인간의 직립보행, 두번의 골반 진화로 완성됐다

작성일 09-08

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 곽노필의 미래창 800만년전 골반 성장축 90도 회전 200만년전 뇌 커지며 더 넙적해져 돌연변이 아닌 유전자 협업의 결과 
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 <img alt="영국 작가 토마스 헉슬리가 1863년에 출판한 ‘자연에서의 인간의 위치에 관한 증거’라는 책에 나오는 삽화. 인간과 원숭이 골격 구조를 비교했다. 왼쪽부터 긴팔원숭이, 오랑우탄, 침팬지, 고릴라, 인간. 위키미디어 코먼스" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/hani/20250908093624964wzxi.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="uNR3ETzTIy" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/hani/20250908093624964wzxi.jpg" width="658">
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 영국 작가 토마스 헉슬리가 1863년에 출판한 ‘자연에서의 인간의 위치에 관한 증거’라는 책에 나오는 삽화. 인간과 원숭이 골격 구조를 비교했다. 왼쪽부터 긴팔원숭이, 오랑우탄, 침팬지, 고릴라, 인간. 위키미디어 코먼스
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 진화론의 개척자 찰스 다윈이 처음부터 ‘진화’(evolution)라는 용어를 사용한 건 아니다. 진화라는 말은 `종의 기원'을 발표하고 12년이 지난 1871년에 출간한 ‘인간의 유래와 성선택’에서 처음 등장했다. 이 책에서 그는 인간은 유인원과의 공통 조상에서 갈라져 나온 존재이며 직립보행은 인간 진화의 중요한 특징 가운데 하나라고 주장했다. 직립보행이 손을 자유롭게 해 도구 사용을 가능하게 했고, 이는 지능 발달과도 깊은 관련이 있다는 것이다. 창조론이 지배적이었던 당시 유럽사회에 큰 논란을 불러일으켰던 그의 주장은 이후 숱한 과학적 증거를 통해 선구적 통찰로 자리잡았다. 직립보행의 핵심은 골반에 있는 장골(엉덩뼈)이라는 나팔꽃 모양의 뼈다. 골반에서 맨 위에 있는 가장 큰 뼈로, 엉덩이에 손을 얹었을 때 느껴지는 뼈가 바로 장골이다. 좌우로 2개인 장골은 바닥이 넓은 사발 그릇을 입구가 앞쪽을 향하도록 수직으로 세워 놓은 모양을 하고 있다. 걸을 때 사용하는 다리 근육들은 이 장골에 고정돼 있다. 장골은 몸이 직립했을 때 내부 장기의 무게를 지탱해줄 뿐 아니라, 출산시 아기가 나오는 통로 역할도 한다. 
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 <img alt="하버드대 연구진이 인간의 넙적한 골반(왼쪽)과 영장류의 길쭉한 골반(오른쪽)을 보여주고 있다. 오른쪽이 이번 연구를 이끈 테런스 카펠리니 교수. 하버드 가제트에서 인용." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/hani/20250908093626192sito.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="7dYazQEQwT" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/hani/20250908093626192sito.jpg" width="658">
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 하버드대 연구진이 인간의 넙적한 골반(왼쪽)과 영장류의 길쭉한 골반(오른쪽)을 보여주고 있다. 오른쪽이 이번 연구를 이끈 테런스 카펠리니 교수. 하버드 가제트에서 인용.
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 뼈가 형성되는 두가지 단계 인간의 직립보행을 가능하게 한 골반의 진화는 어떻게 이뤄졌을까? 미국 하버드대 테런스 카펠리니 교수가 이끄는 국제 공동연구진이 인간의 골반 진화는 수백만년에 걸쳐 두 차례 이뤄진 것으로 나타났다고 국제학술지 네이처에 발표했다. 일반적으로 뼈는 두가지 과정을 거쳐 형성된다. 먼저 물렁물렁한 연골 조직이 뼈의 모양을 만들고, 그 다음 조골세포와 골세포가 그 자리에 콜라겐 단백질을 침착시켜 단단한 뼈를 만든다. 연구진은 뼈 발달의 이 두 단계가 인간 골반 형성에 어떻게 작용하는지 알아보기 위해 기증된 태아 조직 분석을 토대로 장골의 입체 모형을 만들어보고, 뼈에 결합하는 다양한 유형의 세포와 관련 유전자를 확인했다. 이어 생쥐 실험을 통해 배아에서 발달 중인 장골 세포를 분석하는 한편, 유럽 박물관과 미국자연사박물관에 보관돼 있는 18종의 영장류 배아 표본을 수집해 살펴봤다. 연구진은 세 가지 자료를 비교 분석한 결과, 영장류와 생쥐에선 매우 비슷한 방식으로 장골이 발달한다는 걸 발견했다. 먼저 척추와 평행하게 두 개의 작은 연골 막대(성장판)가 형성되고, 이 막대가 자라나 척추와 결합하면서 연골 세포 대신 뼈세포가 들어섰다. 그러나 놀랍게도 인간의 장골은 발달 단계에서 두 차례에 걸쳐 전혀 다른 모습을 보였다. 
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 다른 뼈보다 16주 늦게 단단해져 첫번째는 초기 단계에서 다른 영장류와 달리 척추에 수직 방향으로 연골 막대가 자란다는 점이다. 임신 7주차부터 형성되기 시작한 이 연골 막대는 처음엔 다른 영장류와 마찬가지로 척추와 같은 방향으로 발달했다. 그러나 53일째가 되자 원래 축에서 90도 회전해 한쪽 끝은 앞쪽을, 다른쪽 끝은 등을 향했다. 이로 인해 엉덩이뼈는 짧고 넓은 형태로 바뀌어 최종적으로 장골 모양을 이뤘다. 연구진은 이러한 변화가 500만~800만년 전 사이에 일어났을 것으로 추정했다. 이는 가장 오래된 골반 화석이 발굴된 약 440만년 전의 아르디피테쿠스 라미두스(Ardipithecus ramidus)가 출현 하기 직전이다. 이 고인류는 나무 타기와 직립 보행에 모두 적합한 적응력을 보였으며, 장골도 짧고 넓다. 이후 같은 에티오피아에서 발견된 320만년 전 루시(오스트랄로피테쿠스 아파렌시스)의 골반은 엉덩이뼈가 더 넙적하게 벌어져 있다. 인간 골반 발달의 두번째 특징은 뼈가 나중에 굳는다는 점이다. 장골이 연골에서 단단한 뼈로 전환되는 속도가 다른 골격보다 16주 정도 느린 것이다. 인간의 장골은 임신 24주차에도 주변부만 단단해졌을 뿐 속은 아직 물렁물렁한 상태를 유지했다. 이는 뼈가 성장하는 과정에서 기하학적 구조를 바꿀 수 있도록 해준다. 연구진은 인간의 뇌가 커지면서 이런 특징이 더 두드러졌을 수 있다고 밝혔다. 이전보다 더 커진 태아의 머리를 통과시키기 위한 자연선택의 결과일 수 있다는 것이다. 연구진은 태아 후기의 이런 발달 특징은 약 200만년 전 두발로 걷고 달리는 데 능숙한 호모 에렉투스 같은 사람속(호모) 조상이 출현했을 때부터 나타났을 가능성이 있다고 추정했다. 호모 에렉투스의 뇌 용량은 900~1100cc로 오스트랄로피테쿠스(400~550cc)의 약 2배에 이른다. 
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 <img alt="초기 인류 집단 가운데 하나인 호모 에렉투스가 불을 지피고 도구를 사용하는 모습을 묘사한 그림. 런던자연사박물관" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/hani/20250908093628818flte.jpg" data-org-width="753" dmcf-mid="PSFNqxDxwE" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/hani/20250908093628818flte.jpg" width="658">
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 초기 인류 집단 가운데 하나인 호모 에렉투스가 불을 지피고 도구를 사용하는 모습을 묘사한 그림. 런던자연사박물관
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 혁명 없이 작은 변화가 쌓여 이룬 진화 연구진은 이러한 분자 활동의 변화를 규명하기 위해 300개 이상의 유전자를 확인한 결과, 매우 중요한 역할을 하는 몇개의 유전자를 발견했다. 예컨대 성장축의 방향 전환에는 SOX9와 PTH1R이, 골화 시기를 늦추는 데는 RUNX2가 관여했다. 이 유전자들은 모두 다른 영장류와 생쥐에도 존재한다. 특정 유전자의 돌연변이가 아니라 이 유전자들이 발현하고 상호작용하는 방식의 변화, 즉 유전자 간 협업을 통해 직립보행이라는 엄청난 진화가 일어난 셈이다. 똑같은 유전자임에도 이렇게 발현 방식이 다른 이유는 뭘까? 연구진은 인간가속영역(HAR)이라는 특정 염기서열 구간에 주목했다. 인간가속영역은 침팬지 같은 다른 영장류와 비교했을 때 인간에게서만 유독 많은 변화가 나타나는 DNA 구간을 말한다. 단백질 정보가 아닌 유전자 발현 조절 영역에 위치하는 경우가 많다. 과학자들은 이 영역이 언어, 뇌 등 인간 고유의 형질이 발현되는 데 중요한 역할을 했을 것으로 추정한다. 프랑스 파스퇴르연구소의 카미유 베르틀로 박사는 네이처에 실린 ‘뉴스와 의견’에서 “이전 연구를 통해 골반 발달 과정에서 인간가속영역의 일부가 활성화하는 것으로 밝혀진 사실에 비춰볼 때, 이 영역이 골반 모양을 조절하는 데 관여하는 것으로 볼 수 있다”며 “이번 연구는 진화적 혁신은 새로운 것을 만들기보다는 기존 발달 과정을 조정하는 방식으로 이뤄진다는 이론과 맞닿아 있다”고 말했다. 스페인 부르고스대의 호세 미구엘 카레테로 디아스 교수(고생물학)는 “커다란 돌연변이나 급격한 유전적 변화 없이 성장이나 발달 방식을 수정함으로써 중대한 변형이 일어난다는 점이 흥미롭다”며 “이번 연구는 거대한 유전자 혁명 없이도 작은 변화들이 쌓여 결국 아주 중요한 진화적 결과물을 만들어낼 수 있는 이유를 설명해준다”고 말했다 *논문 정보 The evolution of hominin bipedalism in two steps. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09399-9 곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr
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