 기계라고 생각해 보세요. 이 연구 분야를 형태측정학(morphometrics)이라고 부르는데, 이는 기본적으로 형태의 변화를 관찰하기 위해 모양을 측정하는 과학입니다. 과학자들이 이러한 형태를 연구할 때 던지는 큰 질문은 이것입니다. 뼈의 모양이 동물의 DNA에 고정된 설계도처럼 새겨져 있는 것인가, 아니면 동물이 성장하는 동안 환경과 먹이에 의해 빚어지는 점토와 같은 것인가? 이를 이해하는 것은 동물이 세상이 변할 때 얼마나 빨리 적응할 수 있는지를 알려주기 때문에 중요합니다. 만약 포식자의 턱이 물고기를 먹느냐 새를 먹느냐에 따라 스스로 형태를 바꿀 수 있다면, 이는 그 동물이 매우 유연하며 자연이 던지는 어떤 상황에도 대처할 준비가 되어 있음을 의미합니다.

이제 아이슬란드의 북극여우를 떠올려 보세요. 이들은 평범한 여우가 아닙니다. 이들은 자신들의 일반적인 경쟁자인 붉은여우가 없는 섬에서 유일한 최상위 포식자로 살아가고 있습니다. 수십 년 동안 과학자들은 이 여우들이 두 가지 뚜렷한 생활 양식으로 나뉜다는 것을 알고 있었습니다. 바로 해안가 근처에서 바다새와 물고기를 먹고 사는 "해안형" 여우와, 들판을 누비며 뜸부기나 기러기 같은 새들을 잡아먹는 "내륙형" 여우입니다. 이는 마치 같은 마을에 두 개의 서로 다른 레스토랑이 있는 것과 같습니다. 한 곳은 무겁고 아삭한 해산물 플래터를 제공하고, 다른 한 곳은 더 가벼운 육지 기반의 메뉴를 제공하는 식입니다. 커다란 미스터리는 이러한 서로 다른 식단이 실제로 여우의 턱뼈를 변화시켰는지, 그리고 만약 그렇다면 그 변화가 유전 때문인지 아니면 성장하는 동안 먹은 음식 때문인지였습니다.

이 논문은 1979년부터 2018년까지 40년에 걸쳐 수집된 348마리의 아이슬란드 북극여우 턱뼈를 심도 있게 조사합니다. 연구자들은 턱뼈를 퍼즐 조각처럼 다루었으며, "타원형 푸리에 분석(elliptical Fourier analysis)"이라는 정교한 디지털 기법을 사용하여 모든 뼈의 윤곽을 추적하고 그 형태를 일련의 수학적 숫자로 변환했습니다. 그들은 웨스트피외르뒤르(해안), 동부, 남부(둘 다 내륙)의 세 지역을 비교했습니다. 또한 여우의 연령(어린 여우와 성체)과 특정 해에 태어난 여우의 수(환경의 혼잡도와 경쟁 정도를 나타내는 대리 지표)도 함께 살펴보았습니다.

결과는 생활 방식의 분리와 마찬가지로 턱 모양에서도 명확한 차이를 드러냈습니다. 웨스트피외르뒤르의 해안형 여우는 내륙형 여우와 확연히 다른 턱 모양을 가지고 있었습니다. 구체적으로, 근육이 부착되는 턱의 부분(하악지)이 해안형 여우에서 더 넓은 각도를 가졌습니다. 이를 통해 해안형 여우는 큰 바다새나 해변의 사체처럼 크고 질긴 먹이를 처리하기 위해 더 넓게 벌어지는 턱 힌지를 가지고 있다고 상상할 수 있으며, 반면 내륙형 여우는 더 작은 육지 기반의 먹이에 적합한 약간 다른 형태의 힌지를 가지고 있습니다. 연구에 따르면, 턱 모양만 보고 해당 여우가 해안형인지 내륙형인지 추측했을 때 85%의 확률로 맞출 수 있었습니다. 이는 두 집단이 형태적으로 뚜렷하게 구분됨을 확인시켜 주며, 서로 다른 식단이 그들의 도구를 형성했다는 생각을 뒷받침합니다.

하지만 여기서 정말 흥-미로운 점이 등장합니다. 연구자들은 이러한 차이가 유전적인 것인지(그렇게 태어난 것인지), 아니면 "가소성(plasticity)"에 의한 것인지(삶의 경험에 의해 형성된 것인지) 알고 싶어 했습니다. 그들은 해안형과 내륙형 여속 간의 턱 모양 차이가 어린 여우와 성체 모두에게서 나타났다는 것을 발견했습니다. 즉, 두 집단 사이의 차이의 크기가 여우가 나이가 들면서 유의미하게 증가하지는 않았습니다. 그러나 연구는 인구 밀도와 관련된 놀라운 반전을 찾아냈습니다. 연구진이 특정 해에 태어난 여우의 수를 조사했을 때, 개체 수가 많은 해에는 적은 해에 비해 성체 여우의 턱 모양이 약간 다르다는 것을 발견했습니다. 이 효과는 해안 지역인 웨스트피오르뒤르와 남부에서 가장 강하게 나타났지만, 동부 지역에서는 전혀 나타나지 않았으며, 결정적으로 어린 여우들에게서는 나타나지 않았습니다.

논문은 여우들이 먹이를 두고 너무 많이 경쟁할 때, 그 압박이 성장 과정에서 턱의 발달을 변화시킨다고 제안합니다. 이는 마치 "붐비는 레스토랑"이 여우들로 하여금 살아남기 위해 그들의 씹는 기계를 미세하게 조정하도록 강요하는 것과 같습니다. 흥미롭게도, 이 밀도 효과는 성체에서만 발견되었습니다. 즉, 어린 여우들에게서는 이 효과가 약한 것이 아니라 완전히 부재했습니다. 이는 여우가 생애 초기에 겪는 조건이 앞으로 이어져 성체의 신체 형태를 변화시킬 수 있지만, 이러한 변화가 해안형과 내륙형 집단을 더 다르게 만들지는 않는다는 것을 의미합니다. 저자들은 이것이 정확히 어떻게 일어나는지(세대 간의 유전적 변화인지, 혹은 먹이 부족에 대한 유연한 반응인지)를 입증할 수는 없다고 주의를 기울였지만, 데이터는 여우의 "생태형(ecotype, 해안형 vs 내륙형)"과 발달 과정 중 겪는 인구 압력이 모두 턱의 형태를 만드는 데 역할을 한다는 점을 강력하게 시사합니다.

요약하자면, 이 연구는 북극여우의 턱이 역동적인 도구임을 보여줍니다. 턱은 단순히 딱딱한 뼈가 아니라, 여우의 라이프스타일과 그들이 처한 세상의 혼잡도를 반영하는 구조입니다. 해안형 여우는 바다에 적합하도록 진화(또는 적응)한 턱 모양을 가졌고, 내륙형 여우는 육지에 적합한 모양을 가졌습니다. 게다가 이 집단 내에서도 여우의 수가 턱의 모양을 미세하게 조정할 수 있다는 점은, 이 동물들이 자신의 물리적 형태를 환경의 도전 과제에 맞추기 위해 끊임없이 조정하고 있음을 증명합니다.