볜푸 동굴: 고대 단백질이 데니소바인을 고고학 기록에 남기다

9월 9일 Nature에 발표된 두 편의 논문은 중국 윈난성 Bianfu 동굴에서 발견된 데니소바 두개골 파편, 치아, 팔 일부를 고대 단백질 분석을 통해 확인했다고 보고했다. 이 유해의 연대는 약 167,000–134,000년 전으로, 약 190,000년에서 70,000년 전까지 이어지는 동굴 퇴적층 내에 속한다.

이 연대기는 Bianfu 동굴을 단순히 또 다른 단편적 화석의 출토지 이상으로 만든다. 석기, 동물 유해, 기타 퇴적물로 이루어진 긴 층위는 사람들이 시간에 따라 이 동굴과 주변 경관을 어떻게 이용했는지 탐구할 수 있는 배경을 제공한다. 데니소바인이 모든 도구를 만들었거나 모든 층위를 점유했다는 것을 보여주지는 않지만, 고립된 뼈 한 점보다 훨씬 풍부한 맥락을 제시한다.

수년간 데니소바인은 주로 DNA를 통해 알려져 있었다. Bianfu 동굴은 이 유전적 집단에 물리적·고고학적 배경을 부여한다. 단편적인 해부학적 특징, 장소, 관련 유물, 그리고 반복적인 인간 활동의 기록이 그것이다.

!깊은 카르스트 동굴 내 중기 구석기 시대 퇴적층의 고고학적 발굴

고대 인류 유해와 석기 유물이 출토된 중국 서남부 플라이스토세 동굴 퇴적층의 층위학적 발굴. Magnific AI를 통해 재구성한 이미지.

유전적 발견에서 고고학적 집단으로

데니소바인은 네안데르탈인과 현생 인류 모두와 관련된 고대 인류 집단이다. 과학자들은 시베리아의 데니소바 동굴에서 회수된 유전 물질을 통해 이들을 처음 인식했으며, 당시에는 뚜렷한 데니소바 뼈 표본이 충분히 확보되지 않은 상태였다. 따라서 이 집단은 해부학적 특징이나 일상생활에 대해 많이 알려지기 전에 먼저 확인된 셈이다.

이후 유전학 연구를 통해 데니소바 조상의 유전적 흔적이 일부 현생 인구, 특히 아시아와 오세아니아 일부 지역에 남아 있음이 밝혀졌다. 또한 데니소바인 내부의 유전적 다양성과 네안데르탈인 및 현생 인류의 조상을 포함한 다른 인류 집단과의 접촉을 포함하는 복잡한 집단 역사도 드러났다.

!시베리아 알타이 산맥에 위치한 데니소바 동굴 입구

러시아 남부 시베리아 알타이 산맥에 있는 데니소바 동굴. 2010년 이곳에서 데니소바인의 DNA가 처음 분리되었다. 사진: Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0.

유전적 증거는 친연관계, 이동, 혼혈을 보여줄 수 있지만, 그 자체만으로는 데니소바인이 어떻게 살았는지를 설명할 수 없다. 유전 정보는 그들이 사용한 도구, 처리한 동물, 또는 시간을 보낸 환경을 식별하지 못한다. 그러한 질문은 고고학적 증거에 의존한다.

볜푸 동굴은 바로 그 증거를 동일한 조사 안으로 끌어들인다.

!티베트 고원 바이스야 카르스트 동굴에서 발견된 샤허 하악골

중국 간쑤성 샤허의 바이스야 카르스트 동굴에서 출토된 샤허 하악골. 고대 콜라겐 단백질체 분석을 통해 동정된, 시베리아 외부에서 발견된 데니소바인의 주요 화석 증거였다. 사진: Dongju Zhang / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0.

단백질 분석이 더하는 것

고대 DNA는 강력하지만 취약하다. 시간이 지나면서 분해되며, 따뜻한 환경에서는 보존이 특히 어려워질 수 있다. 단백질은 사용 가능한 DNA가 사라진 뒤에도 일부 화석에서 생존할 수 있다.

연구자들은 치아와 뼈에서 보존된 단백질 서열을 현생 인류, 네안데르탈인, 데니소바인 및 기타 근연종의 참조 데이터와 비교할 수 있다. 이 방법은 완전한 게놈에 담긴 정보를 제공하지는 않지만, 전통적인 해부학적 분류를 적용하기에는 너무 불완전한 화석을 식별하는 데 도움을 줄 수 있다.

!고대 뼛조각과 단백질 질량 분석을 검사하는 생물고고학 실험실

고단백질체학 펩타이드 질량 지문 분석법은 따뜻한 아열대 기후에서 고대 DNA가 분해된 경우에도 심하게 파편화된 화석에서 고대 콜라겐 단백질 서열을 판독할 수 있게 한다. Magnific AI로 렌더링한 시각화.

이것이 중요한 이유는 많은 인류 화석이 손상되었거나 본래부터 파편적이기 때문이다. 완전한 두개골은 비교에 유용한 특징을 보존할 수 있지만, 작은 뼛조각이나 마모된 치아는 대개 그렇지 못하다. 단백질 증거는 그러한 유해에 생물학적 정체성을 부여하고 더 넓은 고고학적 기록과 관련되게 만들 수 있다.

볜푸 동굴에서는 단백질 분석을 통해 데니소바인의 두개골 파편, 치아, 그리고 팔의 일부가 동정되었다. 이 발견은 고대 DNA가 생존한 유적지를 넘어 데니소바인 탐색의 범위를 확장하며, 한때 분류가 불가능해 보였던 파편 화석들을 다시 검토할 이유를 연구자들에게 제공한다.

!시베리아에서 발견된 데니소바 4 어금니 화석 복제품으로, 데니소바 치아 해부학의 특징인 예외적으로 큰 치관과 벌어진 치근을 보여준다

시베리아에서 발견된 데니소바 4 어금니의 복제품. 데니소바 치아 해부학의 특징인 예외적으로 큰 치관과 벌어진 치근을 보여준다. 사진: Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0.

동굴 퇴적층이 중요한 이유

고립된 화석 한 점은 한 개체가 존재했음을 입증한다. 반면 긴 고고학적 퇴적층은 사람들이 그 장소에 반복적으로 돌아왔는지, 환경 조건이 어떻게 변했는지, 그리고 그곳에 어떤 종류의 활동이 축적되었는지를 보여줄 수 있다.

볜푸 동굴 퇴적층은 약 19만 년 전부터 7만 년 전까지, 대략 12만 년의 기간을 포괄한다. 데니소바 인류 화석은 약 16만 7천 년 전~13만 4천 년 전으로 연대 측정되며, 이는 해당 퇴적층의 전반부에 해당한다. 이러한 연대는 시간에 따른 인간 활동을 연구하기 위한 틀을 제공하지만, 모든 지층이나 유물이 자동적으로 데니소바 인류의 것으로 귀속되는 것은 아니다.

!중기 및 후기 구석기 시대 석기와 뼈 연장

12만 년에 걸친 동굴 퇴적층 전반에서 수습된 석기 조합과 유사한, 플라이스토세 석기 박편, 몸돌, 가공된 뼈 연장. 사진: Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0.

석기와 동물 유해는 연구자들이 유적에서의 활동을 조사할 수 있는 자료를 제공한다. 석기는 사람들이 돌과 기타 재료를 어떻게 가공했는지 복원하는 데 도움을 줄 수 있으며, 동물 유해는 식량 획득, 사체 처리, 그리고 당시 지역 환경 조건에 관한 증거를 제공할 수 있다. 그 가치는 부분적으로 맥락에 있다. 즉 화석은 단순한 생물학적 표본이 아니라 인간이 살았던 경관 안에서 발견된 유물로서 연구될 수 있다.

유전학은 그러한 종류의 기록을 제공할 수 없다. DNA는 집단 간의 관계와 혼혈을 밝혀낼 수 있지만, 돌이 어떻게 도구로 만들어졌는지, 동물 사체가 어떻게 처리되었는지, 동굴이 어떻게 사용되었는지를 보여주는 경우는 드물다. 그러한 양상은 물질적 유물로부터 복원되어야 한다.

이 동굴은 또한 데니소바 인류를 같은 광범위한 시기에 아시아를 점유했던 다른 인류 집단과 비교할 수 있는 기회를 제공한다. 이제 그들은 단지 조상이나 유전적 기여자로서가 아니라, 특정 장소와 지층에서 그 활동이 복원 가능할 수 있는 과거 공동체의 구성원으로서 연구될 수 있다.

!티베트 고원 높은 곳에 위치한 바이스야 카르스트 동굴 입구

간쑤성 샤허의 티베트 고원 해발 3,280m에 위치한 바이스야 카르스트 동굴. 극한의 고지대 고산 환경에 대한 데니소바 인류의 적응을 보여준다. 사진: Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0.

아시아의 사라진 인류 집단

아시아는 수십만 년에 걸쳐 여러 인류 집단의 서식지였지만, 화석 기록은 고르지 않다. 이 지역은 광대하고 발굴 역사도 제각각이며, 많은 유적이 훼손되었거나 보존 상태가 좋지 않거나 부분적으로만 조사되었다.

기후는 문제를 더욱 복잡하게 만든다. 따뜻한 환경에서는 DNA가 흔히 빠르게 분해된다. 뼈는 부서지거나 사라져 버릴 수 있어, 연구자들은 식별 가능한 인골 대신 치아, 작은 뼛조각, 또는 퇴적물만을 얻게 된다. 따라서 한 집단이 후대 인류의 유전적 역사 속에서는 살아남으면서도 전통적인 화석 기록에서는 좀처럼 드러나지 않을 수 있다.

!윈난성의 지하 카르스트 석회암 동굴 내부

중국 남서부 윈난성의 지하 카르스트 석회암 동굴 지형. 보호된 카르스트 동굴 내부는 플라이스토세 고대 화석과 층위 문화 퇴적물을 보존할 수 있는 드문 미기후를 제공한다. 사진: Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0.

데니소바인의 사례는 그러한 비가시성이 얼마나 오래 지속될 수 있는지 보여 준다. 유전자 분석이 이들을 드러내기 전까지, 데니소바인은 네안데르탈인과 연관된 익숙한 화석 컬렉션으로 대표되지 않았다. 생체분자 방법은 과제를 바꾸어 놓았다. 연구자들은 화석 조각의 눈에 보이는 해부학적 특징 너머를 바라보고, 그것이 여전히 보존하고 있는 생물학적 정보가 무엇인지 물을 수 있게 되었다.

그러한 접근은 데니소바인 이상을 밝혀낼 수도 있다. 아시아의 일부 사라진 집단은 현생 인류 속에 유전적 흔적으로만 남아 있을 수 있다. 또 다른 집단은 아직 단백질 검사가 이루어지지 않았거나 확실한 고고학적 맥락 속에서 검토되지 않은 단편적인 화석으로 대표될 수 있다.

따라서 화석 기록의 부재는 한 집단이 존재하지 않았다는 증거가 아니다. 그것은 보존 상태, 표본 추출, 또는 오래된 수집품이 처음 연구될 당시 이용 가능했던 방법의 한계를 반영할 수 있다.

여전히 해결되지 않은 문제

볜푸 동굴은 데니소바인 연구를 위한 지리적·고고학적 근거를 강화하지만, 이 집단에 대한 완전한 그림을 제공하지는 않는다.

화석은 단편적이다. 이 화석들로는 데니소바인 해부학의 전체 범위를 확립하거나, 데니소바인이 전체 지리적 분포 범위에서 네안데르탈인 및 현생 인류와 어떻게 달랐는지 보여 줄 수 없다.

또한 이 동굴은 언어, 신앙, 사회 조직에 대한 직접적인 증거를 제공할 수 없다. 도구와 동물 유해는 활동의 양상을 드러내지만, 그 이면의 규칙이나 의미까지 반드시 보여 주는 것은 아니다.

귀속 문제는 여전히 핵심적인 난제이다. 서로 다른 인류 집단이 같은 동굴을 서로 다른 시기에 사용했을 수 있으며, 긴 층위 서열 속의 유물을 자동적으로 데니소바인에게 귀속시킬 수는 없다. 특정 활동을 특정 집단과 연결하려면 확실한 연대 측정과 이를 뒷받침하는 화석, 단백질, 또는 유전적 증거가 필요하다.

향후 발견들은 데니소바인이 얼마나 넓게 분포했는지, 서로 구분되는 데니소바인 집단이 아시아의 여러 지역에 거주했는지, 그리고 그들의 기술이 환경에 따라 어떻게 변화했는지를 검증하는 데 도움이 될 것이다. 더 많은 화석, 더 정밀한 연대 측정, 그리고 다른 유적들에서 확보된 생체분자 증거가 필수적일 것이다.

더 완전한 인류사

볜푸 동굴은 아시아의 인류 진화를 중첩된 집단들, 이동, 혼합, 소멸의 역사로 보는 관점을 뒷받침한다. 이는 한 집단이 대륙 전체에서 다른 집단을 대체하는 단순한 연속이 아니라는 것이다.

이 유적의 중요성은 서로 다른 종류의 증거를 한데 모은다는 데 있다. 이제 데니소바인의 유전학적 정보는 인골, 동굴 퇴적물, 석기, 동물 자원, 반복적인 점유와 함께 검토될 수 있다. 그 결과 강조점이 이동한다. 데니소바인이 누구와 연관되었는지만을 묻는 것에서, 그들이 특정 장소를 어떻게 이용했는지를 묻는 것으로 말이다.

손상된 치아, 어느 개체에 속하는지 알 수 없는 뼈, 또는 유전된 DNA의 흔적은 기존 고고학이 놓쳤던 집단의 증거를 보존하고 있을 수 있다. 그러나 파편들은 연구자가 그것들을 시간 속에 위치시키고, 신뢰성 있게 동정하고, 더 넓은 고고학적 맥락과 연결할 수 있을 때에만 의미를 갖는다. 볼변푸 동굴이 중요한 이유는 바로 그 조각들을 더 가깝게 이어 주기 때문이다.