쥐라기 공원은 언제 개장할 것인가? : 공룡 연부조직의 발견과 수천만 년이라는 연대

Daniel Criswell, Ph.D
2006-07-11

쥐라기 공원은 언제 개장할 것인가? 

: 공룡 연부조직의 발견과 수천만 년이라는 연대

 (How Soon Will Jurassic Park Open?)


     공상과학 영화인 ”쥐라기 공원(Jurassic Park)”에서, 공룡은 호박(amber) 속에 파묻힌 모기에서 발견된 공룡 혈액으로부터 추출된 고대의 DNA(ancient DNA, aDNA)로부터 공룡을 만드는데 필요한 유전정보를 얻음으로써 복제된다. 비록 대부분의 과학자들이 여전히 쥐라기 공원 영화 속의 과학을 환상으로 여기고 있지만, 지난 몇 년간 고대인들과 동물들의 작은 aDNA 조각들에 대한 염기서열 분석의 시도에 근거해서, 공룡의 DNA를 얻는 것이 가능한 일이 되었다. aDNA와 멸종된 생물체 내의 단백질과 같은 생체분자들이 수천 년 혹은 세속적 과학자들의 말처럼 수천만 년 동안 분해되지 않고 환경적 조건을 잘 극복하고 살아남을 가능성이 있을까?


2005년 3월 사이언스 지에서, 메리 슈바이처(Mary Schweitzer)와 그녀의 동료들은 몬태나주 동부의 땅 속에서 발굴한 공룡 티라노사우르스 렉스(Tyrannosaurus rex)의 화석화된 대퇴골 내에서 부드러운 연부조직(soft tissue, cellular material)이 존재함을 보고했다.[1] 슈바이처 등은 혈관(blood vessels), 핵을 가진 혈액 세포(blood cells, DNA를 발견할 수 있는)로 보이는 구조의 존재도 보고했다. 많은 조직들은 반복적으로 잡아당겨도 원래의 형태로 되돌아갔는데, 그것은 혈관 내에서 흔하게 발견되는 탄성단백질(elastic proteins)의 존재를 가리키는 것이었다. 조직에 대한 사진들과 공룡 조직과 타조 뼈조직과의 비교실험은 그 물질들이 연부조직임을 확정하는 것으로 나타났다.

연부조직(soft tissue)은 생물체가 죽은 후에 빠르게 분해되기 때문에, 이들의 존재는 공룡들이 6천5백만  년보다 더 오래되었다는 진화론적 시나리오보다, 창조론적 모델(공룡들은 1만 년 이내로 최근까지 살았다)과 더 잘 일치한다. 그러나 화석화된 뼈 내의 연부조직을 보존하도록 하는 환경적 요인들은 알려져 있지 않다. 그것이 알려지기 전까지 진화론자뿐만 아니라 창조론자들도 연부조직이 보존되는 메커니즘이 있는지 없는지를 확신할 수 없다. 아무튼 슈바이처의 발견 이전까지는, 생물체가 죽으면 빠르게 분해되는 혈관과 혈액세포 등이 공룡뼈에서 손상되지 않은 완전한 상태로 발견되리라고는 생각조차하지 못했었다. 이것들은 (1만 년 또는 6천5백만 년보다 훨씬 적은) 심지어 죽은 후 수 년까지도 존재할 수 없을 것이라고 생각했었다.  


이 공룡의 조직이 아직도 DNA와 단백질들을 가지고 있는 것이 가능할 수 있을까? 비록 부드러운 조직이 화석화된 뼈 내에서 어떻게 보존될 수 있었는지, 그리고 얼마나 오랫동안 남아있을 수 있는지 알려져 있진 않지만, 생물체가 죽은 후에 DNA와 단백질이 얼마나 오랫동안 존속할 수 있는지 외삽법으로 추정해보기 위해서, DNA와 단백질 분해속도에 관한 연구(DNA and protein degradation kinetic studies)가 이루어졌다. 이 연구에 따르면, 생물체의 기원을 확인하기에 충분한 원래의 염기서열을 여전히 보유하는 작은 DNA 조각(500 개 염기쌍 미만)들은 온난기후(temperate climates)에서 10,000 년 미만으로 보존됨을 보여주었다.[2, 3, 4]


동물의 세포를 둘러싸고 있는 습기나 습도 및 샘플이 얼마나 빨리 화석화되었는가 등도 또한 aDNA의 분해 속도에 영향을 미칠 수 있다. 환경적 상황(environmental conditions)들도 aDNA가 얼마나 오랫동안 보존될 수 있는가에 커다란 영향을 미치고 있으며, 주변의 온도를 낮춤으로 aDNA의 ‘수명’을 연장하는 것도 가능하다.[2, 3, 4]


분자생물학 실험실들에서는 DNA를 -80℃의 냉동실에서 무한정으로 (비록, 아무도 이것을 수천 년 동안 실험해보지는 않았지만) 보존하고 있었고, 분해 속도에 관한 연구들은 극지방의 온도(-50℃)에서 DNA의 ‘수명’은 100,000년까지 확장될 수도 있을 것으로 예상하고 있다.[2, 3, 4] 매머드의 동결된 조직(frozen tissue)으로부터 추출한 DNA의 2천8백만 개 염기들에 대한 최근의 염기서열 분석에서, DNA가 낮은 온도에서 더 오랫동안 보존된다는 가정을 확증하는 것 같다.[5] 일부 단백질들은 원래의 완전한 단백질의 작은 펩타이드 조각으로서 훨씬 더 오랫동안 (최대 1백만 년까지) 보존될 수 있다. 뼈에서 발견되는 콜라겐(collagen)과 같은 다른 단백질들은 아마도 30,000년 이내에 완전히 붕괴될 것이다. 그러나 이것은 공룡들의 나이인 6천5백만 년보다 분명히 훨씬 더 짧은 기간이다.[6]


일단 한 생물체가 죽으면, DNA는 즉시 분해되기 시작한다. 세포가 죽은 후에 DNA가 겪게 되는 손상은 원래의 염기서열을 결정하기 어렵게 될 정도로 많은 변화를 일으킨다. DNA는 전형적으로 염색체 안에 긴 수백만 개의 염기들을 함유하고 있으나, 유기체가 죽게 되면 나선형 DNA 사다리를 형성하고 있는 화학결합들이 급격하게 붕괴되면서 DNA 단편화(fragmentation of DNA)가 일어나, 500 개 미만의 염기로 된 짧은 부분(segment)들이 된다.[4, 7] 유전 암호를 구성하는 4가지 DNA 염기들 중 2 개인 푸린계 아데닌과 구아닌은 원래의 DNA 염기서열에서 시간이 지남에 따라 없어진다. 사이토신의 염기 변형(base modification)은 원래의 염기서열에 없었던, 제시된 DNA 염기서열 내의 염기 치환(base substitutions)으로 생길 수 있다.[4, 7] 이것들은 과학자들이 오래 전에 죽은 생물체로부터 채취한 샘플에서 원래의 aDNA 염기서열을 결정하려고 할 때 직면하게 되는 흔한 문제들 중의 단지 몇 가지이다.


이러한 문제점들에도 불구하고, 많은 짧은 aDNA 염기서열들이 다양한 화석화된 오랜 생물체들로부터 발표되었다. 식물[8], 박테리아[9], 포유류[10], 네안데르탈인[11], 그리고 다른 초기 인간[12]들이 가지고 있던 짧은 aDNA 염기서열 등이 확인되었다. 이 aDNA 정보의 대부분은 각 세포와 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction ; PCR) 기술에 의해서 발견되어진 미토콘드리아 DNA(mitochondrial DNA)의 많은 복제물로부터 얻어지게 되었다. PCR은 단지 몇 개의 원 aDNA 분자로부터 짧은 일련의 DNA로 된 수백만 개의 복제물들을 증폭시킬 수 있다. 하지만 초기 소스로부터 aDNA를 증폭하는 전 과정에는 많은 어려움이 있으므로, 발표된 염기서열 중의 어떠한 것도 유효하지 않을 가능성이 있다. PCR 반응은 샘플 aDNA의 단지 한 분자로부터 DNA를 증폭시킬 수 있을 만큼 매우 민감하다. 이것은 실험실에 이미 존재하는 미생물과 사람으로부터의 DNA 오염(단순히 사람의 호흡, 먼지 속의 세균, 혹은 이전의 PCR 반응 등에 의한 오염)에 의해서, 의도된 aDNA가 아니라 오염된 유기체 DNA의 증폭이 일어날 수도 있음을 의미한다.


이 분야에서 일하는 과학자들은 발표된 염기서열의 유효성을 보장하기 위한 일련의 기준을 확립하기 위해서 노력해왔다.[4] 제안된 조건들 중의 하나는 어떠한 aDNA 염기서열이라도 독립된 실험실에서 재생될(reproduced) 필요가 있다는 것이다. 이것은 진정한 과학적 발견은 반복될 필요가 있다는 과학적 방법론의 기본적인 전제이고, 이러한 요구는 칭찬받을 만하다.


aDNA 샘플의 유효성을 결정하기 위한 다른 많은 지침(guidelines)들이 있다. 하지만, 불행하게도 사용되고 있는 지침들 중의 하나는 의심스러운 aDNA 염기서열의 경우 생물체의 출현 시기와 기원에 대해서는 진화론적 이론을 따르고 있다는 것이다. 이것은 공룡 뼈로 추정되는 화석뼈와 박테리아의 aDNA 염기서열에 대해 발표되었던 두 경우에서 명백하다. 1994년, 우드워드(Woodward) 등은[13] 중생대 백악기 지층 암석에서 발견된 뼈 샘플로부터 채취한 mtDNA로부터 얻은 시토크롬 b 유전자의 84개 염기쌍 서열 대부분이 포유류의 시토크롬 b DNA와 가장 가깝게 관련되어 있다고 보고했다. 그 뼈의 크기와 백악기 암석 내의 위치 때문에, 그것은 공룡의 뼈로 추정되었다. 그러나 우드워드의 연구 결과는 전적으로 비판받았는데 [14, 15], 왜냐하면 (1) 그의 연구는 독립된 실험실에서 반복되지 않았고, (2) 공룡 DNA는 그렇게 오래 남아있을 수 없을 것이며 (기억할 것은 그들도 DNA는 단지 10,000년 이내에 분해된다고 생각하고 있었다) (3) 모든 고생물학자들은 공룡이 포유류보다는 조류에 더 가까운 것으로 알고 있었기 때문이었다.


우드워드의 발표에 대해 가장 목소리 높여 비판한 사람들 중 하나는 그 당시 몬태나의 보즈만(Bozeman)에 있는 로키 박물관(Museum of the Rockies)에서 일하고 있었던 메리 슈바이처(Mary Schweitzer)였다. 슈바이처와 블레어 헤쥐스(Blair Hedges)는 우드워드의 연구에 대해 다음과 같이 주장하면서 반박문을 썼었다.

”.... (추정되는) 공룡의 염기서열은 양막류(amniotes)의 계통발생적 분석에서 조류 및 악어류와 함께 일단을 이룰 것으로 기대된다.”[14]

우드워드 그룹이 그들의 시료들에 어떠한 오염도 없도록 세심한 주의를 기울였음에도 불구하고, 슈바이처와 헤쥐스 그리고 다른 이들은 mtDNA 시토크롬 b 서열이 인간 DNA로 오염되었다고 주장했다. 왜냐하면 그것은 독립적으로 다른 실험실에서 검증되지 않았고, 그들의 계통발생 분석이 추정되는 공룡 mtDNA 시토크롬 b 서열을 인간 DNA가 속한 그룹으로 분류했기 때문이었다.


비슷한 경우에서, 브릴랜드(Vreeland) 등은 2억5천만 년 전으로 추정되는 소금 결정으로부터 채취된 박테리아 종인 바실루스(Bacillus)로부터 16S rDNA 유전자의 완전한 염기서열을 얻었다고 발표했다.[9] 그들은 오늘날의 바실루스와 매우 닮은 aDNA 염기서열을 얻었을 뿐만 아니라, 그 유기체를 배양하는데도 성공했다. 다시한번 비판가들은 2억5천만 년 된 박테리아가 오늘날의 박테리아와 그렇게 가까울 수 없고, 2억5천만 년 동안 휴지기 상태에 있었던 박테리아를 배양해서 살려냈다는 것은 공상과학이라고 말하며, 배양된 박테리아와 aDNA 샘플은 오염된 것이라고 주장했다. 브릴랜드의 주장은 독립적인 실험실에서 반복 실험되지 않았고, 이 분야의 많은 과학자들은 aDNA가 ‘수백만 년이나 된’ 생물체로부터 채취될 수 있다는 것을 계속해서 의심하고 있다.


우드워드와 브릴랜드와는 대조적으로, 네안데르탈인의 mtDNA의 염기서열은 네안데르탈인이 유럽에서 초기 인류가 되었을 것이라는 생각을 하도록 하는데에 사용되었다.[16] 이 연구 또한 독립적으로 검증되지 않았으나, aDNA가 어떻게 초기 인류 집단의 유전학에 대한 지식을 증가시킬 수 있는 방법이 될 수 있는 지에 대한 예로써 환영받았다. 왜냐하면 얻어진 자료들은 네안데르탈인이 현대 인류의 조상이 아니라는[4] 진화론적 견해를 지지하고 있었기 때문이었다. 진화론적 사고방식에 맞으면 검증되지 않은 연구도 수용되고, 진화론적 패러다임에 맞지 않으면 검증되지 않은 연구를 거절하는 것은, aDNA 시료들에 대한 미래의 연구 노력에 명백히 영향을 미칠 수 있는 근심스런 동향이다.


슈바이처 팀은 공룡의 연대와 aDNA에 관한 더 많은 정보를 제공할 수 있는 연부조직을 가지고 있다. 이 연부조직에 관한 주제는 이미 많은 세속적 과학자들의 마음에 자리 잡았다. 그러나 만약 슈바이처 팀이 티라노사우르스의 조직으로부터 aDNA를 성공적으로 채취해낸다면, 그것은 티라노사우르스가 10,000년 이내에 살았었다는 것을 확정하거나, 또는 어떻게 DNA가 6천5백만 년의 환경적 지질학적 격변에 살아남을 수 있었는지를 알아내도록 과학자들을 실험실로 돌려보낼 것이다. 만약 추출된 aDNA가 진화론적 전제조건을 충족시키지 않는다면, 그 염기서열은 오염된 것으로 간주되어 발표되지 않을 것인가? 슈바이처는 최근의 MSNBC 인터뷰에서[17], 많은 과학자들이 공룡 티라노사우르스의 조직에 남아있을 단백질과 DNA에 대한 생화학적 분석 결과를 몹시 기다리고 있기 때문에, 수집된 예비 자료들은 ‘호기심을 자아내고 있다’는 것을 인정했다.


비록 쥐라기 공원이 살아있는 공룡들로 가득한 환상의 공원이지만, 부드러운 공룡의 연부조직의 발견으로 인해 제공된 새로운 자료들을 설명하기 위해서 새로운 이론들을 생각해 내며 서로 다투고있는 과학자들을 지켜보는 것이 더 신나고 재미있을 것이다.


References

1. Schweitzer, M. H., Wittmeyer, J. L., Horner, J. R., and Toporski, J. K. 2005. 2. Soft-tissue vessels and cellular preservation in Tyrannosaurus rex. Science307:1952-1955.
2. Poinar, H. N., Höss, M., Bada, J. L., and Paabo, S. 1996. Amino acid racemization and the preservation of ancient DNA. Science 272:864-866.
3. Smith, C. I., et al. 2001. Neanderthal DNA: not just old but old and cold? Nature410:771-772.
4. Willerslev, E., and Cooper, A. 2005. Ancient DNA. Proc. R. Soc. B 272:3-16.
5. Poinar, H. N., et al. 2006. Metagenomics to paleogenomics: Large-scale sequencing of mammoth DNA. Science 311:392-394.
6. Bada, J. L., Wang, S. W., and Hamilton, H. 1999. Preservation of key biomolecules in the fossil record: current knowledge and future challenges. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 354:77-87.
7. Lindahl, T. 1993. Instability and decay of the primary structure of DNA. Nature362:709-715.
8. Golenberg E. M., et al. 1990. Chloroplast DNA from a Miocene Magnolia species. Nature 344:656-658.
9. Vreeland, R. H., Rosenzweig, W. D., and Powers, D. W. 2000. Isolation of a 250 million-year-old halobacterium from a primary salt crystal. Nature 407:897-900.
10. 1Orlando, L., et al. 2002. Ancient DNA and the population genetics of cave bears (Ursus spelaeus) through time and space. Mol. Biol. Evol. 19:1920-1933.
11. Krings, M., et al. 1997. Neanderthal DNA sequences and the origin of modern humans. Cell 90:19-30.
12. Adcock, G. J., et al. 2001. Mitochondrial DNA sequences in ancient Australians: Implications for modern human origins. Proc. Nat. Acad. Sci. 98:537-542.
13. Woodward, S. R., Weyand, N. J., and Bunnell, M. 1994. DNA sequences from Cretaceous period bone fragments. Science 266:1229-1232.
14. Schweitzer, M. H., and Hedges, B. S. 1995. Detecting dinosaur DNA. Science268:1191.
15. Allard, M. W., Young, D., and Huyen, Y. 1995. Detecting dinosaur DNA. Science268:1192.
16. Serre, D., et al. 2004. No evidence of Neanderthal mtDNA contribution to early modern humans. PLoS Biol. 2:313-317.
17. Boyle, A. 2006. Proteins could reveal new dinosaur secrets. MSNBC.COM., Feb. 20, 2006, see http://www.msnbc.msn.com/id/11385533.

* Dr. Daniel Criswell has a Ph.D. in Molecular Biology and is a biology professor at the ICR Graduate School.

 

.참조 : 7천만 년 전 공룡 세포조직 발견 (YTN 뉴스(동영상). 2005. 3. 25.)
http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=001&oid=052&aid=0000071693&

First dino 'blood' extracted from ancient bone (NewScientist, 2009. 4. 30)
http://www.newscientist.com/article/dn17060-first-dino-blood-extracted-from-ancient-bone.html?DCMP=OTC-rss&nsref=online-news#
 

공룡의 뼈에서 발견된 살아있는 연체 조직과 혈관 (youtube 동영상, 한글자막)

https://www.youtube.com/watch?v=EwHA4km7vow

지구가 젊다면 신선한 공룡뼈도 존재하는가? 캔트 호빈드 (youtube 동영상, 한글자막)

https://www.youtube.com/watch?v=An6Z04PAj5w


번역 - 창조과학회 대구지부

링크 - http://www.icr.org/index.php?module=articles&action=view&ID=2817

출처 - ICR, Impact No. 396, 2006

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=3389

참고 : 2647|2543|2547|2278|737|1934|3152|3194|2704|2302|2304|749|1461|2079|750|1941|3245|3382|4431|4240|4106|3957|3889|3868|3811|3720|3865|905|4362|4986|4995|5009|5010|5014|5044|5047|5049|5053|5549|5684|5907|6172|6171|6177|6173|6174|6180



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