인간의 것보다 훨씬 뛰어난 돌고래의 수중 음파탐지기

미디어위원회

2023-10-17

인간의 것보다 훨씬 뛰어난 돌고래의 수중 음파탐지기

(Dolphin sonar (still) far better than man’s)

by Jonathan Sarfati

박쥐와 돌고래가 정교한 반향정위(echolocation) 기술을 사용하여 먹이와 물체를 탐지한다는 것은 오래 전부터 알려져 왔었다. 소리의 반향을 이용해 물체의 거리와 속도를 계산한다는 점에서 인간이 만든 소나(sonar, 음파탐지기)와 비슷하지만, 이들의 것은 훨씬 더 뛰어나다. 현재 스웨덴 룬드대학(Lund University) 의생명공학과 요세핀 스타크함마르(Josefin Starkhammar) 박사는 돌고래의 "경이로운" 반향정위 탐지 능력을 연구하고 있다.[1]

.돌고래의 반향정위(echolocation) <Getty image #C028/1328. Dolphin echolocation>

돌고래는 분수공(blowhole) 아래에 있는 '소리 입술(phonic lips)'로 소리 빔(sound beam)을 생성한다. 그런 다음 70마이크로초 동안 지속되는 이 빔은 두개골 앞쪽의 지방질 '멜론(melon)'을 통과한다. 이것은 일종의 소리 렌즈(sound lens) 역할을 하여, 원뿔형 소리 빔을 생성한다. 스타크함마르 박사는 박사 과정 중일 때, 47개의 수중청음기로 구성된 측정 시스템을 구축하여, 빔 내의 차이를 기록했다. 하지만 신호가 너무 복잡해서 신호 처리 알고리즘을 개발하기 위해 수리통계학 동료들의 도움을 받았다.

돌고래의 '이중 소나(double sonar)'는 아래쪽(저음)에서 위쪽(고음)으로 주파수 경사(frequency gradient)가 있다. 이것은 먹이의 반향 음색(pitch of echo) 치가 높을수록 먹이가 음파 빔에서 물리적으로 더 높은 위치에 있다는 것을 의미하므로, 이것은 먹이를 더 정확하게 찾을 수 있게 한다.

주요 발견은 빔(beam)은 "서로 얽힌 두 개의 빔 구성요소"로 구성되어 있으며, 하나는 저피치이고, 다른 하나는 고피치로, 파동이 겹치는 빔을 생성한다는 것이다.[2, 3] 그리고 빔은 아래쪽(저피치)에서 위쪽(고피치)으로 주파수 경사를 갖고 있다는 것이다. 즉, 먹이의 반향 피치가 높을수록, 먹이가 사운드 빔에서 물리적으로 더 높은 곳에 위치한다는 것을 의미하며, 이것은 먹이를 더 정확하게 찾을 수 있게 한다.

스타크함마르 박사는 돌고래의 반향정위를 분석하면 더 나은 초음파 스캐너를 개발할 수 있으며, 신체에서 얇은 층의 스캔 해상도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대하고 있었다.[4] 그녀는 저주파 소리는 물속에서 더 멀리 퍼져나갈 수 있는 반면, 고주파 소리는 물체의 모양에 대한 더 많은 정보를 제공할 수 있다고 설명한다. 따라서 이 새로운 신호 처리 방법은 "거의 마법처럼 작동한다! 기존 방법으로는 보이지 않던 것들이 갑자기 보이기 시작했다. 우리는 단면에서 주파수 내용이 변하는 음파 사용 원리를 모방할 수 있었다"고 말한다.[5] 이 분석은 선박의 음파탐지기의 설계를 개선시킬 수 있다.[1]

<Image: Nils RydénDr-Starkhammar>

스타크함마르 박사는 이를 "수백만 년에 걸친 진화" 때문이라고 설명하고 있었다.[1] 그러나 진화로 반향정위를 설명할 때의 한 가지 문제점은 돌고래와 박쥐 둘 다 복잡한 반향정위 시스템을 갖고 있다는 점이다. 그리고 이 반향정위 시스템은 두 종 모두에서 믿을 수 없을 정도로 유사한 약 200개의 유전자들에 의해 만들어지고 있다는 것이다. 그러나 진화론에서 두 종(돌고래와 박쥐)의 공통조상은 존재하지 않는다. 그래서 스타크함마르 박사를 비롯한 진화론자들은[6] 이것이 수렴진화(convergent evolution)의 한 사례라고 주장한다. 즉, 비슷한 환경(이 경우에는 시야가 좋지 않고 주변 환경이 복잡한)이 비슷한 선택적 압력을 만들어내어, 먹이 탐지 문제에 대한 유사한 해결책을 이끌어냈다는 것이다. 그러나 화석기록에서 돌고래나 박쥐의 음파탐지기에 대한 진화 기록은 존재하지 않는다. 한 진화론 논문은 다음과 같이 인정하고 있었다 :

"돌고래의 조상(화석)들은 현대의 돌고래들처럼 반향정위 탐지 능력을 갖고 있었음을 시사하는 귀 구조를 갖고 있었다." 그리고 "가장 오래된 박쥐 화석"은 내이에 넓게 감겨져 있는 뼈 구조를 갖고 있는데, 이는 반향정위에 사용되는 고주파 소리를 감지할 수 있었다는 신호이다."[7]

더 나은 설명은 다윈 자신이 자주 사용했던, 유추의 원리를 통합하는 것이다. 즉, 인간이 만든 소나가 지능의 결과물이라면, 돌고래의 소나를 만든 지능은 얼마나 더 우월할까?

Acknowledgement

I would like to thank Dr Starkhammar for permission to use this picture and for helpful comments on this article. But the conclusion and any errors are my responsibility alone.

First posted on homepage: 12 June 2019

Re-posted on homepage: 13 September 2023

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References and notes

1. Goodyer, J. (ed.), “Dolphins are phenomenally good at using echolocation, much better than man-made devices”, BBC Focus, Summer 2018, pp. 18–10.

2. Starkhammar, J., Moore, P.W., Talmadge, L., and Houser, D.S., Frequency-dependent variation in the two-dimensional beam pattern of an echolocating dolphin, Biology Letters 7(6): 836-839, 2011 | doi:10.1098/rsbl.2011.0396.

3. Lund University, Dolphins use double sonar: Researchers discover that dolphins can generate two sound beam projections simultaneously, sciencedaily.com, 8 June 2011.

4. Reinhold, I., Sandsten, M., and Starkhammar, J., Objective detection and time-frequency localization of components within transient signals, J. Acoustical Society of America 1434):2368–2378, 1 April 2018 | doi:10.1121/1.5032215.

5. Medimaging International staff writers, Dolphin echolocation could advance medical ultrasound, medimaging.net, 11 June 2018.

6. Sarfati, J., Echolocation ‘evolved in the same way’, creation.com/echolocation-homoplasy, 3 October 2013.

7. Perkins, S., Learning to listen: How some vertebrates evolved biological sonar, Science News 167(20):314, 2005.

*관련기사 : '동물중 가장 큰 소리' 고래 비밀 풀렸다…"코에 입술형태 기관" (2023. 3. 3. 매일경제)

https://stock.mk.co.kr/news/view/55036

1000m 물속에서도 큰 소리 내는 고래… 비결은 ‘포닉 립스’ (2023. 3. 9. 조선일보)

https://www.chosun.com/economy/science/2023/03/09/NKW6YWUQJZEZHIJG4HVPNNE2A4/

*참조 : 박쥐와 돌고래의 음파탐지 장치는 우연히 두 번 생겨났는가? 진화론의 심각한 문제점 중 하나인 '수렴진화'

https://creation.kr/Mutation/?idx=1289805&bmode=view

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