편광을 짝짓기에 이용하는 갑오징어

 (Male D. andreanum curling its long, iridescent, sexually dimorphic arms in front of its head. Credit: Arata

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(Normal color image showing a male cuttlefish displaying to a female cuttlefish. Credit: Arata Nakayama)

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(False-color image showing the polarization patterns of a male cuttlefish’s long arms while displaying to a female cuttlefish. Credit: Arata Nakayama)

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편광 (偏光, polarization (of light))은 전자기파가 진행할 때 파를 구성하는 전기장이나 자기장이 특정한 방향으로 진동하는 현상을 말합니다. 우리 눈은 편광을 구분할 수 없지만, 두족류나 일부 곤충 들은 이를 구분할 수 있습니다. 특정 방향으로 진동하는 빛을 구분해서 볼 수 있는 편광 인식 능력은 인간의 눈에는 보이지 않는 자연의 신호를 인식하는데 사용됩니다. 예를 들어 특정 편광에서 먹이나 포식자를 더 잘 파악할 수 있는 것입니다.

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도쿄 대학의 아라타 나카야마(Arata Nakayama, Department of Living Marine Resources, Atmosphere and Ocean Research Institute, The University of Tokyo)가 이끄는 연구팀은 갑오징어가 편광을 사냥에만 활용하는 것이 아니라 짝짓기에도 활용할 것으로 보고 연구를 진행했습니다. 연구팀은 ​안드레아 갑오징어(Doratosepion andreanum) 수컷이 구애 과정에서 인간의 눈에는 보이지 않는 '편광(Polarization)' 패턴을 사용하여 암컷을 유혹한다는 사실을 밝혀 저널 PNAS에 발표했습니다. ​

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갑오징어는 인간처럼 색상은 구분하지 못하는 대신 인간이 볼 수 없는 편광을 구분해 볼 수 있습니다. 따라서 이런 신호가 다른 포식자의 눈을 끌지 않으면서 짝짓기를 위한 신호를 내보내는 유용한 수단이 될 수 있습니다. 실제로 짝짓기를 위해 다른 촉수보다 3배 길게 진화한 sexually dimorphic arms (SDAs)의 신호를 분석한 결과 이와 같은 가정이 사실로 드러났습니다.

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평상시의 수컷이나 암컷의 경우 수평 방향의 편광 신호만 나타나지만, 구애 중인 수컷의 SDA 끝부분에는 수직 편광과 수평 편광이 교차하며 나타나는데, 이는 색채 대비가 강한 화려한 장식처럼 갑오징어 눈에 매우 선명하게 보입니다. (사진 참조)

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갑오징어 단지 색상만 변하는 것이 아니라 편광 신호를 만들 수 있는 것은 갑오징어 피부 아래 있는 홍채세포(Iridophores)가 빛을 반사하고, 이 빛이 복굴절(Birefringent) 근육층을 통과하면서 편광 특성이 바꿀 수 있기 때문입니다. 이러한 생물학적 원리는 새로운 광학 재료 개발, 편광 기반 이미징 기술, 그리고 수중 통신 시스템 개발에 도움을 줄 수 있다는 게 연구팀의 생각입니다.

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아무튼 다른 동물의 눈에는 잘 보이지 않는 편광 신호를 이용해서 짝짓기를 할 수 있다는 점은 신선하면서도 기발한 자연의 아이디어 같습니다.

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참고

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Cuttlefish use polarized light to create a dramatic mating display invisible to humans (phys.org)

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Arata Nakayama et al, Transmission through muscle tissue shapes polarization signals during cuttlefish courtship, Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2517167123

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