익룡 화석에서 콜레스테롤 분자 발견…고생물학 상식 뒤집다

지질학적 금고: 3차원 보존을 가능하게 한 다단계 광물화

연구팀은 화석이 '지질학적 금고(geological vault)'처럼 보존된 과정을 규명했다 . 첫 단계로 불소인회석(fluorapatite)이라는 인산칼슘 광물이 뼈 내부와 주변에 빠르게 형성되며 미세 구조를 안정화했다. 이어서 여러 겹의 방해석(calcite)이 뼈 속 공간을 천천히 채워 갔다. 중요한 점은 이 방해석의 탄소-13 동위원소 함량이 매우 낮았다는 사실이다. 이는 방해석이 익룡 자신의 지방 조직과 지질(lipid)이 분해되면서 만들어진 탄소로부터 유래했음을 의미한다 . 이렇게 형성된 다층 광물 코트는 스테로이드 생체지표와 콜라겐 섬유 같은 미세 구조를 1억 1300만 년 동안 화학적 분해로부터 보호했다 .

미생물: 파괴자이자 동시에 보존자

연구는 화석화 초기 단계에서 '국소적 산화환원(redox) 변화'가 어떻게 다단계 광물화 과정을 주도했는지 상세히 보여준다 . 여기서 핵심 역할을 한 것은 황산화 박테리아(sulfur-oxidizing bacteria, SOB)였다. 이 박테리아가 남긴 증거는 중정석(barite)과 천청석(celestite)이라는 광물이다 . 이 미생물들은 익룡의 연조직과 지방을 분해하면서 탄소를 방출했고, 이 탄소가 방해석 침전을 촉진했다. 동시에, 이들의 활동은 뼈가 섬세한 구조를 잃기 전에 보호 광물로 둘러싸이게 만드는 화학적 조건을 만들어 냈다 .

이 발견이 화석화 이론을 어떻게 바꾸는가

기존 통념은 이러했다. 산소와 미생물 산화는 파괴적이다. 분해 미생물이 연조직과 생체 분자를 먹어치우므로, 뛰어난 화석이 보존되려면 미생물 활동이 억제되는 무산소(anoxic) 환경이 필수적이다.

이번 연구는 이 통념을 두 가지 방식으로 뒤집었다 :

• 미생물 산화는 해로운 것이 아니라 필수적이었다. 황산화 박테리아와 같은 분해 미생물은 단순히 조직을 파괴한 것이 아니다. 이들은 불소인회석과 방해석 침전을 유도하는 지구화학적 구배(gradient)를 적극적으로 만들어 냈고, 이 광물들이 뼈를 3차원 형태로 물리적으로 보존했다 .
• 산소-미생물 상호작용이 생체 분자의 생존을 가능하게 했다. 지방 조직을 분해하는 산화 과정은 방해석 형성에 필요한 탄소를 공급했고, 빠르게 형성된 광물 껍질이 스테로이드 생체지표와 콜라겐 유사 구조를 추가 분해로부터 가둬 보호했다 .

그라이스 박사는 "산소 때문에 파괴되는 것이 아니라, 오히려 산소 덕분에 보존되는 화석도 있다. 그것은 고대 미생물군집이 수행한 산화 과정을 통해서다"라고 말했다 . 연구팀은 이 메커니즘을 새로운 전지구적 라거슈테텐(Lagerstätten, 탁월한 화석 산지) 메커니즘으로 제안하며, 다른 화석 산지에서도 이와 유사한 보존 과정이 확인되고 있다고 밝혔다 .

더 큰 그림

커틴대학이 주도한 이 연구는 익룡에서 스테로이드 생체지표를 최초로 복구해 물고기/오징어 식단을 밝혀냈다. 황 대사 미생물과 국소적 산화환원 변화가 주도한 다단계 광물화가 날개뼈의 3차원 보존에 핵심이었음을 입증했다. 그리고 미생물 산화의 역할을 순수한 파괴 요인에서 특정 유형의 탁월한 화석 보존에 필요한 건설적 단계로 근본적으로 재정의했다 .