최고 시속 115㎞에 달하는 타조(Struthio camelus)의 폭발적 속도를 설명하는 새로운 가설이 나왔다. 타조는 지구상의 생명체 중 유일하게 하나의 다리에 두 개의 무릎뼈(이하 슬개골)를 가졌는데 거기에 비밀을 푸는 열쇠가 있다는 것이다.
사람의 허벅지와 종아리 사이의 연결점이 되는 툭 불거져 나온 관절 전체를 ‘무릎’이라 부른다. 해부학적으로 무릎은 허벅지 안의 대퇴골과 종아리 속 경골이 만나는 부위에 있는 무릎뼈를 뜻한다. 공식 명칭은 ‘슬개골’이다.
지난 2일(현지시각) ‘2017 실험생물학 연례회의’에서 영국 로얄베트네리칼리지런던 비교생물의학과 소피 레그너트 연구원은 “두 개의 슬개골 중 특히 다른 동물에 없는 여분의 슬개골이 타조의 거대한 몸통에서 오는 힘을 지탱할 뿐만 아니라 근육을 잡아주고 뻗을 수 있는 각도를 늘려 빠른 속도를 낼 수 있게 할 것”이라고 말했다.
타조 다리의 3차원 CT사진(왼쪽)과 이를 선으로 그린그림(오른쪽) 대태골(Femur) 앞쪽위에 작고 둥근 것이 가까운 슬개골(Proximal patella)이고 경골뽁에 길고 뾰족한 것이 먼쪽 슬개골(Distal patella)이다. - Royal Vererinary College 제공
타조 다리의 3차원 CT사진(왼쪽)과 이를 선으로 그린 그림(오른쪽) .대퇴골(Femur) 앞쪽 위에 작고 둥근 것이 '가까운 슬개골(Proximal patella)'이고 경골 쪽의 길고 뾰족한 것이 '먼 슬개골(Distal patella)'이다. - Royal Vererinary College 제공
타조의 무릎에 두 개의 슬개골이 있다는 사실은 1864년 알렉산더 맥칼리스터 경(당시 영국 캠브리지대 교수)의 론문을 통해 알려졌다. 타조는 사람의 무릎에도 있는 ‘대퇴골 쪽에 가까운 둥근 슬개골’ 외에 ‘경골에 가까우면서 뾰족한 모양의 슬개골’이 추가로 있다는 것이었다.
매칼리스터 경은 대퇴골을 기준으로 ‘가까운 슬개골’과 ‘먼 슬개골’로 구분했다. 이후 두 개의 슬개골이 있는 이유와 진화적 설명에 대한 연구는 큰 진전이 없다가, 분석 기술이 발달한 2000년대 초반부터 본격적인 연구가 진행되기 시작했다.
레그너트 연구원팀은 3차원 모델링 기술을 리용해 타조 대퇴골 크기에 따른 슬개골의 비율 등을 비교 분석해 2014년 12월 생물학 학술지 ‘피어제이(PeerJ)’에 발표한 바 있다. 당시 연구팀은 평균적으로 대퇴골의 길이가 30㎝일 때, 먼쪽 슬개골이 5.6㎝ 정도로, 슬개골 크기가 대퇴골의 18% 정도 된다는 것을 확인했다.
레그너트 연구원은 2017 실험생물학 연례회의 발표에서 “이후 진행된 연구를 통해 먼쪽 슬개골이 팔꿈치와 같은 고정된 뼈와 비슷하게 생긴 것을 발견했다”며 “두번째 슬개골이 타조의 빠른 달리기에 중요한 역할을 하며 그외 잠재적 기능이 더 있을 것으로 보인다”고 설명했다.
타조과 공룡(오르니토미모사우르스류)의 력사는 백악기 전기인 약 1억 2500만 년 전까지 거슬러 올라간다. 여러 연구에 따르면 시속 60㎞ 이상으로 달릴 수 있었던 타조과 공룡이 공룡 중 가장 빨랐다. 타조과 공룡의 진화를 특별히 달리기를 위한 진화라는 의미로 ‘주행성 진화’라 부르고 있다.
레그너트 연구원은 “제대로 밝히지 못한 타조의 진화 과정에 대한 명확한 분석이 이뤄지면 재활용보철물의 디자인, 더 빠르고 자연스럽게 움직이는 로봇 연구에 도움이 될 것”이라 전망했다.
동아사이언스
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