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공룡학자는 평범한 사람이 아니다.단순히 고생물학에 능통하다고 해서 훌륭한 공룡학자가 될 수 없다.화석을 찾아 오지를 마다않고 달려가는 모험심,탐정의 상상력과 추리력,그리고 장인의 손재주를 두루갖추고 있어야 한다.

공룡을 연구하기 위해서는 여러가지 특별한 기술이 필요하다. 동물 신체의 구조와 역할에 관한 상세한 지식이 있어야 함은 물론이고 탐험가, 탐정, 그리고 예술가의 능력도 필요하다. 공룡학자는 어떤 방법으로 공룡을 연구하는 것일까? 이 과정을 필자가 미국 텍사스 달라스의 남부감리대학에서 박사학위 과정 중에 연구한 한 공룡을 통해 설명하려고 한다.공룡학자가 가장 먼저 해야 할 일은 여느 고생물학자처럼 화석을 찾는 일이다. 화석이 없다면 고생물학과 고생물학자는 존재할 수 없다.

화석을 찾아 세계 각국 탐사

화석은 퇴적암에서만 발견된다. 따라서 공룡화석을 찾기 위해 공룡이 번성했던 중생대의 퇴적암을 뒤지는 일은 당연하다. 이 장소는 세계 각국에 퍼져있으며 때로는 사람의 접근이 어려운 오지에 분포하기도 한다. 다행스럽게도 새로운 공룡화석을 포함한 많은 퇴적암이 바람에 날리고 물에 씻겨 계속 우리 눈앞에 드러나고 있다.

간혹 산을 깎는 도로공사장이나 집터에서 화석이 발견되기도 한다. 그래서 아마추어 화석수집가가 우연히 공룡뼈를 발견하는 경우가 있다.

그러나 대부분의 경우 박물관이나 대학의 탐사팀이 주의 깊게 선택한 장소에서 대규모로 작업이 진행된다. 이때 트럭, 발전기, 수많은 발굴도구와 탐사·운반장비가 동원된다(과학동아 1999년 10월호 ‘몽골 고비사막’ 참조).

물론 탐사의 목적은 새로운 공룡뼈를 발굴하고 이를 실험실로 가져오는 일이다. 그러나 이 작업을 하기 전에 현장에서 세심한 야외조사가 수행돼야 한다. 특히 모든 뼈가 발견된 정확한 위치가 기록돼야 하는데, 이 기록물은 공룡이 화석화된 과정을 연구하는데 매우 귀중한 자료다.

1989년 12세의 소년 모리스는 열성적인 아마추어 화석채집가인 아버지와 함께 포트워스 북쪽에 파파층(약 1억년전의 지층)이 노출돼 있는 공터에서 상어 이빨화석을 찾고 있었다. 잠시 후 모리스는 아버지에게 조그만 뼈 하나를 찾아 보여줬다. 아버지는 “그 뼈는 누가 차를 타고 지나가면서 창 밖으로 버린 켄터키 후라이드 치킨의 뼈일 거야” 라고 말했다. 그러나 이들은 같은 장소에서 몇개의 뼈 조각을 더 발견하고는 ‘혹시 화석 뼈일지도 모른다’는 생각에 대학 연구팀을 찾아왔다.

이 뼈들은 놀랍게도 갑옷공룡 노도사우르의 새끼 뼈였다. 갑옷공룡(Ankylosauria)은 안킬로사우르(ankylosaur)와 노도사우르(nodosaur)로 구분되는데, 꼬리 끝에 곤봉 구조를 가진 것이 안킬로사우르이고 이 구조가 없는 종류가 노도사우르다. 연구팀이 화석이 발견된 장소로 달려가 이빨과 머리뼈 조각을 비롯한 상당수의 뼈를 더 발견했지만 이미 많은 부분이 없어진 후였다.

1994년 같은 지역에서 우연히 새로운 단서가 찾아졌다. 새끼 뼈가 발견된 지역에서 불과 2백m 거리에서 갑옷공룡 화석이 발견됐다. 이번에는 완전히 자란 성체의 머리뼈였는데, 손상된 부분 없이 완전한 형태로 보존돼 있었다.

발견자인 크리스 캠벨은 포트워스 동물원에서 일하는 청년이었다. 시간이 날 때마다 화석을 찾아 이 지역을 돌아다닌 아마추어 수집가였다. 그는 자신이 발견한 화석이 악어의 머리뼈일 것이라 생각하고 이를 확인하기 위해 연구팀을 찾아온 것이다.

섬세한 손재주가 요구되는 뼈추리기

암석 속에 묻혀있는 머리뼈의 정확한 형태를 알기 위해 본격적인 뼈추리기 작업이 시작됐다. 이때부터 공룡학자는 화석처리가로 역할을 바꿔 화석을 싸고 있는 암석을 제거해야 한다.

뼈는 화석이 되는 과정에서 곧잘 부서지거나 짓눌려지기 때문에 뼈를 감싸고 있는 암석을 제거할 때 뼈조각들을 잃지 않도록 매우 주의해야 한다. 우선 뼈 주위를 두껍게 싸고 있는 암석을 망치나 정, 다이아몬드 톱으로 제거해 최대한 뼈 가까이 접근해 간다.

이후의 작업은 암석의 종류에 따라 달라진다. 만일 암석이 석회암이면 약한 산성용액에 넣어 서서히 석회암을 용해시킨다. 이 방법은 특히 조그맣고 섬세한 화석을 다루는데 유용하지만 과정이 매우 느리게 진행된다는 단점이 있다.

이에 비해 암석이 매우 단단하거나 산성용액에 용해되지 않는다면 압축공기를 내뿜는 연필 크기의 공기파쇄기(air scribe)를 사용하는 것이 일반적이다. 공기파쇄기는 좁쌀만큼 암석을 조금씩 떼어내는데 매우 유용하다. 보다 미세한 작업이 필요할 때는 치과용 드릴이나 바늘이 동원된다.

일단 뼈가 드러나면 PVA(폴리비닐 아세테이트에 아세톤을 섞은 용액)를 뼈에 칠해 뼈의 강도를 높인다. 이 용액에 들어있는 아세톤은 휘발성이 있기 때문에 폴리비닐 아세테이트와 함께 쉽게 뼈의 틈 사이로 스며들어간 후 곧 공기중으로 날아간다. 그 결과 접착성을 가진 폴리비닐 아세테이트만 뼈 속에 남아 뼈를 강하게 접착시킨다.

그러나 공룡 뼈들은 이 일을 쉽게 수행할 수 있도록 매끄럽거나 똑바른 모양을 갖추고 있지 않다. 구멍과 틈이 숱하게 많고, 휘어져있거나 삐죽삐죽 돌출된 경우가 흔해 작업을 어렵게 만든다. 현미경 아래에서 일주일 내내 작업해도 한개의 척추뼈조차 처리하지 못하는 때가 많다. 연구팀이 갑옷공룡의 머리뼈를 완전하게 처리하는데 꼬박 3개월이 소요됐다.

만일 디플로도쿠스와 같이 척추가 90개가 넘는 커다란 공룡 뼈를 다루려면 몇년의 세월이 훌쩍 지나간다. 이런 이유로 세계 대부분의 박물관에는 아직 처리하지 못한 채 석고에 싸여 있는 수많은 뼈들이 햇빛 볼 날만을 기다리고 있다.

퍼즐조각 맞추듯 골격 복원

무사히 뼈추리기 작업이 끝나면 공룡학자는 다시 역할을 바꿔 화석에 대한 학술적 연구를 시작한다. 그런데 하나의 공룡에 속한 모든 뼈가 함께 발견되는 일은 극히 드물다. 죽은 동물의 시체는 다른 동물에 의해 뜯기거나 강물에 씻기면서 운반되는 일이 잦다. 또 수백만년 동안 암석 속에서 재배치되거나 파괴되기 일쑤다. 그래서 많은 수의 조각이 없어지고 부서진 상태에서 아무런 안내도면 없이 복원작업이 진행된다.

이때 퍼즐조각을 맞추는 경우처럼 중요한 조각부터 하나씩 맞춰나간다. 공룡의 경우 머리뼈와 이빨이 가장 중요한 조각이다. 공룡은 서로 다른 머리뼈를 가지고 있기 때문에 조그만 머리뼈 조각에서도 새로운 특징을 발견할 가능성이 크다. 또 이빨은 공룡의 식성에 대한 유용한 정보를 제공한다.

만일 운이 좋다면 신체 부분별로 절반 정도의 불완전한 조각을 가지고도 완전한 복원이 가능하다. 예를 들어 오른쪽 갈비뼈만 발견된 경우 이와 똑같은 모양으로 대칭되게 왼쪽 갈비뼈를 만들 수 있다. 만약 왼쪽 다리에서 세개의 발가락뼈가 존재하고 다른 한쪽 다리에서 왼쪽에는 없는 한개의 발가락뼈가 있다면 이 모두를 조합해 완전한 두다리를 만들 수 있다.

다음 단계에서 공룡학자의 작업은 매우 더디고 조심스럽게 진행된다. 각 뼈를 자세히 기재하고 그림을 그려야 하기 때문이다. 예를 들어 뼈 하나를 기재할 때 다음과 같이 서술한다. “전악골은 콧구멍 아래에서 약간 확장돼 주둥이 앞으로 가면서 서서히 좁아지며, 윗부분은 콧구멍의 안쪽면과 만난다. 얇은 앞쪽 모서리는 전악골 치열까지 아래쪽으로 휘어져 얕게 패인 전악골 입천장을 형성한다. 각 전악골의 앞쪽 모서리는 거칠고 조그만 구멍들이 나있다….” 이 과정은 기재해야 할 뼈가 3백개가 넘는 큰 표본인 경우 매우 힘들고 지루하게 진행된다.

한편 뼈를 그리는 기술은 펜과 잉크를 사용했던 1800년대에 비해 크게 변하지 않았다. 공룡학자는 직접 또는 전문가에 의뢰해 여러 각도에서 원하는 방향의 그림을 완성시킨다. 더 정교한 기록을 위해 때로는 입체사진을 찍기도 하며, 최근에는 병원에서 사용하는 CAT(computerized axial tomography)라는 기계를 이용해 머리 속의 복잡한 내부구조를 촬영한다.

현생 동물 참조해 근육 입히기

이제 각 뼈에 맞는 근육을 입히는 일이 기다리고 있다. 물론 화석으로 남아있는 근육은 없다. 그렇다면 유일한 방법은 현생 동물과의 비교를 통해서 근육구조를 추측하는 일이다. 따라서 현생 동물에 대한 세밀한 해부학적 지식은 모든 공룡학자에게 필수적이다.

필자가 탐구한 갑옷공룡 노도사우르의 경우 머리뼈가 완벽하게 보존됐기 때문에 두개골의 해부학 특징에 기초해 신경과 혈관구조를 정확하게 복원할 수 있었다. 이 작업을 위해 여름방학 동안 의대에서 인간해부학 실습과 척추동물 비교해부학 공부를 마쳤다. 또한 한달 동안 스미소니언자연사박물관과 예일대학의 피바디박물관, 그리고 뉴욕의 미국자연사박물관에 머물면서 5종의 다른 노도사우르 갑옷공룡들을 조사했다.

이 과정에서 노도사우르의 모양에 대한 새로운 추측이 제시됐다. 노도사우르의 가장 큰 특징은 이들이 항상 머리를 약 50°정도 수그린 채 살았다는 점이다. 이 자세는 낮게 자라는 풀을 뜯어먹기에 유리하다. 그렇다면 숙여진 머리를 지탱하기 위해 두개골의 구조와 근육 배치가 독특하지 않았을까. 즉 항상 머리를 뒤쪽에서 당기고 있어야 했기 때문에 노도사우르 머리뼈 뒤쪽의 근육은 크게 확장돼 있지 않았을까. 이전보다 노도사우르의 머리 생김새에 대해 구체적인 해석이 제시된 것이다.

사망 현장 추정하는 탐정의 추리력

근육 복원이 끝나면 남는 문제는 공룡이 실제로 어떻게 살았을지 추론하는 일이다. 바야흐로 공룡학자가 탐정으로 변신해야 할 시점이 다가왔다.

어느 탐정에게나 사건의 실마리를 찾는 가장 좋은 장소는 시체가 발견된 현장이다. 화석이 발견된 주위 암석을 철저히 조사해보면 공룡이 죽었을 당시 모래, 펄, 또는 강의 진흙 가운데 무엇에 의해 덮였는지 알 수 있다. 이 실마리는 과거 그 장소에 대한 단서를 제공하며, 공룡이 그곳에서 무엇을 하고 있었는지도 알려준다.

머리뼈를 자세히 관찰한 결과 특이하게도 뼈에는 긁힌 자국과 구멍이 있고, 머리뼈 위쪽 표면에는 굴 껍질이 붙어있었다. 이 사실은 갑옷공룡이 죽어 화석이 될 때까지의 과정에 대한 흥미로운 실마리를 제공했다. 추론해본 갑옷공룡의 운명은 다음과 같다.

1억년에서 9천7백50만년 사이의 어느날(공룡이 발견된 지층의 나이로 추정) 당시 북미대륙 서부 지역의 동쪽 해안에 살던 갑옷공룡 한마리가 물에 빠져 죽었다(사실 이미 죽은 개체가 바닷물을 타고 이곳에 정착한 것인지도 모른다). 화석이 발견된 파파층은 민물이 아니라 바닷가 지역에서 퇴적된 지층이다. 이 사실은 이 지층에서 함께 발견되는 풍부한 성게, 불가사리, 조개, 게를 포함한 여러 종류의 해양무척추동물의 화석, 그리고 상어의 이빨화석을 통해 알 수 있다.

죽은 공룡은 곧 바다 밑바닥에 가라앉았다. 살은 상어에 의해 뜯겨지고 조각난 뼈들에 붙은 살은 게들이 깨끗하게 청소했다. 이 과정에서 여러 형태의 긁힌 자국과 구멍이 뼈에 남았다.

버려진 뼈들은 굴이 알을 낳을 수 있는 딱딱한 기반을 제공했다. 굴은 뼈 위에서 껍질을 만들어 2cm 정도 자란 후 죽을 운명에 처하고 만다. 왜냐하면 계속 퇴적되는 점토와 모래가 뼈를 덮어버리고 말았기 때문이다. 굴의 크기와 성장 속도로 판단해보면 뼈 위에 둥지를 튼 굴은 약 한달 정도 생존했다. 이렇듯 단지 뼈를 통해 1억년 전의 일을 돌이켜 볼 수 있다는 것은 고생물학의 또다른 매력이다.

족보 찾아 학술지 게재

공룡학자가 필히 행해야 할 다음 일은 각 공룡들이 계통발생학적으로 어디에 위치하느냐를 밝히는 일이다. 이 작업을 수행하기 위해 각 공룡의 차이점과 공통점을 명확히 알아내야 한다. 여기에서 뼈와 이빨의 특징을 비롯한 다양한 단서 모두가 판단의 근거로 작용한다. 이를 통해 정확한 가계도를 만들어 공룡들 간의 진화관계를 밝힌다.

마침내 공룡학자가 자기가 연구중인 공룡이 어느 그룹에 속한 것인지 알아내면 그 공룡이 이미 알려진 공룡인지 또는 새로운 공룡인지를 확인하기 위해 모든 알려진 종을 세심히 조사해야 한다. 때때로 이미 이름을 부여받은 종이 새로운 것으로 잘못 알려진 경우도 있기 때문이다.

당시 발견된 노도사우르의 경우 눈을 보호하는 눈꺼풀 뼈가 함께 산출됐다. 눈꺼풀 뼈는 이전에 안킬로사우르 갑옷공룡에만 나타나는 것으로 보고돼 있었다. 흥미롭게도 노도사우르의 눈꺼풀 뼈는 완전하게 눈동자를 덮을 수 있는 안킬로사우르의 경우와 달리 눈 위에 햇빛 가리개처럼 내밀어져 완전하게 눈을 가릴 수 없었다. 노도사우르의 수동적인 방어전략, 즉 낮게 웅크리고 있어 잘 뒤집혀지지 않는 몸 자세를 생각해 볼 때, 이 눈꺼풀 뼈는 육식공룡의 날카로운 이빨공격으로부터 눈을 보호하는데 크게 기여했으리라 판단된다.

이런 증거를 통해 이 화석은 당시로부터 5년 전 발견된 새끼 뼈와 함께 기존에 알려진 노도사우르와는 다른 특징들을 가지고 있다는 점이 확인됐다. 그래서 처음 발견한 동물원 청년의 이름을 붙여 파파사우루스 캠벨아이(Pawpawsaurus campbelli)라고 명명돼 학술지에 발표됐다. 이것이 공룡학자의 마지막 의무이다. 이 날부터 새로운 공룡의 존재는 공식적으로 인정된다. 전세계에서 통용되는 공룡이름(학명)을 제시하는 일은 학자에게 더없는 영광이며 보람이다.

마지막 임무는 박물관 전시
 

학술적인 차원에서 공룡학자의 역할은 여기서 끝난다. 그러나 연구된 공룡이 박물관에 전시된다면 관람객을 위해 공룡을 모델링하고 뼈를 조립하는 일에 또다시 공룡학자의 역할이 요청된다.

박물관에 전시된 대부분의 공룡골격은 실제를 그대로 복사한 모조품이다. 전시 기술자는 공룡학자가 연구한 뼈와 근육의 복원도를 참조해 공룡의 전체적인 형태를 만든다. 특히 이빨이나 발톱과 같은 정교한 부분은 공룡학자가 기재한 내용을 꼼꼼히 검토해야 한다. 예를 들어 화석발톱은 사실 발톱 안에 있던 발톱 뼈이기 때문에 실제 발톱을 만들 때는 약 1/3 정도 크게 만든다. 피부조직은 흔히 악어와 같은 현생 파충류나 드물게 보존된 실제 화석피부를 참고해 제작한다.

그러나 피부의 색깔은 어떻게 복원할 것인가? 입을 열게 할 것인가, 아니면 닫게 복원할 것인가? 눈동자를 새처럼 동그랗게 만들 것인가 또는 뱀처럼 날카롭게 찢어진 형태로 만들 것인가? 이런 의문에는 정확한 답이 없기 때문에 공룡학자와 전시 기술자의 협의가 필요하다. 만일 공룡 모델이나 그림에 배경이 필요하다면 정확한 식물군과 풍경이 복원돼야 한다.

이렇듯 일반인을 위해 공룡을 전시하려면 매우 긴 시간이 필요하다. 하지만 그만큼 값진 일이다. 왜냐하면 전시는 바로 힘든 탐사에서부터 수년에 걸친 화석처리 작업, 수백 시간을 들인 연구와 다른 학자와의 의견교환, 그리고 완성된 논문 등 모든 것이 집약된 결과물이기 때문이다. 공룡학자는 수억년 동안 암석 속에 묻혀있는 화석 덩어리에게 생명을 불어넣어 우리 앞에 끌어내는 마법사와도 같은 일을 해내고 있는 것이다.