과학자들이 새와 익룡과 같은 멸종 동물의 비행 진화를 더 잘 이해하기 위해 비행에 사용되는 뼈의 강도, 체질량, 현대 새의 비행 방식 사이의 관계를 비교했다.

(2023년 2월 8일 사이언스 데일리 기사 번역)

날개가 있다는 것만으로는 동물이 날 수 있는지 여부를 알 수 없다. 예를 들어 펭귄은 물 속에서 움직이기 위해 날개를 진화시킨 반면, 깃털 공룡은 체온 조절이나 종내 과시와 같은 다른 용도로 날개를 사용했을 수 있다. 따라서 동물이 어떻게 날 수 있는 능력을 진화시켰는지 더 잘 이해하려면 날개의 존재 여부와 강력한 날갯짓을 할 수 있는 능력을 모두 고려해야 한다.

이 연구의 두 번째 저자인 후지와라 신이치 조교수는 “새로운 지수를 만들고 싶었던 이유는 동물에게 날개가 있으면 당연히 날 수 있다고 생각하는 사람들이 많았기 때문입니다.”라고 말한다. “하지만 항상 그런 것은 아닙니다. 날지 못하는 동물은 날개를 단열과 같은 다른 용도로 사용할 수도 있습니다. 우리 연구팀은 골격 형태의 변화가 어떻게 운동의 변화로 이어질 수 있는지에 초점을 맞췄습니다. 결과적으로 이러한 변화는 지상 환경에서 공중, 수중, 나무 위, 또는 땅속 환경으로의 생활 방식 전환과 같은 주요 생태적 전환으로 이어질 수 있습니다. 조류의 비행 기원은 이 분야에서 중요한 주제였습니다. 따라서 우리는 새의 날갯짓 능력을 결정하고 골격 화석을 측정할 때도 사용할 수 있는 생체역학에 기반한 새로운 지수를 개발해야 했습니다.”

연구진은 이 지수를 만들기 위해 조류의 오탁골(coracoid bone)을 사용했다. 오탁골은 날개와 흉골을 연결하는 동물의 강력한 비행 근육이 수축할 때 흉곽 골격이 변형되는 것을 방지하는 버팀목 역할을 한다. 나고야대학교 환경대학원 지구행성과학과의 아케다 타쿠미 박사과정 학생과 나고야대학교 박물관의 후지와라 박사는 조류 표본 220종의 체질량 대비 오탁골의 단면의 크기를 측정했다. 209종의 표본에는 도도새와 큰오리 등 멸종된 조류가 포함되어 있었다.

그런 다음 연구진은 날개를 사용하는 방식에 따라 새들을 네 그룹으로 나누었다. 날갯짓 비행을 하는 그룹(예: 비둘기), 날개 추진 잠수를 하는 그룹(예: 펭귄), 날갯짓을 하지 않고 날지 못하는 그룹(예: 타조), 열이나 동역학을 이용한 활공을 하는 그룹(예: 알바트로스 및 독수리)이 그것이다. 연구진은 오탁골의 강도와 날갯짓 능력을 바탕으로 비행 패턴을 분석할 수 있는 새로운 지수를 만들 수 있었다.

연구진은 체질량 대비 오탁골의 강도가 날개를 들어 올리는 힘을 상쇄하는 비행 근육에 의해 가해지는 힘을 반영할 수 있다는 사실을 발견했다. 이는 새가 추진력을 어떻게 사용하는지 추정하는 데 도움이 된다. 날아오르는 새는 날갯짓 근육의 수축으로 인한 더 큰 굽히는 힘을 견딜 수 있도록 오탁골의 강도가 증가했다. 반대로 날갯짓을 하지 않는 새는 오탁골의 강도가 낮았다. 이러한 연구 결과는 체질량과 관련된 오탁골의 강도가 날개를 들어 올리는 힘을 반영하므로 동물이 사용하는 추진 유형을 재구성하는 데 유용한 도구라는 것을 보여준다.

아케다와 후지와라의 지수를 통해 향후 연구자들은 멸종된 조류뿐만 아니라 영화 ‘쥬라기 월드’로 유명한 익룡과 케찰코아틀루스 등 다른 비행 동물의 비행 스타일과 날갯짓 능력을 평가할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 이 지수를 통해 조류의 조상인 날개 달린 수각류의 비행 기원을 추정할 수 있다.

후지와라는 “오탁골 강도의 사용은 비행 전 날갯짓 능력과 동력 비행의 기원을 재구성하는 데 강력한 이론적 틀입니다.”라고 말했다. “수각류에서 조류로 이어지는 계통에서 멸종된 분류군, 즉 시조새와 시조새류의 깃털 공룡에 새로운 지수를 우선 적용하는 것이 적절할 것 같습니다. 또한 프테라노돈과 케찰코아틀루스의 오탁골 역시 날갯짓 근육의 수축에 대항하는 버팀목 역할을 했다고 믿습니다. 따라서 우리의 지수는 잠재적으로 그들의 비행 능력을 재구성하고 케찰코아틀루스가 날개를 펄럭이며 날 수 있었는지 여부와 같은 논란의 여지가있는 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.”

참고문헌: Takumi Akeda, Shinichi Fujiwara. Coracoid strength as an indicator of wing beat propulsion in birds. Journal of Anatomy, 2022; DOI: 10.1111/joa.13788

(본문은 DeepL 을 이용해 번역하고 편집자가 다듬었습니다)

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