인류 과학의 모델이 되는 곤충의 눈

▲사진 출처=123RF

주위에서 기어다니거나 날아다니는 곤충을 보면 바로 손바닥으로 내리치지는 않는지?

이런 기습적인 공격을 피하기 위해서라도 곤충의 눈은 실제로 다양한 구성과 기능을 하게끔 만들어졌다. 

곤충의 눈에는 과연 어떤 능력이 숨어 있을까? 

곤충의 눈 

과거 인간은 곤충의 눈이 가진 위대한 점을 깨닫지 못했다. 단지 수천 개의 작은 렌즈들로 덮인 겹눈 구조를 갖고 있어 세세한 것들까지 볼 수 있다고만 생각했다. 아니면 거울로 가득 찬 방이나 만화경에 비춰진 영상을 상상하는데 그쳤다.  

그러나 최근 영국 셰필드대학의 생물과학 연구진들이 발표한 바에 따르면 이러한 가정은 모두 틀렸다. 이들은 곤충의 눈은 망막에 있는 광수용체세포로 인해 인간이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 정교하다고 밝혔다.

  

이 세포는 빛을 흡수하는 특수한 기능 외에도 빠르게 이동하는 '경련' 기능, 그리고 자동으로 초점을 맞추는 역할까지 담당한다. 겹눈은 또한 전반적인 이미지를 더 잘 형성하도록 도와주는데, 이들이 만들어내는 이미지의 품질은 인간의 눈으로 볼 수 있는 수준과는 차원이 다르다. 

▲사진 출처=위키미디어 커먼즈

곤충의 경련 현상은 사실 인간의 육안으로는 볼 수 없다. 이에 연구진은 고속 카메라 시스템을 갖춘 맞춤형 현미경으로 움직임을 기록했다. 그 결과 곤충들은 머리부터 눈부분까지 협업을 통해 자신들이 주변 환경에서 포착한 짤막한 스냅샷들을 결합하는데, 이 때문에 정교한 시야를 확보할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 

눈을 빠르게 움직이고 응시하는 것은 이미 인간과 동물이 사용하고 있는 기능이다. 그러나 이 연구의 수석 저자 마코 주솔라 박사는 곤충의 경우 이런 빠른 안구운동에도 뚜렷한 이미지를 볼 수 있다고 밝혔다. 

그러면서 곤충의 눈이 가진 광수용체의 기능이 경이롭다고 말했다. 

태양 전지 

곤충의 눈에 대한 연구는 이미 전세계적으로 확산되는 추세다. 미국의 스탠포드대 과학자들 역시 곤충의 눈에 영감을 받아 새로운 태양 전지 설계를 개발해냈다. 초파리의 겹눈이 가지고 있는 내장형 이중화와 내구성에서 차세대 태양광 발전 시스템의 아이디어를 얻은 것이다.  

이 연구의 저자인 라인홀드 다스카트 박사는 이중화 기능이 내장된 벌집 모양은 매우 아름답다며, 여기서 한 부분을 잃어버리면 다른 수백 개의 다른 부분이 보완해주는 형태라고 설명했다. 

그는 각각의 부분들은 부서지기 쉽지만 주위에 있는 지방 벽이 방패막 역할을 해준다고 덧붙였다. 초파리의 이러한 눈 구조를 활용해 만들어진 것이 바로 광발전에 사용되는 태양 전지이다. 

실험 결과 이 태양 전지는 광발전 능력이 저해되지 않으면서 습도나 열에 강하며, 효율적으로 전기를 생성할 수 있는 것으로 나타났다. 

▲사진 출처=팩셀스

내비게이션 시스템 

일본에 소재한 뇌 연구기관인 RIKEN-BSI(RIKEN Brain Science Institute)의 연구팀은 파리의 뇌에 주목했다. 바로 파리 두뇌의 한 부분을 구성하는 신경구 안에 내비게이션 활동을 위한 3가지 형태의 정보가 저장돼있다는 것을 발견한 것인데 이 정보들은 파리의 고해상도급 시력의 눈을 통해 수집된다. 정보는 개별적으로는 서로 분리되어 있지만 랜드마크가 될 만한 위치나 장소에서의 기억은 한 그룹의 신경구 뉴런에서 바로 전달되는 구조를 취한다. 그동안 파리의 진행 위치나 동작은 다른 그룹에서 처리된다. 연구팀은 파리 뇌의 이러한 능력은 내비게이션 분야의 소형 로봇을 개발하는데 활용될 수 있다고 밝혔다. 

▲출처=위키미디어 커먼스

통신 시스템 

눈뿐만 아니라 곤충의 후각 시스템도 특별하다. 특히 개미들의 경우 후각 기관이 발달돼 있는데, 이들의 후각 기관은 개미가 어디로 갈 것인지 어떤 것이 있는지 등을 알려주는 화학물질에 대한 반응을 담당한다.

이는 바로 소통이 작동되는 방식으로, 곤충 후각구조의 특정 부분은 효율적인 정보 공유를 위해 이루어지기도 한다. 이에 과학자들은 이런 후각 기관이 담당하는 역할을 통해 사회 커뮤니케이션의 신경 과학을 이해하는데 도움이 될 것으로 전망하고 있다.