브라질 공룡 뼈 속의 미세 구조
길이 약 23마이크로미터, 너비 약 20마이크로미터인 미세 구조와 혈액에 쓰이는 분자의 화학적 흔적이 약 1억 1,500만 년 전 브라질에 살았던 공룡의 다리뼈에서 발견됐다. 연구진은 이 구조를 광물화된 적혈구로 해석했지만, 외부 전문가 한 명은 이 식별에 이의를 제기했다.
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2026년 11월 2일 학술지 Proceedings of the National Academy of Sciences에 발표된 이번 연구는 백악기 전기에 두 다리로 걸었던 포식자 아라타사우루스 무세우나시오날리(Aratasaurus museunacionali)를 조사했다. 화석은 브라질 북동부 세아라주의 석고 광산에서 나왔다. 남아 있는 뼈에는 오른쪽 넓적다리와 하퇴부, 발의 일부가 포함돼 있다.
호주 퍼스에 있는 커틴대학교의 유기·동위원소 지구화학자 클리티 그라이스가 이끄는 연구팀은 헴 B와 화학적으로 변형된 유사 물질인 3,8-디에틸 헴 B를 검출했다. 헴은 철을 함유한 성분으로, 적혈구의 주요 산소 운반 단백질인 헤모글로빈의 기능을 돕는다.
연구진은 뼈의 혈관관, 즉 과거 혈관이 지나던 통로 안에 있는 미세 구조에서 해당 화학 성분을 발견했다는 점에 특히 주목했다. 앞선 연구에서도 공룡 화석에서 혈구로 추정되는 형태가 확인된 바 있다. 이번 연구팀은 구조의 위치와 광물 보존 상태, 화학적 증거가 결합돼 자신들의 주장을 더 뒷받침한다고 설명했다.
이번 연구의 제1저자인 그라이스는 지질학적 시간을 거쳐 남은 흔적이라는 관점에서 발견을 설명했다.
공룡 피가 담긴 병을 발견한 것은 아닙니다. 고대 생물학이 남긴 광물과 분자의 메아리를 보고 있는 것이며, 과학적으로는 그 점이 훨씬 더 흥미롭습니다.
독특한 역사를 지닌 어린 포식자
아라타사우루스는 몸길이가 약 3.1미터였고, 몸무게는 대략 35킬로그램으로 추정된다. 연구 대상 개체는 죽었을 당시 약 네 살이었을 가능성이 높아, 아직 성장 중인 어린 개체 또는 젊은 성체로 보인다.
화석은 세아라주와 페르남부쿠주, 피아우이주가 만나는 아라리피 고원 지역의 호무알두층에 있는 미나 페드라 브랑카 유적지에서 나왔다. 이 지층은 화석이 유난히 잘 보존된 것으로 알려져 있다.
공동 저자이자 브라질 국립박물관의 고생물학자인 알렉산더 켈너는 이 동물의 유해가 고대 호수 바닥에 가라앉았다고 설명했다. 골격 대부분은 사라졌지만, 남아 있던 다리뼈는 해부학적 정보와 화학 분석용 표본을 제공했다.
이 표본은 훨씬 최근의 재난에서도 살아남았다. 2018년 화재로 박물관이 큰 피해를 입었을 당시 국립박물관에서 표본을 복원 중이었다. 켈너에 따르면 화석이 있던 구역은 불길을 피했다.
석고 광산에서 분자 연구까지
이번 발견에 앞서 브라질과 해외 연구진은 거의 20년간 연구를 이어왔다. 화석을 준비하는 과정에서 남은 작은 파편은 극미량의 유기 화합물까지 검출할 수 있는 장비를 활용하는 데 귀중한 재료가 됐다.
- 2008년: 세아라주의 석고 광산에서 화석이 발견돼 산타나 두 카리리의 플라시두 시다지 누벤스 고생물학 박물관으로 옮겨졌다.
- 2016년: 추가 연구를 위해 표본이 리우데자네이루 국립박물관으로 보내졌다.
- 2018년: 화석이 국립박물관 화재에서 살아남았다.
- 2020년: 줄리아나 사요가 이끄는 연구팀이 아라타사우루스 무세우나시오날리를 신종으로 발표했다.
- 2026년 11월 2일: 미세 구조와 혈액 관련 화학 성분을 조사한 연구가 PNAS에 발표됐다.
이번 연구에 참여한 브라질 연구진으로는 카리리 지역대학교의 헤낭 반팀과 안토니우 사라이바, 그리고 리우데자네이루 연방대학교 국립박물관의 사요와 켈너가 있다. 독일과 일본, 미국의 연구기관 소속 연구자들도 참여했다.
형태와 화학 성분을 연결한 방법
연구팀은 현미경 관찰과 광물 분석, 분자 화학 분석을 결합했다. 각 방법은 퍼즐의 서로 다른 부분, 즉 구조의 형태와 구조를 보존한 물질, 남아 있는 유기 화합물을 살펴보는 데 쓰였다.
고성능 액체 크로마토그래피로 화석에서 추출한 화합물을 분리했다. 이어 질량분석법으로 분자량과 화학적 패턴을 분석해 화합물을 식별했다. 연구진은 자외선과 가시광선 흡수 등을 포함한 측정값을 실제 현대 표준물질과 비교했다.
라만 분광법과 전자현미경 분석도 추가 증거를 제공했다. 라만 분석은 빛이 물질과 상호작용하는 방식을 이용해 화학적 특성을 밝히며, 전자현미경은 일반 광학현미경으로 볼 수 없는 세부 구조를 보여준다. 이 방법들을 함께 사용해 미세 구조 내부의 헴 관련 신호를 확인했다.
그라이스는 같은 물리적 환경에서 여러 관찰 결과를 연결한 것이 연구의 가치라고 말했다. 추출물에서 혈액 관련 분자가 나온 것은 하나의 단서다. 그 화학 성분이 과거 혈관 안에 있던 특정 구조 내부에서 확인되면 연구진은 검증할 수 있는 더 구체적인 설명을 세울 수 있다.
연구팀은 오염 가능성도 조사한 뒤 주변 미생물이나 식물이 검출된 헴의 출처일 가능성은 낮다고 결론 내렸다. 화석 뼈는 수백만 년 동안 퇴적물과 물, 유기체에 노출돼 이들로부터 자체 유기 물질이 유입될 수 있으므로 중요한 검토다.
망간 광물이 보존 과정을 설명할 수 있다
자연에서 생성되는 망간 산화물 광물인 하우스마나이트가 적혈구로 식별된 구조와 함께 확인됐다. 연구진은 화석화 과정 초기에 광물이 형성되면서 세포가 분해돼 형태를 잃기 전에 세포를 안정화하거나 복제하는 데 도움이 됐을 수 있다고 제안했다.
빠른 매몰도 영향을 미쳤을 수 있다. 연구팀은 산소가 적고 미생물 매트가 형성된 환경을 설명으로 제시했다. 미생물 매트는 표면에 함께 살아가는 미생물들이 얇게 이룬 층이다. 이런 조건은 부패를 늦추고 광물 보존이 일어날 가능성을 높였을 수 있다.
연구진이 제시한 과정은 매몰 환경과 미세한 증거를 연결한다. 퇴적물이 유해를 덮었고, 특이한 국지적 화학 환경이 광물 형성을 촉진했으며, 그 결과 생긴 구조와 함께 일부 유기 화합물이 보존됐다는 것이다. 구체적인 시점과 화학적 과정은 화석이 이례적으로 잘 보존된 이유에 대한 가설로 남아 있다.
헴은 헤모글로빈 단백질 전체보다 훨씬 작다. 따라서 헴과 변형된 부산물을 찾으면 연구진은 동물의 생물학적 특성을 보여주는 화학 성분 일부에 접근할 수 있다. 회수된 물질은 보존된 액체 혈액이 아니라 광물화된 구조와 분자 흔적이다.
외부 전문가가 세포 식별에 의문을 제기한 이유
이번 연구에 참여하지 않은 노스캐롤라이나주립대학교의 분자 고생물학자 메리 슈바이처는 미세 구조가 무엇인지에 대한 해석에 이의를 제기한다. 그의 반론은 구조의 형태와 크기, 조류나 파충류 같은 동물의 적혈구에서 볼 수 있을 것으로 예상되는 특징이 확인되지 않는다는 점에 관한 것이다.
성숙한 사람의 적혈구는 유전 물질을 담는 구획인 핵을 잃는다. 반면 조류와 파충류의 적혈구에는 핵이 남아 있어 보통 눈에 띄게 불룩한 부분이 생긴다. 슈바이처는 화석 구조가 더 오목해 보이고 그런 돌출부가 없다고 말했다.
슈바이처는 이 구조가 포유류가 아닌 동물의 적혈구 대부분보다 작다고도 본다. 구조의 형태에 대한 이견을 설명하며 그는 다음과 같이 말했다.
형태학적 유사성이 확인되지 않습니다.
연구 논문 저자들은 혈관관 내부에 다수의 구조가 있다는 점, 광물화, 해당 구조와 연관된 헴 관련 화학 신호 등 복합적인 증거에 근거해 해석했다. 슈바이처는 생물체에서 유래한 분자가 지질학적 시간을 거쳐 살아남을 수 있다는 점을 인정하고 새로운 분자 분석 기법의 활용도 환영하지만, 이 구조들이 적혈구라는 결론에는 동의하지 않는다.
따라서 핵심 쟁점은 구조의 정체다. 논문 저자들은 화학적 증거가 뒷받침하는 세포 잔해가 보존됐다고 보는 반면, 슈바이처는 눈에 보이는 해부학적 형태가 이 공룡의 적혈구로 예상되는 특징과 맞지 않는다고 본다.
조류 혈액과의 비교가 보여주는 점
화석 구조의 평균 길이는 22.97마이크로미터, 너비는 19.54마이크로미터였다. 마이크로미터는 1밀리미터의 1,000분의 1이므로, 이 물체들은 맨눈으로 관찰하기에는 너무 작다.
연구에 제시된 비교 자료에 따르면 현대 조류 적혈구의 너비는 약 7.5~13마이크로미터다. 이 수치를 기준으로 하면 화석 구조의 너비는 약 1.5~2.6배다. 화석 구조는 거의 구형인 반면 현대 조류 적혈구는 더 뚜렷하게 길쭉한 형태로 묘사됐다.
조류와의 비교, 그리고 슈바이처가 더 폭넓은 동물군과 비교한 결과는 크기에 대해 서로 다른 평가로 이어진다. 그의 비판에는 오목한 형태와 핵 돌출부의 부재도 포함된다. 크기 측정만으로는 이런 특징을 판단할 수 없다.
세포 크기는 산소 운반이 동물의 에너지 수요와 관련돼 있어 연구자들의 관심을 끈다. 연구팀은 분자 연구가 멸종 동물의 혈액 진화와 대사, 활동성을 조사하는 데 언젠가 도움이 될 수 있기를 기대한다. 아라타사우루스의 체온이나 활동 수준을 직접 추정한 결과는 제시되지 않았다.
콜라겐 흔적이 더하는 고대 생물학의 단서
화석에서는 뼈와 다른 결합 조직에 풍부한 구조 단백질인 콜라겐과 관련된 아미노산도 검출됐다. 아미노산은 단백질을 구성하는 작은 화학 단위다.
이 발견으로 연구 범위는 혈액 화학을 넘어선다. 뼈에는 지지 조직과 관련된 증거뿐 아니라 산소 운반과 연관된 화합물도 보존돼 있어 연구진은 한 종류 이상의 고대 생물학적 물질을 조사할 수 있다.
온전한 고대 콜라겐 단백질이나 공룡 DNA는 회수되지 않았다. 그라이스는 복잡한 생물학적 정보를 담은 큰 분자는 작은 분자나 화학적으로 변형된 잔류물과 보존 특성이 다르다고 설명했다.
이번 발견과 관련해 언급된 가장 오래된 DNA 보고 사례는 약 200만 년 전 그린란드 퇴적물에서 나온 것이다. 아라타사우루스 화석은 약 1억 1,500만 년 전 것이다. 이번 연구는 그보다 훨씬 오랜 기간에 걸쳐 일부 화학 흔적이 살아남았는지를 다룬다.
그라이스는 생물학적 정보가 얼마나 오래 지속될 수 있는지를 과학자들이 계속 조사하도록 이번 연구가 독려한다고 말했다.
이번 연구는 생물학적 정보가 일정한 시간이 지나면 모두 사라질 것이라고 단정하는 대신, 분자 보존의 한계를 계속 검증하도록 독려합니다.
박물관에 보관된 작은 파편이 더 많은 답을 줄 수 있다
아라타사우루스 분석에는 화석을 준비하는 과정에서 남은 작은 조각들이 사용됐다. 이 점은 박물관에 실질적인 의미가 있다. 과거 작업 때 보관해 둔 파편에도 예전 분석법으로는 검출할 수 없었던 화학 성분이 담겨 있을 수 있기 때문이다.
일부 분자 검사는 시료를 분쇄하거나 다른 방식으로 소모해야 하므로 표본 선정이 중요하다. 남은 파편은 본 화석을 해부학 연구와 전시에 활용하면서도 이러한 분석에 쓸 재료를 제공할 수 있다.
후속 연구에서는 다른 표본에서도 혈관 구조와 광물, 헴 화학 성분이 비슷하게 결합된 사례가 있는지 조사할 수 있다. 여러 화석을 비교하면 보존 과정에 관한 연구를 진전시키고 세포 식별에 대한 이견을 다루는 데도 도움이 될 것이다.
커틴대학교 지구·행성과학대학 학장인 마틴 반 크라넨동크는 우주생물학, 즉 우주 생명체를 연구하는 분야에서의 잠재적 활용 가능성도 언급했다. 지구의 가혹한 환경에서 어떤 생물학적 흔적이 살아남는지 이해하면 다른 천체에서 고대 생명의 흔적을 찾는 데 참고가 될 수 있다.
고생물학에서 당장 가능한 일은 좀 더 가까이 있다. 화석의 미세 해부학적 구조와 화학 성분을 연결하는 장비로 익숙한 소장품을 살펴보는 것이다. 브라질 표본은 온전하지 않은 다리에서 나온 몇 조각이라도 다시 살펴볼 가치가 있음을 보여준다.
핵심 내용
- 2026년 11월 2일 발표된 연구에서 약 1억 1,500만 년 된 공룡 화석의 헴 관련 화합물이 확인됐다.
- 화석은 브라질 세아라주에서 발견된 어린 아라타사우루스 무세우나시오날리의 것으로, 몸길이는 약 3.1미터였다.
- 연구진은 뼈의 혈관관 안에 있는 미세 구조를 광물화된 적혈구로 해석한다.
- 외부 고생물학자 메리 슈바이처는 형태와 크기, 핵 돌출부의 부재를 들어 이 식별에 이의를 제기한다.
- 하우스마나이트 광물화와 산소가 적은 환경에서의 빠른 매몰이 구조와 화학 성분을 보존하는 데 도움이 됐을 수 있다.
- 연구팀은 콜라겐과 관련된 아미노산도 검출했다. 온전한 고대 단백질이나 공룡 DNA는 회수되지 않았다.
- 이번 발견은 박물관이 이미 보관 중인 파편에서 분자 흔적을 조사할 기회를 열어준다.
