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공룡박사 이야기

  • 07 새의 기원과 진화
  • 새는 하늘을 나는 척추동물로 이런 비행능력은 다른 척추동물들로부터 새를 쉽게 구별 할 수 있게 한다. 그럼, 새는 언제 지구상에 출현하였을까? 처음부터 하늘을 날 수 있는 능력을 가지고 있었을까? 하늘을 날 수 있다면 모두 새라 부를 수 있을까?

    • 새는 언제 지구상에 출현하였을까?
    • 새가 언제 지구상에 출현하였는지, 어떻게 진화되어 왔는지를 알기 위해서는 엉뚱하게도 공룡과 새의 관계를 알아야 합니다. 그렇다면 공룡과 새는 어떤 관계가 있는 것일까요? 공룡은 지질시대 중 중생대 2억 3천만년 전부터 6천 5백만년 전까지 약 1억 6천 5백만년 동안 생존한 파충류의 한 무리입니다. 또한, 가장 오래된 새 화석으로 알려진 시조새(아르케옵테릭스 (Archaeoptery) 역시 공룡이 살았던 중생대에 생존하였습니다. 1861년 독일 바바라 지방의 쥐라기 지층인 졸른호펜(Solenhofen)의 석회암에서 깃털화석 한점이 발견되었고, 그 후 거의 완전한 두 점의 시조새(Solnhofen & Berlin specimen) 화석이 발견되어 새의 기원을 연구하는 중요한 계기가 되었습니다. 두 점의 화석표본에서는 깃털의 자국과 시조새의 모든 뼈를 확인할 수 있었는데, 이 중 깃털은 새에서만 나타나는 특징이기에 따라서 시조새는 가장 오래된 새가 되었답니다.

      시조새가 발견된 졸른호펜의 지층은 약 1억 5천만년 전인 쥐라기 후기 지층이므로 적어도 시조새는 1억 5천만년 전에 이미 지구상에 출현하였으며, 새의 기원은 그 보다 더 거슬러 올라 갈 것입니다. 1859년 다윈(Charles Darwin)이 종의 기원을 발표한지 2년 뒤 발견된 깃털화석 1점, 그리고 시조새 화석의 발견, 그 후 1868년 시조새표본을 연구한 헉슬리(Thomas Huxley)는 시조새가 파충류와 조류의 중간단계이며 다윈의 진화이론을 뒷받침하는 증거라 주장하였고 오늘날 시조새화석은 새와 공룡을 연결하는 첫 번째 증거화석으로 받아들여지고 있습니다. 시조새의 골격은 까치 크기의 조그마한 육식공룡의 골격과 매우 흡사한데, 이빨을 가진 부리, 긴 꼬리, 날카로운 발톱 등 모든 해부학적 특징은 깃털만 없다면 새보다는 공룡에 더 가깝습니다. 이처럼 시조새는 육식공룡에서 물려받은 더욱 진화된 특징을 쉽게 찾아 볼 수 있으며, 공룡으로 치면 데이노니쿠스(Deinonychus)나 벨로시랍토르(Velociraptor)가 속해 있는 마니랍토라(Maniraptora)그룹에 속한답니다.

    • 시조새(Solnhofen specimen; Barthel et al., 1994)
      시조새(Solnhofen specimen; Barthel et al., 1994)
      시조새(Berlin specimen; Barthel et al., 1994)
      시조새(Berlin specimen; Barthel et al., 1994)
    • 시조새와 오리 골격 비교
      시조새와 오리 골격 비교

      새의 진화계통도(modified from Padian, k. and Chiappae, L. M., 1999)
      새의 진화계통도(modified from Padian, k. and Chiappae, L. M., 1999)

    • 새, 하늘을 날다
    • 새의 가장 큰 특징은 깃털을 갖고 있다는 것입니다. 특히, 하늘을 나는 새들은 양쪽의 깃대가 같은 양의 깃털을 갖고 있지 않은 비대칭 깃털을 갖고 있는데, 이런 불균형적인 깃털의 의미는 날 수 있는 능력의 상징입니다. 그렇다면 깃털은 언제 진화한 것일까요? 이러한 깃털은 파충류의 비늘과 동일한 조직에서 발달하였습니다. 이는 현생 조류의 다리에서도 쉽게 관찰할 수 있는데, 새의 다리를 보면 전형적인 비늘에서 깃털로 변화된 것임을 알 수 있답니다.
      깃털의 진화를 알 수 있는 화석들이 최근 중국 요동성 지역의 중생대 호수퇴적층에서 많이 발견되었다.
      이곳에서는 시노사우롭테릭스(Sinosauropteryx), 카우딥테릭스(Caudipteryx), 아르케오랍토르(Archaeoraptor), 프로트아르케옵테릭스(Protarchaeopteryx), 신오르니토사우루스(Sinornithosaurus) 등의 육식공룡의 화석이 발견되어 새와 공룡의 연결고리를 알아내기 위한 연구가 진행 중인입니다. 이들 모두에게서 깃털구조를 관찰 할 수 있었습니다. 하지만 이들이 갖고 있는 깃털은 시조새보다 더 원시적이고, 대칭적인 깃털을 가지고 있어 오늘날 새처럼 완벽하게 날지는 못하였던 것 같습니다. 따라서 이들 깃털공룡의 원시깃털(protofeathers)은 비행을 위해서라기보다 체온을 유지하기 위한 보온의 기능내지 자기과시용의 기능을 한 것으로 여겨진다. 이러한 사실에서 새의 비행능력이 초기 육식공룡의 보온이나 자기 과시를 위해 존재하였던 원시 깃털에서부터 발달한 진화의 산물임을 알 수 있답니다.

      지금까지의 연구결과는 소형 육식공룡으로부터 진화한 조류는 공룡이 갖고 있는 조류의 특징을 새(Bird)로 진화한 후 자신의 용도에 맞게끔 단순히 기능만 바꾸어서 사용하고 있었던 셈입니다. 또한, 현대적 의미의 새의 깃털은 새가 지구상에 출현하기 전에, 그리고 비행을 하는데 이용하기 전에 이미 육식공룡에서 진화되었고 이용되었음을 보여줍니다. 따라서 깃털은 더 이상 새(Bird)만 가지는 고유의 특징이라 할 수 없습니다.

      공룡은 멸종하지 않았다. 다만 새로 진화하여 하늘을 날 고 있을 뿐..
    • 시노사우롭테릭스(Sinosauropteryx)화석 사진
      시노사우롭테릭스(<em>Sinosauropteryx</em>) 복원도

      시노사우롭테릭스(Sinosauropteryx)화석 사진(좌)과 복원도(우)
      (사진 출처: http://www.amnh.org; http://www.luisrey.ndtilda.co.uk)
    • 카우딥테릭스(Caudipteryx)화석
      카우딥테릭스(Caudipteryx) 복원도

      카우딥테릭스(Caudipteryx) 화석(좌)과 복원도(우)
      (사진 출처: http://www.amnh.org; www.fischbild.de/caudipteryx.jpg)

    • 하늘의 지배자 익룡, 박쥐, 그리고 새
    • 새, 익룡, 박쥐 날개의 형태 비교
      지구상에 출현한 척추동물 중 하늘을 지배한 동물은 중생대에 생존했던 익룡, 그리고 오늘날의 박쥐와 새 뿐입니다. 이들은 하늘을 나는 능력을 가졌으나, 날개 구조는 확연히 다르답니다.

      새의 날개에는 깃털이 달려 있는 반면, 익룡의 날개는 깃털이 있는 새와 달리 박쥐와 비슷한 피부막으로 이루어져 있습니다. 박쥐는 네 개의 앞발가락으로 피부막을 지탱하고 익룡은 길어진 네 번째 앞발가락만으로 날개를 지탱하고 있답니다. 익룡은 팔에서 길게 뻗어나온 네 번째 손가락이 피부가 늘어나 생긴 얇은 막을 지탱하고, 박쥐는 날개가 익룡처럼 피부의 막으로 되어 있지만 익룡과는 달리 길게 뻗은 네 개의 손가락이 막을 지탱하고 있습니다. 이와는 달리 새는 손가락이 모두 한데 모여져 있으며, 익룡이나 박쥐와 다른 큰 특징은 깃털이 나서 날개를 만든다는 점입니다. 또한, 새와 공룡의 발 구조와 기능에 대한 연구결과는 새가 진화된 두발을 이용하여 육식공룡처럼 발가락으로 걷는다면, 익룡과 박쥐는 네다리로 걷는 조상으로부터 날 수 있게 진화하여 발바닥으로 걸었습니다.

  • 육식공룡에서 나타나는 조류적 특징
    1. 뒷발로 걷는 이족 보행, 이족보행은 오직 새와 공룡만이 가능해요
    2. 두개골의 많은 공간과 뼈 속 빈공간, 가벼워져 비행이 가능해요
    3. 등을 수평으로 유지한 채 뒷다리를 중심으로 머리와 꼬리가 균형을 이루며 뛰는 자세
    4. 정강이뼈 보다 짧아진 대퇴골과 종아리뼈의 퇴화, 걸음걸이의 속도 증가
    5. 뒷발가락 중 중앙의 세발가락만 사용, 첫 번째와 다섯 번째 발가락은 퇴화
    6. 손목을 새의 날개처럼 접을 수 있고 차골을 가짐
    7. 뒷다리와 꼬리의 연결 근육이 없음
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