2008년 03월 06일
새의 골격; 내부 구조
얼마 전까지 살았던 최대 조류에서 누렁별 님의 첫 질문은;
땅 위에 사는 새의 몸무게는 500kg 정도가 한계인 모양이군요. 고래가 최대의 포유류인 것 처럼, 혹시 펭귄같이 바다에 살던 새 중에는 더 크고 무거운 종류가 있지 않았을까 하고 상상해 봅니다.
이 문제를 지금 다룰려면 두 가지 가능성이 있습니다. 말씀처럼 더 큰 넘이 있었는데 모를 가능성하고, 원리적으로 안 되는 경우겠죠.
다들 알고 계시겠지만, 일단 새 뼈의 내부 모양은 포유류하고는 좀 다릅니다. 아래 그림을 보시면;
▲ http://www.dkimages.com/discover/Home/Animals/Birds/Anatomy/Skeletons/Bone-Structure/Bone-Structure-3.html
그러면 사람의 두 가지 경우와 비교해 보시겠습니다. 왼쪽은 정상 뼈의 내부 구조, 오른편은 골다공증(osteoporosis; 骨多孔症)에 의해 약해진 모습입니다.
▲ http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/imagepages/17156.htm
오히려 사람의 골다공증 뼈가 새 뼈의 내부와 비슷하게 보일 정도입니다. 하지만 새들이 사람의 골다공증 환자처럼 앓지는 않죠. 그 이유는 새들이 나는 데 특화되어 있어서, 몸 도처에 기낭(氣囊)이 있고 가벼운 깃털로 몸을 보호하며, 뼈 전체적으로도 위처럼 속이 텅 비어 있기 때문에 전체적으로 체중이 작아서 뼈에 걸리는 하중이 적기 때문입니다. 뼈가 위 그림처럼 속이 텅 비어 있어서, 새의 뼈 중량을 다 합해 봐야 깃털 전체보다도 중량이 작다는 얘기도 찾을 수 있었습니다... OzTL [ 참고; 새 뼈의 강도가 크지 않기 때문에, 품질 좋은 화석이 되는 데는 이 점이 상당한 장애로 작용할 수 있습니다. ]
새의 뼈도 그렇겠지만, 포유류의 뼈는 '멈춰 있는' 정적인 기관이 아닙니다. 대량의 무기물 창고로, 섭취하는 음식물의 상태 또는 필요에 따라 무기물이 축적되기도 방출되기도 합니다. 내부 골수 부분에는 뼈를 분해하는 파골(破骨) 세포가 있어서 필요할 때 뼈의 무기물을 뼈 밖으로 방출합니다. 파골 세포가 제대로 작용을 못 하면 소위 '통뼈'가 되는데, 이 경우 뼈 속의 공간이 부족해서 오히려 골절이 더 잘 일어나고 여러 문제를 야기합니다.
새들이 체중이 커지려면 일단 뼈의 강도가 커지지 않고서야 몸을 지탱할 수가 없죠. 그러면 하나 해결해야 될 과제가 있습니다. 파충류에서 조류로 바뀌었을 때 뼈를 가볍게 하는 데 성공했는데, 다시 뼈를 무겁게 하는 것이 진화적으로 가능성이 얼마나 되는가 하는 얘깁니다.
결론부터 말하자면 전 가능성이 아주 희박한 얘기는 아니라 생각합니다. 특히 원리적으로 안 될 이유는 없다고 보는데, 위 단락에서 말했듯이 뼈에 빈 공간을 만드는 것은 파골 세포인데, 이 세포의 활동 정도만 바꾸더라도 뼈 밀도에 상당한 변화를 줄 수 있을 것입니다. 체중 500kg 정도의 새가 있었던 것만 보더라도, 이 이상 새의 중량이 더 커질 수 없지는 않다고 봅니다. (단지 사람이 문제인데, 가령 체중 1 ton 정도의 육식 조류라면 그대로 놔 둘까요? ^^ 호랑이보다 더 무서울 텐데요) 그런데 이런 큰 새가 있었을 경우, 뼈도 튼튼해서 화석으로 상당히 잘 남았을 테니, 아직 1 ton 이상의 큰 새가 등장할 '시간이 부족했다'고 해야 할까요? ^^
아쉽게도 타조나 레아 등 육지 조류들의 뼈 내부 구조 사진이나 그림을 찾지 못했으며, 코끼리새는 알 내부의 구조까지 볼 수 있었지만 뼈 내부는 역시 찾을 수 없었습니다. 참고로 인간 대퇴골의 역학적 강도는 압축/인장이 ~18 GPa (1.8×10^10 N/m2), 굴곡은 ~180 GPa 정도라고 합니다(bone.egloos.com). 육지 대형 조류의 데이터는 역시 못 찾았음........
漁夫
ps. 제일 처음 리플 달아주신 분의 말씀에 따르면 제가 인간 대퇴골의 역학적 강도라고 인용한 수치가 '역학적 강도'(physical strength)가 아니라 Young's modulus(탄성 영역에서 길이 변화율에 대한 장력 변화의 기울기)인 듯하다고 합니다. 저는 여기까지는 잘 모르니 어떤 의견도 환영합니다.
땅 위에 사는 새의 몸무게는 500kg 정도가 한계인 모양이군요. 고래가 최대의 포유류인 것 처럼, 혹시 펭귄같이 바다에 살던 새 중에는 더 크고 무거운 종류가 있지 않았을까 하고 상상해 봅니다.
이 문제를 지금 다룰려면 두 가지 가능성이 있습니다. 말씀처럼 더 큰 넘이 있었는데 모를 가능성하고, 원리적으로 안 되는 경우겠죠.
다들 알고 계시겠지만, 일단 새 뼈의 내부 모양은 포유류하고는 좀 다릅니다. 아래 그림을 보시면;
그러면 사람의 두 가지 경우와 비교해 보시겠습니다. 왼쪽은 정상 뼈의 내부 구조, 오른편은 골다공증(osteoporosis; 骨多孔症)에 의해 약해진 모습입니다.
오히려 사람의 골다공증 뼈가 새 뼈의 내부와 비슷하게 보일 정도입니다. 하지만 새들이 사람의 골다공증 환자처럼 앓지는 않죠. 그 이유는 새들이 나는 데 특화되어 있어서, 몸 도처에 기낭(氣囊)이 있고 가벼운 깃털로 몸을 보호하며, 뼈 전체적으로도 위처럼 속이 텅 비어 있기 때문에 전체적으로 체중이 작아서 뼈에 걸리는 하중이 적기 때문입니다. 뼈가 위 그림처럼 속이 텅 비어 있어서, 새의 뼈 중량을 다 합해 봐야 깃털 전체보다도 중량이 작다는 얘기도 찾을 수 있었습니다... OzTL [ 참고; 새 뼈의 강도가 크지 않기 때문에, 품질 좋은 화석이 되는 데는 이 점이 상당한 장애로 작용할 수 있습니다. ]
새의 뼈도 그렇겠지만, 포유류의 뼈는 '멈춰 있는' 정적인 기관이 아닙니다. 대량의 무기물 창고로, 섭취하는 음식물의 상태 또는 필요에 따라 무기물이 축적되기도 방출되기도 합니다. 내부 골수 부분에는 뼈를 분해하는 파골(破骨) 세포가 있어서 필요할 때 뼈의 무기물을 뼈 밖으로 방출합니다. 파골 세포가 제대로 작용을 못 하면 소위 '통뼈'가 되는데, 이 경우 뼈 속의 공간이 부족해서 오히려 골절이 더 잘 일어나고 여러 문제를 야기합니다.
새들이 체중이 커지려면 일단 뼈의 강도가 커지지 않고서야 몸을 지탱할 수가 없죠. 그러면 하나 해결해야 될 과제가 있습니다. 파충류에서 조류로 바뀌었을 때 뼈를 가볍게 하는 데 성공했는데, 다시 뼈를 무겁게 하는 것이 진화적으로 가능성이 얼마나 되는가 하는 얘깁니다.
결론부터 말하자면 전 가능성이 아주 희박한 얘기는 아니라 생각합니다. 특히 원리적으로 안 될 이유는 없다고 보는데, 위 단락에서 말했듯이 뼈에 빈 공간을 만드는 것은 파골 세포인데, 이 세포의 활동 정도만 바꾸더라도 뼈 밀도에 상당한 변화를 줄 수 있을 것입니다. 체중 500kg 정도의 새가 있었던 것만 보더라도, 이 이상 새의 중량이 더 커질 수 없지는 않다고 봅니다. (단지 사람이 문제인데, 가령 체중 1 ton 정도의 육식 조류라면 그대로 놔 둘까요? ^^ 호랑이보다 더 무서울 텐데요) 그런데 이런 큰 새가 있었을 경우, 뼈도 튼튼해서 화석으로 상당히 잘 남았을 테니, 아직 1 ton 이상의 큰 새가 등장할 '시간이 부족했다'고 해야 할까요? ^^
아쉽게도 타조나 레아 등 육지 조류들의 뼈 내부 구조 사진이나 그림을 찾지 못했으며, 코끼리새는 알 내부의 구조까지 볼 수 있었지만 뼈 내부는 역시 찾을 수 없었습니다. 참고로 인간 대퇴골의 역학적 강도는 압축/인장이 ~18 GPa (1.8×10^10 N/m2), 굴곡은 ~180 GPa 정도라고 합니다(bone.egloos.com). 육지 대형 조류의 데이터는 역시 못 찾았음........
漁夫
ps. 제일 처음 리플 달아주신 분의 말씀에 따르면 제가 인간 대퇴골의 역학적 강도라고 인용한 수치가 '역학적 강도'(physical strength)가 아니라 Young's modulus(탄성 영역에서 길이 변화율에 대한 장력 변화의 기울기)인 듯하다고 합니다. 저는 여기까지는 잘 모르니 어떤 의견도 환영합니다.
# by | 2008/03/06 23:02 | Evolutionary theory | 트랙백(1) | 덧글(10)
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제목 : 새; 대형화의 다른 전제(2)
새의 골격; 내부 구조를 셀프 트랙백. byontae님의 리플에 대해;Commented by byontae at 2008/03/07 01:37 # x구조적인 문제야 어떻게든 극복할수 있겠지만(비슷한 구조를 가진 생물군이 성공한 예가 있으니) 진화적으로 조류가 저런 방법을 동원해서 얻는 이득이 없다는 점에서 존재하기 힘들지 않았을까 생각되는걸요. 우선 '원리적/진화적으로 불가능한가'를 먼저 ......more
그리고 마지막의 뼈의 인장강도 말입니다.
단위로 볼 때 강도가 아닌 young's modulus가 아닐까 싶네요.
보통 steel이 압축 및 인장강도가 몇백 MPa 단위이고 modulus가 수십에서 백 GPa수준이거든요.
그 부분은 확인을 해보셔야할것같습니다.
그런데 속이 빈 뼈는 새의 조상인 공룡에서 이미 등장했다고 들었는데, 속이 빈 뼈를 가진 공룡 중 가장 무거운 종류에서 골격 구조에 의한 체중의 한계치를 추정할 수 있을 듯 합니다.
일단 제 생각은, 새들이 꼭 뼈 속이 빈 채로 체중이 증가해야 할까 하는 것입니다. 다시 '뼈 속 채우기'가 그리 어려울 것 같지는 않습니다 ^^
아무래도 속이 빈 뼈를 갖고서는 체중 증가에 한도가 있을 것 같습니다. 참고 자료가 될 만한 거대 육상 조류의 뼈 구조를 못 찾아서 유감입니다.