새들의 자기장 항법 시스템

문서를 전달하는 전서(傳書) 비둘기(Homing Pigeons or Homer)들은 그리도 먼 거리 비행을 한 후 어떻게 집으로 정확히 찾아 올 수 있을까?

그간의 정설은 비둘기들은 냄새 맡는 후신경(olfactory nerve)이 발달한 훌륭한 후각 감지 시스템에 의해 위치를 파악하는 것으로 알려 졌었다. 그러나 2004년에 뉴질랜드의 과학자들은 후각 감지 시스템이 아니라, 비둘기 부리에 자기(磁氣 또는 자성, magnets)가 있어 지구의 자기장(planet's magnetic field)을 감지함으로써 위치를 파악한다는 연구결과를 네이처(Nature) 지에 발표했다(Mora et al., 25 Nov 2004).

1비둘기들은 그들의 부리에 있는 아주 작은 자석 입자(tiny magnetic particles)들을 사용하여 지구의 자기장들을 감지한다. 그러므로 새들은 일반적으로 공중에서 이들 지구의 자기장들의 전체 지도(Map)를 그릴 수 있다. 그리고 이를 비행 항법에 이용하여 그들의 비둘기 집으로 돌아 올 수 있다. 그 동안 과학자들은 새들은 냄새를 이용하여 항해를 한다는 이론을 믿고 있었는데, 이번 연구결과로 이러한 정설을 뒤집는 결과가 되었다(BBC, 24 Nov 2004).

연구의 주인공들은 뉴질랜드의 오클랜드(University of Auckland) 대학의 모라(Cordula Mora) 교수와 그의 동료들인데, 이들은 여러 개의 나무로 만든 터널을 만들고 각 터널의 끝에는 먹이통을 놓아 이들 터널들을 지나갈 수 있도록 비둘기를 위치시켰다. 그리고 터널의 외부에는 자기 코일(magnetic coils)들을 부착시켰다. 그리고 비둘기들은 훈련을 받았는데, 자기 코일에 전류가 꺼지면 한 먹이통으로 지나가고, 자기 코일에 전류가 들어오면 다른 먹이통으로 지나가는 것이었다. 그 다음 이들 연구원들은 훈련 받은 비둘기들로 하여금 자기장을 감지할 수 없도록 비둘기들의 감지 능력을 무력화 시키는 테스트를 진행했다.

첫째 실험 과학자들은 비둘기의 부리에 자석을 부착시켰다. 그랬더니 비둘기들은 자기 코일에 전류가 들어오고 꺼질 때 그 것을 감지할 수 없었다. 부착된 자석 때문에 그들의 원래 자기감지능력이 손상되었기 때문이다(National Geographic, 24 Nov 2004).

둘째 실험 과학자들은 비둘기들의 부리 영역 위쪽을 마비시켰다. 그랬더니 자기 코일들이 만드는 자기성의 변칙들을 감지하는 능력이 급격히 떨어졌다. 부리 영역의 위쪽이 마비되었기 때문이다.

셋째 실험 이번에는 비둘기의 3차 신경을 잘라 버렸다. 3차 신경은 광신호나 다른 신호들을 두뇌에 전달하는 커다란 신경인데, 이 신경이 없음으로 비둘기들의 자기 감지능력은 손상될 수밖에 없는 것이다.

넷째 실험 이번에는 냄새 신호를 두뇌에 전달하는 비둘기들의 후신경을 잘라 내고 실험을 했더니 아무런 반응이 없었다. 이는 그간 정설로 인정되어 왔던 냄새를 이용해 항해한다는 것을 정면으로 반박하는 것이다.

2
비둘기들은 그들의 귀 안쪽에 자기장을 감지할 수 있는 철공들을 갖고 있다(그림상의 파랑색). Image Credit : IMP at Science Daily(Science Daily, 25 Apr 2013)
이들 실험을 종합해보면 비둘기들은 그들의 부리에 있는 자기 입자들을 이용하여 지구의 자기장을 감지하는 것이다. 비둘기들의 부리에 자기 입자들이 있다는 것은 1970년대부터 알려진 사실이다. "우리는 이번 연구결과가 비둘기나 철새들의 항법 시스템 및 자기장 감지 연구에 기본을 제공할 것이라 믿습니다"라고 연구원들은 결론을 맺고 있다.

그런데 의문이 하나 있다. 인간이나 새나 무엇이든 감각기관에서 감지하면 두뇌에서 해석하고 처리한다. 어떻게 부리의 자기가 지구의 자기장을 감지한 것을 두뇌에서 알아차릴까?

우리나라에 오는 오리, 황새 등의 철새들은 매년 경로를 따라 움직인다. 바로 오스트리아와 독일의 과학자들이 이 비밀을 풀었다. 바로 새들은 머리의 감지 뉴런(sensory neurons)'철 공들(iron balls)'이 있다는 것을 발견하였다(Lauwers et al., 25 April 2013). 이 뉴런 세포들은 '머리카락 세포(hair cells)'라 불리는데, 바로 귀(ear)에 위치하고 있어, 이들이 부리가 감지한 자기장과 중력(gravity)을 최종 해석하고 결정을 내린다는 것이다. 놀랍게도 각각의 세포들은 하나의 '철 공'을 갖고 있고, 모든 새들은 이와 같은 '철 공'을 갖고 있다는 것이다.

그러니 수천만 킬로미터를 자기장을 따라 날아가는 것이며 정확한 위치를 찾아 내려앉는 것이다. 그러니 새들은 최첨단 항로검색시스템(Bird Navigation)을 갖고 있는 셈이다(Science Daily, 25 Apr 2013).  

이 최첨단 시스템을 이용해 무인정찰기에 적용하면 자기장에 따라 움직이는 모든 새들의 경로를 추적할 수 있다. 어디서 서식하는지 어디서 부화하는지 어디서 잠시 쉬는지 등을 알 수 있다. 그 뿐이랴! 지구의 자기장 변화를 추적하여 새로운 민감도 높은 자기장기후시스템을 디자인 할 수 있다.

 

크기변환_사본 -10632695_637493523030856_2757249799481243589_n

차원용 소장/교수/MBA/공학박사/미래학자

아스팩기술경영연구소(대표국과과학기술심의회(국과위) ICT융합전문위원회 전문위원미래창조과학부 성장동력발굴기획위원회 기획위원국제미래학회 과학기술위원장, ()창조경제연구회 이사연세대학원/KAIST IP-CEO 미래융합기술 겸임교수