기본 콘텐츠로 건너뛰기

지구 자기장을 이용해 길을 찾는 연어



 연어 (Salmon) 가 어떻게 바다에서 큰 후 어렸을 때 태어난 강으로 다시 돌아가는지는 오랜 수수께끼였습니다.  물론 바다에서도 정확한 위치를 찾아 나가는 것 역시 수수께끼였죠. 최근에 들어서 과학자들은 점점 해답에 가까워지고 있는데 아마도 연어의 뛰어난 후각과 지구 자기장을 감지하는 능력이 수천 킬로미터 떨어진 고향으로 돌아갈 수 있는 능력의 비밀인 것으로 보인다고 합니다. 


 그 중에서 특히 자기장을 감지해 망망대해에서도 길을 찾는 연어의 능력은 최근 점점 검증되고 있습니다. 오레곤주의 오레곤 부화 연구 센터 (Oregon Hatchery Research Center ) 의 과학자들은 최근에 행해진 일련의 실험으로 이 오랜 가설이 실제로 타당하다는 과학적 증거를 제시했습니다. 


 오레곤 주립 대학 (Oregon State University) 의 네이슨 풋맨 (Putman) 및 오레곤 부화 연구 센터의 동료 과학자들은 수백마리의 어린 연어들을 이용해 이를  검증할 실험을 준비했습니다. 이들은 가로와 세로로 수많은 구리선을 깔아 놓은 특수한 플랫폼에서 parr (연어의 치어를 부르는 말) 수백마리를 키웠습니다. 물론 여기에 전류를 흘려 보내 지구 자기장과는 다른 인위적인 자기장을 형성하기 위한 것입니다. 



(치누크 연어의 치어 A new study using small Chinook salmon "parr" found the fish use the Earth's magnetic field to orient themselves. Credit: Tom Quinn and Richard Bell  )


 연구팀은 인공적인 자기장을 이용해서 본래 살던 장소에 있는 지구 자기장과는 다른 자기장을 형성하도록 유도했습니다. 그리고 사진과 영상을 찍어 이들이 헤엄치는 방향을 조사했습니다. 실험에 사용된 치어들은 갖 태어난 연어보다 약간 큰 2 인치 (약 5 cm) 크기로 살기 적당한 바다로 헤엄치기 위해서는 어느 방향으로 가야 하는지 본능적으로 알고 있었습니다. 


 지구 자기장의 세기는 자북극 (magnetic north pole) 에서는 대략 58 microtesla 정도지만 적도부근에서는 24 microtesla 정도로 낮아집니다. 따라서 이를 감지할 수 있다면 대략적인 위도를 알 수 있습니다. 실제로 연어들은 체내 나침반을 통해 자신들이 있는 위도를 본능적으로 알아내는 것이 이 실험결과 확인되었습니다. 


 인공적인 자기장을 통해 연어가 서식하는 곳보다 더 북쪽의 자기장을 형성했을 때 대부분의 연어들은 남쪽으로 헤엄쳤으며 반대의 경우에는 다시 북쪽으로 헤엄치는 경향을 보였는데 모든 연어가 동일한 방향으로 이동하진 않아도 상당수 연어들이 방향성을 보이는 것이 확인되었습니다. (아래 그림) 아래 그림에서 보면 정확히 이야기해서 북쪽 위도의 자기장을 형성했을 때는 약간 남서쪽으로 반대로 남쪽 위도의 자기장을 형성했을 때는 북동쪽으로 이동하는 경향이 발견됩니다. 이것은 지구 자기장의 분포 변화를 생각하면 납득이 가능한 결과입니다. 



(지구 자기장의 방향에 따라 연어가 헤엄치는 방향은 바뀌었음  A new study using small Chinook salmon "parr" found the fish use the Earth's magnetic field to orient themselves. Credit: Oregon State University)     



(지구 자기장의 분포. 위도와 완전 평행이 아니라 위도와는 조금 다르게 강도가 달라짐을 알 수 있음. 클릭하면 원본.  단위는 나노 테슬라 (nT)  This is a world map of main field total intensity created by the National Geophysical Data Center at NOAA.  Credit :  NOAA/NGDC & CIRES ) 


 연어들은 자신들이 갈 곳을 찾기 위해 (고향에 돌아가는 것을 포함) 지구 자기장을 이용하는 것 같습니다. 이것은 냄새만으로는 수천 킬로미터나 떨어진 바다에서 길을 찾기 어렵다는 점을 생각할 때 놀랄만한 일은 아니라고 생각됩니다. 사실 이렇게 지구 자기장을 감지하는 동물을 생각보다 드물지 않습니다. 동물들이 GPS 를 장착할 순 없는 일이니 네비게이션을 이용할 만한 다른 대안을 가지고 있어야 겠죠.  


 연구의 주저자인 풋맨은 연어들이 불과 8 분간의 노출에도 반응을 했으며 심지어 나침반의 바늘을 변화시키지 못할 만큼의 작은 자기장 변화에도 민감하게 반응하는 것을 보고 놀랐다고 합니다. 이것이 의미하는 바는 중요한데 댐과 여기에 연관된 전력선들이 과연 연어에게 어떤 영향을 미치는지 현재까지 잘 모르기 때문입니다. 이는 앞으로의 연구 과제입니다. (참고로 이 연구는 오레곤의 어류 및 야생 동물 관리국등의 지원을 받은 연구입니다. 이 연구 결과는 연어와 다른 어족 자원을 보호하는 데 도움을 줄 것으로 보입니다) 


 한편 같은 연구자들은 작년에 이미 치어들만이 아니라 알을 낳기 위해 태어난 강으로 회귀하는 연어들도 자기장을 이용한다는 사실을 보고 한바 있습니다. 수천 km 떨어진 고향을 찾기 위해서 냄새만 이용하는 것은 매우 버거운 일이기 때문에 자기장을 감지하는 능력을 진화시켜 이를 바탕으로 네비게이션으로 사용한다는 것은 매우 타당해 보입니다. 이외에도 연어가 태양의 방향 등 다른 방법을 통해 귀성길을 찾는다는 보고들도 있었습니다. (참고로 연어는 후각이 매우 발달한 어류로 자신이 태어난 강의 독특한 냄새를 기억하는 것으로 보입니다)  


 사실 고향까지 가는 길은 매우 멀고 어렵기 때문에 사용할 수 있는 모든 방법을 동원해야겠죠. 인간은 최근에 이르러서야 연어식 네비게이션의 비밀을 밝혀내고 있습니다. 



 참고 


Journal Reference:

  1. Nathan F. Putman, Michelle M. Scanlan, Eric J. Billman, Joseph P. O’Neil, Ryan B. Couture, Thomas P. Quinn, Kenneth J. Lohmann, David L.G. Noakes. An Inherited Magnetic Map Guides Ocean Navigation in Juvenile Pacific Salmon. Current Biology, 2014; DOI: 10.1016/j.cub.2014.01.017
  2. Nathan F. Putman, Kenneth J. Lohmann, Emily M. Putman, Thomas P. Quinn, A. Peter Klimley, David L.G. Noakes. Evidence for Geomagnetic Imprinting as a Homing Mechanism in Pacific Salmon. Current Biology, 2013; DOI:10.1016/j.cub.2012.12.041
  






라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

통계 공부는 어떻게 하는 것이 좋을까?

 사실 저도 통계 전문가가 아니기 때문에 이런 주제로 글을 쓰기가 다소 애매하지만, 그래도 누군가에게 도움이 될 수 있다고 생각해서 글을 올려봅니다. 통계학, 특히 수학적인 의미에서의 통계학을 공부하게 되는 계기는 사람마다 다르긴 하겠지만, 아마도 비교적 흔하고 난감한 경우는 논문을 써야 하는 경우일 것입니다. 오늘날의 학문적 연구는 집단간 혹은 방법간의 차이가 있다는 것을 객관적으로 보여줘야 하는데, 그려면 불가피하게 통계적인 방법을 쓸 수 밖에 없게 됩니다. 이런 이유로 분야와 주제에 따라서는 아닌 경우도 있겠지만, 상당수 논문에서는 통계학이 들어가게 됩니다.   문제는 데이터를 처리하고 분석하는 방법을 익히는 데도 상당한 시간과 노력이 필요하다는 점입니다. 물론 대부분의 학과에서 통계 수업이 들어가기는 하지만, 그것만으로는 충분하지 않은 경우가 많습니다. 대학 학부 과정에서는 대부분 논문 제출이 필요없거나 필요하다고 해도 그렇게 높은 수준을 요구하지 않지만, 대학원 이상 과정에서는 SCI/SCIE 급 논문이 필요하게 되어 처음 논문을 작성하는 입장에서는 상당히 부담되는 상황에 놓이게 됩니다.  그리고 이후 논문을 계속해서 쓰게 될 경우 통계 문제는 항상 나를 따라다니면서 괴롭히게 될 것입니다.  사정이 이렇다보니 간혹 통계 공부를 어떻게 하는 것이 좋겠냐는 질문이 들어옵니다. 사실 저는 통계 전문가라고 하기에는 실력은 모자라지만, 대신 앞서서 삽질을 한 경험이 있기 때문에 몇 가지 조언을 해줄 수 있을 것 같습니다.  1. 입문자를 위한 책을 추천해달라  사실 예습을 위해서 미리 공부하는 것은 추천하지 않습니다. 기본적인 통계는 학과별로 다르지 않더라도 주로 쓰는 분석방법은 분야별로 상당한 차이가 있을 수 있어 결국은 자신이 주로 하는 부분을 잘 해야 하기 때문입니다. 그러기 위해서는 학과 커리큘럼에 들어있는 통계 수업을 듣는 것이 더 유리합니다...
댓글 4개
자세한 내용 보기

9000년 전 소녀의 모습을 복원하다.

( The final reconstruction. Credit: Oscar Nilsson )  그리스 아테나 대학과 스웨덴 연구자들이 1993년 발견된 선사 시대 소녀의 모습을 마치 살아있는 것처럼 복원하는데 성공했습니다. 이 유골은 그리스의 테살리아 지역의 테오페트라 동굴 ( Theopetra Cave )에서 발견된 것으로 연대는 9000년 전으로 추정됩니다. 유골의 주인공은 15-18세 사이의 소녀로 정확한 사인은 알 수 없으나 괴혈병, 빈혈, 관절 질환을 앓고 있었던 것으로 확인되었습니다.   이 소녀가 살았던 시기는 유럽 지역에서 수렵 채집인이 초기 농경으로 이전하는 시기였습니다. 다른 시기와 마찬가지로 이 시기의 사람들도 젊은 시절에 다양한 질환에 시달렸을 것이며 평균 수명 역시 매우 짧았을 것입니다. 비록 젊은 나이에 죽기는 했지만, 당시에는 이런 경우가 드물지 않았을 것이라는 이야기죠.   아무튼 문명의 새벽에 해당하는 시점에 살았기 때문에 이 소녀는 Dawn (그리스어로는  Avgi)라고 이름지어졌다고 합니다. 연구팀은 유골에 대한 상세한 스캔과 3D 프린팅 기술을 적용해서 살아있을 당시의 모습을 매우 현실적으로 복원했습니다. 그리고 그 결과 나타난 모습은.... 당시의 거친 환경을 보여주는 듯 합니다. 긴 턱은 당시를 살았던 사람이 대부분 그랬듯이 질긴 먹이를 오래 씹기 위한 것으로 보입니다.   강하고 억센 10대 소녀(?)의 모습은 당시 살아남기 위해서는 강해야 했다는 점을 말해주는 듯 합니다. 이렇게 억세보이는 주인공이라도 당시에는 전염병이나 혹은 기아에서 자유롭지는 못했기 때문에 결국 평균 수명은 길지 못했겠죠. 외모 만으로 평가해서는 안되겠지만, 당시의 거친 시대상을 보여주는 듯 해 흥미롭습니다.   참고  https://phys.org/news/2018-01-te...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

150년 만에 다시 울린 희귀 곤충의 울음 소리

  ( The katydid Prophalangopsis obscura has been lost since it was first collected, with new evidence suggesting cold areas of Northern India and Tibet may be the species' habitat. Credit: Charlie Woodrow, licensed under CC BY 4.0 ) ( The Museum's specimen of P. obscura is the only confirmed member of the species in existence. Image . Credit: The Trustees of the Natural History Museum, London )  과학자들이 1869년 처음 보고된 후 지금까지 소식이 끊긴 오래 전 희귀 곤충의 울음 소리를 재현하는데 성공했습니다. 프로팔랑곱시스 옵스큐라 ( Prophalangopsis obscura)는 이상한 이름만큼이나 이상한 곤충으로 매우 희귀한 메뚜기목 곤충입니다. 친척인 여치나 메뚜기와는 오래전 갈라진 독자 그룹으로 매우 큰 날개를 지니고 있으며 인도와 티벳의 고산 지대에 사는 것으로 보입니다.   유일한 표본은 수컷 성체로 2005년에 암컷으로 생각되는 2마리가 추가로 발견되긴 했으나 정확히 같은 종인지는 다소 미지수인 상태입니다. 현재까지 확실한 표본은 수컷 성체 한 마리가 전부인 미스터리 곤충인 셈입니다.   하지만 과학자들은 그 형태를 볼 때 이들 역시 울음 소리를 통해 짝짓기에서 암컷을 유인했을 것으로 보고 있습니다. 그런데 높은 고산 지대에서 먼 거리를 이동하는 곤충이기 때문에 낮은 피치의 울음 소리를 냈을 것으로 보입니다. 문제는 이런 소리는 암컷 만이 아니라 박쥐도 잘 듣는다는 것입니다. 사실 이들은 중생대 쥐라기 부터 존재했던 그룹으로 당시에는 박쥐가 없어 이런 방식이 잘 통했을 것입니다. 하지만...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기