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거대한 공룡의 생존전략 비밀을 밝히다!...성균관대 원병묵 교수
생명과학 미래창조과학부 (2016-01-22)

미래창조과학부는 공룡이 왜 크기가 거대한지, 어떤 식으로 노화가 진행되는지에 대한 궁금증을 풀 단초로 공룡의 거대 몸집과 수명간의 관계를 규명하였다고 밝혔다.

성균관대 원병묵 교수는 미래창조과학부와 한국연구재단 기초연구사업(중견연구자지원사업)의 과제를 수행하면서 인간의 생명표를 해석하는 수학모델*을 적용, 티라노사우루스의 생명표 비교분석을 통해 공룡과 조류의 유사성을 입증하였다.
   * 수학 모델 : 수정된 늘어진 지수 함수(Modified Stretched Exponential) 모델로 원병묵 교수가 2002년 처음 제안하였으며, 인간의 생명표와 노화 패턴 해석에 주로 사용 (참고4 용어설명 참조)
    ※ 논문명 및 저자 : Tyrannosaurs as long-lived species, 원병묵 교수(단독 및 교신저자, 성균관대) 
 
이번 연구결과는 1월 21일 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 발표되었으며 고생물학자가 아닌 공학자에 의해 밝혀진 점도 흥미를 끈다.

원병묵 교수의 ‘수정된 늘어진 지수 함수’(modified stretched exponential function)를 티라노사우루스에 적용한 결과, 공룡의 생애주기(유아기, 청소년기, 성인기)중 청소년기가 매우 길었음이 밝혀졌다.

티라노사우루스 렉스(‘티렉스’)의 수명은 28년 정도로 알려져 있으며, 그 중에서 유아기가 2년, 청소년기는 18년까지로 보고 있다. 특히 14~18년까지의 청소년기에 하루 2kg씩 몸무게가 폭발적으로 늘어*났는데, 이 때문에 엄청난 속도로 몸집이 커져 다른 포식자를 피할 수 있었으며, 이는 생존에 유리한 요소가 되었다고 분석했다.
     * 티라노사우루스의 성장 속도 : 플로리다 주립대 에릭슨 교수팀에 의해 티라노사우루스의 거대 몸집이 형성된 과정, 즉 성장 속도에 관한 연구가 2004년 8월 12일자 ‘네이처’ 표지에 실림 (참고 자료 : http://www.kofst.or.kr/kofst/PDF/2004/n9s424/GGDCBE_2004_n9s424_40.pdf)

또한 청소년기가 길었던 만큼 성체가 되는 시기도 늦어졌지만 새끼를 낳고 기르는 종족 보존의 기간이 필요했기 때문에 그 기간 동안  생존하며 자연스럽게 노화를 겪었을 것으로 추정했다.

이러한 분석은 공룡의 생존 전략과 노화 패턴이 타조나 매처럼 몸집이 큰 조류에 가깝다는 사실을 밝혀낸 것으로, 공룡과 조류의 유사성을 해부학적 증거 외에 통계학적 증거를 최초로 제시했다는 점에서 학계에 비상한 관심을 모으고 있다. (그림 참조)


티라노사우루스(알베르토사우르스)의 생존률 분석
<그림> 티라노사우루스(알베르토사우르스)의 생존률 분석: 고릴라, 호랑이, 악어, 18세기 인간과 매우 다르며, 타조, 매 등의 몸집이 큰 새와 매우 유사

원병묵 교수는 “티라노사우루스 생명표를 통해 공룡의 생존율 곡선이 인간과 유사하다는 선행 연구를 발표한 에릭슨 교수의 논문(플로리다주립대, 2006년)은 수학적 우연”일 뿐이며, “이번 연구는 공룡의 거대 몸집에 대한 고생물학의 난제를 푸는 새로운 돌파구를 마련해 준 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.


연구결과 주요내용 

□ 논문명 및 저자 정보
   - 논문명: Tyrannosaurs as long-lived species
   - 저자 정보: 원병묵 교수(단독 및 교신저자, 성균관대) 

□ 논문의 주요 내용

 1. 연구의 필요성
   ○ 공룡은 왜 거대한 몸집을 가졌을까? 어떻게 최상위 포식자가 되었을까? 공룡도 노화를 겪었을까? 공룡에게는 아직도 풀리지 않는 의문이 많다.
   ○ 최근 과학자들은 공룡 화석의 뼈 절단면에서 미세구조에 새겨진 나이테를 조사하여 공룡이 얼마나 빨리 성장하였고 언제까지 살았는지 알아낼 수 있었다. 플로리다 주립대 고생물학자인 에릭슨 교수는 2006년 사이언스 논문에서 티라노사우루스의 나이와 수명을 재조합하여 최초로 티라노사우루스의 생명표를 완성하였고 놀랍게도 공룡의 생존율 곡선이 인간과 유사하다는 것을 발견했다. 하지만 이러한 해석에는 아직 풀리지 않은 의문이 남아 있었다.

 2. 발견 원리
   ○ 원병묵 교수는 인간의 생명표를 해석하는데 활용한 수학 모델*을 적용하여 티라노사우루스의 생명표를 정확하게 해석할 수 있는 통계 분석법을 개발했다. 
     * 수학 모델 : 수정된 늘어진 지수 함수(Modified Stretched Exponential) 모델. 원교수가 최초로 인간과 공룡의 생명표 해석에 이 모델을 적용함.

 3. 연구 성과
   ○ 새로운 분석에 따르면 에릭슨 교수의 논문에서 공룡과 인간의 생명표 유사성은 수학적 우연일 뿐이며 티라노사우루스의 생존 전략과 노화 패턴이 인간과 파충류 보다는 몸집이 큰 조류와 가깝다는 사실을 입증했다.
   ○ 공룡의 거대한 몸집이 생존과 노화에 어떤 영향을 주었을까? 분석에 따르면 티라노사우루스는 청소년기가 매우 길었다. 청소년기가 차지하는 비중은 전체 수명의 약 60%에 해당하며 성체가 되기 전 청소년기에 하루 2kg씩 초고속 성장을 했다.* 청소년기에 엄청난 속도로 몸집이 커져 다른 포식자를 피할 수 있었으며 생존에 유리했다. 반면 성체가 되는 시기가 늦어져 새끼를 낳고 기르는 기간이 필요했기 때문에 어느 정도는 오래 생존할 필요가 있었다. 그 잉여 결과로 노화를 겪었을 것으로 추정된다. 이러한 생존 전략과 노화 패턴은 몸집이 큰 새와 유사했다.
      * 참고 자료 : http://www.kofst.or.kr/kofst/PDF/2004/n9s424/GGDCBE_2004_n9s424_40.pdf


연구결과 개요

 1. 연구배경
  ㅇ 공룡 중에서 가장 유명한 티렉스(T. rex, 폭군 도마뱀 왕)를 포함하는 티라노사우루스과에 속한 공룡은 660만년 전에 지구상에서 완전히 멸종했지만 여전히 대중에게 인기가 많으며 고생물학자에게 호기심의 대상이다. 현대 분석기술의 발전과 수집된 자료 덕분에 티라노사우루스의 생태와 생활에 대해 많은 비밀이 풀리고 있다. 특히 화석에서 채취한 뼈를 해부하여 연령과 수명을 추정하는 방법이 개발되어 티라노사우루스의 생존과 노화를 이해할 수 있는 생명표가 최근 밝혀졌다.
  ㅇ 티라노사우루스의 생명표를 해석하는데 여러 통계기법들이 제안되어 왔지만 티라노사우루스의 생존 전략과 노화 패턴을 다른 종과 비교 분석하는 것은 한계가 있었다.

 2. 연구내용
  ㅇ 티라노사우루스의 생명표를 바탕으로 정확한 생존율 곡선과 사망율 곡선을 해석하기 위해서는 적합한 수학 모델이 필요했다.
  ㅇ 본 연구에서는 ‘수정된 늘어진 지수 함수’를 티라노사우루스에 적용하여 지금까지 시도된 방법보다 더 정밀하게 종간 비교를 할 수 있었다. ‘늘어진 지수 함수’는 연성물질의 독특한 물리량의 변화를 연구하는데 종종 사용되어 왔으며 원교수는 처음으로 이를 개량한 ‘수정된 늘어진 지수 함수’를 개발하여 인간의 생명표와 노화 패턴을 해석하는데 사용했었다. 이번 연구에서 이 수학 모델이 티라노사우루스의 생명표를 정확히 묘사하는데 적합하다는 것을 최초로 입증했다.

  ㅇ 새로운 수학 모델은 지난 10년 동안 티라노사우루스의 생명표를 최초로 해석했던 에릭슨 교수와 다른 방법으로 해석을 시도했던 타 연구팀 사이의 논쟁을 해결하는데 매우 적합했으며, 결론적으로 인간과 공룡의 생명표는 유사해 보이지만 공룡의 생존 전략과 노화 패턴은 인간과 파충류와는 달리 몸집이 큰 조류에 가깝다는 사실을 입증했다.

3. 기대효과
  ㅇ 이 연구는 새로운 수학 모델이 공룡의 생명표를 해석하는데 매우 유용했음을 증명했다. 공룡이 거대한 몸집을 가진 이유가 생존 우위를 획득하기 위한 것이며 그 결과 노화를 겪었을 가능성을 제시하였다. 원병묵 교수는‘거대한 몸집에 관한 고생물학의 오랜 난제를 해결하는데 단초를 제공했다’고 의의를 밝혔다.

 

연구이야기

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

원교수는 2002년 최초로 ‘수정된 늘어진 지수함수’를 개발하여 인간의 생명표와 노화 패턴을 해석하는데 적용해 왔으며, 이 함수를 활용하여 2006년 발견된 티라노사우루스의 생명표로 부터 공룡의 정확한 생존율 곡선을 해석하고자 하였음.

□ 연구 전개 과정에 대한 소개

본 연구를 단독으로 수행한 성균관대학교 원병묵 교수는 2006년 에릭슨 교수의 생명표 데이터를 가지고 분석을 실시하였으며, 분석결과를 정리하여 새로운 결과를 밝혀낼 수 있었으며, 이 연구는 고생물학의 세 분의 석학들에 의해 검토를 받고 최종 게재 승인이 되었음.

□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었다면 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

연성물질의 물성을 연구하는 원교수가 고생물학 주제를 연구하는 것은 매우 이례적이며 새로운 분야를 공부하는데 많은 어려움이 있었음. 그러나 수학 모델의 적용과 해석은 매우 정확하기 때문에 해당 분야의 전문가로부터 동의와 인정을 받을 수 있었음.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

기존의 수학 모델은 공룡의 생명표를 정확히 해석하는데 한계가 있었음. 겉보기로 인간과 공룡의 생명표가 유사한 것은 맞지만 정확한 비교 분석을 하여 차이를 명확하게 해석하기 위해서는 새로운 수학 모델이 적합했음.

□ 꼭 이루고 싶은 목표와, 향후 연구계획은?

이번 연구를 통해 새로운 수학 모델을 다양한 생물종에 적용하여 생존 전략과 노화 패턴을 이해하는데 강점이 있음을 알게 되었으며, 특히 이를 확대하여 인간의 노화 과정을 이해하거나, 암환자, 암세포 등의 특수하고 중요한 실험군의 생존 전략을 이해하는데 매우 도움이 될 것으로 기대함.

□ 기타 특별한 에피소드가 있었다면?

공학자가 공룡에 관한 연구를 하면 매우 이상한 것으로 보일지 모른다. 이 연구를 한국물리학회에서 처음 발표를 했었는데 의외로 호응이 좋았다. 용기를 얻어 논문 투고까지 하고 해당 분야의 전문가 세 분에게서 리뷰를 받고 연구 가치를 인정받았다는 것이 매우 기쁘며, 앞으로도 창의적인 연구를 도전해 볼 수 있는 사례가 될 것이라 기대한다.

티라노사우루스 렉스와 인간의 크기 비교
그림 1. 티라노사우루스 렉스와 인간의 크기 비교

티라노사우루스의 생존율 곡선
그림 2. 티라노사우루스의 생존율 곡선. 에릭슨 교수의 2006년 사이언스 논문에서 제안한 공룡의 생명표를 바탕으로 그림.

 티라노사우루스의 생존율 분석
그림 3. 티라노사우루스의 생존율 분석. 알베르토사우루스의 생존율 추이는 고릴라, 호랑이, 악어, 18세기 인간과 매우 다르며, 타조, 매 등의 몸집이 큰 새와 유사하다.

 

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