1830년대 찰스 다윈이 왕립해군 군함 비글 호를 타고 남아메리카를 탐험하면서 거대한 포유동물 화석을 다수 발견했다. 그중에는 믿기 어려울 정도의 화석도 있었다. 몸 길이가 3m, 높이가 1.5m, 무게가  200~300kg에 달했다.

모양도 신기했다. 낙타와 비슷한데 혹이 없었고, 돼지처럼 코가 길었다. 후에 ‘마크라우케니아(Macrauchenia)’란 이름이 붙여진다. 코뿔소와 비슷한 덩치에 하마를 닮은 매우 무거운 동물도 있었다.

몸 길이 270cm였던 이 동물은 하마 같은 머리에 설치류처럼 앞으로 튀어나온 이를 갖고 있었다. 그러나 몸은 코뿔소와 비슷했다. 발에는 3개의 발가락이 있었는데 중간 발가락에 체중에 실리는 구조였다.

단백질 분석으로 동물 가계도 재작성 중

다윈은 이 동물에 대해 “지금까지 발견한 동물들 가운데 가장 이상한 모습을 가진 동물 중의 하나”라고 묘사하고 있었다. 후에 이 남아메리카에 살았던 이 거대한 초식동물에게 ‘톡소돈(Toxodon)’이란 이름이 불였다.

이번 주 네이처 지는 ‘다윈이 발견한 이상한 동물들의 비밀이 풀렸다(Mystery of Darwin's 'strange animals' solved)’는 기사를 통해 과거 생물학자들은 이 묘하게 생긴 동물들을 어떤 가계도에 포함시켜야 할지 잘 알지 못했다고 전했다.

모든 것이 추정에 의해서 이루어졌다. 그러나 지금 상황이 달라지고 있다는 것. 몸이나 뼈에서 발견되는 콜라겐 단백질 성분 분석을 통해 종(種)에 대한 정확한 분류가 가능해졌다.

콜라겐 단백질이란 세포와 세포의 사이를 채워 조직을 지탱하거나 생체의 칼슘대사를 조절하는 역할을 한다. 과학자들은 화석 안에 남아 있는 이 단백질을 DNA 분석 방식을 활용해 정밀 분석한 후 오래 전 멸종한 동물들의 존재를 되살리고 있다.

‘마쿠라우케니아’, ‘톡소돈’처럼 발굽이 있는 포유동물, 유제류(ungulates)가 대표적인 사례다. 이 동물들은 약 6000만 년 전부터 남아메리카에 번성했다가 1만2000년에 멸종했는데 이 동물에 대한 해석을 놓고 그동안 논란이 많았다.

학자들마다 의견이 제각기 달랐기 때문이다. 그런데 이 문제를 런던 자연사박물관에서 해결하고 있다. 그곳에서 일하는 분자진화생물학자 이안 반즈(Ian Barnes) 씨는 뉴욕대학의 생물고고학자 매튜 콜린스(Matthew Collins) 씨와 다국적 연구팀을 구성했다.

연구팀은 지금 화석에서 추출한 콜라겐 단백질을 분석해 DNA를 비교 분석하고 있다. 그리고 동물화석마다 다른 ‘콜라겐 배열(collagen sequence)’을 통해 오래전 남아메리카에 살았던 유제류의 족보를 재구성하고 있는 중이다.

“지금 드러나고 있는 것은 시작에 불과”

연구팀은 가계도 작성을 위해 먼저 현재 남아프리카에 서식하고 있는 맥(tapir), 하마, 땅돼지(aardvark)와 같은 동물들의 콜라겐 분석을 시도했다. 그리고 아르헨티나에서 화석으로 발견된 유제류 ‘마쿠라우케니아’와 ‘톡소돈’을 분석했다.

그리고 지금 살고 있는 동물들과 비교분석을 실시한 결과 놀라운 사실을 발견했다. 이들 화학동물들의 ‘콜라겐 배열’이 기제류(Perissodactyla)와 유사하다는 것이다. 기제류란 발굽이 있고 뒷발의 발가락 수가 반드시 1~3개로 기수(奇數)인 동물들을 말한다.

제3 발가락이 가장 발달하고 뿔은 있어도 결코 쌍은 아니다. 말 · 맥 · 코뿔소 이 세 종류의 동물만이 이 기제류에 포함된다.

이전까지 과학자들은 ‘마쿠라우케니아’와 ‘톡소돈’이 코끼리, 바다소(manatees)와 같은 아프리카수류(Afrotheria)로 분류해왔다. 그러나 런던 박물관 연구팀의 분석 결과는 이런 분류가 정확하지 않다는 것을 보여주고 있다.

캠브리지 대학의 순고생물학자(palaeobiologist) 롭 애셔(Rob Asher) 씨는 “지금 화석을 구성하고 있는 성분 분석을 통해 과거 생물들이 어떻게 진화했는지 알아낼 수 있는 길이 열렸다며 지금 진행되고 있는 연구에 대해 놀라움을 표명했다.

런던 박물관 연구자들은 지금 특별히 제작된 분광기(spectrometer)를 통해 단백질을 분석하고 있다고 말했다. 그리고 지금의 이 연구 결과가 놀라운 결과를 가져올 것이라고 말했다. 지금 드러나고 있는 것은 시작에 불과하다고 주장했다.

과거로 거슬러 올라가 진화과정을 더 정밀하게 재조사하고 그것을 종합해 더 정확히 진화과정을 진단할 수 있는 새로운 결과를 가져올 수 있다고 말했다. 지금가지 발견된 DNA 중 가장 오래 된 것은 그리랜드에서 발견한 45만~80만 년 전 화석의 DNA다.

그러나 그 범위가 급속히 확장되고 있다. 지난 2007년 미국 연구자들이 6800년 전 공룡 화석의 콜라겐을 분석해 배열했다고 주장한 바 있다. 런던 자연사박물관 연구자들은 그 속도가 더 빨라져 수년 안에 수백만 년 전 DNA 분석이 가능해질 것을 내다봤다.

박물관 관계자는 “현재 400만 년 전 DNA 분석은 문제가 되지 않는다”고 말했다. 그는 “앞으로 2000만년 전 화석 DNA를 분석할 수 있는 시대가 올 것”이라고 말했다.