초파리에서 창조의 사례를 보다 : 창조 설계-동물 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

2024-12-01

초파리에서 창조의 사례를 보다

(Seeing the Case for Creation in Fruit Flies)

by Frank Sherwin, D.SC. (HON.)

우리의 뇌는 눈에 있는 엄청나게 민감한 광수용체(photoreceptors, 간상세포와 원추세포)들을 통해 우리가 보는 많은 것들을 지속적으로 원활하게 처리하도록 설계되었다.[1] 하지만 일반적으로 우리 눈은 짧은 시간에 빠르게 변할 수도 있는 빛과 그림자의 물체를 인식하고 있다. 그럼에도 불구하고 우리는 거의 매끄럽게 볼 수 있다. 이러한 시각적 안정성은 어떻게 유지될까?

최근 Nature Communications 지에서 동물학자들은 "이득제어(gain control, 신호 강도가 미리 설정한 값을 넘었을 때 출력을 거의 일정하게 유지하는 제어)"라고 불리는 시각 처리의 복잡한 부분을 논의하고 있었다.[2] 그들은 "초파리(Drosophila, fruit fly)에서 빠른 휘도 이득제어(luminance gain control)의 알고리즘과 메커니즘으로 인해 안정적인 시각 처리가 이루어진다"고 보고했다.[3] 이는 쉬운 일이 아니다. 과학자들은 인간의 기술을 사용하더라도, "컴퓨터 시각 장치는 빠르게 변하는 배경 휘도에 어려움을 겪는다"고 말했다.[3] 게다가 안정적인 시각 처리를 위해서는 추가적인 교정 메커니즘이 있어야 한다는 것이 밝혀졌다.

이 절차는 얼마나 복잡한가? 한마디로, 초파리 뇌 내부의 세포 수준에서 과학자들은 다음과 같은 것을 확인했다.

특별한 경수질 뉴런(transmedullary neurons)을 휘도 이득제어 부위로 사용하여, 이 속성을 방향선택 세포(direction-selective cells)로 전달한다. 회로망은 광역 뉴런을 추가로 포함하며, 자연 장면에서 빛 조건이 빠르게 변할 때, 국소적 공간 풀링(local spatial pooling)이 최적의 콘트라스트(contrast, 명암 대비) 처리를 구동한다는 계산 예측과 일치한다.[3]

다시 말해서 창조주 그리스도께서는 “끊임없이 변화하는 조명 조건에서도 안정적으로 처리되는” 놀랍도록 정확한 시각적 반응을 설계하셨다는 것이다.[4] 이것은 믿을 수 없을 정도로 극도로 복잡하며, 초파리의 겹눈(compound eye)에서 발견되는 “광수용체(photoreceptors) 뒤에 두 개의 시냅스가 위치된 신경세포 유형”을 포함한다.[4]

연구자들은 이론적 접근 방식을 활용했다. 요하네스 구텐베르크 대학(Johannes Gutenberg University)의 신경회로 연구실의 책임자인 마리온 실리스(Marion Silies) 교수는 다음과 같이 예측했다.

“시각 공간의 특정 영역에 걸쳐 배경 휘도를 포착하기 위해, 자연환경 이미지에서 최적의 반경을 찾는 동시에, 이를 달성하기 위한 기능적 특성을 가진 세포 유형을 우리는 찾고 있었다.”[4]

이는 "모든 필수 기준을 충족하는 세포 유형"을 발견함으로써 달성되었다. “Dm12로 이름 붙여진 이러한 세포는 특정 반경에 걸쳐 휘도 신호를 풀링하여, 빠르게 변화하는 조명 조건하에서 물체와 배경 간의 콘트라스트 반응을 교정한다.[4]

무작위적 유전적 오류, 오랜 시간, 우연만으로 Dm12 세포와 이렇게 정교하게 시각을 안정시키는데 필요한 모든 것들이 만들어질 수 있었을까?

"우리는 빠른 휘도 변화가 발생하더라도, 시력을 안정화하는 알고리즘, 회로 및 분자 메커니즘을 발견했다." 지난 15년 동안 초파리의 시각 시스템을 조사해온 실리스의 요약이다. 그녀는 인간을 포함하여 포유류에서도 휘도 이득제어가 유사한 방식으로 구현될 것이라고 예측하고 있었는데, 특히 필요한 신경 기질이 사용 가능하기 때문이다.[4]

작은 초파리의 시각계도 경이로운 설계의 증거들을 계속 보여주고 있다. 정확하게 해석하면, 이 데이터는 척추동물과 사람에게도 외삽될 수 있다.

References

1. Thomas, B. Human Vision Can Sense a Single Photon. Creation Science Update. Posted on ICR.org August 8, 2016.

2. “Gain control is a process that adjusts a system’s sensitivity when input levels change.” Barth-Maron, A., I. D’Alessandro, and R. I. Wilson. 2023. Interactions between Specialized Gain Control Mechanisms in Olfactory Processing. Current Biology. 33 (23): 5109–5120.

3. Gur, B. et al. 2024. Neural Pathways and Computations That Achieve Stable Contrast Processing Tuned to Natural Scenes. Nature Communications. 15, article 8580.

4. University of Mainz. How Fruit Flies Achieve Accurate Visual Behavior Despite Changing Light Conditions. Phys.org. Posted on phys.org October 31, 2024.

* Dr. Sherwin is a science news writer at the Institute for Creation Research. He earned an M.A. in invertebrate zoology from the University of Northern Colorado and received an honorary doctorate of science from Pensacola Christian College.

*고도로 복잡한 초파리의 겹눈(compound eye of fruit fly)은 여기를 클릭.

*참조 : 초파리 눈의 또 다른 경이

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