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작을수록 좋다...포유류, 아랫턱 작아지며 귀 생기고 뇌 커져

 

"포유류에는 뚜렷한 특징이 있다. 바로 '턱뼈와 귀뼈'다. 귀는 고막이 진동하면서 소리를 포착한다. 고막 속 작은 뼈 3개가 진동을 크게 증폭시켜 소리를 내이(內耳ㆍInner ear)로 전달하는 것이다. 이처럼 고막 안 중이(中耳ㆍmiddle-ear)에 뼈가 3개나 있는 생물은 포유류가 유일하다. 이 독특한 귀의 구조는 턱뼈에서 왔다"

 
중국에서 화석이 발견된 포유류의 가장 작은 조상으로 알려진 '모르가누코돈'. 버밍햄대 등 국제연구진에 따르면, 포유류는 덩치가 작아지도록 진화하며 턱의 구조가 소형화ㆍ단순화했고 이것이 귀의 형성으로 이어졌다. [사진제공=Paleocreations.com]

중국에서 화석이 발견된 포유류의 가장 작은 조상으로 알려진 '모르가누코돈'. 버밍햄대 등 국제연구진에 따르면, 포유류는 덩치가 작아지도록 진화하며 턱의 구조가 소형화ㆍ단순화했고 이것이 귀의 형성으로 이어졌다. [사진제공=Paleocreations.com]

 
포유류의 덩치가 작아지며 턱뼈가 귀뼈가 됐다는 연구결과가 제시됐다. 영국 버밍엄대ㆍ브리스톨대를 비롯한 국제공동연구진은 17일(현지시각) 포유류의 몸집이 작아지면서 턱뼈가 진화해 귀가 됐다는 내용의 논문을 발표하고 이를 국제학술지 '네이처(Nature)'에 게재했다.

 
기존 최소 5개의 뼈로 구성됐던 턱뼈가, 진화에 따라 구조가 단순화되고 크기도 줄어들어 '중이(中耳)'의 구조를 형성했다는 것이 논문의 핵심이다. 공룡은 몸집이 커지도록 진화했지만, 포유류는 오히려 소형화하도록 진화해 스스로 생존에 유리한 신체 구조를 형성했다는 것이 연구진의 설명이다.
 
5개에서 1개로 단순해지고 작아진 턱뼈...귀로 올라가 청력 향상
 
버밍햄대ㆍ브리스톨대 등 국제연구진이 제시한 포유류 조상의 턱뼈구조 변화 추이. 기존 여러개의 뼈로 구성된 턱뼈가 하나로 단순화되고 그 크기도 작아졌다. [자료제공=Birmingham University]

버밍햄대ㆍ브리스톨대 등 국제연구진이 제시한 포유류 조상의 턱뼈구조 변화 추이. 기존 여러개의 뼈로 구성된 턱뼈가 하나로 단순화되고 그 크기도 작아졌다. [자료제공=Birmingham University]

연구진은 먼저 X-선 단층촬영을 통해 포유류 두개골과 아래턱의 화석을 분석, 포유류 조상의 뼈에 어떤 변화가 일어났는지 관찰했다. 그리고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 변화과정을 볼 수 있는 모델을 생성했다. 포유류의 턱 구조를 분석할 수 있는 화석상의 증거는 비교적 뚜렷하게 남아있어, 그 변화를 분석하는 것이 용이했다.
 
분석 결과, 포유류는 덩치가 작아지도록 진화하면서, 턱뼈에 걸리는 스트레스 농도가 줄어들었고 이것이 턱의 구조를 단순화ㆍ소형화하는 데 기여한 것으로 드러났다. 복잡한 아래턱의 구조가 변화하며 기능을 상실한 다른 뼈들은 귀로 올라가 고막 속에 자리 잡았다. 또 크기는 줄어들었지만, 여전히 먹잇감을 포획하고 씹을 때의 힘은 유지되고 있었다.
 
중생대 백악기 지층에서 처음 발견된 뜀걸음 형태의 포유류 발자국 화석. 500원 동전보다 훨씬 작다. 화석을 근거로 만든 복원도다. [사진제공=문화재청]

중생대 백악기 지층에서 처음 발견된 뜀걸음 형태의 포유류 발자국 화석. 500원 동전보다 훨씬 작다. 화석을 근거로 만든 복원도다. [사진제공=문화재청]

연구를 진행한 버밍엄대의 스테판 로튼슐라저 교수는 "이 연구로 2억년 전, 포유류의 턱뼈가 귀뼈로 진화한 과정에 관해 설명할 수 있게 됐다"며 "덩치가 작도록 진화한 것이 턱뼈의 구조를 바꿔 귀가 될 수 있었던 요인"이라고 분석했다.
 
등자뼈밖에 없었던 고막에 망치뼈ㆍ모루뼈 생겨...소리 더 잘 증폭
 
현재까지의 연구에 따르면, 육지로 진출한 척추동물의 아래턱에는 원래 큰 뼈가 2개 있었다. 아래턱 끝부분에 있는 '치아뼈' 그리고 위턱과 연결된 부분의 '관절뼈'가 그것이다. 관절뼈는 위턱의 '방형골'이라고는 뼈와 접하고 있는데, 이곳이 연결되어 있어 턱을 열고 닫는 '경첩'역할을 했다.
 
인간의 경우 씹는 힘이 약해지면서 힘을 내는 '측두근'이 퇴화했고 이 때문에 뇌의 용적이 커진 것으로 분석됐다. [AP=연합뉴스]

인간의 경우 씹는 힘이 약해지면서 힘을 내는 '측두근'이 퇴화했고 이 때문에 뇌의 용적이 커진 것으로 분석됐다. [AP=연합뉴스]

그런데 포유류의 공통조상으로 꼽히는 '키노돈트'에서부터 변화가 시작됐다. 치아를 둘러싸고 있는 '치아뼈'로 구조가 통합되고 위턱과 연결고리 역할을 했던 관절뼈와 방형골의 역할은 점점 줄었다. 시간이 지나며 이것이 귀로 올라가 고막 속 '모루뼈'와 '망치뼈'가 됐다. 이 때문에 현대 포유류는 고막 속에 등자뼈ㆍ모루뼈ㆍ망치뼈 세 개의 뼈를 갖고 있어 소리를 잘 증폭시킬 수 있게 된 것으로 알려졌다.
 
연구진은 "턱의 구조가 단순화되고 작아졌지만, 여전히 먹잇감을 포획하고 씹는 등 아래턱이 튼튼해지고 씹는 힘이 강해졌다"고 밝혔다. 한편, 인간의 경우 씹는 힘을 내는 근육인 '측두근'이 퇴화해 오히려 뇌의 용적이 커질 수 있는 공간이 마련된 것으로 연구된 바 있다.
 
허정원 기자 heo.jeongwon@joongang.co.kr 
 
 
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