공룡 혈액의 흔적, 브라질 다리뼈 속에서 1억 1500만 년을 버텼다

브라질 북동부에서 발견된 육식공룡의 다리뼈 속에서, 지구화학자들이 한때 혈관이 지나던 통로를 가득 채운 작고 둥근 덩어리들을 발견했으며, 이들을 혈액과 연결 짓는 화학적 증거도 함께 찾아냈다. 이 덩어리들은 헴(heme)을 함유하고 있는데, 헴은 적혈구가 산소를 운반하는 데 사용하는 단백질인 헤모글로빈의 핵심을 이루는 철 함유 분자다.

이 동일성이 확정된다면, 화석화된 적혈구가 뼈 속에 원래 자리를 지킨 채로 화학적으로 헴과 연결된 사례는 이번이 처음이다. 이는 깨지기 쉬운 생물학적 분자가 얼마나 오래 버틸 수 있는지에 대한 한계를 크게 늘리는 발견이다. 이 동물은 백악기 전기, 즉 1억 년 이상 전에 살았던 Aratasaurus museunacionali이며, 그 뼈는 이미 하나의 현대적 재앙, 즉 브라질 국립박물관을 집어삼킨 화재를 견뎌냈다.

호주 커틴 공과대학(Curtin University)의 유기 지구화학자 클리티 그라이스(Kliti Grice)가 이끌고 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재된 이 연구는 이 덩어리들을 1억 1500만 년 동안 보존된 광물화된 적혈구로 설명한다. 그라이스는 대학의 성명에서 “1억 1500만 년 된 적혈구에서 손상되지 않은 헴 유래 분자를 검출한 것은 경이로운 일이며, 이는 정말 획기적인 발견”이라고 말했다.

연구진이 찾지 못한 것도 찾아낸 것만큼 중요하다. 여기에는 공룡 DNA도, 온전한 헤모글로빈 단백질도 없다. 오직 헴 고리와 그 화학적으로 변형된 버전만이 존재할 뿐이다. 그라이스는 로이터 통신에 이 결과가 “공룡 피가 담긴 병”은 아니라며 “우리가 보고 있는 것은 고대 생물학의 광물 및 분자적 메아리이며, 과학적으로는 그것이 훨씬 더 흥미롭다”고 말했다.

불길 속에서 태어난 공룡

아라타사우루스(Aratasaurus)는 2008년 세아라(Ceará) 주 산타나 두 카리리(Santana do Cariri) 인근의 미나 페드라 브랑카(Mina Pedra Branca) 석고 광산에서 발견된 단일한 오른쪽 다리 일부로만 알려져 있다. 나머지 골격은 채광 중에 부서져 유실되었다. 이 다리는 먼저 플라시두 시다지 누벤스 고생물학 박물관(Plácido Cidade Nuvens Museum of Paleontology)으로 옮겨져 뼈 조직 연구를 위해 얇은 절편이 잘렸고, 2016년에는 리우데자네이루의 국립박물관으로 이전되었다.

2018년 9월 2일, 화재가 이 나라에서 가장 오래된 과학 기관인 그 박물관을 휩쓸었고, 소장품 2000만 점 중 약 92%가 소실된 것으로 추정된다. 다리가 보관된 구역은 화재 영향을 받지 않았다. 줄리아나 사야오(Juliana Sayão)와 동료 연구진이 2020년 이 동물의 학명을 공식 명명할 때, 그들은 투피(Tupi)어로 ‘태어나다’를 뜻하는 ‘ara’와 ‘불’을 뜻하는 ‘atá’를 결합하여 종명을 박물관에 헌정했다: 국립박물관 화재에서 태어난 공룡인 셈이다. 사야오와 박물관의 고생물학자 알렉산더 켈너(Alexander Kellner)는 이번 새 논문의 공동 저자다.

뼈의 성장선은 이 동물이 죽었을 때 약 4살이었으며, 길이가 약 3미터에 달하고 여전히 성장 중인 어린 수각류(theropod)였음을 시사한다. 이 공룡은 나중에 티라노사우루스류와, 궁극적으로는 조류를 탄생시킨 두 발 육식 공룡의 분파인 코엘루로사우리아(coelurosaurs)에 속했다.

연구 방법

그라이스는 공룡의 피를 찾고 있던 것이 아니었다. 그녀의 연구실은 화석화 과정에서 유기체의 원래 화학적 성분이 얼마나 살아남을 수 있는지 연구한다. 현미경으로 관찰한 결과, 아라타사우루스 다리뼈의 혈관관(vascular canals)은 길이 약 23마이크로미터, 너비 약 20마이크로미터의 작은 타원체 덩어리들로 가득 차 있었으며, 이는 인간 적혈구 지름의 약 3배에 달하는 크기였다.

형태만으로는 아무것도 증명할 수 없다. 광물과 미생물 모두 세포와 매우 흡사한 모양을 만들 수 있기 때문이다. 따라서 연구팀은 현미경 분석, 광물 분석 및 분자 지구화학을 결합했다. 뼈에서 추출한 시료는 고성능 액체 크로마토그래피-질량 분석법(high-performance liquid chromatography coupled to mass spectrometry)을 거쳤는데, 이는 혼합물을 구성 성분별로 분리하고 각각의 질량을 측정하는 기술이다. 그 결과 헤모글로빈에서 가장 흔한 형태의 헴인 헴 B(heme B)와, 약 90배 더 풍부하게 존재하는 변형된 유사체인 3,8-다이에틸 헴 B(3,8-diethyl heme B)가 발견되었다. 다시 말해, 대부분의 헴은 화석화 과정에서 화학적으로 변화된 것이다.

이어 분광 분석을 통해 세포 유사체 내부에서 헴의 핵심 구조인 포르피린(porphyrin)의 신호가 발견되었고, 원소 지도에서는 동일한 지점에서 철, 질소, 탄소가 확인되었다. 그라이스는 라이브 사이언스(Live Science)에 “결정적으로, 우리는 현장(in situ)에서 화학적 성분을 조사했기 때문에 화학 신호를 화석 내 물리적 맥락 속의 미세 구조와 연관 지을 수 있었다”며 “이는 단순히 화석 조각에서 분자를 추출하여 그것이 어디서 왔는지 추정하는 것보다 훨씬 강력한 증거”라고 말했다.

오염 여부를 확인하기 위해 연구진은 주변 암석도 동일한 방식으로 분석했다. 주변 암석에서는 헴 B는 전혀 검출되지 않았고, 다리가 묻혔던 미생물 매트(microbial mat)를 형성한 광합성 미생물의 색소인 엽록소(chlorophyll)와 박테리오클로로필(bacteriochlorophyll)의 신호만 나타났다. 뼈에서는 또한 뼈에 강도를 부여하는 단백질인 콜라겐의 특징적인 아미노산인 하이드록시프롤린(hydroxyproline)도 발견되었다.

혈액 화학 성분이 이토록 오래 지속될 수 있었던 이유

세포 유사체는 망간 산화 광물인 하우스만나이트(hausmannite)로 코팅되어 있다. 연구팀은 이 코팅이 초기에 형성되어 타임캡슐처럼 작용, 구조물이 부패하기 전에 밀봉했을 것이라고 제안한다. 또한 시체가 미생물 매트로 덮인 저산소 환경에 빠르게 매몰되어 정상적인 분해 과정이 지연되었을 것으로 본다.

그라이스는 라이브 사이언스에 “우리는 초기 광물화가 미세한 생물학적 구조가 완전히 파괴되기 전에 이를 안정화시키거나 복제하는 데 도움을 주었고, 관련 화학 성분의 일부는 변형된 형태로 살아남았다고 생각한다”고 말했다. 대학 성명에서는 더 나아가 “이 발견은 헤모글로빈과 같은 특정 생체 분자가 먼 지질 시대까지 생존할 수 없다는 오랜 가정에 도전한다”고 밝혔다.

그 가정은 수십 년 동안 도전을 받아왔다. 연구자들은 1990년대 후반 티라노사우루스 렉스(Tyrannosaurus rex) 뼈에서 헴 함유 화합물을 보고했으며, 2015년 연구에서는 7500만 년 된 공룡 표본에서 가능한 적혈구와 콜라겐 유사 섬유를 설명했다. 두 주장 모두 격렬한 논쟁을 불러일으켰다. 이번 새 논문의 차별점은 화학적 증거를 뼈에서 갈아낸 가루가 아닌 뼈 내부의 특정 구조와 연결 지었다는 점이다.

해결되지 않은 문제들

모든 사람이 이것이 적혈구라는 데 동의하는 것은 아니다. 공룡 화석에서 혈관과 연조직이 보존된 사례를 보고한 노스캐롤라이나 주립대학(North Carolina State University)의 분자 고생물학자 메리 슈바이처(Mary Schweitzer)는 이 연구에 참여하지 않았다. 그녀는 라이브 사이언스에 “내인성 분자가 어떤 형태로든 지질 시대를 넘어 지속될 수 있으며, 이것이 우리에게 많은 것을 가르쳐줄 수 있다는 점에는 동의한다”면서도 “그러나 여러 이유로 그들이 제시한 이미지가 잔존 적혈구라고 확신하지는 않는다”고 말했다.

그녀의 주요 반론은 형태에 관한 것이다. 포유류는 적혈구에서 핵을 제거하지만, 조류와 파충류는 핵을 유지하여 각 세포 중앙에 융기된 돌기가 생긴다. 아라타사우루스의 덩어리들은 오목하고 돌기가 없으며, 비포유류 대부분의 적혈구보다 작아서 “형태학적 유사성이 충족되지 않는다”고 슈바이처는 말했다. 세포가 광물화되기 전에 눌리거나 파열되었을 수도 있고, 공룡의 적혈구가 현생 친척들의 것과 단순히 달랐을 수도 있지만, 어떤 가설도 검증되지 않았다. 슈바이처는 세포 동일성보다는 헴과 콜라겐 화학 증거가 더 설득력 있다고 보았다.

오염 가능성은 두 번째로 열려 있는 논란거리다. 논문 자체에서도 헴을 생성하는 미생물의 가능성을 완전히 배제할 수 없다고 인정한다. 2019년 센트로사우루스(Centrosaurus) 뼈에 대한 연구에서는 화석 내부에서 최근의 유기 물질과 번성하는 미생물 군집이 발견되었는데, 이는 묻힌 뼈가 고유한 화학 작용을 지닌 서식지가 될 수 있음을 상기시킨다. 주변 암석의 깨끗한 결과는 외부 오염원에 반대되는 증거이지만, 뼈 내부에 서식했던 미생물의 가능성을 배제할 수는 없다.

나머지 한계는 규모에 관한 것이다. 이는 한 장소의 한 동물에서 나온 하나의 다리일 뿐이다. 하이드록시프롤린은 구성 요소일 뿐, 콜라겐 단백질이나 서열 자체가 아니며, 연구에서 헤모글로빈의 단백질 부분을 보여주는 것은 아무것도 없다. 하우스만나이트 타임캡슐은 제안된 경로일 뿐, 아무도 실험실에서 재현하지 않은 가설이다.

공룡 혈액에 관한 일반적인 질문들

과학자들이 진짜 공룡 피를 발견했나요?

액체 상태의 피는 아닙니다. 그들은 적혈구처럼 보이는 구조물이 광물로 변한 것과 그와 관련된 헴 분자를 발견했습니다. 그 헴의 대부분은 1억 1500만 년 동안 화학적으로 변형되었습니다.

이 화석에서 공룡 DNA를 복원할 수 있나요?

아니요. 이 연구는 DNA를 보고하지 않았으며, 그라이스는 그것이 결코 연구 목표가 아니었다고 강조했습니다. 지금까지 복원된 가장 오래된 DNA는 약 200만 년 전의 그린란드 퇴적물에서 나온 것으로, 어떤 공룡보다 훨씬 젊습니다.

헴(heme)이란 무엇인가요?

헴은 중심에 철 원자가 있는 고리 모양의 분자입니다. 각 헤모글로빈 분자는 4개의 헴을 보유하고 있으며, 이것이 혈액에서 산소를 결합시키는 역할을 합니다. 헴 B는 가장 흔한 형태입니다.

아라타사우루스(Aratasaurus)는 어떤 공룡인가요?

초기 코엘루로사우루스류로, 몸집이 가볍고 두 발로 걷는 약 3미터 길이의 육식 공룡이며, 브라질 북동부의 백악기 전기에 살았습니다. 브라질 국립박물관이 소장한 오른쪽 다리 일부로만 알려져 있습니다.

향후 과제

이 논문은 2026년 11월 2일 미국 국립과학원 회보 온라인판에 게재되었다. 커틴 대학, 일본 해양-지구 과학 기술 연구소(JAMSTEC), 국립박물관, 카리리 지역 대학(Regional University of Cariri), 존스홉킨스 대학(Johns Hopkins University)의 연구진을 포함하는 이 팀은 동일한 현장(in-place) 접근법을 사용하여 멸종 동물의 혈액, 신진대사 및 활동 수준의 진화를 연구하기를 원한다.

그 작업을 위해 새로운 발굴이 필요하지 않을 수도 있다. 그라이스는 가디언(The Guardian)에 “정말 흥미로운 시사점은 놀라운 분자 정보가 이미 전 세계 박물관 컬렉션에 자리 잡고 있을 수 있으며, 오래된 화석에 대해 새로운 질문을 던지기를 기다리고 있을지도 모른다는 점”이라고 말했다. 그 가능성을 연 화석은 박물관이 불탔을 때 바로 그런 소장품 속에 있었다.

참고문헌: Grice et al., “Heme signatures in mineralized red blood cells within vascular canals of a 115-million-year-old dinosaur bone,” Proceedings of the National Academy of Sciences, 2026. DOI: 10.1073/pnas.2614248123

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