학문
버섯돌이
과학자들은 화석만으로 공룡의 실제 색깔을 어떻게 알아내나요?
최근 일부 공룡 복원도에 구체적인 색깔이 표현되는데, 뼈만 남은 화석에서 어떻게 피부나 깃털의 색깔까지 유추해낼 수 있는지 궁금합니다..
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 우선 공룡의 색깔을 화석에서 직접 보는 것은 아니고, 화석에 남은 미세한 구조와 색소의 흔적을 분석해서 역추적하는 것입니다. 다만 모든 공룡의 색깔을 알아낼 수 있는 것은 아니며, 근거가 충분한 경우와 추정에 불과한 경우를 구분해야 합니다. 이때 가장 중요한 단서가 멜라노좀이라는 세포 소기관인데요, 멜라노좀은 살아 있는 동물의 피부나 깃털 세포 안에 들어 있는 색소 저장 구조로, 특히 멜라닌을 포함하고 있습니다. 공룡이나 고대 조류의 피부나 깃털이 아주 잘 보존된 화석에서는 이 멜라노좀이 수억~수천만 년 동안 미세한 형태로 남아 있는 경우가 있습니다.
연구자들은 주로 전자현미경으로 멜라노좀의 모양과 배열을 관찰하며, 검은색이나갈색 계열을 만드는 유멜라닌이 들어 있는 멜라노좀은 대체로 길쭉한 형태이고, 붉은색·황갈색 계열과 관련된 페오멜라닌은 상대적으로 둥근 형태를 보이는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 화석의 멜라노좀 형태와 현대 조류나 파충류의 멜라노좀을 비교하면 어느 정도 색깔을 추정할 수 있습니다. 예를 들어 깃털 화석에서 길쭉한 멜라노좀이 특정 패턴으로 배열되어 있다면 검은색 또는 짙은 갈색 계열일 가능성을 생각할 수 있으며, 반대로 둥근 멜라노좀이 많으면 적갈색이나 황갈색 계열일 가능성을 검토할 수 있습니다. 하지만 멜라노좀만으로 모든 색깔을 알아낼 수 있는 것은 아닙니다. 예를 들어 녹색이나 파란색은 반드시 특정 색소가 있어서 나타나는 것이 아닌데요, 현대 조류에서도 파란색 깃털은 색소 자체가 파란 것이 아니라, 깃털의 미세한 나노구조가 특정 파장의 빛을 산란시키면서 파랗게 보이는 경우가 있습니다. 이런 구조가 화석에서 충분히 보존되지 않았다면 정확한 색깔을 알아내기 어렵습니다. 또한 노란색, 주황색, 초록색 등의 색소는 화석에서 쉽게 보존되지 않을 수 있기 때문에, 멜라노좀이 발견되었으니 정확히 이 색이었다고 단정할 수도 없습니다. 감사합니다.
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채택된 답변안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
뼈만 남은 화석으로는 색을 알기 어렵지만, 일부 공룡은 깃털, 피부 흔적까지 보존된 화석이 발견됩니다 .연구자들은 그 안의 멜라노솜의 모양,배열을 현생 조류와 비교해 검정 갈색 적갈색 등의 과 무늬를 추정합니다. 다만 모든 색을 정확히 복원할 수 있는 것은 아니어서 복원도에는 추정이 포함됩니다.
과학자들은 화석에 남은 멜라노좀이라는 미세 색소 주머니의 형태를 분석해 공룡의 색을 추정하는 것입니다.
주사전자현미경으로 깃털이나 피부 화석을 수만 배 확대해 멜라노좀의 모양을 확인합니다.
이 때 모양이 소시지 모양이라면 검은색이나 짙은 갈색, 회색을 띠었을 가능성이 높고, 둥근 공 모양이라면 붉은색이나 주황색, 황갈색이었을 가능성이 높습니다. 또 규칙적인 정렬 구조로 층을 이룬 구조는 까마귀처럼 빛에 따라 반짝이는 무지갯빛 광택일 가능성이 높습니다.
하지만, 멜라노좀이 관찰되지 않는 부위는 흰색 깃털이나 피부였음을 의미하는 것입니다.
이런 과정을 통해 시노사우롭테릭스는 최초로 색이 밝혀진 공룡으로, 붉은 갈색 몸에 꼬리에는 흰색과 붉은색 띠무늬가 있었으며, 미크로랍토르는 멜라노좀이 규칙적으로 배열되어 푸른 광택이 나는 흑색 깃털을 가졌을 것으로 추정하고 있고, 보레알로펠타는 피부 화석 분석을 통해 등은 붉은 갈색, 배는 밝은색을 띤 위장색을 가졌음이 확인되었습니다.
다만, 멜라닌 외에 케라티노이드 계열의 노란색과 초록색 색소는 화석화 과정에서 분해되어 유추하기 어렵긴 하지만, 그래도 상당한 진전이 있은 것은 사실입니다.
안녕하세요, 기억상실은공식인가님. 이중철 전문가입니다.
화석만으로 공룡의 실제 색깔을 알아낼 수 있는 핵심 비결은 깃털과 피부 화석 속에 미세하게 보존된 색소 주머니인 멜라노솜(Melanosome)의 형태와 배열을 전자현미경 및 최첨단 화학 분광 기술로 분석하여 현대 조류의 색소 구조와 정밀하게 비교 대조하기 때문이랍니다.
■ 화석 속에 남아 있는 미세 색소 소기관, 멜라노솜의 발견
과거에는 공룡 화석에서 뼈만 남는다고 생각했으나, 보존 상태가 매우 뛰어난 퇴적층에서는 깃털과 피부 같은 연조직의 미세 흔적이 함께 화석화되어 발견되기도 하는데요. 이러한 화석 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 수만 배 확대해 관찰하면, 마이크로미터(㎛) 단위의 아주 작은 주머니 형태의 입자들이 빽빽하게 보존되어 있는 것을 확인할 수 있습니다. 과거에는 이 미세 입자들을 사체를 분해하던 화석화된 박테리아로 오인하기도 했으나, 2008년 이후 고생물학 연구팀들의 교차 검증을 통해 이들이 멜라닌 색소를 생성하고 저장하는 세포 소기관인 멜라노솜임이 명확히 규명되었어요. 멜라닌 색소는 화학적으로 대단히 안정적인 유기 고분자이기 때문에 수천만 년의 세월 동안 썩거나 분해되지 않고 화석 암석 속에 온전히 남을 수 있었던 것이랍니다.
■ 멜라노솜의 형태와 크기로 밝혀내는 깃털의 색상
멜라노솜은 아래와 같이 내부에 담고 있는 멜라닌의 종류에 따라 외형적인 구조가 확연하게 달라지는데요.
첫째, 유멜라닌(진정 멜라닌)을 담고 있는 유멜라노솜입니다.
이 입자는 소시지나 막대기처럼 길쭉한 원통형 형태를 띠고 있으며, 검은색이나 짙은 회색, 짙은 갈색을 만들어냅니다.
둘째, 페오멜라닌을 담고 있는 페오멜라노솜입니다.
이 입자는 동글동글한 구형 또는 계란형 구조를 띠고 있으며, 적갈색, 주황색, 붉은빛이 도는 황토색을 나타냅니다.
셋째, 멜라노솜이 전혀 관찰되지 않는 부위는 색소가 없었던 흰색 또는 투명한 깃털 영역으로 판정합니다.
과학자들은 공룡 화석의 머리 볏, 몸통, 날개, 꼬리 등 각 부위에서 미세 샘플을 채취하여 멜라노솜의 형태와 밀도를 지도처럼 매핑합니다. 예를 들어, 원시 깃털 공룡인 시노사우롭테릭스(중화룡조)는 꼬리에 둥근 멜라노솜과 멜라노솜이 없는 영역이 교대로 나타나 붉은색과 흰색이 섞인 줄무늬 꼬리를 가졌음이 밝혀졌고, 안키오르니스는 머리에 적갈색 볏을 달고 날개에는 흑백 줄무늬가 있는 화려한 모습이었음이 과학적으로 입증되었습니다.
■ 멜라노솜의 층상 배열과 무지개빛 구조색(광택) 복원
공룡의 색깔은 단순히 단색 색소뿐만 아니라 빛의 간섭 현상으로 반짝이는 무지개빛 광택(구조색)까지도 복원이 가능해요. 현대의 까마귀나 비둘기 깃털을 보면 특정 각도에서 금속성 광택이나 영롱한 푸른빛, 초록빛이 감도는 것을 볼 수 있는데요. 이는 멜라노솜들이 깃털 내부에서 매우 규칙적이고 촘촘한 층(Layer)을 이루어 배열되어 있을 때, 빛이 반사되면서 서로 간섭을 일으켜 발생하는 광학적 현상입니다. 소형 육식 공룡인 마이크로랍토르의 화석을 분석한 결과, 막대형 유멜라노솜들이 완벽하게 한 방향으로 정렬된 얇은 다층 구조를 이루고 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이를 통해 마이크로랍토르가 오늘날의 까마귀처럼 햇빛 아래서 푸르스름하고 번쩍이는 광택을 띠는 칠흑 같은 검은 깃털을 지니고 있었음을 밝혀낼 수 있었답니다.
■ [카운터 쉐이딩] ] 대형 공룡의 피부 흔적과 입체 음영 위장색
깃털이 없는 피부를 가진 대형 조각류나 곡룡류 공룡의 경우, 피부 각질층 화석의 화학 성분을 분석하여 색상 패턴을 알아냅니다. 방사광 가속기 엑스선 형광 분석(XRF)과 비행시간형 2차 이온 질량분석기(ToF-SIMS) 같은 첨단 장비를 사용하면, 화석에 남아 있는 유기 분자의 화학적 지문(황 화합물과 금속 이온 결합 패턴)을 측정하여 페오멜라닌 색소의 흔적을 검출해 내는데요. 실제로 완벽에 가깝게 보존된 갑옷 공룡 보레알로펠타(Borealopelta)와 소형 초식 공룡 프시타코사우루스의 화석을 분석한 결과, 등 쪽은 짙은 적갈색이고 배 쪽은 밝은색을 띠는 카운터 쉐이딩(음영 반전 위장색) 구조를 가지고 있었음이 밝혀졌습니다. 위에서 내리쬐는 햇빛으로 생기는 몸의 그림자를 상쇄하여 포식자의 눈을 피하기 위한 위장 패턴이었으며, 이는 당시 육식 공룡들이 뛰어난 시각을 이용해 사냥했음을 알려주는 생태학적인 결정적 증거가 되었습니다.
■ 공룡 색 복원의 과학적 한계와 보완 노력
현재 화석을 통해 완벽하게 복원할 수 있는 색상은 보존성이 뛰어난 멜라닌 계열의 색상(검은색, 회색, 갈색, 적갈색, 흰색, 구조성 광택)에 집중되어 있습니다. 식물을 섭취하여 얻는 카로티노이드 색소(선명한 노란색, 밝은 붉은색)나 담즙 색소 계열(선명한 초록색, 파란색)은 분자 구조가 연약하여 화석화 과정에서 쉽게 파괴되므로 화석으로 검출하기가 매우 어렵다는 한계가 존재하거든요. 따라서 고생물학자들은 멜라노솜의 통계적 형태 측정학과 최신 유기 화학 분석 기법을 결합하는 동시에, 현생 조류와 악어의 색소 발현 유전자 연구를 함께 대조하여 복원의 정확도를 지속해서 높여가고 있답니다.
정리하자면,
과학자들은 화석에 기적적으로 보존된 미세 색소 소기관인 멜라노솜을 전자현미경으로 찾아내어 막대형(검은색·회색)과 구형(적갈색)의 형태학적 특징 및 배열 상태를 분석하고, 첨단 질량 분석을 통해 잔류 색소 화학 성분을 대조함으로써 공룡의 실제 깃털 무늬, 광택, 위장색을 객관적으로 복원해 내고 있답니다.
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