포르투갈, 프랑스, 영국, 남아공 등 7개국 공동연구팀
내이 뼈세관 모양으로 고생물 체온 추정 방법 개발해 적용
약 2억 3700만년 전 포유류 온혈동물로 진화, 체온 5도 이상 상승

척추동물 중 외부 기온 변화에 체온이 변하지 않고 일정하게 유지할 수 있는 온혈(정온)동물은 조류와 포유류뿐이다. 고생물학 분야에서 ‘포유류가 언제 온혈동물로 진화했는가’는 풀리지 않은 수수께끼로 남아있다.

이 같은 상황에서 포르투갈, 프랑스, 영국, 독일, 남아프리카공화국, 미국, 아르헨티나 7개국 과학자들로 구성된 국제 공동 연구팀은 화석 분석과 시뮬레이션을 바탕으로 중생대 말기에 포유류가 냉혈동물에서 온혈동물로 진화했을 것이라고 24일 밝혔다.

이번 연구에는 포르투갈 리스본대 플라스마·핵융합연구소를 중심으로 프랑스 몽펠리에대, 영국 런던 자연사박물관, 런던대(UCL), 독일 막스플랑크 진화인류학연구소, 예나대, 남아공 비트바테르스란트대, 미국 워싱턴 자연사박물관, 텍사스 오스틴대, 샌디에고 주립대, 샌디에고 자연사박물관, 시카고대, 뉴욕 자연사박물관, 시애틀 워싱턴대, 필즈 자연사박물관, 아르헨티나 자연과학박물관 소속 생물학자, 고생물학자, 물리학자, 수학자 등이 참여했다. 이번 연구 결과는 과학저널 ‘네이처’ 7월 21일자에 실렸다.

내온동물(endotherms)이라고도 불리는 온혈동물은 체내 대사를 빠르게 해 높은 체온을 일정하게 유지할 수 있다. 반면 외온동물(ectotherms)인 냉혈동물은 대사율이 낮아 체온을 유지하기 위해 환경에 의존한다. 이 때문에 급격한 외부 온도 변화는 냉혈동물의 생존을 위협할 수 있다.

파충류와 비슷한 모습의 포유류 조상이 온혈동물로 진화한 것은 분명하지만 화석만으로는 측정이 어렵기 때문에 그 시기에 대해서 의견이 분분했다. 과학자들은 키나 뼈 구조 같은 골격 특징으로 대사율을 추정해 온혈동물 등장 시기가 1억 4500만~6600만년 전이라는 주장이 있는가 하면, 3억~2억 5000만년 전으로 추정한 연구도 있었다.

연구팀은 체온을 측정할 때 귀를 이용하는 것에 착안해 내이(內耳)의 뼈세관(bone canal) 모양과 크기로 체온을 추정하는 방법을 개발했다. 뼈세관을 통한 체액 이동은 신체가 시각과 균형에 필수적인 머리 위치와 움직임을 파악할 수 있게 해준다. 또 체액의 점도는 체온에 따라 변한다. 그래서 연구팀은 체온이 상승하고 움직임이 활발해짐에 따라 균형과 운동성을 유지하기 위해 내이도 모양이 점성이 낮은 유체 이동에 유리하게 진화했을 것이라고 가정했다.

연구팀은 현존하는 파충류, 어류, 조류, 포유류 50종의 척추동물 내이구조와 생리 상태를 비교해 내이 모양에 기반한 ‘열-운동성 지수’를 만들었다. 연구팀은 열-운동성 지수는 동물의 체온을 거의 정확하게 예측할 수 있다는 것을 확인했다. 이를 이용해 생쥐와 비슷하게 생긴 포유류 조상인 ‘단궁류’ 56종의 화석으로 내이도 구조를 분석하고 열-운동성 지수로 체온을 계산했다.

그 결과, 포유류가 온혈동물로 진화한 시기는 고생대 페름기와 중생대 중기 쥐라기 사이에 있는 중생대 첫 번째 시기인 트라이아스기라고 연구팀은 주장했다. 연구팀 분석에 따르면 트라이아스기 후기인 2억 3700만~2억 년 무렵에 단궁류의 이관 형태가 변했다. 열-운동성 지수 계산 결과, 이때 단궁류들의 체온이 5~9도 상승하고 대사율도 증가했다.

연구를 이끈 케네스 앤질치크 미국 필즈자연사박물관 수석 큐레이터는 “이번 연구는 기존과는 다른 새로운 방식으로 온혈동물의 출현을 분석한 것”이라며 “이 같은 진화 덕분에 초기 포유류들은 페름기보다 기온이 떨어진 트라이아스기 기후에 적응할 때 유리하게 작용했을 것으로 본다”고 설명했다.