기후모델과 고고학자료로 인간진화의 수수께끼 해결
기후모델과 고고학자료로 인간진화의 수수께끼 해결
  • 이웃집과학자
  • 승인 2022.04.14 17:15
  • 조회수 3982
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기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단 연구팀이 독일, 스위스 연구진과 함께 기후 변화와 인류 진화 사이의 연관성을 규명했다고 밝혔습니다. 이번 연구 성과는 기초과학연구원이 보유한 슈퍼컴퓨터 ‘알레프(Aleph)를 활용하여 이뤄졌고, 세계 최고 권위의 학술지인 네이처(Nature)에 4월 14일 게재됐습니다.

 

기후 변화가 인류 진화에 영향을 준다는 것은 화석과 고고학적 증거들을 통해 제시되어 왔습니다. 그러나, 인류화석 유적지 근처의 기후와 관련된 자료가 부족하여 기후 변화의 영향을 명확히 규명하는 것은 오랜 난제로 남아있었습니다.

 

이 난제를 해결하기 위해 연구단은 기후모델링, 인류학, 생태학 전문가 연구진을 구성하고 다각적인 측면에서 기후 변화가 인류 진화에 미치는 영향을 연구했는데요. 연구단은 대륙 빙하와 온실가스 농도, ‘천문학적 변동’을 기후변화를 일으키는 요인들의 영향력으로 이용하여 기후 모델링을 수행해 이를 통해 과거 200만년의 기온과 강수량 등의 기후 자료를 생성 할 수 있었습니다. 여기서 천문학적 변동이란 밀란코비치 이론에 의한 지구의 자전축과 공전궤도 변화로 인해 지구가 받는 태양에너지의 양이 변해 기후 변화를 일으키는 현상입니다. 다음과 같은 변화가 주요합니다.

(1) 세차 운동: 지구 자전축의 흔들림은 약 2만 1천년 주기로 변동

(2) 자전축 기울기 변화: 기울어짐은 약 22~24.5°사이를 오가며, 약 4만 1천년 주기로 변화

(3) 공전 궤도 이심률 변화: 타원 궤도의 형태 변화는 약 10만년과 40만년 주기로 변동함. 

 

공동 연구팀은 과거 200만년 동안 아프리카, 유럽, 아시아 3,200개 지점의 인류 화석과 고고학적 표본을 포함하여 인류 역사에 대한 가장 포괄적인 편집본을 만들었습니다. 기후 자료와 식생, 화석, 고고학 자료들을 결합하여 현대 인류의 조상인 ‘호미닌’종이 시대별로 살았던 서식지를 추정할 수 있는 시공간 지도를 구축했는데요. 호미닌은 인간의 조상으로 분류되는 종족으로 이번 연구 논문에서는 크게 다음과 같은 5개의 그룹으로 나뉘었습니다. (1) 호모 사피엔스, (2) 호모 네안데르탈렌시스, (3) 호모 하이델베르겐시스, (4) 호모 에렉터스, (5) 호모 에르가스테르와 호모 하빌리스. 연구진은 고대 인류종이 서로 다른 기후 환경을 선호했음에도 불구하고, 그들의 서식지가 2만 1천년에서 40만 년까지의 시간 주기에서 발생한 천문학적 변동으로 인한 기후 변화에 따라 모두 이동되었음을 밝혔습니다.

 

우선, 연구진은 지난 200만년 동안 변화하는 기후와 식량 자원에 인류가 어떻게 적응해 왔는지를 설명했습니다. 200만 – 100만 년 전 초기 아프리카 인류는 안정적인 기후 조건을 선호하여 특정 지역에만 서식했습니다. 하지만, 80만년 전의 ‘큰 기후 변화’ 이후 호미닌 종의 하나인 ‘호모 하이델베르겐시스’는 더 다양한 범위의 식량 자원에 적응하였으며, 덕분에 하이델베르겐시스 종은 유럽과 동아시아의 먼 지역까지 도달 할 수 있었는데요. 언급된 큰 기후 변화는 약 100-80만년 전후를 기점으로 빙하기-간빙기의 주기가 약 4만 1천년에서 10만년 주기로 바뀌며 더 춥고 오래 지속되는 방하기를 발생시켰던 기후 변화를 뜻합니다.

호미닌 종족별 생존 시기 및 서식지. IBS 기후물리 연구단의 새로운 고기후 모델 시뮬레이션과 화석 및 고고학 자료를 종합해 계산한 호모 사피엔스(왼쪽 보라색음영), 호모 하이델베르겐시스(가운데 빨간색음영), 호모 네안데르탈렌시스(오른쪽 파란색음영)의 선호 서식지이다. 음영 값이 옅을수록 서식 가능성이 높다는 것을 의미한다. 기입된 날짜는(1ka= 1950년 기준으로 1000년 전) 연구에 사용된 가장 최근의 화석과 가장 오래된 화석의 나이를 나타낸다. 출처 : 기초과학연구원
호미닌 종족별 생존 시기 및 서식지. IBS 기후물리 연구단의 새로운 고기후 모델 시뮬레이션과 화석 및 고고학 자료를 종합해 계산한 호모 사피엔스(왼쪽 보라색음영), 호모 하이델베르겐시스(가운데 빨간색음영), 호모 네안데르탈렌시스(오른쪽 파란색음영)의 선호 서식지이다. 음영 값이 옅을수록 서식 가능성이 높다는 것을 의미한다. 기입된 날짜는(1ka= 1950년 기준으로 1000년 전) 연구에 사용된 가장 최근의 화석과 가장 오래된 화석의 나이를 나타낸다. 출처 : 기초과학연구원

또한, 연구진은 다른 호미닌 종이 접촉하여 같은 서식지 내에 혼재 할 수 있는지를 조사하였고, 5가지 호미닌 집단의 족보를 도출했습니다. 이를 통해 현대 인류인 ‘호모 사피엔스’가 30만년 전 아프리카 개체군인 후기 ‘호모 하이델베르겐시스’로부터 유래하였음을 추정할 수 있었습니다. 이번 연구로 재구성한 기후 기반 혈통은 유전자 정보나 인간 화석의 형태학적 차이 분석에서 얻은 최근의 추정치와 매우 유사한 결과라고 합니다.

 

이번 연구는 인간 기원에 대한 근본적인 의문을 해결하기 위해 고 기후 모델 시뮬레이션 자료를 활용함이 의의가 있습니다. 특히, IBS 윤경숙 연구위원은 슈퍼컴퓨터 알레프(Aleph)를 통해 역대 최고로 긴 기후 시스템 모델 시뮬레이션을 완료했습니다. 기후 시스템 모델의 경우 대기-해양-해빙-지면 과정이 결합된 전지구 기후 시스템 모델로 여러 가지 지구계의 특징을 포괄적으로 시뮬레이션할 수 있습니다. 이는 지난 200만 년의 지구 환경 역사를 다루는 최첨단 기후 모델을 사용한 최초의 연속적 시뮬레이션입니다. 대륙 빙하의 증감, 과거 온실 가스의 농도 변화, 천문학적 변동에 따른 기후 반응과 약 100-80만년전 발생한 빙하기-간빙기 주기의 뚜렷한 기후 변화를 담아낼 수 있었습니다.

 

연구를 이끈 악셀 팀머만 단장은 “이번 연구는 기후가 우리 호모 종의 진화에 근본적인 역할을 했다는 것을 증명한다.”며, “현재 인류가 지금의 우리일 수 있었던 것은 인류가 과거 기후의 느린 변화에 수천 년 이상 적응해 왔기 때문이다.”라고 연구 의미를 밝혔습니다.

논문명 : Climate effects on archaic human habitats and species successions

 

#용어설명

슈퍼컴퓨터 알레프(Aleph)

연산 속도 1.43PF(Peta Flops, 1PF=1초에 1000조번 연산이 가능한 수준)로, 저장 용량은 약 8,740TB(테라바이트)에 달한다. 알레프는 히브리어 첫 글자로 영어의 ‘A’에 해당하는 글자이자 숫자 ‘1’, 수학에서는 ‘무한’을 뜻한다. IBS의 첫 번째 슈퍼컴퓨터라는 점, 계산한 수치 정보로부터 과학적 이론을 만들어낸다는 점에 의미를 부여해 알레프라는 이름을 붙였다. IBS 대전 본원에 위치하고 있는 슈퍼컴퓨터 ‘알레프(Aleph)’는 2019년 4월 공식 개통하여 기후 물리 연구 분야에 활용되어지고 있다.


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