PGR21.com
다시봐도 좋은 양질의 글들을 모아놓는 게시판입니다.
Date 2021/12/10 22:56:22
Name cheme
Link #1 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/514240v1
Subject 수컷 공작새 깃털의 진화 전략
화려한 색깔을 자랑하는 일부 조류의 깃털에서 발현되는 구조색 (structural color)은 전형적인 광결정 (Natural photonic crystal)에 의한 색이다. 그림 1에서 보이는 것 같은 이러한 구조색은 가시광선 대역에서의 자체 발광 (i.e., 반딧불이의 루시페린에 의한 화학발광)이나 꽃잎처럼 색소에 의해 특정 가시광선을 선택적으로 흡광함으로써 발현되는 색과는 전혀 다르다. 새의 깃털을 자세히 확대해 보면 수백 나노미터 수준의 규칙적인 나노 구조물에 의해 특정 파장 범위의 가시광선만 통과되거나 흡수되는 간섭이 생겨날 수 있다. 그리고 관찰하는 각도나 구조의 복잡도에 따라 그 색깔이 달라질 수 있다.

NqE0-0_6gabb5zBxj4mTY2MeZr4.jpg
그림 1. 수컷 공작새 깃털을 확대한 이미지

공작새의 깃털은 그것을 펼쳤을 때 나타나는 아름다운 패턴으로도 유명하지만, 사실 깃털을 하나하나 확대해서 관찰해 보면 그 안에는 나노미터 수준에서의 구조물들이 촘촘하게 배치되어 있다. 익히 잘 알려진 커다란 눈동자 같은 동심원 패턴과는 별개로, 깃털 하나하나 속에 내재된 아주 미세한 패턴이 또 하나의 색깔 패턴을 만들어내는 것이다. 수컷 공작새는 왜 이렇게 화려한 색깔을 만들어내야만 했을까? 수많은 깃털은 공기역학적으로 딱히 최적화된 설계와는 거리가 있어 보인다. 즉, 탈출이나 이동에 유리할 수 있는 이점을 포기해서라도 이렇게 복잡한 구조의 깃털을 만들어내야만 했던 이유는 무엇이었을까? 물론 그 답은 진화에서 찾을 수 있을 것이다. 이렇게라도 해야 암컷의 눈길을 한 번이라도 더 사로잡을 기회를 얻을 것이니, 오랜 세월 수컷 공작새들은 시행착오를 거듭하며 깃털을 다듬고 패턴을 만들며 특별한 색을 구현해 온 것 같다. 특히 색소처럼 자외선에 블리칭 (bleaching)되지도 않고, 반딧불이처럼 자체 발광하기 위해 화학반응을 위한 에너지를 사용해가면서 만들어 낼 필요도 없는 색을 만들어야 한다면, 남은 옵션은 구조색 밖에 없다. 즉, 오로지 깃털의 정밀한 구조를 무수한 세대를 거듭하여 오랜 기간 공들여 다듬어 옴으로써 (물론 비유적 표현) 만들어낸 이 색을 이용하여 수컷 공작새들은 자손을 하나라도 더 많이 남길 가능성을 높였을 것이다.

일견 이렇게 화려한 구조색과 패턴은 천적의 눈에 띌 가능성을 더 높이니, 오히려 생존과 진화에 더 불리한 것이 아닐까 생각할 수 있다. 진화론의 아버지는 찰스 다윈 역시 처음 진화론 (1859년 당시엔 자연선택이론)에 대한 아이디어를 떠올렸을 때, 이것의 명확한 반례가 있다면 그것은 수컷 공작새의 화려한 깃털일 것이라고 생각했을 정도다. (즉, 공작새의 화려한 깃털은 자연선택이론의 근거를 찾고 있던 다윈에게는 짜증 나는 반례였던 셈.) 1975년 이스라엘의 동물생태학자인 아모츠 자하비는 이른바 '과시적 소비 이론'에 입각한 것으로도 볼 수 있는 '장애 이론 (handicap theory)'을 내놓기도 했다. 즉, 천적에게 잡아먹힐 확률이 높아짐에도 불구하고, 더 적극적으로 구애를 할 수 있는 수컷은 그만큼 능력이 출중한 배우자라는 의미가 내포되므로, 암컷에게 더 매력적인 상대가 될 수 있지 않을까 하는 가설이었다.

tmai0Oep8DQ2zgIyysbSKPWsEFM.jfif
그림 2. 미국의 풍경화가 Abbot Handerson Thayer 작, 'Peacock in the Woods (1907)'

그렇지만 최근 연구 결과 (https://www.biorxiv.org/content/10.1101/514240v1)에 따르면 꼭 그런 것 같지는 않다. 수컷 공작새의 깃털에서 발현되는 구조색은 대개 파란색-녹색 사이에서 분포한다. 공작새가 울창한 삼림이 우거진 숲 속에 살고 있다는 것을 생각하면 이러한 색은 주변과도 잘 어우러진다 (그림 2 참조). 즉, 자연스러운 위장색이 될 수도 있다는 뜻이다. 여기서 흥미로운 부분은 공작새의 천적인 고양이과 동물 (주로 표범이나 퓨마 등)은 RGB를 잘 구분하지 못하고 오로지 흑백 이미지, 즉, 그레이 스케일 이미지만 구분할 수 있는 시력을 갖는다는 사실이다. 이 때문에 공작의 깃털에서 발현되는 구조색의 화려함은 천적들에게는 별달리 특별한 정보를 주지 못한다. 색을 구분할 수 없기 때문에, 공작 깃털 패턴의 모양도 구분하기 어렵고, 주변의 수풀과도 공작 깃털 색을 구별하기 어려운 것이다. 반면, 공작새 암컷은 공작새 수컷이 펼친 깃털들의 패턴과 색을 멀리서도 명확히 구분할 수 있고, 특히 수컷 공작새 깃털의 구조색 덕분에 다른 각도에서 반사되는 색이 변하는 정보까지 추가로 얻을 수 있다. 이는 수컷 공작새의 전유물이므로 일종의 표지가 될 수 있다. 이 때문에 수컷 공작새가 활짝 펼친 꼬리 깃털의 패턴과 색깔은 암컷의 눈에 더 잘 띌 가능성이 훨씬 높아진다. 즉, 수컷 공작새는 천적은 피하고, 주변 환경과 위장이 잘 되는 색을 취하되, 암컷 공작새에게는 선택적으로 자신의 존재를 알릴 수 있는 패턴과 색깔을 오랜 기간 조합해 온 셈이다.

만약 공작새의 천적이 공작새만 먹고살 수 있는 동물이었다면, 오랜 세월 동안 이들이 살아남기 위해 천적의 원추세포도 흑백에서 RGB를 인식할 수 있는 세포로 진화했을 가능성도 있다. 그렇지만 공작새의 개체수는 그리 많지도 않을뿐더러, 공작새를 검지하기 위해 필요한 RGB 시각 정보의 처리에는 흑백 시각 정보 처리보다 훨씬 더 높은 비용이 요구된다. 왜냐하면 컬러로 된 이미지 정보를 처리하려면 흑백에 비해 차원이 한 개 더 필요하기 때문이다. 500*500 해상도 이미지를 생각한다면, 그레이 스케일 이미지는 500*500 행렬만 있으면 된다. 그러나 RGB 이미지는 500*500*3 행렬이 있어야 한다. 정보량이 3배로 늘어날뿐더러, R, G, B에 대응하는 원추세포의 빛 감지 파장 범위가 서로 오버랩이 되므로, 이를 분리하는 후처리도 필요하다. 퓨마 같은 포식자들은 먹잇감을 추적하기 위해 단거리를 폭발적으로 달릴 수 있게끔 언제든지 고속으로 몸을 기동 할 수 있어야 한다. 따라서 오로지 먹잇감의 역학 (위치와 운동량, 그리고 그것을 실시간 추적하여 다음 위치와 방향을 예측)을 추적-계산해야 하는 고로, 이미 그 기능 제어만 해도 뇌의 정보 처리 용량이 많이 소모될 텐데, 추가적으로 RGB 이미지 정보까지 실시간으로 처리하려면 뇌가 사용하는 에너지가 너무 많아진다. 에너지 효율이 극도로 낮은 퓨마 같은 포식자 입장에서는 이는 굉장히 비싼 비용에 해당한다. 그래서 오랜 세월이 지난 와중에도, 퓨마의 입장에서는 굳이 값비싼 RGB 원추세포와 뇌 용량을 높이지 않더라도, 그레이 스케일 이미지 처리만으로도 잡을 수 있는 먹잇감 포획 방향으로 전략이 고도화되었을 가능성이 있지 않을까.

시각이 생물에게 있어 가장 유용한 정보의 통로라고는 하지만, 이렇게 각 생물마다 그것을 이용하는 전략은 참 다양하다. 그리고 환경이 변하고 서로의 전략이 계속 변하면서 자연이 만들어내는 다양한 패턴과 현상은 상상력의 범위를 넓혀준다. 인류 역시 아주 오랜 세월이 지나면 태양의 광도 변화 같은 거시적 환경 변화를 포함한 다양한 변화에 적응하기 위해 지금처럼 가시광만 보는 것이 아니라 NIR이나 UV를 볼 수도 있을 것이고, 피부로는 테라파를 감지하는 방향으로 진화할는지 누가 알겠는가 (물론 바이오닉 아이 (bionic eyes)를 갖게 되면 완전히 다른 이야기가 될 테지만...). 그때쯤 되면 인간이 정의하는 전자기파 감지에 의한 '시각' 예술적 체험의 정의도 지금과는 굉장히 많이 달라져 있을 것이다.

* 손금불산입님에 의해서 자유 게시판으로부터 게시물 복사되었습니다 (2023-10-13 00:41)
* 관리사유 : 추천게시판 게시글로 선정되셨습니다. 좋은 글 감사합니다.

통합규정 1.3 이용안내 인용

"Pgr은 '명문화된 삭제규정'이 반드시 필요하지 않은 분을 환영합니다.
법 없이도 사는 사람, 남에게 상처를 주지 않으면서 같이 이야기 나눌 수 있는 분이면 좋겠습니다."
Hammuzzi
21/12/10 23:04
수정 아이콘
퓨마등 천적의 시각을 피할수 있었다니 생각못했네요.
좋은 자료 감사합니다.
21/12/10 23:45
수정 아이콘
읽어주셔서 감사합니다.
신의와배신
21/12/10 23:10
수정 아이콘
진화는 의도를 가지고 이루어지는 과정이 아니라 우연한 변화의 결과물입니다. 하지만 의도에 따라 이루어진 것처럼 설명하는게 인간의 언어체계에선 보다 자연스러워서 종종 하나의 청사진에 따라 오랫동안 이루어진 변화처럼 설명하곤 합니다.

본문을 요약하면 이렇게 될겁니다.

구조색은 포식자에게 들킬 위험을 증가시키지 않고도 암컷의 관심을 비약적으로 상승시킬 수 있어 구조색을 발달시킨 개체들이 더 많은 자식을 얻게 되었고 수세대를 거칠 수록 화려하게 발전되었다.
21/12/10 23:45
수정 아이콘
네. 그래서 본문에도 일종의 비유장치라고 언급했는데, 제가 너무 대충 글을 쓴 것 같기도 합니다. 코멘트 감사합니다!
세상을보고올게
21/12/12 08:09
수정 아이콘
그런면에서 마지막 문단은 동의하기 어렵습니다.
인간이 진화하려면 그렇지 않은 개체들은 자손을 남길 확률이 줄어들고 그런 개체들은 늘어야하는데
인간은 그런일이 일어날 확률이 줄고 있죠.
오곡물티슈
21/12/10 23:20
수정 아이콘
진화군주 아바투르, 이 게시물 추천함, 유익함, 흥미로움
21/12/10 23:45
수정 아이콘
읽어주셔서 감사합니다.
21/12/11 00:13
수정 아이콘
아하 공작새를 핸디캡 이론으로 설명하는 게 좀 이상하다고 생각했는데 재미있네요.
21/12/11 00:17
수정 아이콘
이래서 자연에 대한 연구가 꾸준히 지속되어야 하는 것인가 봅니다. 과학의 매력이기도 하죠.
하얀 까마귀
21/12/11 01:37
수정 아이콘
포유류는 공룡 시대에 조그만 야행성 동물이었기 때문에 원래 조상이 가지고 있던 4색각을 잃어 버리고 현재는 대부분 2색각 즉 색맹입니다. 그런데, 사람을 포함하는 영장류는 그래도 돌연변이로 색각 하나를 찾아서 예외적으로 3색각을 가지는게 된 경우라고 하죠. 새들은 당당한 공룡의 후예인 만큼 4색각을 가지고 심지어 자외선 영역까지 볼 수 있어서 사람보다 더 다채로운 색깔을 볼 수 있다고 하네요.

수컷 공작새 깃털은 암컷 공작새의 눈에 우리가 보는 것보다 더 화려하게 보일 겁니다.
터치터치
21/12/11 07:47
수정 아이콘
오 색각이야기 신기하네요

그래도 크리스마스를 혼자 보내는 공작수컷이 있겠죠 크크
유자농원
21/12/11 10:53
수정 아이콘
와 댓글마저 꿀잼!
김치볶음밥전문가
21/12/11 14:53
수정 아이콘
당당한 공룡의 후예라니.. 자부심이 대단하시군요
진소한
21/12/11 07:56
수정 아이콘
이런 최신 진화론은 언제나 즐겁습니다.
요즘 진화론 책을 보는 중이라 더 반갑네요.
21/12/11 08:42
수정 아이콘
인간이 시력을 발달시킨 진화의 경위도 한번 써주시면 감사하겠습니다. 인간(영장류)의 천적이 뱀이었고, 뱀에게서 피하기 위해서 높은 시력 + 살기 감지 능력(지능)을 얻었다고 하는데 이게 그냥 잡설인지 아니면 학계에서 정설로 받아들여지고 있는지 궁금합니다.
두둥등장
21/12/11 10:22
수정 아이콘
어디서 그런말을 들으신건가요?..
21/12/11 10:38
수정 아이콘
이상한 경위지만 제가 예전에 DMT(아야후아스카)라는 남아메리카 원주민들이 자연에서 찾은 약초로만 만든 환각제에 관심을 가지게 된 적이 있습니다. 다른 마약류와 다르게 부족의 주술사/샤먼들이 신내림을 받기 위해 사용하던 약초입니다. 이 환각초를 복용하면 30분동안 구토를 하고 이 단계가 지나면 환각이 시작됩니다. 신기한게 이 환각제를 먹은 모든 사람들이 비슷한 환각을 본다는 것입니다. 가장 공통적인 목격담(?)은 굉장히 큰 나무와 숲이고, 그 다음으로는 용이나 뱀을 본 목격담이 뒤를 잇습니다. 이게 신기해서 계속 구글링하면서 공부해보니 고전 신화들의 공통점 또한 큰 나무(아스가르드), 뱀/용(동양 신화, 성경)이라는것과 이런 공통적인 기억을 가지게 되는 이유가 우리 선조들의 터전이 숲이었고 천적은 뱀이었는데 이게 유전적인 작용으로 후손들의 기억에 남았고, 우리가 DMT라는 트리거로 공통된 선조들의 기억을 본다는 것이었습니다. 물론 과학적 근거는 없습니다. 진화론적인 것도 구글링 하다가 본것 같네요.
20060828
21/12/11 13:32
수정 아이콘
진화론 이야기 재밌어요.
다음에 다른 주제로 써주신다면 또 즐겁게 잘 보겠습니다.
21/12/11 15:22
수정 아이콘
헐 핸디캡 이론이 틀렸을 가능성이 높군요. 예전에 픽업 이론 책 읽어봤을 때 나오는 이론 이었는데 개소리 였던걸로...
목록 삭게로! 맨위로
번호 제목 이름 날짜 조회
3437 술 먹고나서 쓰는 잡설 [35] 푸끆이2204 22/02/06 2204
3436 배철수의 음악캠프 30주년 특별기획 - 배캠이 사랑한 음악 100(1) [18] 김치찌개2166 22/02/05 2166
3435 [성경이야기]모세의 죽음과 다음 지도자 [11] BK_Zju1869 22/01/17 1869
3434 이탈리아에서 날아온 작은 라팔을 만들어 봅니다 [28] 한국화약주식회사2867 22/02/04 2867
3433 어떻게 국내의 해양플랜트 업계는 망했는가? [30] antidote3122 22/02/04 3122
3432 [테크 히스토리] 22kg → 1kg 다이어트 성공기 / 노트북의 역사 [22] Fig.12933 22/02/04 2933
3431 기계공학과는 어쩌다 취업이 어려워졌는가? - 14학번 기계공학도의 관점에서 [68] 새강이2833 22/02/04 2833
3430 [성경이야기]솔직히 이집트 사람 입장에서 억울하지 않나? [25] BK_Zju7819 21/01/05 7819
3429 [스포]누가 좀 시원하게 까줬으면 좋겠는데... 지금 우리 학교는 [53] ipa4018 22/02/02 4018
3428 남산에서 바라본 사계절 [38] 及時雨2524 22/02/01 2524
3427 글 잘 쓰는 법 [24] 구텐베르크3720 22/01/28 3720
3426 [끄적끄적] 3살 아이는 티라노를 좋아한다. [35] 구준표보다홍준표3374 22/01/28 3374
3425 [성경이야기]지도자 훈련을 받는 요셉 [9] BK_Zju4108 20/12/22 4108
3424 [역사] 붕어빵 꼬리에 팥이 있어야할까? / 붕어빵의 역사 [30] Fig.12657 22/01/17 2657
3423 2년 간의 방송대 졸업 분투기 및 약간의 가이드 [32] Dr. ShuRA2697 22/01/16 2697
3422 상나라의 인신공양을 알아봅시다 [44] 식별2992 22/01/16 2992
3421 실천해보니 좋았던 직장내 소소한 습관들 [42] visco3228 22/01/16 3228
3420 [성경이야기]야곱의 거짓말 [21] BK_Zju5386 20/12/10 5386
3419 난 뭘 벌어먹고 살 것인가 [77] 깃털달린뱀5654 22/01/15 5654
3418 [기타] 나는 어떻게 무공을 만들었는가 (1) - 디아블로2 레저렉션 [54] 험블2568 22/01/13 2568
3417 내가 겪었던 좋은 사람들 [25] 착한아이2574 22/01/13 2574
3416 연대는 사라지고 억울함만 남았다. 우리에게 무엇이 남을까? [185] 노익장2981 22/01/12 2981
3415 2021 플래너 모아보기 [26] 메모네이드2313 22/01/12 2313
목록 이전 다음
댓글

+ : 최근 6시간내에 달린 댓글
+ : 최근 12시간내에 달린 댓글
맨 위로