여치 귀의 놀라운 설계.
: 사람 귀와의 유사성이 수렴진화의 예라고?
(Katydid’s amazing ear design)
우리의 청각(sense of hearing)은 절묘한 설계적인 특성을 필요로 한다. 알다시피 당신이 물속에 있다면, 누군가가 물 밖에서 전해주려는 말을 듣기 어렵다. 당신이 물 밖에 있다면, 물 아래에서 나는 소리를 듣기 어렵다. 그것은 대부분의 소리에너지가 공기-물 경계에서 통과하여 전달되기보다 반사되기 때문이다. 그러나 우리의 청각은 공기에서 액체로 소리에너지의 동일한 전달을 필요로 한다. 왜냐하면 우리의 감각세포는 건조되지 않도록 액체에 담겨져 있기 때문이다. 그리고 무엇보다 소리 파장은 매우 낮은 에너지이다.[1]
이것은 훨씬 작은 스케일로 우리의 청각계보다 더 간단하고 더 견고한 매우 효율적인 시스템이었다.
우리의 귀는 ‘음향 임피던스 불일치(acoustic impedance mismatch)’라 불리는 이 문제를 우리 몸에서 가장 작은 뼈인, 세 개의 이소골(ossicles, 일종의 임피던스 변환기)로 해결하고 있다. 고막(eardrum)은 소리의 공기 진동을 수집하고, 이것을 중이의 이소골로 그 진동을 전달한다. 이들 뼈는 레버(levers, 지렛대)처럼 작동하여 진동의 세기를 증폭시키고, 액체로 채워져 있는 달팽이관(cochlea)에 나있는 창으로 전달한다. 달팽이관은 서로 다른 주파수를 알아채는 민감한 작은 털로 정렬되어 있는 일종의 주파수 분석기이다. 그리고 자극을 신경에 전달한다. 우리의 뇌는 서로 다른 음 높이로 그것들을 해석한다.
영국 브리스톨 대학의 과학자들은 한 곤충이 훨씬 작은 규모로 이것과 동일한 원리를 사용하고 있는 것을 발견했다.[2] 오렌지색 안면의 남아메리카 여치(katydid)인 Copiphora gorgonensis는 23kHz (초당 23,000 cycles)에서 노래한다. 사람이 듣기에는 너무 높은 음이지만, 이것은 짝을 유혹하도록 설계된 것이다. 그래서 그들은 이 초음파 주파수를 들을 수 있어야만 했다. 사실 이 여치들은 약 10~50kHz를 듣는다. 그래서 그들은 아마도 짝이 내는 소리와 놀라운 음파탐지 기능으로 사냥을 하는 박쥐(bat) 사이의 주파수 차이를 구별할 수 있을 것이다.[3]
.포유류와 여치의 외부 귀와 부절(tarsus)의 배측면도.
여치의 귀(katydid ears)는 단지 0.6mm 길이에 불과하다.[4] 이 크기는 쌀알보다도 작다. 그리고 그 귀는 머리에 있는 것이 아니라, 다리 위에 있다. 최근 쉽게 간과됐던 한 작은 관이 새롭게 발견되었는데, 그 관은 오일이 압력 하에 채워져 있었다(열었을 때 터졌음). 그래서 연구자들은 그것을 분석하기 위해서 미세 CAT 스캔을 사용했다. 여치는 관 안쪽 판에 레버로 연결된 고막을 가지고 있었다. 그리고 그 레버의 공기 쪽 측면은 액체 쪽 측면보다 더 길었다. 따라서 공기 중 어떤 소리의 진동이 작게 일어나도, 관내의 액체에서는 더 크게 증폭되고, 그곳의 감각세포는 그것을 감지하는 것이었다. 이것은 훨씬 작은 스케일로 우리의 청각계보다 더 간단하고 더 견고한 매우 효율적인 시스템이었다.
그러나 연구자들은 이 놀라운 구조를 진화가 만들었다고 말하면서, 진화에 대해 경의를 표하고 있었다. 그들은 사람과 여치의 청각계는 수렴진화(convergent evolution)의 좋은 예라는 것이다. 수렴진화는 진화계통나무에서 전혀 관련 없는 생물들 사이에서 동일한 기능이 발견되었을 때, 진화론자들이 사용하는 용어이다. 즉 우연히 동일한 돌연변이들이 두 번(또는 여러 번) 일어나, 동일한 기능이 독립적으로 각각 생겨났다는 것이다. 방향도 없고, 목적도 없고, 지성도 없는, 무작위적인 돌연변이들로 고도로 정밀한 구조가 한 번도 우연히 생겨나기 힘든데, 그것이 우연히 두 번 생겨났다는 것이다. 그러나 이러한 증거는 동일한 원리를 사용하여, 다른 방식으로 동일한 청각 문제를 해결하신 한 분의 설계자로 더 잘 설명이 된다. 실제로, 선임연구자인 페르난도(Fernando Montealegre Zapata) 박사는 ”이 작은 시스템의 효율성은 공학자들에게 여치의 귀 설계에 기초한 마이크로 센서의 개발에 영감을 불어넣고 있다.”고 말하고 있었다.[4] 코넬 대학의 신경생물학 및 행동학 교수인 론 호이(Ron Hoy)는 '창의적인 공학자‘가 여치로부터 영감 된 센서를 만들 수 있을지 궁금해 하고 있었다.[5]
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Could the mammalian middle ear have evolved … twice?
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References and notes
1.We can measure the strength of sound by the difference in pressure from the normal. One atmosphere of pressure is 101,325 pascals. But we can hear sounds (at 1 kHz) with a pressure difference of only 2×10−5 Pa.
2.Montealegre-Z., F., and four others, Convergent evolution between insect and mammalian audition, Science 338(6109): 968–971, 16 November 2012 | doi:10.1126/science.1225271.
3.Underwood, E., Rainforest insects hear like humans,news.sciencemag.org, 15 November 2012.
4.Fesssenden, M., Bug-Eared: Human and insect ears share similar structures, scientificamerican.com, 19 November 2012.
5.Hoy, R.R., Science 338(6109):894–895, 16 November 2012 | doi:10.1126/science.1231169 (comment on Montealegre-Z., Ref. 2).
*관련기사 : 여치의 귀는 사람 귀 축소판 (2012. 11. 22. 사이언스타임즈)
http://www.sciencetimes.co.kr/article.do?todo=view&atidx=0000066928
번역 - 미디어위원회
링크 - http://creation.com/katydid
출처 - Creation 35(4):12–13, October 2013
구분 - 3
옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=6023
참고 : 5584|3990|4024|3229|5966|5743|4837|5602|5591|4581|6211|6176|6165|6158|6023|6024|4927|6420|6258|6554|6555
여치 귀의 놀라운 설계.
: 사람 귀와의 유사성이 수렴진화의 예라고?
(Katydid’s amazing ear design)
우리의 청각(sense of hearing)은 절묘한 설계적인 특성을 필요로 한다. 알다시피 당신이 물속에 있다면, 누군가가 물 밖에서 전해주려는 말을 듣기 어렵다. 당신이 물 밖에 있다면, 물 아래에서 나는 소리를 듣기 어렵다. 그것은 대부분의 소리에너지가 공기-물 경계에서 통과하여 전달되기보다 반사되기 때문이다. 그러나 우리의 청각은 공기에서 액체로 소리에너지의 동일한 전달을 필요로 한다. 왜냐하면 우리의 감각세포는 건조되지 않도록 액체에 담겨져 있기 때문이다. 그리고 무엇보다 소리 파장은 매우 낮은 에너지이다.[1]
우리의 귀는 ‘음향 임피던스 불일치(acoustic impedance mismatch)’라 불리는 이 문제를 우리 몸에서 가장 작은 뼈인, 세 개의 이소골(ossicles, 일종의 임피던스 변환기)로 해결하고 있다. 고막(eardrum)은 소리의 공기 진동을 수집하고, 이것을 중이의 이소골로 그 진동을 전달한다. 이들 뼈는 레버(levers, 지렛대)처럼 작동하여 진동의 세기를 증폭시키고, 액체로 채워져 있는 달팽이관(cochlea)에 나있는 창으로 전달한다. 달팽이관은 서로 다른 주파수를 알아채는 민감한 작은 털로 정렬되어 있는 일종의 주파수 분석기이다. 그리고 자극을 신경에 전달한다. 우리의 뇌는 서로 다른 음 높이로 그것들을 해석한다.
영국 브리스톨 대학의 과학자들은 한 곤충이 훨씬 작은 규모로 이것과 동일한 원리를 사용하고 있는 것을 발견했다.[2] 오렌지색 안면의 남아메리카 여치(katydid)인 Copiphora gorgonensis는 23kHz (초당 23,000 cycles)에서 노래한다. 사람이 듣기에는 너무 높은 음이지만, 이것은 짝을 유혹하도록 설계된 것이다. 그래서 그들은 이 초음파 주파수를 들을 수 있어야만 했다. 사실 이 여치들은 약 10~50kHz를 듣는다. 그래서 그들은 아마도 짝이 내는 소리와 놀라운 음파탐지 기능으로 사냥을 하는 박쥐(bat) 사이의 주파수 차이를 구별할 수 있을 것이다.[3]
.포유류와 여치의 외부 귀와 부절(tarsus)의 배측면도.
여치의 귀(katydid ears)는 단지 0.6mm 길이에 불과하다.[4] 이 크기는 쌀알보다도 작다. 그리고 그 귀는 머리에 있는 것이 아니라, 다리 위에 있다. 최근 쉽게 간과됐던 한 작은 관이 새롭게 발견되었는데, 그 관은 오일이 압력 하에 채워져 있었다(열었을 때 터졌음). 그래서 연구자들은 그것을 분석하기 위해서 미세 CAT 스캔을 사용했다. 여치는 관 안쪽 판에 레버로 연결된 고막을 가지고 있었다. 그리고 그 레버의 공기 쪽 측면은 액체 쪽 측면보다 더 길었다. 따라서 공기 중 어떤 소리의 진동이 작게 일어나도, 관내의 액체에서는 더 크게 증폭되고, 그곳의 감각세포는 그것을 감지하는 것이었다. 이것은 훨씬 작은 스케일로 우리의 청각계보다 더 간단하고 더 견고한 매우 효율적인 시스템이었다.
그러나 연구자들은 이 놀라운 구조를 진화가 만들었다고 말하면서, 진화에 대해 경의를 표하고 있었다. 그들은 사람과 여치의 청각계는 수렴진화(convergent evolution)의 좋은 예라는 것이다. 수렴진화는 진화계통나무에서 전혀 관련 없는 생물들 사이에서 동일한 기능이 발견되었을 때, 진화론자들이 사용하는 용어이다. 즉 우연히 동일한 돌연변이들이 두 번(또는 여러 번) 일어나, 동일한 기능이 독립적으로 각각 생겨났다는 것이다. 방향도 없고, 목적도 없고, 지성도 없는, 무작위적인 돌연변이들로 고도로 정밀한 구조가 한 번도 우연히 생겨나기 힘든데, 그것이 우연히 두 번 생겨났다는 것이다. 그러나 이러한 증거는 동일한 원리를 사용하여, 다른 방식으로 동일한 청각 문제를 해결하신 한 분의 설계자로 더 잘 설명이 된다. 실제로, 선임연구자인 페르난도(Fernando Montealegre Zapata) 박사는 ”이 작은 시스템의 효율성은 공학자들에게 여치의 귀 설계에 기초한 마이크로 센서의 개발에 영감을 불어넣고 있다.”고 말하고 있었다.[4] 코넬 대학의 신경생물학 및 행동학 교수인 론 호이(Ron Hoy)는 '창의적인 공학자‘가 여치로부터 영감 된 센서를 만들 수 있을지 궁금해 하고 있었다.[5]
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2.Montealegre-Z., F., and four others, Convergent evolution between insect and mammalian audition, Science 338(6109): 968–971, 16 November 2012 | doi:10.1126/science.1225271.
3.Underwood, E., Rainforest insects hear like humans,news.sciencemag.org, 15 November 2012.
4.Fesssenden, M., Bug-Eared: Human and insect ears share similar structures, scientificamerican.com, 19 November 2012.
5.Hoy, R.R., Science 338(6109):894–895, 16 November 2012 | doi:10.1126/science.1231169 (comment on Montealegre-Z., Ref. 2).
*관련기사 : 여치의 귀는 사람 귀 축소판 (2012. 11. 22. 사이언스타임즈)
http://www.sciencetimes.co.kr/article.do?todo=view&atidx=0000066928
번역 - 미디어위원회
링크 - http://creation.com/katydid
출처 - Creation 35(4):12–13, October 2013
구분 - 3
옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=6023
참고 : 5584|3990|4024|3229|5966|5743|4837|5602|5591|4581|6211|6176|6165|6158|6023|6024|4927|6420|6258|6554|6555