싱크로트론이 밝힌 화석 이빨의 비밀: 긴 유년기는 큰 뇌의 진화를 위한 서곡이다

사회적 유대감이 인간의 큰 뇌의 열쇠일 수 있을까요? 177만 년 전 조지아의 초기 호모의 화석 치아에 대한 연구는 그르노블의 유럽 싱크로트론(ESRF) 덕분에 작은 뇌에도 불구하고 오랜 유년기와 대원숭이와 비슷한 성인기를 보냈다는 사실을 밝혀냈습니다. 이 발견은 3세대 사회 집단에서 문화가 전수된 긴 유년기가 현대인과 같은 큰 뇌의 진화를 촉발했을 수 있다는 것을 시사합니다. 이 연구는 Nature에 게재되었습니다.

취리히 대학교(스위스), 유럽 싱크로트론 방사선 시설(ESRF, 프랑스 그르노블), 조지아 국립 박물관(조지아)의 국제 연구진은 177만 년 전으로 거슬러 올라가는 조지아의 초기 호모 화석을 연구하여 현대인(호모 사피엔스)의 긴 유년기가 큰 뇌와 관련이 있다는 가설에 도전했습니다. 싱크로트론 이미징을 사용하여 거의 성인 개체의 치아 발달을 분석한 과학자들은 이 종이 유인원만큼 빨리 성인이 되었지만(약 12년) 현대인과 유사한 치아 발달 순서를 보였으며, 유인원보다 유년기가 더 길고 성인에 더 오래 의존했음을 시사했습니다.

초기 호모의 뇌가 침팬지의 뇌보다 약간 더 컸기 때문에 연구자들은 이 느린 발달이 세대를 거쳐 문화가 강화된 것과 관련이 있다고 가설을 세웠습니다. 즉, 장로가 젊은 세대에게 지식을 전수하는 것입니다. 3세대의 사회적 맥락에서 더 긴 유년기가 있었더라면 미성숙한 집단 구성원이 점점 더 많은 지식을 더 효과적으로 동화할 수 있었을 것입니다. 이 진화 과정이 시작되면 자연 선택은 사회 집단 내에서 문화 전수를 점점 더 효율적으로 만드는 특성에 작용했을 것입니다. 두 번째 단계에서만, 사회적 정보 전달이 증가하면서 진화는 점점 더 큰 뇌의 발달을 선호했을 것이고, 이는 현대인의 특징인 늦은 성인과 긴 수명으로 이어졌을 것입니다. Nature 에 게재된 이 연구는 긴 유년기의 진화에 큰 뇌가 미치는 역할을 밝혀내며, 대신 긴 유년기와 3세대의 사회 구조가 결국 더 큰 뇌로 이어졌다고 제안합니다.

인간은 유인원에 비해 예외적으로 긴 유년기를 보내며, 이 기간 동안 부모, 조부모 및 다른 성인들이 신체적 및 인지적 발달에 기여합니다. 이는 인간 집단의 복잡한 사회적 환경에서 필요한 모든 인지적 기술을 습득하는 데 중요한 발달 기간입니다. 현재의 합의는 현대인의 매우 긴 성장이 뇌의 부피가 증가한 결과로 진화했다는 것입니다. 뇌는 성장하는 데 상당한 에너지 자원이 필요하기 때문입니다. 그러나 국제 연구팀이 저널 Nature 에 발표 한 예외적인 화석의 치아 성장에 대한 분석을 바탕으로 '큰 뇌 - 긴 유년기' 가설을 수정해야 할 수도 있습니다.

치아는 열쇠다

취리히 대학(스위스), 유럽 싱크로트론 방사선 시설(ESRF, 프랑스 그르노블), 조지아 국립 박물관(조지아)의 과학자들로 구성된 연구팀은 싱크로트론 이미징을 사용하여 조지아의 드마니시 유적지에서 발견된 약 177만 년 전의 초기 호모 의 거의 성인 화석의 치아 발달 과정을 연구했습니다.

"어린 시절과 인지는 화석화되지 않으므로 간접적인 정보에 의존해야 합니다. 치아는 나무가 연륜을 만들어 발달을 기록하는 것과 같은 방식으로 화석화되고 일일 연륜을 생성하기 때문에 이상적입니다." 취리히 대학교의 크리스토프 졸리코퍼와 이 논문의 제1 저자가 설명합니다. "치아 발달은 뇌 발달을 포함한 신체의 나머지 부분의 발달과 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 화석 호미니드의 치아 성장에 대한 세부 정보에 접근하면 일반적인 성장에 대한 많은 정보를 얻을 수 있습니다." ESRF의 과학자이자 이 연구의 공동 저자인 폴 타포로가 덧붙였습니다.

18년간의 연구

이 프로젝트는 ESRF에서 위상차 싱크로트론 단층촬영을 사용하여 치아 미세 구조의 비파괴 분석이 처음 성공한 후인 2005년에 시작되었습니다. 이 기술을 통해 과학자들은 이 화석의 치아를 통해 가상의 미세한 단면을 만들 수 있었습니다. 이 표본의 성장 구조가 보존된 뛰어난 품질 덕분에 출생부터 사망까지 치아 성장의 모든 단계를 전례 없는 정밀도로 재구성할 수 있었습니다. 어떤 의미에서 과학자들은 이 호미니드의 치아를 사실상 다시 키웠습니다.

이 프로젝트는 2005년 처음 구상한 이후 2023년 최종 결과가 나올 때까지 거의 18년이 걸렸습니다. 과학자들은 2006년에 처음으로 이빨을 스캔했고, 2007년에 화석의 사망 연령에 대한 첫 결과를 얻었습니다.

"우리는 초기 호미니드에서 전형적으로 나타나는 치아 발달이 큰 원숭이와 비슷하거나, 현대인과 비슷한 치아 발달을 발견할 것으로 예상했습니다. 첫 번째 결과를 얻었을 때, 우리는 본 것을 믿을 수 없었습니다. 다른 화석 호미닌이나 살아있는 큰 원숭이보다 어금니 치관 성장이 더 빠르다는 것을 암시하는 다른 것이었기 때문입니다." 폴 타포로가 설명합니다. 그 후 몇 년 동안 치과 싱크로트론 이미징에서 기술적 발전이 이루어지면서 다양한 접근 방식을 사용한 5가지 실험 시리즈와 4가지 완전한 분석이 수행되었습니다. 모든 결과가 같은 방향을 가리키고 있고, 잠재적으로 '큰 뇌 - 긴 유년기' 가설에 강한 영향을 미칠 수 있기 때문에, 과학자들은 이 화석을 이해하기 위해 상자 밖에서 생각해야 했습니다. "오늘 우리가 발표하는 가설에 도달하기까지 기술적으로나 지적으로 천천히 성숙했습니다." 폴 타포로가 결론지었습니다.

더 오래 사용되는 유치

"연구 결과에 따르면 이 개체는 지혜니가 이미 돋아난 11~12세 사이에 사망한 것으로 나타났습니다. 이 나이에 큰 원숭이의 경우와 마찬가지입니다." 연구 공동 저자인 뱅상 베이랑이 설명합니다. 그러나 연구팀은 이 화석이 인간과 놀랍게도 비슷한 치아 성숙 패턴을 가지고 있다는 것을 발견했는데, 뒷니가 앞니보다 발달 초기 5년 동안 뒤떨어져 있었습니다.

"이것은 유인원보다 젖니가 더 오래 사용되었으며, 이 초기 호모 종의 아이들이 유인원보다 더 오래 성인의 지원에 의존했다는 것을 시사합니다." 취리히 대학교의 마르시아 폰세 데 레온과 이 연구의 공동 저자가 설명합니다. "이것은 장기간의 유년기에 대한 최초의 진화적 실험일 수 있습니다."

치아가 뇌 진화에 대한 단서를 제공할 수 있는 방법

여기서 '큰 뇌 - 긴 유년기' 가설이 시험대에 올랐습니다. 초기 호모 개체는 유인원이나 오스트랄로피테쿠스보다 뇌가 훨씬 크지 않았지만, 더 오래 살았을 가능성이 있습니다. 사실, 드마니시에서 발견된 두개골 중 하나는 생애 마지막 몇 년 동안 이가 하나도 남지 않은 매우 나이 든 개체의 두개골이었습니다. 조지아 국립 박물관의 데이비드 로드키파드니제와 이 연구의 공동 저자는 "그렇게 나이 든 개체가 몇 년 동안 이가 하나도 없이 살아남을 수 있었다는 사실은 나머지 그룹이 그를 잘 돌보았다는 것을 보여줍니다."라고 말했습니다. 나이가 많은 개체는 가장 많은 경험을 가지고 있으므로, 그들의 공동체에서의 역할은 자신의 지식을 젊은 개체에게 전수하는 것이었을 가능성이 큽니다. 이 3세대 구조는 인간의 문화 전수의 근본적인 측면입니다.

어린아이들은 미성숙한 뇌의 가소성 덕분에 엄청난 양의 정보를 기억할 수 있다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 그러나 기억해야 할 것이 많을수록 더 오래 걸립니다.

여기서 새로운 가설이 등장합니다. 어린이의 성장은 문화 전파가 증가함에 따라 느려졌을 것이고, 노인에게서 젊은이에게 전달되는 정보의 양이 점점 더 중요해졌을 것입니다. 이러한 전파는 그들이 더 복잡한 행동을 발달시키는 동안 이용 가능한 자원을 더 잘 활용할 수 있게 했을 것이고, 따라서 더 긴 유년기(그리고 아마도 더 긴 수명)에 유리한 진화적 이점을 제공했을 것입니다.

일단 이 메커니즘이 자리 잡으면 자연선택은 생물학적 특성뿐만 아니라 문화적 전수에도 작용했을 것입니다. 그런 다음 전달해야 할 정보의 양이 증가함에 따라 진화는 뇌의 크기를 키우고 성인이 되는 것을 늦추는 것을 선호했을 것이고, 이는 우리가 어린 시절에 더 많이 배우고 제한된 식량 자원에도 불구하고 더 큰 뇌를 키울 시간을 가질 수 있게 했을 것입니다.

따라서 인간의 발달이 둔화된 것은 뇌 크기의 진화적 증가가 아니라, 생물학적 문화적 진화를 선호하는 유년기의 연장과 3세대 구조 때문일 수 있습니다. 이러한 메커니즘은 차례로 뇌 크기의 증가, 늦은 성인기, 더 긴 수명으로 이어졌습니다. 따라서 이 뛰어난 화석의 이빨을 연구하면 연구자들이 우리 종인 호모 사피엔스로 이어진 진화적 메커니즘을 재고하도록 격려할 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241113123122.htm