100만 년 된 중국 두개골, 인류 계통도를 다시 그리다

중국에서 발견된 두개골, 인류의 기원을 더 먼 과거로 끌어올리다

중국 중부 후베이성의 강변 단구에서 발견된 으스러진 두개골이 인류의 기원을 설명하는 새로운 기준점이 됐다. 첨단 스캔과 디지털 복원을 통해 국제 연구진은 윈셴 두개골 2호, 즉 윈셴 2호를 가상으로 복원하고 100여 점의 인류 화석과 비교했다. 분석 결과, 이 두개골은 호모 롱기(Homo longi), 이른바 ‘용인(Dragon Man)’과 베일에 싸인 데니소바인을 포함하는 계통의 초기 구성원일 가능성이 제기됐다. 연구진은 호모 사피엔스, 호모 롱기, 네안데르탈인으로 이어지는 주요 계통이 많은 과학자의 예상보다 훨씬 이른 시기, 어쩌면 130만 년도 더 전에 갈라졌을 수 있다고 분석했다.

이번 발견은 인류 진화의 핵심 시기인 약 100만 년 전부터 30만 년 전까지, 흔히 ‘중간기의 혼란’이라고 불리는 시기를 새롭게 조명한다. 복원된 윈셴 2호 두개골에는 눈에 띄게 다양한 특징이 섞여 있다. 일부는 널리 퍼져 살았던 초기 인류인 호모 에렉투스와 닮았고, 다른 특징은 아시아의 후대 대형 뇌 인류에 더 가깝다. 연구진은 윈셴 2호가 호모 롱기와 데니소바인을 포함할 가능성이 큰 아시아 계통군의 뿌리 가까이에 있다고 본다. 이 분류가 맞다면 우리 종과 네안데르탈인, 데니소바인의 기원이 된 집단은 약 100만 년 전 이미 서로 다른 집단으로 갈라져 있었던 셈이다.

윈셴 두개골에서 연구진이 발견한 것

윈셴 2호는 1990년 한강 인근 쉐탕량쯔에서 발견됐다. 매장 과정에서 두개골이 납작하게 눌리고 변형돼 초기에는 정확한 식별이 어려웠다. 연구진은 세심한 가상 복원 작업을 거쳐 두개골의 원래 형태와 크기를 평가할 수 있었다. 두개골은 길고 낮으며, 눈썹 융기가 두툼하고 뇌두개가 넓고 납작하다. 얼굴은 크지만 비교적 납작하고 광대뼈는 낮다. 두개 용량은 1,100밀리리터를 넘어 이 시기 인류 가운데 알려진 최대치이며, 현대 인류의 하한 범위에 해당한다. 뒤로 기운 이마와 튼튼한 눈썹 융기, 납작한 광대뼈와 더 큰 뇌가 함께 나타나 고전적인 호모 에렉투스 화석과 구별된다.

화석의 연대는 얼마나 오래됐나

윈셴 2호가 발견된 퇴적층과 함께 나온 동물 화석을 바탕으로 연대를 추정했으며, 자성층서학과 방사성 연대 측정법 등도 활용했다. 연구진은 두개골의 연대를 94만 년에서 110만 년 전 사이로 추정한다. 이는 아시아에서 발견된, 현대인에 가까운 크기의 뇌두개를 지닌 대형 두개골 가운데 가장 오래된 화석에 속한다.

오래된 특징과 새로운 특징의 조합

윈셴 2호에는 초기 인류와 후대 인류의 특징이 함께 나타난다. 두개골 윗부분은 두껍고 길며 높이가 낮아 호모 에렉투스와 비슷하다. 얼굴은 넓지만 비교적 납작하고, 광대뼈는 낮고 얕으며, 콧구멍은 넓다. 뒤통수는 발달해 있다. 입천장은 넓고 귀 주변에는 호모 롱기 집단으로 추정되는 다른 화석에서도 관찰되는 독특한 특징이 있다. 이런 공통점과 더 큰 뇌는 하얼빈 두개골과 진뉴산 화석 등 아시아의 후대 화석과 맞아떨어지며, 별도의 아시아 계통군을 정의하는 데 도움이 된다.

예상보다 일찍 갈라진 인류 계통도

연구진은 계통 관계를 파악하기 위해 100점이 넘는 두개골과 턱뼈의 치수와 해부학적 특징을 분석했다. 이 자료로 서로 다른 인류 집단의 친연 관계를 추정하는 분기형 도식인 계통수를 만들었다. 이번 분석에 따르면 네안데르탈인은 약 138만 년 전에 가장 먼저 갈라졌다. 이어 호모 사피엔스로 이어지는 계통과 호모 롱기 계통군이 약 132만 년 전에 분리됐다. 즉 데니소바인과 이들의 호모 롱기 친연 집단은 네안데르탈인보다 현대 인류에 더 가까운 것으로 나타났다. 연구진은 윈셴 2호가 이 분기점에 매우 가까운 위치에 있다고 봤으며, 이는 두개골에 원시적인 특징과 더 발달한 특징이 함께 나타나는 이유를 설명하는 데 도움이 된다.

데니소바인은 누구인가

데니소바인은 대부분 몇 점의 조각난 뼈와 치아에서 추출한 고대 DNA를 통해 알려져 있다. 2010년 시베리아 데니소바 동굴에서 처음 확인됐다. 데니소바인 조상의 유전적 흔적은 오늘날 아시아 여러 지역의 주민에게서 발견되며, 멜라네시아와 필리핀 일부 집단에서는 특히 높은 비율로 나타난다. 이번 분석은 데니소바인이 하얼빈 두개골 같은 아시아 화석으로 확인되는 계통인 호모 롱기 계통군에 속한다고 주장한다. 이 주장이 맞다면 데니소바인은 수십만 년 동안 아시아 전역에 널리 퍼져 살면서 다른 인류와 교류했고, 현대 인류 집단에 DNA를 남긴 셈이다.

인류의 역사를 이해하는 데 중요한 이유

100만 년 전부터 30만 년 전까지의 인류 진화 과정에는 분류가 쉽지 않은 화석이 빼곡하다. 아프리카와 유럽, 아시아에서 나온 화석들이지만 서로 어떤 관계인지에 대해서는 과학자들의 의견이 오랫동안 엇갈렸다. 이번 연구는 아시아의 중기 플라이스토세 인류를 호모 사피엔스 및 네안데르탈인과 구별되는 호모 롱기 계통으로 묶는다. 이 재분류는 전문가들을 혼란스럽게 했던 여러 불일치를 해소하고, 일부 아시아 화석이 고전적인 호모 에렉투스도 초기 현생 인류도 아닌 것처럼 보였던 이유를 설명할 수 있다.

이번 연구는 큰 뇌를 가진 인류의 분기 시점도 100만 년보다 훨씬 전으로 끌어올린다. 세 주요 계통이 그처럼 이른 시기에 이미 분리돼 있었다면, 각 계통의 초기 구성원은 오랫동안 공존했을 수 있다. 이는 서로 다른 인류 집단이 만나 교류하고 때로는 이종 교배를 할 수 있었던 기간이 더 길었음을 뜻한다. 또한 이보다 이른 분기를 검증할 수 있는 아시아와 아프리카의 더 오래된 유적지를 중심으로 연구가 확대될 수 있다.

런던 자연사박물관의 인류 진화 연구 책임자이자 이번 연구의 공동 저자인 크리스 스트링어는 이번 발견의 중요성을 강조했다.

이번 발견은 많은 기존 생각을 바꿉니다. 100만 년 전에는 이미 우리 조상이 서로 다른 집단으로 갈라져 있었음을 시사하기 때문입니다. 이는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 이르고 복잡한 인류 진화의 분기를 가리킵니다.

일부 해석은 더 나아가 서아시아 인근의 공통 조상이 호모 사피엔스와 네안데르탈인, 데니소바인으로 이어진 계통을 낳았을 수 있다고 본다. 이 주장은 여전히 논쟁 중이다. 초기 호모 사피엔스 화석으로 널리 인정받는 가장 오래된 사례는 약 30만 년 전 아프리카에서 나온 것이다. 이번 복원은 그 기록을 바꾸지는 않지만, 훗날 우리 종으로 이어진 더 오래된 조상 집단이 다른 인류와 갈라진 시점이 여러 연구에서 제시한 것보다 훨씬 이르다고 주장한다.

으스러진 두개골의 가상 복원 과정

윈셴 2호 두개골은 수천 년에 걸쳐 퇴적물의 무게와 지반 이동으로 변형됐다. 이런 변형은 뼈를 휘고 비틀어 핵심 특징을 가리거나 과장할 수 있다. 연구진은 컴퓨터 단층촬영으로 암석층 내부를 들여다보고, 구조광 스캔으로 표면의 세부 정보를 포착한 뒤, 디지털 역변형 기법으로 눌린 형태를 되돌렸다. 쉽게 말해 디지털 수술이다. 연구진은 뼈와 암석을 분리해 분석하고, 온전한 부분을 거울상으로 복제해 사라진 부분을 보완했으며, 해부학적 기준에 따라 조각들을 제자리에 맞췄다.

푸단대학과 베이징의 척추동물 고생물학·고인류학연구소 소속 니시쥔 교수가 연구를 공동 주도했다. 그는 복원된 두개골 분석과 계통수 결과가 처음 함께 나왔을 때 연구진이 느꼈던 놀라움을 전했다.

처음 결과를 얻었을 때는 믿기 어려웠습니다. 모든 모델과 방법을 동원해 계속 검증했고, 이제는 결과에 확신을 갖게 됐습니다. 정말로 매우 기쁩니다.

이번 연구는 윈셴 2호와 하얼빈 두개골에서 나타나는 두개골 특징을 공유하는 여러 아시아 화석에서도 근거를 찾았다. 여기에는 중국의 다리와 진뉴산 화석, 그리고 오랫동안 분류하기 어려운 것으로 여겨졌던 다른 표본이 포함된다. 2022년에 발견된 윈셴의 세 번째 두개골은 현재 연구를 위한 준비가 진행 중이다. 분석이 이뤄지면 이번 복원과 해당 화석들을 호모 롱기 계통군으로 묶은 분류를 검증하는 데 도움이 될 것이다.

논쟁과 한계, 결론을 가를 증거

많은 유전학 연구는 현생 인류와 네안데르탈인, 데니소바인이 70만 년에서 50만 년 전 사이에 공통 조상으로부터 갈라졌다고 추정해 왔다. 이런 추정은 돌연변이율과 집단의 역사에 관한 모델에 의존하며, 먼 과거를 살펴보는 데는 해상도에 한계가 있다. 두개골 특징으로 계통수를 만드는 형태학적 분석은 오래된 분기를 연구하는 또 다른 방법이지만, 그 자체의 한계도 있다. 서로 관련 없는 집단에서 같은 특징이 각각 진화할 수 있고, 어떤 형질을 선택해 얼마나 큰 비중을 두느냐에 따라 결과가 달라질 수 있다.

여러 전문가는 윈셴 2호의 복원을 환영하면서도 계통 분기 연대에 대해서는 신중한 태도를 보였다. 코펜하겐대학의 인류 진화학 부교수 프리도 벨커는 새 두개골 모델이 중요한 연구 자원이지만, 분류를 확인하려면 분자 분석이 도움이 될 것이라고 말했다.

이 중요한 두개골의 디지털 복원 자료를 이용할 수 있게 된 것은 고무적입니다. 추가 화석과 유전적 증거로 확인된다면, 분기 연대는 놀라울 정도로 이른 셈입니다. 또는 표본 자체에서 분자 자료를 얻으면 형태학적 가설을 뒷받침하거나 반박할 통찰을 얻을 수 있습니다.

연구에 참여하지 않은 스미스소니언 국립자연사박물관의 고인류학자 라이언 맥레이는 복원을 높이 평가하면서도 더 큰 계통도의 해석에는 의문을 제기했다.

복원은 탄탄해 보이고 호모 롱기 및 데니소바인 계통과의 연관성도 타당합니다. 계통수는 제한된 자료로 어려운 질문을 한꺼번에 너무 많이 다루려 합니다. 제시된 시점은 예상보다 이르며, 더 많은 화석과 유전적 증거를 통해 교차 검증해야 합니다.

100만 년 된 화석에서 유전 물질이 발견되는 경우는 드물지만, 고대 단백질 같은 다른 분자 흔적은 그 정도의 시간 동안 보존되기도 한다. 더 완전한 두개골과 턱뼈를 포함해 아프리카와 아시아, 유럽에서 표본을 폭넓게 확보하면 상황이 더 분명해질 수 있다. 이번 연구의 저자들은 추가 화석과 자료를 활용해 분석을 확대할 계획이라고 밝혔다.

초기 인류 집단은 어디에서 살고 이동했나

새로운 모델은 지리적 분포에 관한 근본적인 질문을 제기한다. 호모 사피엔스와 네안데르탈인, 호모 롱기 계통군의 조상 집단은 아프리카 안에서 살았을까, 아니면 아프리카 밖에서 살았을까? 아프리카는 인류 계통이 처음 출현한 곳이며, 약 30만 년 전 호모 사피엔스의 가장 오래된 화석도 남아 있다. 한편 호모 에렉투스는 거의 200만 년 전에 이미 유라시아로 퍼졌고, 아시아에는 중기 플라이스토세 유적지가 많이 분포한다. 계통이 깊이 갈라진 시점이 약 130만 년 전이라면, 그 과정에는 두 대륙에 걸쳐 퍼져 있던 집단이 관여했을 수 있다.

고대 인류가 이동성이 높고 소규모 집단을 이뤘으며, 서로 만났을 때 때때로 이종 교배를 했다는 증거가 늘고 있다. 네안데르탈인과 데니소바인은 현생 인류와 유전자 흐름을 주고받은 역사를 공유한다. 오늘날 발견되는 데니소바인 DNA의 흔적은 호모 롱기 계통군이 아시아 전역에 널리 퍼져 살았음을 보여준다. 이는 한 집단이 다른 집단을 깔끔하게 대체한 것이 아니라, 때때로 서로 연결되는 분기형 계통도와 부합한다. 100만 년은 계통들이 서로 만나 섞이기에 충분히 긴 시간이다.

현재로서는 윈셴 2호가 큰 뇌와 납작한 얼굴을 지닌 아시아 주요 계통의 초기 단계를 보여주며, 이 계통에 데니소바인이 포함될 가능성이 크다는 해석이 가장 신중하다. 이번 연구는 이 계통이 현대 인류로 이어진 계통과 100만 년도 더 전에 갈라졌다고 주장한다. 이 분기가 아프리카에서 일어났는지, 서아시아에서 일어났는지, 아니면 광범위한 지역에 걸쳐 일어났는지는 앞으로의 발견을 통해 검증해야 한다. 연대를 확실히 측정하고 복원할 수 있는 두개골이나 턱뼈가 새로 발견될 때마다 전체 그림은 다시 달라질 수 있다.

핵심 내용

• 중국 중부에서 나온 윈셴 2호 두개골의 가상 복원 결과, 데니소바인을 포함할 가능성이 큰 호모 롱기 계통군의 뿌리 가까이에 위치하는 것으로 나타났다.
• 화석의 연대는 94만 년에서 110만 년 전으로 추정된다. 아시아에서 발견된, 현대인에 가까운 크기의 뇌두개를 지닌 대형 두개골 가운데 가장 오래된 화석에 속한다.
• 100점이 넘는 화석을 분석한 결과 네안데르탈인은 약 138만 년 전에 갈라졌고, 호모 롱기와 호모 사피엔스 계통은 약 132만 년 전에 분리된 것으로 추정됐다.
• 이번 연구는 데니소바인이 네안데르탈인보다 호모 사피엔스에 더 가까운 친연 관계에 있다고 제시해 일반적인 유전학 모델에 의문을 제기한다.
• 하얼빈, 다리, 진뉴산 등 아시아의 중기 플라이스토세 화석은 호모 롱기 계통군과 부합하며, 오랜 분류 문제를 해결하는 데 도움이 된다.
• 전문가들은 복원을 환영하면서도 먼 과거의 분기 연대를 확인하려면 유전적 또는 단백질 증거와 추가 화석이 필요하다고 주의를 당부했다.
• 이번 결과가 아프리카에서 발견된 가장 오래된 호모 사피엔스 화석의 연대를 바꾸지는 않지만, 인류 계통의 더 깊은 분리 시점은 100만 년도 더 전으로 끌어올린다.
• 2022년에 발견된 윈셴의 세 번째 두개골과 아프리카 및 아시아에서 앞으로 나올 화석은 제안된 계통도를 검증하고 보완할 수 있다.