[사이언스카페] 로봇으로 부활한 공룡, 생전 모습 밝힌다

韓연구진 “깃털 공룡 날개는 곤충 사냥용”
로봇 공룡 만들어 메뚜기 대상 실험
물에서 사냥한 육식공룡도 로봇으로 입증
공룡 미스터리 풀고, 우주탐사에도 활용

2억9000만년 전에 살았던 오로바테스의 화석을 토대로 만든 로봇인 오로봇. 이 로봇을 통해 오로바테스가 오늘날 파충류처럼 걸었다는 사실을 밝혔다./네이처

1억 2400만년 전에 깃털을 가졌던 공룡인 카우딥테릭스(Caudipteryx, A). 한국 연구진이 공룡 화석을 토대로 로봇 공룡인 ‘로밥테릭스(Robopteryx)’를 만들어 날개가 곤충(화살표)을 놀라게 해서 사냥하는 용도로 쓰였음을 입증했다(B, C)./서울대

깃털 공룡이 풀밭에서 날개를 펼치자 메뚜기가 놀라 튀어 오른다. 물에서는 공룡이 꼬리를 노처럼 저으며 돌진한다. 영화 ‘쥬라기공원’ 시리즈의 신작이 나온 것이 아니다. 과학자들이 실험실에서 만들어낸 로봇이 화석과 만나 공룡이 실제로 어떻게 움직였는지 알려주고 있다. 이른바 ‘로봇 고생물학’이 공룡 연구에서 잃어버린 고리들을 하나씩 찾고 있다.

◇날지 못한 공룡, 깃털은 벌레 사냥용

피오르트 야브원스키(Piotr Jablonski) 서울대 생명과학부 교수 연구진은 지난 25일 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트’에 “초기 깃털 공룡이 원시 날개를 비행보다 곤충 같은 작은 동물을 사냥하는 데 썼음을 로봇 실험으로 입증했다”고 밝혔다. 이번 연구에는 이상임 대구경북과학기술원(DGIST) 교수와 문형필 성균관대 교수도 참여했다.

연구진은 백악기 초기인 1억 2400만년 전에 깃털을 가졌던 공룡인 카우딥테릭스(Caudipteryx)를 연구했다. 이 공룡은 그동안 화석 연구를 통해 공작새만 한 크기에 앞다리와 꼬리에 깃털이 있었던 것으로 밝혀졌다. 과학자들은 카우딥테릭스의 깃털이 하늘을 나는 것보다 짝짓기 상대를 유혹하거나 알을 품는 데 쓰였다고 추정했다.

한국 연구진은 깃털의 용도가 더 있다고 보고 공룡 화석을 참조해 로봇 공룡인 ‘로밥테릭스(Robopteryx)’를 만들었다. 로봇 공룡을 풀밭에 데려가서 메뚜기 앞에서 날개를 움직이도록 했다. 메뚜기는 놀라 펄쩍 뛰었다.

메뚜기는 천적이 나타나면 풀숲에 숨거나 제자리에서 죽은 척을 한다. 로봇 공룡이 처음 나타났을 때도 마찬가지였지만, 날개 골격을 움직이자 바로 뛰어올랐다. 실제 공룡이라면 바로 메뚜기를 잡을 수 있는 상황이다. 로봇 공룡의 유인 전략에 말려든 메뚜기는 절반 가까이 됐다. 연구진은 이후 날개 골격에 깃털 모양으로 종이를 붙였다. 이 상태로 날개를 펴자 메뚜기의 93%까지 뛰어올랐다. 날개가 넓고 색이 밝을수록 혼비백산해 뛰어오르는 메뚜기가 더 많았다.

◇“식충 공룡 아니었다” 반박도 나와

연구진은 “원시 날개를 가진 공룡들이 대부분 곤충을 잡아먹었다”며 “이런 방식으로 먹잇감을 놀라게 해 사냥했을 것”이라고 분석했다. 실제로 오늘날 날지 못하는 조류 중에서도 비슷한 방식으로 땅에서 날갯짓해서 곤충을 놀라게 하는 종들이 있다. 야브원스키 교수는 “날개가 클수록 새들이 곤충을 더 많이 잡아서 둥지로 가져온다”며 “깃털을 가진 공룡 역시 사냥을 잘 했을 것”이라고 말했다.

과학자들은 이번 실험 결과가 깃털 공룡의 생태를 새로 밝혔다고 평가했다. 미국 텍사스대의 줄리아 클라크(Julia Clarke) 교수는 뉴욕타임스지 인터뷰에서 “날개가 하늘을 나는 기능만 할 필요는 없다”며 “새의 날개가 단순히 비행을 위한 역할을 넘어 얼마나 다양한 기능을 하는지 일깨워준다”고 말했다.

일부 과학자들은 이번 결과에 대해 의문을 제기했다. 미국 시카고 필즈 박물관의 징마이 오코너(Jingmai O’Connor) 박사는 미국 과학매체인 라이브 사이언스와의 이메일 인터뷰에서 “카우딥테릭스나 안키오르니스(Anchiornis)처럼 날지 못하는 깃털 공룡이 곤충을 잡아먹었다는 증거가 없다”고 밝혔다. 오코너 박사는 2019년 공룡 화석과 오늘날 조류의 소화기관을 비교해 카우딥테릭스가 주로 식물을 먹었고, 안키오르니스는 도마뱀과 물고기를 먹었다고 발표했다.

이에 대해 미국 국립자연사박물관의 피온 마(Fion Ma) 박사는 공룡의 식단이 생각보다 다양했을 가능성도 있다고 반박했다. 공룡의 위 내용물이 보존된 것은 매우 드문 일이어서 단정하기 어렵다는 것이다. 마 박사는 “카우딥테릭스나 안키오르니스 같은 깃털 공룡이 곤충을 사냥했다는 직접적인 증거는 없지만, 그런 가능성이 있다”며 “두 공룡의 먹이로 추정되는 도마뱀으로 로봇 실험을 해볼 필요가 있다”고 제안했다.

◇헤엄치며 사냥한 육식공룡도 로봇으로 입증

영화 ‘쥬라기공원3′에서 스피노사우루스(Spinosaurus)는 공룡계의 최강자 티라노사우루스(Tyrannosaurus)를 압도했다. 사실 티라노사우루스가 스피노사우루스보다 2500만년 이상 뒤에 나타나 두 육식공룡의 전투 장면은 허구이다. 미국 과학자들이 두 공룡이 같은 시기에 살았어도 마주치기 어려웠음을 로봇 고생물학으로 밝혔다. 티라노사우루스는 육지를 지배하고 스피노사우루스는 물속 최강자였다는 것이다.

미국 하버드대의 스테파니 피어스(Stephanie Pierce) 교수 연구진은 지난 2020년 네이처에 “아프리카 모로코에서 발굴한 화석을 통해 9500만년 전 살았던 스피노사우루스가 노처럼 생긴 길고 강력한 꼬리로 물속을 헤엄쳐 다녔다는 사실을 처음으로 알아냈다”고 밝혔다.

스피노사우루스는 라틴어로 ‘등뼈 도마뱀’이란 뜻이다. 등뼈들이 척추에서 수직으로 뻗어 마치 돛 같은 형태를 이루고 있다. 그동안 과학자들은 스피노사우루스가 악어와 비슷한 턱과 이빨을 가졌다는 점에서 오늘날 회색곰처럼 물가를 걸어 다니며 물고기를 잡아먹었다고 추정했다.

하지만 2015~2019년 모로코에서 그동안 형태를 알 수 없었던 꼬리뼈가 온전히 발굴되면서 스피노사우루스의 생전 모습이 다시 바뀌었다. 공룡은 성체가 아님에도 몸길이가 12m를 넘고 꼬리 길이만 5m에 가까웠다. 꼬리에도 등처럼 뼈들이 수직으로 나 있어 물고기의 지느러미와 같은 형태를 이루고 있었다. 꼬리의 축을 이루는 뼈들은 서로 완전히 맞물리지 않아 악어처럼 흔들기에 좋은 형태였다.

연구진은 화석 형태대로 꼬리 모형을 만들어 실험했다. 그 결과 스피노사우루스는 꼬리를 흔들어 물속에서 동시대 다른 육식 공룡보다 8배나 강한 추력을 만들 수 있었던 것으로 밝혀졌다. 에너지 효율도 3배 가까이 높았다. 이는 오늘날 악어에 맞먹는 수치였다. 두 발로 서서 사냥한 수각류(獸脚類)에서 처음으로 물속을 누빈 공룡이 확인된 것이다.

물속에서 사냥한 첫 육식공룡인 스피노사우루스./조선DB

◇악어 조상의 걸음걸이도 로봇으로 재연

공룡과 다르게 진화한 파충류인 악어도 로봇을 통해 과거 모습이 드러났다. 독일 베를린 훔볼트대의 존 니아카투라(John Nyakatura) 교수와 스위스 로잔연방공대의 아우케 이이스피어트(Auke Ijspeert) 교수 연구진은 지난 2019년 네이처에 “물에서 육지로 나온 초기 네발 동물이 지금까지 생각보다 훨씬 효율적으로 걸을 수 있었음을 컴퓨터 시뮬레이션과 로봇 연구를 통해 입증했다”고 밝혔다.

과학자들은 2008년 독일에서 원형 그대로 보존된 ‘오로바테스 파브스티(Orobates pabsti)’라는 네발 동물의 화석을 발굴했다. 2억 9000만년 전에 살았던 오로바테스는 양서류와 파충류의 중간 형태로 추정됐다. 발자국 화석도 같이 발굴됐다. 오로바테스는 조류와 파충류, 포유류가 속한 양막류(羊膜類)의 초기 동물이다. 양막류는 배아가 양막 안의 양수에 있어 육지에서도 살 수 있다.

연구진은 오로바테스 화석의 골격과 발자국 화석을 토대로 생전에 어떻게 이동했는지 보여주는 컴퓨터 입체 영상을 만들었다. 중력이나 마찰력 등 주변 환경 요인까지 대입해 시뮬레이션(가상실험)한 결과, 오로바테스는 양서류인 도롱뇽처럼 배를 바닥에 대고 다리를 옆으로 뻗어 기지 않고, 악어나 이구아나 같은 파충류처럼 배를 지면에서 떼고 다리를 세워 걸었던 것으로 나타났다. 연구진은 화석 모양대로 만든 로봇 ‘오로봇(OroBOT)’으로 실제 보행 실험도 진행해 역시 같은 결과를 얻었다.

과학자들은 화석을 토대로 로봇을 만들어 지금은 사라진 동물의 이동 형태를 역추적하는 연구 기법이 초기 조류의 비행이나 원시 인류의 두발 보행 같은 진화사의 미스터리들을 해결할 수 있다고 기대했다. 앞으로 시조새 로봇, 호모 에렉투스 로봇이 나올 수도 있다는 말이다. 로봇 공룡은 우주 탐사에도 활용될 수 있다. 중국 과학자들은 지난 2023년 도마뱀처럼 움직이는 로봇이 화성 탐사에 적합함을 실험으로 입증했다. 고생물학이 로봇을 만나 과거를 해석하고 새로운 미래를 만들고 있다.

2억9000만년 전에 살았던 오로바테스의 화석을 토대로 만든 로봇인 오로봇. 이 로봇을 통해 오로바테스가 오늘날 파충류처럼 걸었다는 사실을 밝혔다./네이처

참고 자료

Scientific Reports(2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-50225-x

Biomimetics(2023), DOI: https://doi.org/10.3390/biomimetics8010044

Nature(2020), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2190-3

Nature(2019), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0851-2

Palaeontology(2019), DOI: https://doi.org/10.1111/pala.12453

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