대부분의 고고학자들은 오랫동안 발굴 현장에서 나오는 퇴적물, 즉 흙을 단순한 부산물로 여겨 왔습니다. 그러나 최근 몇 년간의 연구는 이러한 통념을 완전히 바꿔 놓았습니다. 퇴적물에는 수천 년 전 생명체의 흔적인 고대 DNA(aDNA)가 놀랍도록 온전하게 보존되어 있을 수 있다는 사실이 밝혀졌기 때문입니다.
"퇴적물에서 인간 및 고대 동물의 DNA를 추출할 수 있게 되면서, 뼈와 같은 골격 잔해가 거의 남아 있지 않은 지역에서도 고대 인류와 다른 유기체들이 언제, 어디에 존재했는지를 추적할 수 있는 완전히 새로운 기회가 열렸습니다."라고 독일 라이프치히 막스 플랑크 진화 인류학 연구소의 연구 책임자 마티아스 마이어(Matthias Meyer)는 강조합니다.
미세 규모에서 본 DNA 보존의 실체
퇴적물 속 DNA의 정확한 기원과 보존 상태를 파악하기 위해 막스 플랑크 연구진은 지질학자들과 국제 공동 연구팀을 구성했습니다. 이들은 퇴적물 자체의 형성 과정을 재구성하는 지질고고학 기법을 접목해, 미세한 규모에서 DNA의 보존 양상을 분석했습니다.
연구팀이 사용한 핵심 자료는 과거 고고학 현장에서 채취한 뒤 합성 수지(폴리에스터)에 담아 굳힌 '무교란 퇴적물 블록'입니다. 굳어진 블록은 실험실로 옮겨져 현미경 이미징과 유전자 분석을 위해 정밀하게 절단되었으며, 아프리카·아시아·유럽·북미의 퇴적물에서 약 40년 전에 준비된 샘플까지 포함되었습니다.
"이 블록들이 호미닌(인류 조상) DNA를 포함한 고대 DNA의 훌륭한 원천이라는 사실은, 수십 년간 플라스틱 속에 보관되어 있었음에도 불구하고 아직 개발되지 않은 방대한 유전 정보 저장소가 우리 곁에 있었다는 것을 의미합니다."
"오래된 실험실 샘플을 다시 꺼내 분석할 수 있다는 것은 고대 DNA 연구의 새로운 시대를 여는 일입니다. 여행 제한과 감염병 상황으로 현장 퇴적물에 접근하기 어려운 지금, 그 가치는 더욱 큽니다."라고 지질고고학 분석을 주도한 호주 플린더스 대학교의 마이크 몰리(Mike Morley) 교수는 말합니다.
데니소바 동굴이 밝혀준 DNA 보존 메커니즘
연구의 핵심 무대는 시베리아 남부 알타이 산맥의 데니소바 동굴이었습니다. 이곳은 네안데르탈인, 데니소바인, 그리고 현생인류의 고대 DNA가 모두 회수된 세계적으로 유명한 유적지입니다. 과학자들은 이곳의 퇴적물 블록을 분석한 결과, 무작위로 채취한 퇴적물보다 작은 유기 입자(미세 잔존물)에서 훨씬 많은 DNA가 검출된다는 사실을 확인했습니다.
"데니소바 동굴 퇴적물에서 고대 포유류 DNA가 높은 확률로 회수되는 이유는 대변, 체액, 부패 조직에서 유리된 세포외 DNA 때문이 아니라, 퇴적물 매트릭스에 풍부하게 남아 있는 미세 잔존물 덕분이라는 것이 명확해졌습니다."라고 연구 공동 저자이자 포르투갈 알가르베 대학교의 베라 알데이아스(Vera Aldeias) 연구원은 설명합니다.
"이번 연구는 고대 DNA가 퇴적물 안에서 정확히 어디에, 어떤 조건으로 보존되는지를 이해하는 데 큰 진전을 이루었습니다."라고 몰리 교수는 평가합니다.
DNA는 퇴적물에 고르게 퍼져 있지 않다
이번 연구에서 제시된 방법론은 DNA 분석을 위해 퇴적물 내 특정 지점을 밀리미터 단위로 정밀 샘플링하는 것을 가능하게 했습니다. 그 결과 확인된 중요한 사실은, 고대 DNA가 퇴적물 전반에 균일하게 분포하지 않으며 특정 퇴적물의 물리적 성질이 DNA 보존에 더 유리하다는 점입니다.
"퇴적물 속 aDNA를 고고학적 미시적 맥락과 연결한다는 것은, DNA가 퇴적층 사이에서 물리적으로 이동했을 가능성까지 검토할 수 있게 된다는 뜻입니다."라고 독일 젠켄베르크 인간 진화 및 고대 환경 센터의 수잔 멘처(Susan Mentzer) 연구원은 덧붙입니다.
단 몇 밀리그램으로 네안데르탈인의 흔적을 읽다
연구의 주요 저자인 디엔도 마실라니(Diendo Massilani)는 단 몇 밀리그램의 퇴적물에서만으로도 상당량의 네안데르탈인 DNA를 회수하는 데 성공했습니다. 나아가 그는 DNA를 남긴 개인들의 성별까지 판별했고, 이들이 동굴에서 발견된 뼈 조각으로 게놈이 이미 재구성된 네안데르탈인 집단과 관련이 있음을 입증했습니다.
"수지에 박제된 작은 퇴적물 샘플 속 네안데르탈인 DNA는 느슨한 퇴적물에서 발견되는 것보다 훨씬 높은 농도로 농축되어 있습니다."라고 그는 확신합니다.
"이 접근법을 활용하면 앞으로 입방체 크기의 굳은 퇴적물 조각만으로도 다양한 고대 인류의 DNA를 분석할 수 있습니다. 이 DNA가 수만 년 전 동굴을 화장실로 사용한 사람들에게서 나온 것이라는 점을 생각하면 흥미롭지 않을 수 없습니다."
이번 연구는 고고학 현장에서 버려졌던 퇴적물이 인류의 과거를 읽어내는 강력한 유전 정보 창고가 될 수 있음을 보여주며, 골격 잔해 없이도 멸종 인류의 이야기를 복원할 길을 열었습니다.
