현생 인류의 조상이라고 할 수 있는 고대 인류 네안데르탈인과 데니소바인이 '기후 변화'로 인해 이종(異種) 간 교배를 했던 것으로 나타났다.
지금까지는 현생 인류 '호모 사피엔스'의 유전자(DNA)에 다른 호모종의 유전자가 섞여있는 이유가 불명확했다. 하지만 국내 연구진의 연구 결과 기후 변화로 인해 호모종이 대규모 이동을 하게 됐고, 상호 교류까지 한 사실이 파악됐다. 학계에서는 '인류는 누구이고, 어디에서 왔는가'라는 오랜 의문에 대한 답이 일부 드러난 것으로 보고 있다.
기초과학연구원(IBS) 기후물리 연구단 악셀 팀머만 단장(부산대 석학교수) 연구팀은 기후변화가 초기 인류 종들의 상호 교배 시기와 장소를 결정하는 데 핵심적 역할을 했음을 규명했다고 11일 밝혔다. 슈퍼컴퓨터를 통해 고기후·식생 시뮬레이션 결과와 고인류학적 증거를 결합하면서 퍼즐을 짜맞추는 데 성공했다.
◆호모종(種) 간 교배 사실은 이미 확인…교배 위치·원인 등은 파악 안돼
지금은 멸종한 네안데르탈인과 데니소바인은 호모 사피엔스와 함께 가장 최근까지 생존했던 고인류다. 서식지는 서로 다르지만, 수만년 간 동시대에 살며 상호 유전적 교류가 일어났다. 현대 인류에 소량 남아있는 네안데르탈인과 데니소바인의 DNA가 이를 간접적으로 증명한다.
현생 인류인 호모 사피엔스는 아프리카에서 벗어나는 과정에서 약 12만년 전~5만년 전에 네안데르탈인, 데니소바인 두 종 모두와 교배한 것으로 추정된다. 실제로 비(非) 아프리카 출신 인류에는 평균 약 2~4%의 네안데르탈인 DNA가 섞여있고, 동남아·호주·멜라네시아 토착민들은 비슷한 비율의 데니소바인 DNA를 갖고 있다.
다른 인류 종들 사이에서 교배가 흔했다는 직접적인 증거는 이미 지난 2018년 제시됐다. 지난해 노벨 생리의학상을 받은 스반테 페보 독일 막스플랑크 진화인류학연구소장 연구팀은 시베리아 알타이산맥에 있는 데니소바 동굴에서 발견한 화석 '데니(Denny)'에 대해 분석했다. 분석 결과 데니는 9만년 전 살았던 데니소바인 아버지와 네안데르탈인 어머니를 가진 13세 소녀였음이 확인됐다.
하지만 호모종 간 상호 교배가 언제, 어디서, 어떻게 이뤄졌는지에 대해서는 지금까지 명확히 밝혀진 바가 없다. 이에 과학자들은 희귀 화석 표본과 고대 DNA의 유전적 분석에 의존해왔다.
◆따뜻한 곳 살던 네안데르탈인-추운 곳 살던 데니소바인의 만남…기후 변화로 서식지 겹쳐
IBS 기후물리 연구단은 이탈리아의 기후 및 고생물학 연구팀과 함께 색다른 방법으로 접근해 연구를 진행했다. 두 고인종의 서식지를 파악하기 위해 지난 300만년의 기후와 식생 패턴, 인종별 화석 자료를 바탕으로 컴퓨터 시뮬레이션을 돌렸다.
우선 연구진은 슈퍼컴퓨터 기반 고기후 시뮬레이션을 진행하고, 그 결과를 고인류학적 증거와 유전자 자료와 결합해 네안데르탈인과 데니소바인의 서로 다른 서식 환경 선호를 파악했다. 데니소바인은 툰드라와 냉대림과 같은 추운 환경에 더 잘 적응했고, 네안데르탈인은 온대림과 초원지대를 선호했다. 데니소바인의 서식지를 추정한 건 이번이 처음이다.
지역으로 구분하면 네안데르탈인은 유럽 인근의 남서부 유라시아를 선호하고, 데니소바인은 시베리아에 더 가까운 북동쪽 유라시아를 선호했다. 두 고인류의 서식지가 지리적으로 분리돼있었다.
두 호모종 간 상호 교배가 이뤄진 장소와 시기도 추정했다. 지구 자전축과 공전궤도로 인한 기후변화는 인류 서식지에 영향을 미친 것으로 나타났다. 대기중 이산화탄소량에 따라 기후가 따뜻할수록 중앙아시아에서 두 종 간 더 많은 교배가 나타났고, 추운 환경에서는 공동 서식지가 적어 교배가 잘 이뤄지지 않았다.
시뮬레이션에 따르면 지구 공전궤도가 더 타원형이고, 북반구의 여름에 태양과 지구가 서로 가까이 있어 더 따뜻해졌을 때 호모종 간 서식지가 지리적으로 겹쳤다. 알타이산맥, 사르마틱 혼합림, 이베리아 반도 등 북유럽 및 중앙아시아지역에서 공존 시기 중 최소 6번의 상호작용이 있었을 것으로 추정됐다.
◆유럽 지역에 있던 온대림이 동부로 넓어져…네안데르탈인의 '동진' 유발
두 종 간 상호 교배 지역은 간빙기 시기에 서쪽에서 동쪽으로 이동했다. 연구진은 이 변화가 기후로 인한 것임을 증명하기 위해 유라시아 지역의 식생 패턴이 지난 40만 년 동안 어떻게 변화했는지도 분석했다.
대기 중 이산화탄소 농도 상승과 온화한 간빙기 조건이 온대림을 북유럽에서 유라시아 중앙부 동쪽으로 확장시킨 것. 그 결과 온대 기후를 선호하는 네안데르탈인이 데니소바인의 주요 서식지까지 갈 수 있는 길이 만들어졌다.
악셀 팀머만 단장은 "네안데르탈인과 데니소바인이 서식지를 공유했을 때 두 집단 간 상호작용이 많아져, 상호 교배의 가능성도 함께 높아졌을 것"이라며 "빙하기-간빙기 변화가 오늘날까지 유전적 흔적으로 남아있는 인류의 '러브스토리'를 만들었다"고 강조했다.
연구결과는 11일(한국시간) 세계 최고 권위의 학술지 '사이언스(Science, IF 56.9)'에 게재됐다. 연구단은 기후 시뮬레이션과 고고학 자료를 결합해 초기 인류의 역사를 재구성한 연구로 올해만 총 3개의 논문을 사이언스에 게재했다.