동물의 세계에 존재하는 경이로운 감각들

생쥐 한 마리가 어둠 속에서 안심하고 먹이를 찾아 돌아다니고 있습니다. 살모사가 생쥐의 따뜻한 몸에서 나오는 열을 “볼 수 있는” 능력을 갖고 있으리라고는 전혀 예상치 못하고 있습니다. 참으로 치명적인 판단 착오입니다. 상어가 우글거리는 수족관에서 가자미 한 마리가 모래 속에 몸을 파묻은 채 몸을 완전히 숨기고 있는데, 굶주린 상어 한 마리가 가자미가 있는 방향으로 서서히 헤엄쳐 옵니다. 상어는 가자미를 볼 수 없는데도, 갑자기 멈추고는 코를 모래 속에 박더니 사냥감을 먹어 치웁니다.

그렇습니다. 살모사와 상어는 인간이 가지고 있지 않은 특수한 감각을 가진 동물의 예입니다. 반면에 우리와 똑같지만 더 예민하거나 지각 범위가 다른 감각을 가진 동물도 많습니다. 눈이 그 좋은 예입니다.

다른 세계를 보는 눈

우리의 눈이 감지하는 색깔의 범위는 전자기 스펙트럼의 아주 작은 부분에 불과합니다. 예를 들어, 우리의 눈은 붉은빛보다 파장이 긴 적외선을 볼 수 없습니다. 하지만 살모사는 두 눈과 두 콧구멍 사이에 적외선을 감지하는 ‘피트’라고 하는 두 개의 작은 기관이 있습니다. * 따라서 살모사는 어둠 속에서도 온혈 동물인 먹잇감을 정확하게 덮칠 수 있습니다.

눈에 보이는 스펙트럼의 보라색 바깥쪽에는 자외선(UV)이 있습니다. 우리 눈에는 보이지 않지만, 새와 곤충을 비롯한 많은 동물들은 자외선을 볼 수 있습니다. 예를 들어, 꿀벌은 태양을 이용하여 위치를 알아내는데, 심지어 부분적으로 구름이 낀 날 태양이 보이지 않을 때에도 약간의 푸른 하늘을 찾아서 편광된 자외선으로 인해 형성된 무늬를 보고 위치를 판단할 수 있습니다. 많은 꽃식물에는 자외선 범위에서만 보이는 무늬가 있으며, 일부 꽃에는 곤충들에게 화밀이 있는 곳을 알려 주는 “화밀 표시”—자외선 반사율이 뚜렷이 다른 부분—가 있습니다. 일부 열매와 씨들도 그와 비슷한 방법으로 새들에게 자신의 존재를 알립니다.

새들이 자외선을 볼 수 있고 새의 깃털이 자외선을 받으면 더욱 광채가 나므로, 새들이 서로를 볼 때에는 우리가 새를 볼 때보다 더 다채로워 보일 것입니다. 새들은 “우리로서는 상상조차 할 수 없는 색의 선명도”를 분간하는 시각을 가지고 있다고 한 조류학자는 말하였습니다. 자외선을 볼 수 있는 능력은 일부 매와 황조롱이가 들쥐를 찾는 데도 도움이 될 수 있습니다. 어떻게 그러합니까? 「생물 과학」(BioScience)지에 의하면, 수컷 들쥐는 “대소변에 자외선을 흡수하는 화학 물질이 들어 있으며 소변으로 자신이 다니는 길을 표시”합니다. 따라서 새들은 “들쥐가 밀집해서 사는 지역을 식별”하여 그 지역에서 집중적인 노력을 기울일 수 있습니다.

새들의 시력이 뛰어난 이유

새들의 시력은 경이로울 정도입니다. 「성서의 모든 새들」(All the Birds of the Bible)이라는 책에서는 이렇게 알려 줍니다. “주된 이유는 눈의 내벽에 있는 상이 맺히는 조직에 시각 세포가 다른 동물의 눈보다 많다는 것이다. 시각 세포의 수는 멀리 떨어져 있는 작은  물체를 볼 수 있는 눈의 능력을 좌우한다. 사람의 눈에 있는 망막에는 제곱밀리미터당 약 20만 개의 시각 세포가 있는 반면, 대부분의 새의 눈에는 그의 세 배나 되는 시각 세포가 있으며 매와 대머리수리와 독수리의 눈에는 제곱밀리미터당 100만 개나 그 이상의 시각 세포가 있다.” 뿐만 아니라 일부 새들은 해상력이 가장 뛰어난 부분인 중심와(中心窩)가 한쪽 눈에 두 개씩 있는 가외의 이점이 있어 거리와 속도를 감지하는 능력이 뛰어납니다. 날아다니는 곤충을 잡는 새들도 그와 비슷한 눈을 가지고 있습니다.

또한 새들은 고속으로 초점을 맞출 수 있게 해 주는 놀라우리만큼 부드러운 수정체를 가지고 있습니다. 모든 것이 침침하게 보인다면 날아다니면서 사는 것이 얼마나 위험할지 생각해 보십시오. 특히 숲과 덤불 속에서는 훨씬 더 위험할 것입니다. 그렇습니다. 새들의 눈의 설계에는 참으로 뛰어난 지혜가 깃들여 있습니다! *

전기를 감지하는 감각

앞서 언급한 숨어 있는 가자미와 상어에 관한 이야기는 상어에 관한 과학적 연구를 진행하는 도중에 실제로 있었던 일입니다. 연구원들은 상어와 가오리가 살아 있는 물고기에서 방출되는 미세한 전기장을 감지하는지를 알아보기를 원하였습니다. * 그 점을 알아보기 위해, 연구원들은 상어를 넣어 둔 곳의 모랫바닥 속에 전극을 여러 개 숨겨 놓고 적절한 정도의 전압을 가하였습니다. 그 결과 어떤 일이 있었습니까? 전극 근처에 갈 때마다, 상어는 그 즉시 전극을 난폭하게 공격하였습니다.

상어는 이른바 수동(受動) 전기 수용 기관이라는 것을 가지고 있어서, 귀로 소리를 수동적으로 들을 수 있듯이 전기장을 감지할 수 있습니다. 하지만 전기 물고기는 능동(能動) 전기 수용 기관을 가지고 있습니다. 음향 신호를 방출한 다음 반사되어 돌아오는 그 신호를 읽는 박쥐처럼, 이 물고기들은 종류에 따라 전파나 전기 펄스를 쏘아 보낸 다음 특수한 수용기를 사용하여 이 전기장이 어떻게 변화되었는지를 감지합니다. * 따라서 전기 물고기는 장애물, 먹잇감, 심지어 짝을 식별할 수도 있습니다.

내장되어 있는 나침반

우리의 몸에 나침반이 내장되어 있다면, 우리의 생활이 어떻게 달라질지 생각해 보십시오. 길을 잃어도 전혀 문제가 되지 않을 것입니다! 과학자들은 꿀벌과 송어를 비롯한 여러 동물의 몸에서 극히 미세한 자철광 결정 즉 자성을 띠고 있는 천연 물질을 발견하였습니다. 이러한 결정이 들어 있는 세포들은 신경계와 연결되어 있습니다. 따라서 꿀벌과 송어는 자기장을 감지할 수 있는 능력이 있는 것으로 나타났습니다. 사실, 꿀벌은 지구의 자기장을 이용하여 육각형 모양의 집을 짓고, 날아다닐 때 위치와 방향과 거리를 알아냅니다.

연구원들은 또한 바다 밑바닥에 있는 퇴적물에 사는 한 종류의 박테리아에서도 자철광을 발견하였습니다. 퇴적물이 뒤섞이면, 그 박테리아는 자철광에 작용하는 지구의 자기장을 이용하여 방향을 잡아 바다 밑바닥에 있는 집으로 안전하게 돌아갑니다. 그렇지 않으면, 그들은 죽고 말 것입니다.

새, 거북, 연어, 고래를 비롯한 많은 이주 동물들 역시 자기(磁氣)를 감지하는 감각이 있을 수 있습니다. 하지만 그들은 이 감각 하나에만 의존하는 것 같지는 않습니다. 그보다는 여러 가지 감각을 이용하여 이동하는 것 같습니다. 예를 들어, 연어는 자기가 태어난 하천을 찾기 위해 아마도 예민한 후각을 사용하는 것 같습니다. 유럽의 찌르레기는 태양을 보고 이동하며, 어떤 새들은 별을 보고 이동합니다. 하지만 심리학 교수인 하워드 C. 휴스가 자신의 저서 「진기한 감각—인간의 경험을 초월하는 세계」에서 기술했듯이, “우리는 이러한 현상들을 비롯한 자연의 신비를 이해하려면 분명히 아직도 멀었”습니다.

부러운 귀

많은 동물들은 인간에 비해 놀라우리만큼 뛰어난 청각을 가지고 있습니다. 우리는 20에서 2만 헤르츠(1초 동안의 진동 횟수) 사이의 소리를 들을 수 있는 반면, 개는 40에서 4만 6000헤르츠, 말은 31에서 4만 헤르츠에 해당하는 소리를 들을 수 있습니다. 코끼리와 소는 낮게는 16헤르츠에 이르는 초저주파 대역(가청 주파수 이하)의 소리도 들을 수 있습니다. 낮은 주파수는 더 멀리까지 전달되기 때문에, 코끼리들은 4킬로미터나 떨어져서도 의사소통을 할 수 있을지도 모릅니다. 사실, 일부 연구가들은 지진이나 심한 날씨 변화가 있을 때  초저주파가 발생하기 때문에 그러한 동물들이 나타내는 반응이 조기 경보 역할을 할 수 있다고 말합니다.

곤충 역시 들을 수 있는 소리의 범위가 넓습니다. 어떤 곤충들은 인간의 귀로 들을 수 있는 범위보다 2옥타브 높은 초음파 대역의 소리를 들을 수 있으며 또 어떤 곤충들은 초저주파 대역의 소리를 들을 수 있습니다. 소수이기는 하지만 어떤 곤충들은 얇고 납작한 고막 같은 막을 통해 듣는데, 그러한 막이 머리를 제외하고 거의 전신에 걸쳐 있습니다. 또 어떤 곤충들은 민감한 털의 도움을 받아 듣는데, 이 털은 소리뿐 아니라 사람의 손으로 인해 생기는 것과 같이 공기 중에서 일어나는 매우 부드러운 움직임에도 반응을 나타냅니다. 이처럼 예민하기 때문에 손으로 쳐서 파리를 잡기가 매우 어려운 것입니다!

곤충이 내는 발자국 소리를 들을 수 있다고 생각해 보십시오! 그러한 놀라운 청력을 가지고 있는 동물은 지구상에서 유일하게 날 수 있는 포유류인 박쥐입니다. 물론, 박쥐가 어둠 속에서 날아다니고 반향정위 즉 음파 탐지를 이용하여 곤충을 잡으려면 특수한 청각이 필요합니다. * 휴스 교수는 이렇게 말합니다. “우리가 가지고 있는 최첨단 잠수함에 있는 것보다 더 정교한 음파 탐지 시스템을 머릿속에 떠올려 보십시오. 이제 당신의 손바닥 안에 쏙 들어가는 자그마한 박쥐가 그 시스템을 사용한다고 생각해 보십시오. 박쥐가 거리와 속도, 심지어는 표적으로 삼고 있는 곤충의 구체적인 종까지 식별할 수 있게 해 주는 모든 계산이 당신의 엄지손톱보다도 작은 뇌에서 행해지는 것입니다!”

정확한 반향정위는 방출되는 음향 신호의 질에 달려 있기 때문에, 박쥐에게는 “어떤 성악가라도 부러워할 방식으로 목소리의 높낮이를 조절하는 능력”이 있다고 한 자료에서는 알려 줍니다. * 어떤 종류의 박쥐는 코에 있는 피부 주름을 이용해서 소리를 광선처럼 한쪽으로 집중적으로 쏘는 것 같습니다. 이러한 모든 기능들이 합쳐져서 사람의 머리카락만큼 미세한 물체의 “청각 이미지”를 생성할 수 있을 정도로 정교한 음파 탐지가 이루어지는 것입니다!

박쥐 외에도, 적어도 두 종류의 새—아시아와 오스트레일리아에 사는 칼새와 아메리카 대륙의 열대 지역에 서식하는 기름쏙독새—역시 반향정위를 이용합니다. 하지만 이 새들은 단지 휴식을 취하고 잠을 자는 어두운 동굴 속에서 날아다니기 위해 이 능력을 사용하는 것 같습니다.

음파 탐지기를 사용하는 해양 동물

이빨고래도 음파 탐지기를 사용하지만, 과학자들은 아직 이 음파 탐지기가 어떻게 작동하는지 정확히 파악하지 못하였습니다. 돌고래의 음파 탐지기는 딸깍거리는 뚜렷한 소리로 시작되는데, 이 딸깍거리는 소리는  후두가 아니라 코에서 생성되는 것으로 생각됩니다. 멜론—돌고래의 이마에 있는 공 모양의 지방질 조직—은 이 동물의 전방을 “밝게 비춰 주”는 광선처럼 소리를 한쪽으로 집중적으로 쏘아 보냅니다. 돌고래는 반사되어 되돌아오는 그 소리를 어떻게 듣습니까? 귀로 듣는 것이 아니라 아래턱 그리고 아래턱과 연계되어 있는 기관으로 듣는데, 그 기관은 가운데귀와 연결되어 있는 것 같습니다. 이 부위에는 돌고래의 멜론에 있는 것과 동일한 지방이 들어 있는데, 이것은 참으로 의미심장한 사실이 아닐 수 없습니다.

돌고래의 음파 탐지기에서 나는 딸깍거리는 소리는 가보 함수라고 불리는 수학적 파형과 놀라울 정도로 유사합니다. 이 함수는 돌고래의 딸깍거리는 소리가 “수학적으로 이상적인 음파 신호에 가깝다”는 것을 증명해 준다고 휴스는 말합니다.

돌고래는 딸깍거리는 음파의 강도를 조절하여 단지 속삭이는 정도에서부터 220데시벨에 이르는 날카로운 소리까지 낼 수 있습니다. 이 소리는 어느 정도나 강력한 것입니까? 시끄러운 록 음악 소리는 120데시벨까지 나오며, 대포를 쏠 때 나는 소리는 130데시벨까지 나옵니다. 그보다 훨씬 더 강력한 음파를 낼 수 있는 음파 탐지기를 갖춘 돌고래는 120미터나 떨어져 있는 곳에서 크기가 8센티미터밖에 안 되는 작은 공을 감지할 수 있으며, 아마 고요한 바다에서는 그보다 훨씬 멀리  떨어져 있는 것도 감지할 수 있을 것입니다.

동물의 세계에 나타나 있는 경이로운 감각들에 관해 곰곰이 생각해 볼 때, 당신은 외경심과 경탄으로 가득 차게 되지 않습니까? 겸손하고 학식 있는 사람들은 대개 그렇게 느낍니다. 그러한 감정을 느낀다면 ‘우리는 어떻게 만들어졌는가?’라는 질문으로 되돌아가게 됩니다. 물론, 우리의 감각은 특정한 동물이나 곤충의 감각과 비교할 때 초라해 보이는 경우가 많습니다. 하지만 자연에서 무엇인가를 관찰하고 감동을 받는 것은 우리 인간뿐입니다. 우리가 그러한 감정을 느끼는 이유는 무엇입니까? 그리고 우리가 생물에 대해 이해하는 데서 그치지 않고, 생물의 목적을 파악하고 그 가운데서 우리가 차지하는 위치까지 알아내려고 노력하는 이유는 무엇입니까?

[각주]

[9면 네모와 삽화]

곤충들이 경계해야 할 동물!

“매일 저녁 황혼이 질 무렵, [미국] 텍사스 주 샌안토니오 인근에 있는 완만한 구릉 지대 아래에서는 매우 놀라운 일이 벌어진다. 멀리서 보면, 땅속 깊은 곳에서 소용돌이치며 피어오르는 거대한 검은 연기를 보았다고 생각할지 모른다. 하지만 초저녁 하늘을 검게 물들이는 이것은 연기가 아니라, 브래큰 동굴 속 깊은 곳에서 어딘가로 대규모 이동을 하는 2000만 마리에 이르는 멕시코큰귀박쥐이다.” 「진기한 감각—인간의 경험을 초월하는 세계」라는 책에 나오는 설명이다.

좀 더 최근에 추산된 바에 따르면, 브래큰 동굴을 빠져나가는 박쥐의 수는 6000만 마리에 이른다. 이 박쥐들은 밤하늘로 3000미터나 솟아올라서 좋아하는 먹이인 곤충을 잡으러 다닌다. 박쥐가 쏘아 대는 초음파가 밤하늘을 가득 메우고 있을 텐데도 혼란스러운 면을 전혀 찾아볼 수 없다. 이 독특한 포유류들은 각기 자신이 쏘아 보낸 초음파가 반사되어 돌아오는 것을 감지하는 고도로 정교한 체계를 가지고 있기 때문이다.

[삽화]

브래큰 동굴

[사진 자료 제공]

Courtesy Lise Hogan

[삽화]

멕시코큰귀박쥐—음파 탐지

[사진 자료 제공]

© Merlin D. Tuttle, Bat Conservation International, Inc.

 [7면 삽화]

꿀벌—시각과 자기 감각

[7면 삽화]

검독수리—시각

[7면 삽화]

가오리—전기 감각

[7면 삽화]

상어—전기 감각

[7면 삽화]

찌르레기—시각

[7면 삽화]

연어—후각

[사진 자료 제공]

U.S. Fish & Wildlife Service, Washington, D.C.

[7면 삽화]

거북—아마도 자기 감각

[8면 삽화]

코끼리—저주파 청각

[8면 삽화]

개—고주파 청각

[9면 삽화]

돌고래—음파 탐지