파랑새는 4800만 년 전부터 출현…화석 연구로 확인

약 4800만 년 전, 유독가스를 내뿜는 호수 위에서 작은 파랑새 한 마리가 죽었다. 새의 사체는 호수 바닥에 가라앉아 퇴적물에 묻혔고 덕분에 온전히 보존될 수 있었다. 그후 과학자들에게 발굴되면서 현존하는 가장 오래된 파랑새 화석이 됐다.

이런 고대 새의 색상을 밝히는 연구 논문이 영국 왕립학회가 발행하는 학술지 ‘저널 오브 더 로열 소사이어티 인터페이스’(Journal of the Royal Society Interface) 최신호(25일자)에 실렸다.

논문 속 파랑새는 에오코라시아스 브라킵테라(Eocoracias brachyptera)라는 학명이 붙은 지금은 멸종한 고대 조류다. 화석이 발굴된 장소는 독일 메셀 화석 유적지로, 이곳은 보존 상태가 좋은 화석이 많이 나오는 장소로 유명하다. 연대는 5600만 년 전부터 3390만 년 전 사이에 속하는 에오세까지 거슬러 올라간다.

연구를 진행한 영국과 독일 공동 연구진이 고대 새의 깃털을 파란색으로 추정할 수 있는 이유는 현생 근연종인 파랑새과에 속하는 새들과 비교했기 때문. 현생 파랑새의 깃털 속 미세 구조는 그 배치에 따라 파란색이나 회색 두 가지 중 한 가지 색을 갖는 데 화석화된 고대 조류의 깃털에 남은 미세 구조 역시 파란색을 띠는 구조와 비슷한 것으로 나타났기 때문이다.

사실 푸른색 깃털을 지닌 새는 매우 드물다. 현생 파랑새과 조류의 61가지 계통 중에서도 실제로 푸른색 깃털을 지닌 종을 포함하는 계통은 단 10가지밖에 안 된다고 연구진은 말한다. 하지만 오늘날 파랑새들과 비교했을 때 고대 조류는 회색 깃털보다 푸른색 깃털을 지니고 있는 종들과 훨씬 더 비슷하므로, 이 새는 짙은 푸른색을 지니고 있었다고 연구진은 결론지었다. 화석 기록으로 이렇게 깃털 색상을 추정한 사례는 이번이 처음이다.

연구 논문의 주저자인 영국 셰필드대학의 프라네 바바로비치 박사과정 연구원은 “그것이야말로 내게는 이 연구에서 가장 흥미롭고 중요한 부분이었다고 말하고 싶다”고 말했다.

이 발견으로 화석의 색상을 예측하는 기존 모델의 정확도는 82%에서 61.9%까지 떨어졌다. 지금까지는 화석 속 미세 구조를 두고 회색만 발생한다고 가정했다. 따라서 이번 연구는 고대의 동물들이 실제로 어떻게 생겼는지 이해하기 위한 귀한 자료를 새롭게 제공하는 것이다.

고대 동물들의 색상을 밝혀내기 위한 시도는 최근 10년 동안 폭발적으로 이뤄졌다. 이 논문은 그중 가장 최신의 성과다. 화석 속 동물의 색상을 추정하는 연구에서 열쇠가 된 것은 멜라닌세포 속 작은 자루 모양의 세포소기관 ‘멜라노솜’도 화석에 남을 수 있다는 사실을 발견하면서다. 멜라노솜에는 두 종류의 멜라닌 색소가 있어 적갈색부터 흑갈색까지 색을 낼 수 있는데 조류부터 비조류형 공룡, 심지어 해양 파충류까지 많은 선사시대 생물 화석에서 이 기관이 발견됐다.

게다가 새의 깃털은 색소가 아니라 깃털의 미세 구조에 의해 나타나는 경우가 있다. 깃털 표면 부근에 늘어선 멜라노솜과 단백질 일종인 케라틴의 아주 작은 알갱이들이 빛을 산란해 특정 색상을 강하게 반사하는 것. 공작의 반짝이는 꼬리와 찌르레기의 무지갯빛 광택 등이 대표적인 사례로, 이런 색채를 구조색(structural color)이라고 부른다.

구조색은 공룡의 깃털에서도 발견된다. 소형 수각류인 카이홍 주지(Caihong juji)는 무지개빛 깃털에 큰 볏을 달고 있었고, 4개의 날개를 지닌 공룡 미크로랍토르는 검은색 깃털에 푸른 빛을 띤 광택이 있던 것으로 추정된다. 만일 공작의 깃털을 실제로 만져본 적이 있다면 보는 각도에 따라 색이 변하는 것을 알아차렸을 것이다. 이는 무지개의 특징으로 무지갯빛 구조색이라고 하지만, 모든 것이 이런 방식으로 보이는 것은 아니다. 일부 새의 깃털은 비 무지갯빛(non-iridescent) 구조색을 갖는데 큰어치의 파란색이나 일부 앵무새의 초록색은 어느 곳에서 봐도 푸른색이나 초록색을 반사한다. 이는 깃털이 케라틴의 외층과 스펀지 모양의 중간층 그리고 멜라노솜의 내층이라는 특수한 3개 층으로 돼 있기 때문이다.

또 멜라노솜은 그 종류가 몇 가지 존재하며 현생 조류에서는 색에 따라 형태가 다르다. 예를 들어 검은색을 만들어내는 멜라노솜은 소시지처럼 보이고 적갈색을 나타내는 것은 완자 모양을 띤다. 이는 화석 기록에서도 마찬가지다. 거기서 바바로비치 연구원은 “비 무지갯빛 멜라노솜의 특징적인 형태가 있을지도 모른다고 생각했었다”고 회상했다.

이를 밝혀내기 위해 연구진은 고대 조류와 현생 조류의 멜라노솜을 자세히 비교 분석했다. 여기서 후자는 전 세계에 서식하는 파랑새과 조류로 깃털 72가지를 조사했다. 화석에 남은 멜라노솜의 구조는 세로 길이가 가로 길이의 3배 정도인데 이는 비 무지갯빛 파란색과 회색 모두와 관련한 멜라노솜에 가까웠다. 이때 바바로비치 연구원은 고대 새의 깃털 색상이 파란색과 회색 중 어느 쪽인지를 밝혀내려면 현생 조류의 계통에서 어느 색상이 얼마나 우세한지를 파악해야 한다는 것을 깨달았다.

그가 계산한 결과 고대 새의 깃털 색상이 비 무지갯빛 구조색일 확률은 99%로 회색 깃털일 확률은 단 19%밖에 되지 않는 것으로 나타났다. 즉 화석이 된 고대 새는 원래 파란색이었을 가능성이 크다는 것.

이제 막 박사과정을 밟기 시작한 바바로비치 연구원은 “앞으로 새의 푸른색에 관한 진화 역사를 좀 더 전면적으로 살필 계획”이라고 밝혔다. 이는 그를 빛낼 수 있는 과학적인 탐구이다. 따라서 그는 “잠 못 이루는 밤도 있다”면서도 “단지 연구하는 것이 너무 좋다”고 덧붙였다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr