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Artec Space Spider를 사용하여 멸종된 틸라신(thylacine)의 진정한 진화 경로 발견

과제: 두 명의 연구원은 지금은 멸종된 틸라신에 초점을 맞춘 야심 찬 프로젝트에 착수하면서 정확한 분석을 수행하기 위해 수십 종의 동물 수백 마리의 두개골 부분을 서브밀리미터 3D로 디지털 방식으로 캡처할 수 있는 쉽고 비파괴적인 방법이 필요했습니다.

솔루션: Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Studio

결과: 이 연구원들은 전 세계 박물관의 소장품들을 찾았고, 가벼운 Artec Space Spider를 사용하여 접촉을 거의 하지 않고 손상의 위험 없이 표본당 단지 몇 분 만에 57종의 동물로부터 총 223개의 두개골을 스캔했습니다. 이를 통해 연구원들은 틸라신의 독특한 진화 역사를 명확하게 보여주는 혁신적인 연구를 수행할 수 있었습니다.

워싱턴 D.C. 국립 동물원의 수컷과 암컷 틸라신, E.J.K. Baker 제작, 1904년경. 공유 저작물 이미지. D.S. Rovinsky 채색.

태즈메이니아 "늑대"라고 불리지만, 틸라신은 눈에 띄는 신체적 유사성 때문에 전혀 하나가 아니었습니다. 하지만 그 유사성이 너무 강해서 과학자들과 일반 대중을 막론하고 거의 모든 사람은 그것이 늑대와 매우 가까운 궤적을 따라 진화했다고 자연스럽게 추측했습니다.

그러나 진화 생물학자들로 구성된 한 팀은 다르게 생각했으며, 이 신비한 동물에 대한 진화론적 진실을 밝히기 위해 지구를 한 바퀴 돌았습니다.

Monash 대학교 연구원들인 Douglass Rovinsky 박사와 Justin W. Adams 박사는 Artec 3D 스캐너를 손에 들고 전 세계의 박물관과 대학교 소장품을 찾아가 틸라신이 실제로 진화론적으로 늑대와 수렴하는지 여부를 엄격하게 시험할 가장 포괄적인 연구에 필요한 다양한 종의 수백 가지 표본을 디지털 방식으로 캡처했습니다.

수렴 진화

생물학에서 수렴 진화는 단순히 최근의 공통 조상이 없는 혈연관계가 없는 유기체들이 유사한 환경이나 생태적 조건에 적응해야 한 후 유사한 형질을 독립적으로 진화시키는 과정을 말합니다.

다시 말해서 두 개의 서로 다른 종이 수렴하면 그것들이 유전적으로 연관이 있는 것처럼 보일 수 있지만 실제로는 그렇지 않습니다.

수렴 종의 예:

거북이와 달팽이: 둘 다 포식자로부터 자신을 보호하기 위해 단단한 껍데기를 진화시켰지만, 거북이는 파충류(도마뱀, 뱀 등)인 반면 달팽이는 연체동물(좀조개, 조개, 문어 등)입니다.

오징어와 앵무새: 하나는 헤엄치고 다른 하나는 날지만, 오징어가 심해 게를 잡아먹든 앵무새가 땅콩이나 천천히 움직이는 곤충을 씹어 먹든 둘 다 먹이를 찢기 위해 따로 단단한 부리를 진화시켰습니다.

틸라신의 경우, 한 세기 넘게 대부분의 연구자들은 전체적인 "개처럼 생긴" 몸의 모양이 생태학적으로 늑대와 유사하다는 것을 의미한다고 쉽게 가정했습니다. 이는 특히 그것이 발견되고 묘사되고 있는 다른 유대류의 그룹과 닮지 않았기 때문입니다.

그리고 수많은 연구가 바로 이 가정을 염두에 두고 시작되었으며, 틸라신이 본질적으로 주머니를 가진 늑대였다는 해석에 의문을 제기하는 학자는 거의 없습니다.

체질량에서 수렴까지

거의 한 세기 전에 멸종된 이 놀라운 동물에 대한 광범위한 가정에 직면한 Rovinsky와 Adams는 틸라신과 그것의 지금은 잃어버린 삶의 방식에 대한 정확하고 훨씬 더 완전한 이해를 체계적으로 설명하기 시작했습니다.

Adams는 "틸라신이 우리와 함께 있었을 때 불행하게도 아무도 그 동물에 대한 체질량, 식이 선호도, 포식 전략, 운동 습관 및 서식지 선호도에 대한 정보가 포함되는 기본적인 자연사 데이터를 기록하지 않았습니다. 이러한 세부 정보 없이는 틸라신이 실제로 어떤 종류의 동물이었는지 이해하기 시작하는 것조차 불가능합니다."라고 설명했습니다.

Space Spider와 Artec Studio 소프트웨어를 사용하여 틸라신 두개골을 스캔 중인 연구원 Douglass S. Rovinsky.

연구 전반에 걸쳐 가정되거나 사용된 것과 상당히 다른 틸라신의 평균 체질량을 확립한 선행 연구를 기반으로 Rovinsky와 Adams는 최신 연구에서 틸라신과 다른 종 사이의 유사성 패턴을 두개골 모양, 식습관, 상대적 먹이 크기의 세 가지 뚜렷한 영역에서 깊이 조사하고 분석했습니다.

모든 것을 고려해 볼 때, 이번 연구는 틸라신 두개골의 모양이 늑대와 수렴하는 것으로 해석할 근거가 없으며, 따라서 틸라신은 유사한 섭식 습관이나 식이 생태를 나타내지 않았을 것이라는 점을 분명히 하고 있습니다.

대신에 Rovinsky와 Adams는 틸라신이 아프리카자칼(Lupulella adusta, Lupullella mesomelas)과 팜파스여우(Lycalopex gymnocercus)와 갈기늑대(Chrysocyon brachyurus)를 포함한 특정 남미 여우를 포함한 다양한 범위의 갯과 동물과 수렴한다고 판단했습니다.

두개골 데이터 캡처를 위한 3D 스캐닝

두개골 오버레이: Artec Studio 소프트웨어에서 회색늑대(파란색), 틸라신(분홍색) 및 상당히 수렴된 갯과 동물군(녹색)의 평균 두개골 모양을 겹쳐서 모양의 차이를 확인할 수 있습니다. 수렴군 모양은 갯과 동물, 갈기늑대, 검은등자칼 및 옆줄무늬자칼, 팜파스여우의 평균 두개골 모양입니다.

대부분의 표본이 제한적이고 통제된 접근을 통해 보관되고 있는 이 희귀하고 최근에 멸종된 종의 두개골 모양을 정확하게 측정하고 연구하기 위해 서브밀리미터 범위로 데이터를 캡처하는 비파괴적인 방법이 필요했습니다.

Rovinsky는 "박물관에서 특정 표본에 접근할 수 있게 되었을 때 큐레이터가 가장 원치 않는 것은 위치 변경을 하려고 표본을 과도하게 취급하는 것은 말할 것도 없고 캘리퍼나 수동 측정 장치를 사용함으로 생길 수 있는 긁힘이나 기타 손상에 대해 걱정하는 것입니다. 그리고 표본에 표식자나 표적을 두는 것은 상상할 수 없는 일입니다.”라고 말했습니다.

Artec Space Spider

이것이 그들이 프로젝트를 위해 3D 스캐너를 선택한 중요한 이유입니다. Rovinsky와 Adams는 0.05mm(사람 머리카락의 직경)의 정확도로 초당 최대 100만 데이터 포인트를 캡처하는 가벼운 휴대용 컬러 3D 스캐너인 Artec Space Spider를 사용하여 표본의 두개골을 단 몇 분 만에 캡처했습니다.

Space Spider를 사용하는 것이 고생물학에서 캘리퍼와 자를 사용하는 전통적인 방법과 어떻게 비교되는지 언급하면서, Adams는 "다른 멸종된 종뿐만 아니라 틸라신과 다른 모든 동물도 2차원(2D)의 실체가 아닙니다."라고 말했습니다.

그는 이어서, “따라서 2D 측정치를 사용하여 유기체의 모양을 설명하려고 하면 생물학적 형태가 변화하고 특정 기능에 적응하는 미묘한 방식을 결코 캡처할 없을 것입니다. 그래서 Space Spider 스캐너가 연구에서 가장 중요했던 것입니다."라고 말했습니다.

전체적으로 틸라신, 하이에나, 사향고양이, 몽구스, 주머니고양이, 포사, 개, 너구리 등 57종 223마리 동물의 두개골을 스캔했습니다.

계통수: 계통발생학(진화적 연관성)에 의해 배열하고 과별로 채색(예: 고양잇과 동물은 녹색, 갯과 동물은 하늘색 등)한 연구에 사용된 57종의 대표적 두개골.

데이터 세트와 완전한 분석이 적절하게 균형을 이룰 수 있도록 다양한 종을 작업 흐름에 도입했습니다.

진화론적 관점에서 볼 때, 틸라신 외에 주머니고양이와 같은 다른 육식성 유대류도 다른 작은 육식성 동물들, 특히 족제비, 사향고양이, 몽구스와 함께 포함해야 했습니다.

그런 다음 스캔은 Artec Studio 소프트웨어에서 3D 모델로 변환하여 선택한 종의 두개골에서 3D 모양을 정량적으로 분석하기 위해 Geomagic Studio를 포함한 다른 소프트웨어로 내보냈습니다.

스캐닝에서 데이터 세트 분석까지

3D 형태학적 계측 프로그램에 사용하기 전 메시 방향 변경 및 정렬을 보여주는 Geomagic Studio 소프트웨어의 스크린숏.

스캐닝 후 후속 3D 형태학적 계측(모양) 분석에서는 각 3D 두개골 표면에 걸쳐 381개의 해부학적 랜드마크를 디지털 방식으로 배치해야 했습니다.

이러한 랜드마크는 두개골의 독특한 모양 특성을 정확하게 식별하고 캡처하는 데 사용되었으며, 이를 통해 연구자는 정량적 분석과 함께 두개골의 모양과 형태와 관련된 많은 문제를 해결할 수 있었습니다.

측면(a), 상단(b) 및 하단(c)에 표시된 돌(승냥이)의 대략적인 평균 모양의 두개골에 생성된 랜드마크 템플릿. 곡선 및 표면 반랜드마크를 통해 두개골의 "특징 없는" 영역에 대한 데이터를 수집할 수 있습니다.

결론 및 새로운 발견

분석 및 수렴 테스트의 결과는 이전에 종의 물기 강도를 연구했던 연구자들이 제기한 틸라신의 식이 생태에 대한 이전의 궁금했던 점들을 보완합니다.

틸라신은 큰 동물을 쓰러뜨리도록 만들어지지 않았습니다. 그렇게 하려면 동물은 튼튼한 턱이 있어야 하는데 틸라신은 그렇지 않았습니다.

늑대가 하는 것처럼 큰 포유동물을 물어뜯는 데 필요한 적당한 물기 강도는 그야말로 틸라신의 섬세한 두개골 구조로는 불가능했을 것입니다.

반면에, 데이터를 통해 코요테와 붉은 여우와의 수렴에 대한 근거는 적지만 남미 여우뿐만 아니라 틸라신과 아프리카 자칼 사이의 그러한 수렴에 대해서는 상당한 근거가 있음을 알 수 있습니다.

그러나 Rovinsky와 Adams가 연구에서 주장을 강화하는 것처럼 틸라신은 작은 먹이를 먹도록 적응된 이 갯과 동물과의 수렴을 보일 수 있지만 그것들과 동일하지도 않습니다.

종의 해부학에 대한 이전 연구 결과와 결합된 이러한 연구 결과는 틸라신이 고유한 범주에서 진정으로 독특한 동물이었다는 것을 계속 강조하고 있습니다.

Damir Martin의 틸라신의 예술적 표현

틸라신은 2,300만 년 전 올리고세 시대로 거슬러 올라가는 뚜렷한 역사를 가진 동물이었으며, '유대류 늑대'도 '유대류 호랑이'도 아니었고, 그런 점에서 '유대류 자칼'도 아니었습니다.

Rovinsky는 "이 동물을 지구에서 의도적으로 없앤 후 우리가 할 수 있는 최소한의 일은 그것이 마침내 받아야 마땅한 존중을 해주는 것입니다."라고 말했습니다.

앞으로 전진, 과거 탐구

섭식 행동에 대한 더욱 밀접한 관계를 보여주기 위해 앞으로 틸라신의 아래턱(하악골)을 살펴보는 데 초점을 맞춘 동반 연구를 진행할 계획입니다.

추가로 진행하는 연구에는 틸라신의 팔꿈치와 발을 살펴보는 프로젝트가 포함되어 있어 이 동물의 움직임 패턴과 먹이를 잡는 방법을 얼마나 명확하게 이해하기 시작할 수 있는지 알아보게 됩니다.

Rovinsky는 “우리는 아직 틸라신의 그림에 추가할 것이 많습니다. 저는 미래의 연구자들이 틸라신의 신체적 특성과 관련하여 수렴의 다른 측면을 계속 연구하기를 희망합니다. 이것이 이 잃어버린 동물에 대한 우리의 이해를 더욱 가다듬는 데 도움이 될 것이기 때문입니다.”라고 덧붙였습니다.

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