얼마나 많은 티라노사우루스(Tyrannosaurus rex)가 백악기 동안 북아메리카를 돌아다녔을까요?
이 질문에 대한 답을 찾기 위해 고생물학자들은 연구해왔는데요. 지금까지 아무도 오래 전 멸종한 동물의 개체 수를 계산할 수 없었고 지난 세기 가장 영향력 있는 고생물학자 중 한명인 조지 심슨(George Gaylord Simpson)역시 할 수 없는 일이라고 생각했는데요.
그런데 ‘Science’에 게재된 연구에 따르면 UC 버클리 대학교(UC Berkeley) 연구진은 멸종된 티라노사우루스가 당시 얼마나 많이 살았는지 계산해냈다고 하는데요. 연구에 따르면 약 20,000마리의 티라노사우루스가 대략 10세 전후로 살았을 것이라고 합니다. 이는 대부분의 동료 과학자들이 추정하는 것과 비슷하다고 하는데요. 자신을 포함한 소수의 고생물학자들이 완전히 파악한 바에 따르면 약 25억 마리의 이 공룡은 약 150만년 동안 지구 위를 걸어 다니며 살다가 죽었다는 걸 의미합니다.
UC 버클리 대학교(UC Berkeley) 통합생물과학와 지구 및 행성과학 교수이자 캘리포니아 대학 버클리 고생물학 박물관(University of California Museum of Paleontology)의 책임자인 Charles Marshall은 “이 프로젝트는 어떻게 보면 장난에서 시작됐다”며 “내가 화석을 손에 쥐었을 때 이 괴물이 수백만년 전에 살아있었다는 사실의 가능성에 대한 의문을 갖지 않을 수 없었다. 내가 그 뼈의 일부를 들고 있었다. 그건 너무 사실 같지 않아보였다”라고 말합니다. 이어 “질문이 계속 머릿속에 떠올랐는데 ‘그게 얼마나 가능성 없는 일일까? 이건 천 마리 중 한 마리일까? 백만 마리 중 한 마리일까? 십억 마리 중 한 마리일까?’ 그리고 나서 나는 실제로 얼마나 많은 개체수가 살아있는지 추정할 수 있다는 걸 깨달았고, 그 질문에 답할 수 있다는 걸 알게 됐다”고 설명합니다.
다만, Marshall은 이번 추정치는 불확실성이 크다는 걸 재빠르게 지적했습니다. 티라노사우루스의 개체수는 거의 20,000마리였지만 95%의 신뢰범위는 (실제로 이 수만큼 존재할 확률이 95%인 개체수 범위)는 1,300마리에서 328,000명 사이 입니다. 따라서 일생 동안 존재했던 총 개체 수는 1억 4천만 마리에서 420억 마리까지 될 수 있습니다.
그는 “심슨이 관찰한 것처럼 화석 기록으로 정략적 추적을 하는 건 매우 어렵다”며 “연구에서 우리는 최적의 추정치에만 초점을 맞추기 보다는 계산을 위해 필요한 변수를 강력히 통제하는데 초점을 맞췄다”고 설명합니다.
이후 연구진은 몬테 카를로 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 데이터의 불확실성이 결과의 불확실성으로 어떻게 변환되는지 결정했습니다. 참고로 몬테 카를로 시뮬레이션이란 불확실한 상황하에서의 의사결정을 목적으로 확률적시스템의 모의 실험에 이용되는 절차를 말합니다.
Marshall은 이 수치에서 가장 큰 불확실성은 온혈동물인 티라노사우르스가 어땠는지를 포함해 공룡의 생태계의 정확한 특성에 대한 질문들에 초점을 맞추고 있다고 설명합니다. 이 연구는 UC 산타바바라(UC Santa Barbara)의 John Damuth가 발표한 자료에서 ‘Damuth’s Law’라고 알려진, 동물의 체질량을 살아있는 동물의 개체군 밀도(population density)와 연관짓고 있습니다. 이 관계는 강하지만 생태학적 차이는 동일한 생리학적, 생태학적 지위를 가진 동물의 개체군 밀도에 큰 변화를 가져온다고 그는 말합니다. 참고로 개체군 밀도는 어떤 개체군의 단위 공간당 개체 수를 말합니다. 예를들어 재규어와 하이에나는 크기가 거의 비슷하지만 하이에나는 그들의 서식지에서 재규어보다 50배 높은 개체군 밀도로 발견됩니다.
Marshall은 “우리의 계산은 살아있는 동물들의 체질량과 개체군 밀도 사이의 관계에 달려있지만 그 관계의 불확실성은 대략 두배정도이다”며 “그렇다면 놀랍게도 우리 추정치의 불확실성은 우리가 사용한 고생물학 데이터의 불확실성에서가 아니라 이러한 생태학적 변동에 의해 지배된다”고 설명합니다.
계산의 일부로 Marshall은 티라노사우루스를 사자와 지구상에서 가장 큰 도마뱀인 코모도왕도마뱀(Komodo dragon)의 중간 정도의 에너지 요구량을 가진 포식자로 취급하기로 했습니다. 티라노사우루스의 생태계 내 지위 문제로 Marshall과 연구팀은 화석 기록에 잘 나타나지 않는 덜 성숙하 ㄴ어린 티라노사우루스는 배제했는데요. 그들은 사실 다 자란 티라노사우루스와 떨어져 살며 다른 먹잇감을 쫒았을지도 모르기 때문입니다. 티라노사우루스가 성숙기에 접어들면서 그들의 턱은 더 강해졌고 뼈를 으스러뜨릴 수 있게 됐습니다. 이는 청소년기의 티라노사우루스와 다 자란 티라노사우루스가 다른 먹이를 먹었고 거의 다른 포식자 종과 유사했다는 걸 암시합니다.
이러한 가능성은 뉴멕시코 대학교 진화생물학자인 Felicia Smith가 최근 진행한 최근 연구에 의해 뒷받침되고 있는데요. 이 연구에서는 백악기 말동안 거대한 포식동물 티라노사우루스와 함께 중간 크기의 포식자가 존재하지 않은 것은 어린 티라노사우루스가 생태학적 지위를 채웠기 때문이라고 가정합니다.
화석이 우리에게 말해주는 것
연구진들은 과학 문헌과 동료들의 전문 지식을 파고 들며 티라노사우루스가 성적 성숙기에 있을 가능성이 높은 나이는 15.5세이며 최대 수명은 아마도 20대 후반일 것이란 걸 알아냈습니다. 티라노사우루스 성체의 평균 체질량은 약 5,200km 즉 5.2톤이었습니다. 또한 티라노사우루스가 수명 동안 얼마나 빠르게 성장했는지에 대한 데이터도 사용했습니다. 그들은 성적인 성숙기 즈음 빠르게 성장했고 약 7000kg(7톤)까지 자랄 수 있었습니다.
이러한 추정으로부터 각 세대가 약 19년 동안 지속됐고, 평균 개체군 밀도는 100평당 킬로미터당 약 1마리라고 계산했습니다. 그 후 티라노사우루스의 전체 지리적 범위가 약 230만 평방 킬로미터이고 티라노사우루스가 약 250만년 동안 생존한 것으로 추정하면서 연구진은 20,000마리의 크기를 계산해냈습니다. 총 12만 7천 세대가 넘도록 그 종은 살아남았고 이는 전체적으로 약 25억 마리가 살았다는 걸 의미합니다.
이 종의 역사 위에 이렇게 많은 수의 발육기 후의 공룡들이 있는데요. 아마도 더 많은 수의 덜 성장한 공룡들도 존재했을텐데요. 그 뼈들은 모두 어디로 갔을까요? 고생물학자들이 발견한 이 개체들의 비율은 어느정도일까요? 지금까지 발견된 티라노사우루스 개체는 100마리 미만이며 많은 개체들은 하나의 화석화된 뼈로 대표됩니다.
Marshall은 “오늘날 공공 박물관에는 비교적 잘 보존된 성장기 이후의 티라노사우루스가 32마리 정도 있다”며 “그 동안 살았던 성장기 이후의 개체 중에서 우리는 약 8천만 명 중 한 마리만 가지고 있다는 걸 의미한다”고 설명합니다. Marshall에 따르면 만약 몬태나 주의 유명한 헬 크릭 지층(Hell Creek Formation)에서 티라노사우르스 화석이 가장 흔한 곳으로 화석 회수율의 분석을 제한한다면 그 기간동안 그 지역에 살았던 티라노사우루스 약 16,000마리 중 1마리를 회수 했을 것으로 추정한다고 합니다. Marshall은 “우리는 이 숫자에 놀랐다. 화석 기록은 내가 처음 추측한 것보다 훨씬 더 많이 생명체를 표현한다. 그곳에 거의 살지 않았더라도 1000마리 중 1마리 정도가 될 수 있고 티라노사우루스의 개체군 밀도 추정치의 불확실성을 감안하면 25만 마리 중 1개 정도로 낮아질 수도 있다”고 말합니다.
Marshall은 다른 과학자들 간에 논란이 있을 수는 있지만 그가 멸종된 개체수를 추정하기 위해 사용한 계산 틀은 그대로 유지돼 다른 화석화된 생물들의 개체수를 추정하는데 유용할 것이라고 말합니다.
그는 “어떻게 보면 이것은 우리가 얼마나 많이 알 수 있고 그것을 알아내기 위해 어떻게 나아가야하는지에 관한 고생물학적 훈련이었다”며 “우리가 공룡에 대해 얼마나 많이 알고 있는지 그리고 그 겨로가 얼마나 더 많은 것을 계산할 수 있는지는 놀라울 따름이다. 티라노사우루스에 대한 우리의 지식은 지난 수십년 동안 더 많은 화석과 더 많은 분석 방법, 알려진 여러 개의 화석에 대한 더 나은 정보통합 방법 덕분에 크게 확장될 수 있었다”고 언급합니다.
연구원들이 컴퓨터 코드로 사용할 수 있게 만든 이 틀은 고생물학자들이 화석을 발굴할 때 놓쳤을 수 있는 종의 수를 추정하는 토대가 될 것으로 보입니다. 그는 “이 수치로 우리는 화석 기록에서 얼마나 많은 단명한, 지리적으로 특화된 종들이 누락됐을지 추측하기 시작할 수 있다”며 “우리가 모르는 것을 수량화하기 시작하는 방법일 수 있다”고 전합니다.
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