공룡은 비늘 덮인 파충류라는 인식은 20세기 후반부터 서서히 무너지기 시작했다. 중국 랴오닝에서 쏟아진 깃털 화석들, 시조새를 둘러싼 오랜 논쟁, 그리고 티라노사우루스에게도 깃털이 있었을지 모른다는 가능성까지 — 공룡 연구는 지금도 계속 달라지고 있다.
어릴 때 공룡 그림책을 보면 어김없이 등장하는 장면이 있다. 거대한 몸통에 두꺼운 비늘, 쩍 벌어진 입, 그리고 온몸에서 풍기는 냉혹한 파충류의 분위기. 그게 공룡이었다. 적어도 1990년대 중반까지는 그랬다. 그런데 지금 고생물학 교과서를 펼치면 그 장면이 꽤 많이 달라져 있다. 깃털이 달린 공룡, 솜털처럼 보송보송한 새끼 공룡, 심지어 색깔까지 추정한 복원도가 등장한다. 대체 무슨 일이 있었던 걸까.
이 변화는 단순히 "새로운 화석이 나왔다"는 식의 이야기가 아니다. 공룡이라는 존재 자체를 다시 정의하게 만든, 고생물학 역사상 가장 극적인 패러다임 전환 중 하나였다. 그리고 그 전환의 중심에는 중국 북동부의 작은 지역, 랴오닝이 있다.
모든 것이 시작된 곳 — 중국 랴오닝의 화석 지층
1990년대 초, 중국 랴오닝성 농촌 지역에서 농부들이 밭을 갈다가 이상한 돌을 발견하기 시작했다. 뼈처럼 생긴 무언가가 박혀 있는 돌. 처음에는 대수롭지 않게 여겼지만, 그것이 세상에 알려지면서 고생물학계가 들썩였다. 이 지역의 지층, 이른바 이시안층(Yixian Formation)과 지우포탕층(Jiufotang Formation)은 약 1억 2000만~1억 3000만 년 전, 백악기 초기의 퇴적층이었다. 그리고 그 안에 보존 상태가 놀라울 정도로 좋은 공룡 화석들이 묻혀 있었다.
1996년, 중국과학원 고척추동물고인류연구소의 지 창(Ji Qiang) 연구팀은 시노사우롭테릭스(Sinosauropteryx)라는 공룡을 공식 기재했다. 닭만 한 크기의 작은 수각류였는데, 온몸에 가느다란 필라멘트 구조물이 촘촘히 덮여 있었다. 처음 보고서가 나왔을 때 학계의 반응은 반신반의였다. "그게 정말 깃털이냐, 아니면 분해된 콜라겐 섬유가 그렇게 보이는 것이냐"는 논쟁이 즉각 불붙었다.
하지만 화석은 계속 나왔다. 그것도 한두 점이 아니라 수십, 수백 점이. 미크로랍토르(Microraptor), 카우딥테릭스(Caudipteryx), 프로타르카이옵테릭스(Protarchaeopteryx) — 종류도 다양했고, 깃털 구조의 세부 형태도 제각각이었다. 단순히 솜털 같은 것부터 현생 조류와 거의 동일한 깃대(rachis)와 깃가지(barb) 구조를 갖춘 것까지. 이 정도면 단순한 착시나 분해 산물이라고 보기 어려웠다.
화석 밀수 문제와 과학적 검증
랴오닝 화석이 쏟아지면서 불거진 또 다른 문제가 있었다. 밀수다. 일부 화석이 공식 발굴이 아닌 비공식 경로로 유통되었고, 심지어 아르카이오랍토르(Archaeoraptor)라는 가짜 화석 사건이 2000년에 터졌다. 새의 몸통과 다른 공룡의 꼬리를 접합한 위조품이 내셔널 지오그래픽 지에 실렸다가 나중에 조작으로 밝혀진 것이다. 이 사건 덕분에 랴오닝 화석 전체에 의혹이 쏟아졌고, 연구자들은 더 엄격한 검증 절차를 거치게 되었다.
결과적으로, 조작 논란이 있던 화석들을 걷어내고 나서도 랴오닝의 깃털 공룡 증거는 압도적으로 탄탄했다. 2003년 미국 노스캐롤라이나 주립대의 메리 슈바이처(Mary Schweitzer) 연구팀이 화석 조직에서 단백질 흔적을 검출하는 등 분자 수준의 연구까지 더해지면서, 깃털 공룡이라는 사실은 "가설"이 아니라 "사실"로 자리잡게 되었다.
시조새 논쟁 — 조류와 공룡의 경계에서
사실 깃털 달린 공룡과 새의 관계에 대한 논쟁은 랴오닝 화석보다 훨씬 오래전부터 있었다. 핵심에는 시조새(Archaeopteryx)가 있다. 1861년, 독일 졸렌호펜 석회암 지층에서 발견된 이 화석은 당시 다윈의 진화론이 막 세상에 나온 지 2년 만이었다. 깃털과 날개를 가지고 있으면서도 이빨과 긴 꼬리뼈, 발톱 등 파충류적 특징을 함께 지닌 이 동물은 진화의 "잃어버린 고리"로 즉각 주목받았다.
토마스 헉슬리(Thomas Henry Huxley)는 시조새와 공룡의 해부학적 유사성을 근거로 조류가 공룡에서 진화했다고 주장했다. 1868년의 일이다. 하지만 이 주장은 오랫동안 비주류로 취급받았다. 20세기 초반에는 오히려 "조류는 악어와 가까운 조상에서 갈라진 별개의 계통"이라는 시각이 더 많은 지지를 받았다.
전환점은 1969년에 왔다. 예일대의 존 오스트롬(John Ostrom)이 데이노니쿠스(Deinonychus)를 기재하면서, 이 공룡이 시조새와 얼마나 많은 골격 특징을 공유하는지 상세히 분석했다. 오스트롬은 조류-공룡 연결고리를 다시 진지하게 끌어올렸고, 그의 제자인 로버트 바커(Robert Bakker)는 더 나아가 공룡 전체가 온혈동물이라는 주장까지 펼쳤다. 이른바 "공룡 르네상스"의 시작이었다.
"데이노니쿠스는 우리가 알던 공룡이 아니었다. 그것은 오늘날의 맹금류에 더 가까웠다." — 존 오스트롬, 1969
시조새가 진정한 새인지 깃털 달린 공룡인지는 지금도 완전히 정리되지 않았다. 2011년 독일 에어랑겐 대학의 연구팀은 시조새가 조류 계통이 아니라 비조류 공룡에 더 가깝다는 분석을 내놓아 다시 한번 논란을 일으켰다. 다만 지금의 주류 견해는 시조새를 가장 원시적인 조류 중 하나로 보되, 현생 조류의 직계 조상은 아닌 방계에 해당한다는 것이다. 어느 쪽이든, 새와 공룡의 경계가 우리가 생각했던 것보다 훨씬 흐릿하다는 사실은 변하지 않는다.
코엘루로사우루스 — 깃털의 진짜 주인공들
현재 고생물학계의 합의는 이렇다. 깃털은 수각류 공룡 중에서도 코엘루로사우루스(Coelurosauria)라는 분류군에 속한 공룡들에서 광범위하게 나타났으며, 오늘날의 새는 그 코엘루로사우루스의 한 가지에서 진화했다는 것이다.
코엘루로사우루스는 사실 꽤 넓은 개념이다. 우리가 익숙하게 아는 벨로키랍토르, 트로오돈, 오비랍토르, 그리고 티라노사우루스까지 모두 이 범주 안에 들어간다. 즉, 이 계통에서 깃털이 나타났다면, 이론적으로는 이들 모두가 깃털의 후보가 된다. 실제로 중국에서 발견된 딜롱(Dilong paradoxus)은 티라노사우루스의 원시적인 친척 뻘 되는 공룡인데, 2004년 서(Xu Xing) 연구팀이 기재한 이 화석에는 원시 깃털 흔적이 선명하게 남아 있었다.
그런가 하면 2012년에는 유티라누스(Yutyrannus huali)라는 9미터짜리 대형 티라노사우루스류가 깃털과 함께 발견되었다. 길이 15~16센티미터의 필라멘트형 깃털이 몸 여러 곳에 남아 있었다. 이 발견이 중요한 이유는, 단순히 "작은 공룡에게 깃털이 있었다"는 수준을 넘어서 꽤 큰 몸집의 공룡에게도 깃털이 있었음을 직접적으로 보여주었기 때문이다.
티라노사우루스에게도 깃털이 있었을까
이쯤에서 가장 많이 받는 질문이 있다. "그럼 티라노사우루스 렉스도 깃털이 있었냐?"는 것이다. 솔직히 말하면, 아직 모른다. 하지만 가능성을 둘러싼 논쟁은 꽤 뜨겁다.
한쪽에서는 계통학적 근거를 든다. 티라노사우루스의 친척 중 딜롱이나 유티라누스에서 깃털이 확인되었으니, 티라노사우루스 역시 조상 단계에서는 깃털을 가졌을 것이라는 추론이다. 실제로 어린 티라노사우루스에게는 솜털 같은 깃털이 있었을 가능성이 상당히 높다고 보는 연구자들이 있다.
반면 다른 쪽에서는 직접적인 피부 화석 증거를 내세운다. 2017년 『바이올로지 레터스(Biology Letters)』에 실린 벨 외(Bell et al.) 연구에서는 티라노사우루스 렉스의 피부 흔적 화석 여러 점을 분석했는데, 확인된 부위(목, 골반, 꼬리 부분)에는 비늘만 보인다는 결과가 나왔다. 연구팀은 대형 티라노사우루스류가 진화하는 과정에서 깃털을 잃었을 가능성, 혹은 특정 부위에만 깃털이 있었을 가능성을 제시했다.
이 논쟁이 흥미로운 이유는 단순히 "깃털이 있냐 없냐"의 문제가 아니기 때문이다. 덩치가 커지면서 체온 조절 방식이 달라지고, 그에 따라 깃털의 필요성도 달라진다는 생리학적 문제와도 연결된다. 코끼리나 하마 같은 현생 대형 동물이 털이 거의 없는 것처럼, 거대한 티라노사우루스도 과열을 막기 위해 깃털을 줄이거나 없앴을 수 있다는 논리다.
깃털은 왜 생겼을까 — 보온, 구애, 비행
깃털의 기원에 대해서는 크게 세 가지 가설이 경쟁해왔다.
보온을 위해서
가장 오래된 가설이다. 공룡이 온혈동물이거나 적어도 내온성의 특징을 어느 정도 가졌다면, 체온을 유지하기 위한 단열재가 필요했을 것이다. 시노사우롭테릭스처럼 솜털처럼 보이는 원시 깃털은 비행과는 거리가 멀지만 보온 기능은 충분히 할 수 있다. 특히 야간이나 고위도 서식지에서 체온 유지에 결정적인 역할을 했을 것이다.
구애와 과시를 위해서
2010년대 들어 주목받기 시작한 시각이다. 현생 조류 수컷이 화려한 깃털로 암컷에게 어필하듯, 일부 공룡의 깃털도 성선택의 결과물일 수 있다는 것이다. 실제로 오비랍토르류나 카우딥테릭스처럼 깃털이 특히 과장되게 발달한 공룡들은 비행과 무관한 것으로 보이는데, 그 화려한 깃털이 짝짓기 디스플레이에 쓰였을 가능성이 높다.
2013년 에든버러 대학의 연구팀은 카이홍(Caihong juji)이라는 공룡 화석에서 무지갯빛 구조색의 흔적을 발견했다고 보고했다. 구조색이란 색소가 아니라 미세 구조에 의해 빛이 굴절되며 나타나는 색인데, 현생 벌새나 공작이 이런 방식으로 화려한 색을 낸다. 공룡도 그랬다면, 짝을 유혹하는 데 깃털 색깔이 활용되었을 것이라는 추론이 자연스럽게 따라온다.
비행을 위해서 — 아니면 비행이 부산물?
그리고 가장 오래, 가장 많이 논쟁된 주제다. 깃털이 비행을 위해 진화했느냐, 아니면 다른 목적으로 발달했다가 비행에 활용되었느냐. 크게 "나무에서 내려오기(trees-down)" 모델과 "땅에서 올라가기(ground-up)" 모델로 나뉜다.
나무에서 내려오기 모델은 나무 위에서 생활하던 작은 공룡들이 활강하면서 비행 능력을 서서히 획득했다고 본다. 미크로랍토르처럼 네 개의 날개를 가진 공룡이 이 모델의 강력한 증거로 꼽힌다. 반면 땅에서 올라가기 모델은 달리면서 날갯짓을 하다가 이륙 능력이 생겼다고 본다. 켄 다이얼(Kenneth Dial)의 2003년 연구는 어린 새가 경사면을 오를 때 날개를 사용한다는 점에서 이 모델을 지지한다.
어느 쪽이 맞는지는 아직 결론이 나지 않았다. 아마 둘 다 어느 정도 맞을 수도 있다.
깃털 색깔까지 알아낼 수 있다고?
가장 최근에 이루어진 연구 중 놀라운 것은 깃털 색깔 복원이다. 멜라노솜(melanosome)이라는 색소 소기관은 화석에서도 형태가 보존되는데, 그 모양에 따라 어떤 색을 냈는지 추정할 수 있다. 야콥 빈터(Jakob Vinther) 연구팀은 2010년 앙키오르니스(Anchiornis)의 깃털 색깔을 복원해 발표했다. 검은 몸통에 흰 줄무늬 날개, 붉은 머리 깃털. 이 결과가 학술지에 실렸을 때, 적지 않은 사람들이 감탄과 함께 "정말이냐"는 반응을 보였다.
물론 멜라노솜 분석이 완벽하지는 않다. 색소 외에 구조색이나 카로티노이드 계열 색소는 화석에서 확인하기가 훨씬 어렵다. 그래서 복원된 색깔은 어디까지나 "멜라닌 기반 색소 패턴"의 추정이지, 살아있을 때의 완전한 외관과 같다고 볼 수 없다. 하지만 그것만으로도 이미 충분히 놀라운 성과다.
아직 다 알지 못한다
지금까지 이야기한 것들은 고생물학이 지난 30여 년간 이루어낸 성과다. 하지만 솔직하게 말하면, 우리가 모르는 것이 아는 것보다 아직 많다.
예를 들어, 깃털이 없었다고 알려진 공룡들에게 정말 깃털이 없었는지는 확실하지 않다. 피부 화석이 남아있는 경우가 드물고, 남아있다 해도 몸 전체를 덮었던 것은 아니기 때문이다. 스테고사우루스나 트리케라톱스 같은 조류형 공룡이 아닌 계통에는 깃털이 없었을 가능성이 높지만, 그것도 화석으로 직접 확인된 게 아니라면 어디까지나 추정이다.
또 깃털이 어떤 방식으로 공룡의 행동과 생리에 영향을 미쳤는지도 여전히 연구 중이다. 체온 조절의 정도, 알을 품는 방식과의 관계, 집단 행동에서 깃털 색깔이 신호 역할을 했는지 여부 같은 것들은 화석만으로는 알기 어렵다.
그래서 공룡 연구는 지금도 현재진행형이다. 새로운 화석이 발견될 때마다 기존의 그림이 조금씩, 때로는 꽤 많이 바뀐다. 우리가 오늘 확신하는 것이 10년 후에는 수정되어 있을 수도 있다. 어쩌면 그게 이 분야의 가장 매력적인 부분인지도 모른다. 6600만 년 전에 사라진 동물들이 아직도 우리에게 새로운 이야기를 건네고 있다는 것.
공룡에게 깃털이 있었다는 사실은 이제 논쟁의 여지가 없다. 하지만 그 깃털이 언제, 왜, 어떻게 진화했는지, 그리고 얼마나 다양한 형태로 얼마나 많은 공룡들을 덮고 있었는지 — 그 전체 그림은 아직 완성되지 않았다.