2010년 2월 14일 일요일

새는 현존하는 수각류 공룡


새(조류 bird)도 공룡(dinosaur)에 포함된다는 주장에 대해 이제는 과학자들이 거의 전적으로 동의하고 있다. 최근 몇 년간 현생 조류(modern bird)가  티라노사우루스(Tyrannosaurus), 벨로키랍토르(Velociraptor)와 같은 수각류 공룡(Theropoda; 이하 수각아목 또는 수각류로 씀)이라는 증거가 쏟아져 나왔다.


출처 : http://www.ucmp.berkeley.edu/


공룡이란 조반목(Ornithischia)과 용반목(Saurischia)으로 구성되는 공룡상목(Dinosauria)에 속하는 생물을 통칭하는 말이다. 계통발생학적 분류학에서 공룡을 "트리케라톱스(Triceratops), 현생조류(modern bird), 그들의 가장 가까운 공통 조상, 그리고 그 모든 후손"(1)으로 구성된 생물로 정의한다(메갈로사우루스(Megalosaurus; 용반목에 속함)와 이구아노돈(Iguanodon; 조반목에 속함)의 가장 가까운 공통 조상을 공룡상목(2)으로 두는 것과 같은 의미이다).

이 정의를 따르면, 새는 공룡상목의 하위 분류계급(category)인 용반목 수각아목에 속하는 공룡이다. 수각류의 공통 특징은 두 발로 걷고, 발가락이 3개이고, 뼈는 속이 비었고, 차골(furcula 또는 wishbone)이 있으며, 알은 둥지에 낳아 품거나 보호했고, 깃털이 달렸다는 점 등이 있다. 뼈나 둥지 같은 형질은 화석으로 잘 보존되었기 때문에 헉슬리(Thomas Henry Huxley;1825-1895) 시절부터 공룡으로부터 새가 진화했다는 주장이 제기되긴 했었다.


하지만, 조류의 중요한 특징이라고 할 깃털은 공룡 화석에서는 잘 남아 있지 않아 연구가 진행되기 어려웠다.  1861년 이후로 발굴된 시조새(Archaeopteryx)화석에 깃털 자국이 남아 있긴 했지만, 1990년대 중국 랴오닝성(압록강으로 북한과 국경을 이루는 곳)의 이시안층(Yixian Formation; 백악기 전기에 형성)외 인근 지층에서 깃털이 잘 보존된 공룡 화석이 다량으로 출토되고, 심지어 벨로키렙토르(Velociraptor)도 새처럼 깃털이 있었다는 연구(3)가 나오면서 수각류 공룡들, 그 중 특히 코엘루로사우루스(Coelurosaurs)류의 공룡은 보편적으로 깃털 또는 깃털 이전 형태의 털(protofeather)이 있었다는 결론(4)이 도출되었다.

논문(3)을 토대로 재현한 벨로키렙토르


시노사우롭테릭스(Sinosauropteryx)(5), 공자새(Confuciusornis)(6), 미크로랍토르(Microraptor)(7) 등을 비롯해서 랴오닝성에서 출토된 여러 가지 화석은 새와 공룡의 구분을 없애 주었다. (앞으로 압록강 위쪽의 이 지역에서 더 많은 화석이 나올 것으로 기대되며, 이 덕분에 당분간 수각류 공룡 연구는 중국이 압도할 것으로 예상한다.)

현재 이들 깃털 공룡을 토대로 깃털의 색과 생김새를 과학적으로 추론해 냄으로써 예술가들의 상상에만 맡겨 놓았던 공룡의 몸 색깔과 형체를 실체에 가깝게 재현해 내기 시작했다. 깃털이 보존된 화석에서 멜라닌소체(melanosome)의 구조를 분석하고 현재의 조류와 비교해 낸 것이다. 시노사우롭테릭스는 과학자들이 털 색깔을 재현해 낸 최초의 공룡(8)이다.  뒤이어 붙은 학명마저 헉슬리를 지지하는 '안치오르니스 헉슬리이'(Anchiornis huxleyi)' 화석의 깃털 색깔을 재현해 냈다(9).

화석(위)과 논문(8)을 토대로 재현(아래)해 낸 시노사우롭테릭스(출처: http://en.wikipedia.org/wiki/Sinosauropteryx)


일상 언어에서 '새'는 현생조류인 '신조류(Neornithes)'만을 말한다. 린네식 분류에서는 여전히 새가 강(class Aves)의 지위를 차지하고 있고, 신조류가 아강(subclass)의 지위를 차지하고 있지만, 이런 하향 분류법은 현재 화석 증거로 쏟아지는 진화를 제대로 반영하기에는 한계에 달했다.

계통발생학적으로 새(Aves)는 "시조새(Archaeopteryx lithographica)와 현생 조류의 가장 최근 조상과 그 후손"(10)으로 정의한다. 이렇게 정의해도 "공룡상목 용반목 수각아목"에서 한참 아래 자리 잡고 있으므로, 새는 공룡이다.  그래서 현생조류를 제외해야 할 때에 쓰이는 '비-조류 공룡(non-avian dinosaur)'나 '비 조류 수각류 공룡(non-avian theropod dinosaur)'라는 표현을 학술지에서 흔히 볼 수 있다.

지금은 고생물학자 대부분이 현존하는 새를 코엘루로사우루스류의 수각류 공룡으로 취급한다. 2000년대에 와서 활발하게 진행되는 공룡연구 때문에 조류의 재분류작업은 당분간 혼란을 일으킬 전망이다. 하지만, 여전히 새가 공룡이라는 계통발생학적 현실을 반영해야 하는 압박에 시달릴 수밖에 없다. "완전한 생물종의 분류가 갖춰지기 위해서는 멸종된 생물집단들 포함시키는 것이 당연한데, 그 모두는 서로간은 물론 현존하는 생명세계에까지 관련되어(11)"있기 때문이다.

공룡은 멸종하지 않았다. 지금 1만 종에 달하는 공룡을 지구 어디서나 볼 수 있는 데 멸종이라니.(끝)




수각류에서 현생조류에 이르는 분지도




<벨로키랍토르와 새>
*출처

1. Benton, Michael J. (2004). "Origin and relationships of Dinosauria". in Weishampel, David B.; Dodson, Peter; and Osmólska, Halszka (eds.). The Dinosauria (2nd ed.). Berkeley: University of California Press. pp. 7–19.
2. Olshevsky, G. (2000). "An annotated checklist of dinosaur species by continent." Mesozoic Meanderings, 3: 1–157
3. Turner, A.H.; Makovicky, P.J.; Norell, M.A. (2007). "Feather quill knobs in the dinosaur Velociraptor". Science 317 (5845): 1721.(링크)
4. Prum, R., and Brush, A.H. (2002). "The evolutionary origin and diversification of feathers". The Quarterly Review of Biology 77: 261–295.(링크)
5. Chen, P; Dong, Z and Zhen, S (1998). "An exceptionally well-preserved theropod dinosaur from the Yixian Formation of China". Nature 391 (8): 147-152.(링크)
6. Hou, L.-H.; Zhou, Z.; Martin, L.D. & Feduccia, A. (1995): A beaked bird from the Jurassic of China. Nature 377: 616-618.(링크)
7. Xu, X., Zhou, Z., and Wang, X. (2000). "The smallest known non-avian theropod dinosaur." Nature, 408 (December): 705-708.(링크)
8. Fucheng Zhang, Stuart L. Kearns, Patrick J. Orr, Michael J. Benton, Zhonghe Zhou, Diane Johnson, Xing Xu, and Xiaolin Wang. Fossilized melanosomes and the colour of Cretaceous dinosaurs and birds. Nature, 27 January 2010(링크)
9. Quanguo Li, Ke-Qin Gao, Jakob Vinther, Matthew D. Shawkey, Julia A. Clarke, Liliana D'alba, Qingjin Meng, Derek E. G. Briggs, Long Miao, Richard O. Prum. Plumage Color Patterns of an Extinct Dinosaur. Science, Online February 4, 2010 DOI: 10.1126/science.1186290 (크)
10. Padian, K. (1998) When is a bird is not a bird? Nature, 393: 729-730.(링크)
11. 에른스트 마이어(최재천외 옮김), 『이것이 생물학이다』, 몸과마음, 2002, 230쪽.

2010년 2월 7일 일요일

무신론 버스 광고, 한국 인본주의 운동으로 발전하기를 바란다.

아리안 쉐린과 리차드 도킨스


반기독교시민운동연합 주최로 한국에서도 무신론 버스 광고가 시작되었다고 한다.

무신론 버스 캠페인(Atheist Bus Campaign)은 2008년 영국에서 먼저 시작되었다. 영국 작가 아리안 쉐린(Ariane Sherine)이 가디언 블로그에 올린 글(한국어 번역본)을 통해 처음 이 캠페인을 제안했다. 쉐린은 런던에서 ""사람의 아들(人子)이 올 때, 세상에서 믿음을 찾아볼 수 있겠느냐?"라는 누가복음 18장을 인용한 광고를 붙이고 다니는 버스를 봤고, 이에 대응하기 위하여 무신론 광고를 위한 모금 운동을 호소했다. 반응은 좋았다. 몇몇 학자들과 단체들이 적극적으로 지원하겠다고 나섰다. 영국인본주의자 협회(British Humanist Association)와 리차드 도킨스 재단이 주도적으로 나섰다. 덕분에 2009년 1월에 처음으로 버스 광고를 낼 수 있었다. 문구는 이렇다.

아마도 하나님은 없을 것이다. 이제 염려하지 말고 인생을 즐겨라.
"There's probably no God. Now stop worrying and enjoy your life."

이 무신론 버스 광고 캠페인은 오스트레일리아, 이탈리아, 스페인, 캐나다, 미국, 핀란드, 독일, 뉴질랜드 등으로 계속 확산됐다(참고).

이번에 서울에서 실시하는 버스 광고는 동양권에서 최초일 것으로 추측한다. 서울 버스 광고에는 "나는 자신의 창조물을 심판한다는 신을 상상할 수가 없다."라는 아인슈타인의 말이 적혀 있다. 영국 버스 광고에서 '아마도(probably)'를 쓴 이유는 종교계의 반발을 줄이려는 시도라고 한다. 서울의 광고는 영국보다 더 부드럽다.

 서울 버스 광고에 대한 반발은 온당치 않다. 대한민국은 종교의 자유가 헌법으로 보장된 나라이다. 자유의 보장은 자유로운 비판을 전제로 한다. 종교의 자유를 누리는 만큼 종교에 대한 비판도 보장되어야 한다(대법원 2007.10.26. 선고 2006도5924 판결 참고). 부당한 행동으로 표현의 자유를 저지하려 하면 더욱더 고립되기 마련이다. 민주 사회에서는 표현의 자유는 보장되지만, 행동의 자유는 보장되지 않기 때문이다.

지금 영국의 버스 광고 캠페인은 한 걸음 더 나아가  "나를 규정짓지 마세요 커서 스스로 선택하게 놔두세요.(Please Don't Label Me. Let me grow up and choose for myself.)"라는 광고 운동을 벌이고 있다. 학교에서 벌어지는 어린이를 대상으로 하는 신앙 주입 교육을 철폐하기 위한 운동이다. 이번 서울 버스 광고가 영국의 경우처럼 한국에서 현대 문명 운동, 인본주의 운동으로 발전하기를 기대해본다.

참고 :

2010년 2월 3일 수요일

광합성 하는 민달팽이


(출처 : newscientist.com)

조류(algae)를 먹어서, 광합성을 하는 생물이 있다. Elysia chlorotica는 복족류에 속하는 바다 민달팽이(sea slug)로, 북미 대서양 연안에 서식한다. 짙은 녹색의 몸통은 나뭇잎 모양이다.

특이하게도, 해조류를 뜯어 먹고 사는 이 복족류는 몸 속에 엽록체를 지니고 있어 스스로 광합성을 한다.  그런데 이 엽록체가 바로 먹이로 먹는 조류로부터 왔다.

어린 바다 민달팽이는 몸이 갈색이다. 부모의 엽록체가 전달되지 않기 때문이다. 황녹조류에 속하는 해조류(Vaucheria litorea)를 먹기 시작하면, 이때부터 엽록체는 소화되지 않고 바다 민달팽이의 몸속에 차곡차곡 저장되면서 녹색으로 변한다. 엽록체는 민달팽이 내부에서는 분열하지 않는다. 약 2주 동안 먹이를 섭취하면, 광합성으로 충분한 에너지를 얻을 수 있기 때문에 그 뒤 몇 달 동안 먹이를 먹지 않아도 민달팽이는 살아갈 수 있다.

엽록체 같은 색소체가 없는 생물이 다른 생물의 색소체를 체내에 들여와서 이용하는 현상을  '색소체탈취'(kleptoplasty  : klepto는 '훔치다'는 의미, plasty는 '색소체'를 의미 )라고 한다.

그런데 엽록체 자체의 DNA에는 광합성 기능에 필요한 단백질을 번역해내는 유전자가 10% 밖에 없다. 나머지는 식물 또는 해조류의 핵 DNA에서 나온다. 민달팽이 속에 들어간 엽록체는 광합성에 필요한 단백질을 어떻게 얻을까? DNA를 해독해 본 결과, 다른 식물이나 다른 해조류가 아닌, 바로 민달팽이가 먹는 Vaucheria litorea 의 DNA가 민달팽이의 핵 DNA에 통합되어 있었다. 그래서 엽록체는 민달팽이의 몸속에서도 필요한 단백질을 공급받으며 광합성을 지속할 수 있었다.

계통상 관계가 먼 생물의 DNA가 통합되는 현상을 '수평적 유전자 이동(horizontal gene transfer)'이라고 한다. 단세포 생물 간에는 흔히 보고된 현상이지만 해조류와 민달팽이의 경우 처럼 다세포 생물 사이에서는 매우 드문 현상이기 때문이다.

먹이인 해조류와 포식자인 민달팽이 사이에서 일어나는 엽록체의 내부공생(endosymbiosis)이나 다세포 생물 사이에서 먹이 유전자가 포식자로 전달되는 수평적 유전자 이동현상 등은 비교적 최근에 새롭게 발견한 현상이다. 앞으로 진화의 연구에 많은 도움이 되리라는 기대와 함께 후속 연구 결과가 계속 나올 것으로 예상된다.

참고 :
1. Rumpho ME, Worful JM, Lee J, et al. (November 2008). "From the Cover: Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (46): 17867–71(웹사이트)

2010년 1월 29일 금요일

프리온 단백질의 역할 규명


프리온(prion) 단백질이 신경섬유(nerve fiber) 사이의 전기 신호 전달 속도를 향상하는 말이집(myelin sheath) 형성에 기여한다는 연구 결과가 나왔다.

지금까지 변형 프리온이 소의 광우병이나 인간의 크로이츠펠트 야콥병(CJD) 같은 특정 뇌질환을 일으키는 원인이라는 것은 밝혀졌지만, 정상 프리온의 역할에 대해서는 뚜렷하게 알려진 게 없었다. 이번 연구는 사람을 비롯한 다른 포유류의 뉴런에서 광범위하게 존재하는 프리온의 본래 역할을 규명해 냈다는 데 의의가 있다.

취리히 대학교 신경병리학자 안드리아노 아구지(Adriano Aguzzi)가 이끄는 연구팀은 실험에서 프리온 단백질 유전자(Prnp gene)를 제거하여 프리온이 만들어지지 않는 쥐를 대상으로 연구했다. 그 결과 이들 모든 쥐의 좌골신경(sciatic nerve)에서 말이집이 비정상으로 나타났다. 말이집은 신경집세포(Schwann cell)를 둘러싸서 절연체 역할을 하여 뉴런의 전기 신호가 축삭말단(axon terminal)까지 빠르게 전달되도록 하는 역할을 한다. 이 때문에 프리온이 결여된 쥐는 정상 쥐보다 좌골 신경섬유에 흐르는 전기 신호가 느려진다는 것을 발견했다.

뉴런에 프리온을 복원시키면 말이집이 재생되었지만, 신경집세포에 넣으면 말이집이 재생되지 않았다. 프리온이 뉴런에 작용해서 말이집을 형성하게 한다는 것이 이번 연구에서 밝혀졌다. 그러나 어떻게 해서 이런 작용을 하는지는 후속 연구의 과제로 남았다. 앞으로 이런 연구들이 프리온 관련 질환을 예방하거나 치료하는 데 도움이 될 전망이다.

이번 연구 결과는 1월 24일자 네이처 신경과학(Nature Neuroscience)에 발표됐다.

2010년 1월 21일 목요일

아이티에서 활발한 포교활동을 하는 종교인들

재난으로 고통받는 아이티에 구호의 손길이 쏟아진다. 이 와중에 종교단체들의 특이한 구호 행태가 눈길을 끈다.  

1.  ‘들음으로 믿음이 생긴다’(Faith comes by Hearing)라는 미국의 기독교 단체는 아이티에 성경을 보내고 있다. 그런데 이게 그냥 성경이 아니다. MP3 플레이어처럼 작동하는 '프로클레이머'(Proclaimer)라고 이름 붙인 '오디오 성경 플레이어'인데, 아이티 사람들을 위해 전기나 배터리 없이 태양 전지로 돌아가게 특별히 제작했다. 그래서 프로클래이머는 "정글, 사막, 심지어 달나라에서도 성경을 틀 수 있다."고 한다.프로클래이머 하나면, 300명이 함께 성경을 들으면서 "아이티 사람들이 희망과 안식을 찾게 될 것"이라는 주장이다. 이 단체는 한 개 157달러인 이 '성경'을 보급하기 위해 모금 운동을 전개하면서, 지금 당장 3천 개를 더 보내야 한다고 호소 중이다.

2. 사이언톨로지(Scientology)라는 종교 단체는 노란 색 옷을 입은 자원 봉사자들(volunteer ministers)을 아이티에 파견했다. 이들은 e-meter라는 물건으로 환자들을 진찰하고, 몸 속 '독소제거술'(purification rundowns라는 것), '접촉 자극술'(touch assists라는 것) 등 그들 고유의 치료법으로 '봉사활동'을 하는 중이다.

고통이 심각한 곳일수록 포교활동은 더 활발해지는 듯 하다.

2010년 1월 15일 금요일

예측된 참사, 그래서 더 안타까운 아이티 지진

12일 21시 53분(UTC), 아이티에서 규모 7.0의 강진이 발생했다. 사망자가 무려 10만 명에 달하리라고 예상하는 대참사이다. 진원의 깊이(focal depth)가 고작 10km이므로 충격 흡수가 거의 없이 그 진동이 고스란히 지표(진앙, epicenter)로 전달되었기 때문에 피해가 더욱 컸다.

전체적인 과정으로 보면, 이번 지진은 어느 날 갑자기 발생한 천재지변이 아니다. 꾸준한 단층(fault) 운동으로 에너지가 충분하게 축적되어 발생한 결과이다. 아이티는 지진이 빈번한 엔리킬로-플랜틴 가든 단층 지대(Enriquillo-Plantain Garden fault zone (EPGFZ or EPGZ))에 있다. 이미 008년 3월 산토 도밍고에서 열린 18회 카리브 지질학 회의 때, 과학자들은 이 지역에서 일어날 "중대한 지진 재해"를 경고했다.(참고 1)

이 때 발표한 논문에서 규모는 7.2이며, 장소는 아이티의 포르토프랭스(Port-au-Prince)와 자메이카의 킹스톤(Kingston)이 될 것이라며 큰 재난을 우려했다. 실제 이번에 일어난 지진과 장소, 규모가 거의 완벽하게 들어맞았다.

리히터(Charles Richter)는 "오직 바보, 허풍쟁이, 거짓말쟁이만이 지진을 예측한다(Only fools, charlatans, and liars predict earthquakes)"라고 말했다고 한다. 하지만, 현대는 리히터가 살던 시대보다 훨씬 나아졌다. 발달한 과학기술, 정교한 장비, 꾸준한 측정 덕분에 지진 예측 능력은 엄청나게 향상됐다.

과학적 예측은 매우 타당한 증거에서 나온다. 과학에서 본다면 이번 지진도 예측된 당연한 지진이다. 그래서 지진 대비가 없는 낡은 건물, 부족한 구호장비 때문에 더 많은 사상자가 발생하는 현재 상황이 더욱 안타깝다.

 과학자들도 재해를 예방할 수 있는 사회 전반에 걸쳐 과학적 내용을 이해시키고 전달하는 데 많은 노력을 해야 한다. 그렇지 않으면 큰 재난 후 반드시 등장하는 지구 종말론이나 종교적 심판 같은 괴담이 돌아다니며 사회적 기회와 비용을 낭비하게 만들 것이다.

괴담이 퍼지기 전에, 아이티 사람 한 명이라도 더 도와줄 방법을 찾는 것이 구원에 한 발 가까이 다가가는 길이다.

참고
1. Mann, Paul, Calais, Eric, Demets, Chuck, Prentice, Carol S., and Wiggins-Grandison, Margaret (March 2008). "Entiquillo-Plantain Garden Strike-Slip Fault Zone: A Major Seismic Hazard Affecting Dominican Republic, Haiti and Jamaica". 18th Caribbean Geological Conference.(웹사이트)
2. Could the Haiti Earthquake Have Been Predicted?, Time (January 13, 2009).(웹사이트)

2010년 1월 14일 목요일

포유류 유전체는 바이러스 유전자 창고

 미국과 일본으로 구성된 국제 연구팀이 비(非) 레트로바이러스(non-retrovirus) 계열에서 유래한 유전물질이 인간을 포함한 일부 포유류의 유전체(genome)에 통합되어 있다는 증거를 밝혀냈다.

이들 연구팀은 포유류 염기서열 데이터베이스를 비 레트로 바이러스인 보르나 바이러스(borna virus) 염기서열과 비교했다. 그 결과 인간을 비롯한 영장류, 설치류, 코끼리 등 다른 포유동물에게서 내재 바이러스(endogenous virus)에서 유래한 핵 단백질(endogenous Borna-like N, 연구팀이 EBLN이라고 명명)을 찾아냈다.

 
1월 7일 자 네이처에 발표된 이 연구결과는 비 레트로 바이러스에서 기원하는 염기서열이 포유류 유전체에 혼합되었다는 증거를 최초로 발견해 냈다는 의의가 있다.(자료)

포유류 유전체에는 바이러스에서 유래한 염기서열이 약 8% 포함되어 있는데, 이전 연구에서는 레트로바이러스 것만을 발견했었다. 그러나 이번 연구는 보르나 바이러스 같은 비 레트로 바이러스의 염기서열도 끼어 있다는 것을 밝혀냈다.

이 염기서열을 찾기 위해 연구팀은 인간 단백질 데이터베이스를 검색해서, 보르나 바이러스에서 발견되는 것과 유사한  두 개의 가설 단백질(hypothetical proteins)을 찾아냈다. 그다음, 미 국립생물공학정보센터(NCBI) 데이터베이스 중 하나인 tblastn을 검색해서 침팬지, 고릴라, 오랑우탄 등 여러 종의 영장류 유전체에서  EBLN 요소들을 찾아냈다. 그 외  코끼리와 몇몇 설치류에서도 발견되었다.

후속 실험으로, 연구팀은 이들 EBLN 사이의 계통발생 관계를 추적한 결과, EBLN 요소들이 약 4천만년 전부터 영장류에 있었다는 것을 찾아냈다. 이에 비해  설치류인 열세줄땅다람쥐(Spermophilus tridecemlineatus)의 유전체에는 EBLN 요소가 비교적 근래에 통합되었다는 것도 밝혔다.  

연구팀은 RNA가 유전물질인 보르나 바이러스의 염기서열이 DNA에 복제될 수 있고, 유전체에 통합된다는 증거를 찾아냈다. 이것이 정확히 어떤 메커니즘에 의해 포유류 유전체에 통합될 수 있는지는 후속 연구 과제로 남겼지만, 역전사 효소(reverse transcriptase)와 관련 있는 레트로트랜스포손(retrotransposon)가 포함되었으리라고 연구팀은 추측했다. EBLN이 위유전자(僞遺傳子, pseudogene) 역할을 해서, 숙주인 포유동물의 유전체에서 기능을 발휘하고 있을 가능성을 제시했다.

참고 자료
1. Masayuki Horie, Tomoyuki Honda, Yoshiyuki Suzuki, Yuki Kobayashi, Takuji Daito, Tatsuo Oshida, Kazuyoshi Ikuta, Patric Jern, Takashi Gojobori, John M. Coffin & Keizo Tomonaga. Endogenous non-retroviral RNA virus elements in mammalian genomes. Nature, 2010; 463 (7277): 84 DOI: 10.1038/nature08695
2. Cédric Feschotte. Virology: Bornavirus enters the genome. Nature, 2010; 463 (7277): 39 DOI: 10.1038/463039a
3. http://www.genomeweb.com