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동물들이 세계를 보는 방식: 고양이, 새, 물고기 그리고 뱀의 눈을 통해 본 세계

How Animals See the World: See through the eyes of cats, birds, fish, and snakes

―― 엘리자베스 프레스턴(Elizabeth Preston)

애완 동물을 비롯한 몇몇 동물들은 부분적으로 색맹일 것이지만, 그들 시각의 어떤 측면들은 인간의 시각보다 우수하다. 살아 있는 동물들의 주변 세계에 대한 시각적 지각은 그들의 눈이 빛을 처리하는 방식에 의존한다. 인간은 삼색형 색각자(trichromat)인데, 이것은 인간의 눈이 적색, 녹색 그리고 청색에 민감한, 원추 세포(cone cell)로 알려져 있는 세 가지 유형의 광수용체를 갖추고 있다는 점을 의미한다. 간상 세포(rod cell)로 불리는 다른 한 유형의 광수용체는 작은 세기의 빛을 감지하는데, 이것 덕분에 인간은 어둠 속에서 볼 수 있다. 동물들은 빛을 다르게 처리하는데, 어떤 동물들은 두 가지 유형의 광수용체만 있고, 그래서 부분적으로 색맹이 되는 한편, 어떤 동물들은 자외선을 볼 수 있게 하는 네 가지 유형의 광수용체가 있으며, 그리고 어떤 동물들은 동일한 평면에서 진동하는 빛 파동을 의미하는 편광된 빛을 감지할 수 있다.

"우리들 가운데 어느 누구도 우리가 다른 동물이 무엇을 생각하고 있는지 추측할 수 있다고 생각하지 않을 수 없다"고 시각생리학을 연구하는 메릴랜드 대학의 교수 토머스 크로린(Thomas Cronin)은 말한다. 그런데 동물들의 사유를 추측하는 것은 환상인 반면에 그들의 눈을 통해 세계를 바라보는 것은 가능하다.

고양이

"우리는 고양이가 무엇을 경험할지 결코 알지 못할 것이다"고 스웨덴 룬트 대학의 동물학 교수이자 <<동물 눈(Animal Eyes)>>이라는 책의 공저자인 댄-에릭 닐손(Dan-Eric Nilsson)은 말한다. 그런데 우리는 고양이가 보는 것에 근접할 수 있다. 인간과 달리 고양이는 이색형 색각자(dichromat)인데, 고양이는 망막에 두 종류의 원추세포만 있을 뿐이다. 고양이는 적녹 색맹인 사람과 비슷하게 본다고 닐손은 말한다. 고양이의 시각을 모형화하기 위해서는 적색이거나 녹색인 모든 것을 한 색깔로 합쳐야 한다.

고양이의 시력은 인간 시력보다 해상도가 낮는데, 이것은 고양이가 사물들을 인간보다 약간 더 흐리게 본다는 점을 의미한다. 인간의 시각은 망막의 중심에 밀집된 원추세포 덕분에 모든 동물들 가운데 가장 선명한 편에 속한다. 닐손은 고양이의 주간 시각이 인간보다 여섯 배 더 흐릿하다고 말하는데, 위 영상에서 그 점은 나타나지 않는다. 그런데 고양이는 인간보다 간상세포가 더 많고, 그래서 야간에는 이점이 반전된다.

벌 

인간과 마찬가지로 벌은 삼색형 색각자이다. 적색, 녹색 그리고 청색 대신에 벌의 세 가지 유형의 광수용체는 황색, 청색 그리고 자외선 빛에 민감하다. 자외선 빛을 볼 수 있는 능력 덕분에 벌은 꿀로 인도하는 꽃잎 위의 점 패턴을 볼 수 있다. 사실상 벌은 자외선 범위 대부분을 지각하고, 그래서 "벌은 잠재적으로 자외선의 여러 색깔을 볼 수 있을 것이다"고 닐손은 말한다.

수정체가 하나뿐인 인간의 눈과는 달리 벌은 축구공 같은 표면을 형성하는 수천 개의 수정체로 이루어져 있는 겹눈을 가지고 있는데, 벌의 시각에서 각 수정체는 한 개의 "화소"를 제공한다. 그런 시각 메커니즘은 대가를 치르는데, 벌의 눈은 해상도가 대단히 낮고, 그래서 벌의 시각은 매우 흐리다. 닐손은 이 설계를 "눈에 쓸모 있는 공간을 사용하는 가장 어리석은 방식"이라고 부른다. 인간이 실제 눈만큼 기능을 잘 수행하는 겹눈을 갖추고 있었다면, 각 겹눈은 훌라후프만큼 넓어야만 했었을 것이라고 그는 말한다.

이 영상은 벌 시야의 흐릿함을 보여주지 않는데, 만약 그렇더라도 우리가 바라볼 것은 많지 않을 것이다. 그런데 그 사진은 우리에게는 없는 자외선 시각을 포착한다.

새

인간과 달리 새는 사색형 색각자이다. 네 가지 유형의 원추세포 덕분에 새는 적색, 녹색, 청색 그리고 자외선을 한꺼번에 볼 수 있다. 소수의 맹금류는 인간보다 더 선명한 시각을 지니고 있다고 닐손은 말한다. 대형 독수리의 시각은 인간보다 약 2.5배 선명한 해상도를 나타낸다.

자신이 정말 다른 동물의 머리 속에 들어갈 수 있다면, "새는 흥미로울 것"이라고 닐손은 말한다. 그런데 우리는 인간 한계를 넘어 해상도를 선명하게 할 수도 없고 자외선을 볼 수도 없는데, 우리는 그런 일이 일어나게 하는 광수용체와 뇌 신경세포들이 없기 때문이다. 우리는 망원경을 사용하여 독수리가 식별할 멀리 떨어진 세부를 볼 수 있고, 카메라를 사용하여 자외선 빛을 우리 눈이 볼 수 있는 색깔로 변환시킬 수 있지만, 그런 기술이 없다면 "대형 독수리에게 세계는 어떤 모습일지 인간이 실제로 경험할 수 있게 하는 방법은 존재하지 않는다"고 닐손은 말한다.

방울뱀

방울뱀은 저해상도의 주간 색각을 갖추고 있는 한편, 밤에 활동하기 위한 간상세포를 많이 지니고 있다. 그런데 방울뱀을 독특하게 만드는 것은 적외선 빛을 감지할 수 있는 능력이다. 독사, 비단뱀 그리고 보아뱀과 마찬가지로 방울뱀은 피트 기관―눈과 콧구멍 사이의 주둥이 양쪽에 있는 한 쌍의 구멍―으로 불리는 특수한 감열기가 있다. 열을 감지하는 얇은 막이 각 피트 속에 매달려 있다고 샌프란시스코 소재 캘리포니아 주립대학의 생리학 교수 데이비드 줄리어스(David Julius)는 말한다. 줄리어스는 뱀이 적외선 빛을 신경 신호로 변환할 수 있는 것은 이 막과 연결된 신경세포들 속에 존재하는 신경 수용체 TRPA1 때문이라는 점을 발견했다. 인간의 경우에는 동일한 수용체가 고추냉이와 겨자 같은 어떤 매운 음식에 대한 고통 반응을 촉발한다. 그런데 뱀의 경우에는 그것이 근처 먹이의 열에 반응한다.

방울뱀의 뇌는 먹이의 열 영상이 시각 영상과 겹쳐지도록 피트 기관에서 오는 정보를 눈에서 오는 정보와 병합한다. 줄리어스는 뱀이 무엇을 보고 있는지 인간이 추정하기는 사실상 어렵지 않다고 말한다. 그저 적외선 카메라를 통해 보면 된다.

갑오징어

오징어, 문어 또는 앵무조개 같은 두족류의 눈을 통해 바라보는 것은 큰 폭의 상상력을 필요로 한다. 이런 바다 생명체들은 척추 동물과는 별개로 눈을 진화시켰고, 그래서 그들의 시각 과정은 인간과 매우 다르다. 예를 들면, 두족류 눈은 맹점이 없다. 그리고 갑오징어의 동공은 W 모양을 하고 있는데, 그 때문에 갑오징어가 대양에서 먹이를 추적할 때 특히 이질적인 듯 보이게 된다.

사냥의 능숙함에도 불구하고 갑오징어는 인간보다 더 흐릿한 시각을 갖추고 있다. "갑오징어는 신문의 작은 철자를 읽을 수 없을 것"이라고 토머스 크로닌은 말한다. "갑오징어는 헤드라인만 읽을 수 있을 것이다." 그리고 갑오징어는 엄청난 변색―눈 깜박할 사이에 베이지색에서 진홍색이나 줄무늬로 변신한다―기술을 갖추고 있지만 완전 색맹이다.

갑오징어 눈은 회색의 명암으로 볼 수 있게 하는 하나의 광수용체가 있다고 크로닌은 말한다. 다른 한 쌍의 광수용체는 편광을 감지한다. 편광된 빛에 대한 인간의 유일한 경험은 빛 파동의 한 방향을 걸러냄으로써 햇빛을 감소시키는 선글라스를 끼고 있을 때 이루어진다. 그런데 두족류와는 달리 인간은 빛이 편광되어 있는지 여부를 감지할 광수용체가 없다.

갑오징어는 소통하는 데 사용하기도 하는 편광 패턴을 피부 위에 만들어낸다. 서로를 바라볼 때 갑오징어는 편광 정보가 겹쳐져 있는 회색 명암을 볼 것인데, 그것은 방울뱀의 적외선 감각과 다르지 않다.

크로닌은 이렇게 말한다. "우리 자신이 개 또는 고양이 또는 원숭이의 머리 속에 들어가는 것은 합리적이라고 생각하는데, 그들의 뇌가 우리와 비슷하기 때문이다." 그런데 갑오징어 같은 생명체는 진화적으로 대단히 멀어서―그것의 뇌와 지각은 인간과 매우 다르다―그것이 어떤 경험을 하는지 우리는 결코 알 수 없다. "나는 우리가 그들의 머리 속에 들어갈 수 있다고 생각하지 않는다." 그런데 그는 이렇게 덧붙인다. "그것을 상상하는 것은 즐겁다."