파리 협정에서는 지구 생태계 보전을 위해 산업화 대비 1.5도 상승을 마지노선으로 정했다. 그렇지만 최근 몇 년 동안 연평균 기온이 1.5도를 넘는 경우가 자주 생기고 있다. 그러나 파리 협정에서 제시한 기준은 통상 20년 평균으로 판단하기 때문에 아직 평균 1.5도를 넘지는 않은 상태다. 지금과 같은 상황이 계속된다면 조만간 1.5도 상승은 기정사실이 될 수 있다. 이런 상황에서 미국 클렘슨대 생명과학과, 유전·생화학과, 스페인 도냐나 국립공원 생태·진화·생물다양성 보존 연구실, 호주 디킨대 생명·환경과학부, 영국 런던 퀸 메리대 생명·행동과학부 공동 연구팀은 어미 새가 아직 부화하지 않은 알 속 새끼에게 더위를 경고하는 ‘열 신호’를 전달함으로써 태어난 뒤 폭염에 잘 대처할 수 있게 해준다고 14일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘실험 생물학 저널’ 6월 11일 자에 실렸다. 호주 사막에 사는 금화조(zebra finch)는 기온이 섭씨 26도 이상 올라 더워지면 알을 향해 특별한 소리를 낸다. ‘열 신호음’이라고 이름 붙인 이 소리는 빠르고 높은 리듬의 소리라서 평소 울음과는 구별된다. 알 속 새끼에게 ‘밖에 더우니 더위에 강한 몸을 준비하라’는 일종의 메시지로 실제로 알 속 새끼들은 이 소리를 들으면 부화 후 더위에 맞게 성장 속도와 행동이 바뀐다는 사실이 밝혀진 바 있다. 2016년에 처음 이런 현상이 발견된 뒤 지금까지 뇌와 유전자 수준에서 메커니즘이 연구되고 있다. 이번 연구팀은 부화 예정일을 며칠 앞둔 알 속 금화조 새끼에게 어미가 노래하는 듯 재잘대는 열 신호음을 녹음해 들려줬다. 이어 새끼가 부화하기 직전 뇌 표본을 채취해 부모의 열 신호음이 새끼 뇌에 어떤 변화를 만들었는지, 어떤 유전자가 영향을 받았는지 조사했다. 분석 결과 부모의 열 경고음은 세포 구조와 근육 수축에 관여하는 단백질인 ‘트로포미오신 1’을 만드는 유전자가 발생 중 새끼의 뇌에서 덜 활성화되는 것을 발견했다. 또 연구팀은 체내 과열 대응을 조절하는 뇌 시상하부를 살펴 봤는데 경고 노래가 시상하부 혈관 벽을 이루는 근육 속 유전자 활성을 바꿔 놓은 것이 확인됐다. 이 혈관은 혈액-뇌 장벽의 핵심 구성 요소를 이루는 것으로 알려졌다. 이에 대해 연구팀은 혈관이 부화 전에 완전히 성숙하는 것을 막아 혈관을 유연한 상태로 유지시킴으로써 새끼가 부화 후 폭염에 더 잘 적응할 수 있게 해준다고 설명했다. 연구를 이끈 줄리아 조지 미국 클렘슨대 교수는 “이번 연구는 어미의 열 신호음이 시상하부에서 호르몬을 형성하는 신경세포 자체를 바꾸기보다는 주로 혈관에 작용해 뇌 순환계가 열사병에 대응할 수 있도록 한다는 사실을 보여줬다”라며 “이런 보호 효과는 새끼가 부화 후 마주할 환경을 부모가 정확히 예측할 수 있을 때 가능하기 때문에 최근 급격하게 변하는 기후 환경에서는 계속 작동 가능할지는 의문”이라고 설명했다. 그러면서 조지 교수는 “이번 연구는 기후변화 시대에 동물이 어떻게 적응하는지를 보여주는 대표적 사례”라고 덧붙였다.

처음 만났는데도 대화가 잘 통하고 마음이 맞는 사람이 있습니다. 그런 만남을 흔히 운명적이라고 표현하지만, 좀더 과학적인 무언가 있지 않을까요. 과학자들도 궁금했던 모양입니다. 미국 텍사스대 사우스웨스턴 메디컬센터 연구팀은 수컷 금화조가 제 짝을 만나기 위해서는 암컷이 원하는 노래를 파악해 부르는 것이 중요하다는 연구 결과를 과학 저널 ‘네이처’ 3월 21일자에 발표했습니다. 명금(songbird)은 수컷이 암컷에게 노래로 구애하는 것으로 알려져 있습니다. 수컷은 모두 같은 노래를 부르는데 암컷이 어떤 기준으로 수컷을 선택하는지는 수수께끼로 남아 있었습니다. 연구팀은 명금 중 하나인 금화조 수컷의 노래를 수천 개 녹음했습니다. 그다음 인공지능으로 이들 소리를 분류해 약 50만개의 노래 음절을 구분해 냈습니다. 연구팀이 이 음절을 분석한 결과 암컷은 똑같은 노래라도 음절 사이 간격과 한 음절의 길이를 구분해 짝을 찾는다는 것을 밝혀냈습니다. 암컷들은 음절 사이의 길이가 긴 노래를 선호하는 것으로 나타났습니다. 음절 사이가 긴 다시 말해 호흡이 긴 음절의 노래를 수컷의 자질을 보여 주는 지표로 인식한다는 것입니다. 연구에 따르면 금화조가 구사하는 노래에는 다양한 음절이 있지만 짝이 되기 위해서는 수컷이 구사하는 음절과 암컷이 선호하는 음절이 일치해야 한다고 합니다. ‘짚신도 짝이 있다’는 속담을 동물 행동학적으로 규명한 것이라고 해야 할까요. ‘합이 잘 맞는다’거나 ‘단짝’이라는 말이 있는 것을 보면, 사람에게도 비슷한 원리가 작동할 것 같습니다. 아니나 다를까 이런 궁금증을 해결하기 위한 연구도 수행됐습니다. 중국 베이징사범대 인지 신경과학 연구실, 뇌 영상·커넥톰 연구실, 국립 뇌 연구소 공동 연구팀은 유대감이 형성된 사람들 사이에서는 신경 활동이 일치해 더 빠르고 빈번한 의사소통이 이뤄진다고 밝혔습니다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 3월 20일자에 실렸습니다. 연구팀은 이전에 한 번도 만난 적이 없는 176명의 성인 남녀를 3인 1조로 구성해 서로 대화하도록 했습니다. 연구팀은 의사소통 과정 중 뇌 활동을 측정하기 위해 기능성 근적외선 분광법(fNIRS) 전극이 부착된 모자를 착용하도록 했습니다. 일부 실험 조에는 같은 색상의 유니폼을 지급해 입도록 한 다음 대화를 하도록 했습니다. 그 결과 같은 유니폼을 입고 유대감이 형성된 집단은 그렇지 않은 집단에 비해 더 자유롭게 대화하고 친근감을 느끼는 것으로 나타났습니다. 이들에게는 우측 배외측 전전두엽(rDLPFC)과 우측 측두두정 접합부(rTPj)의 활동이 활발하고 뇌파가 거의 일치하는 것으로 확인됐습니다. 이런 신경 동기화가 의사소통 과정을 원활하게 해 준다는 설명입니다. 학기 초 자녀가 아직 단짝 친구를 만들지 못했다고 걱정하는 부모들이 많습니다. 아이들도 아직 뇌파가 일치하는 친구를 만나지 못했을 뿐입니다. 부모가 억지로 친구를 만들어 주기보다는 아이들이 맘에 맞는 친구를 만날 수 있도록 기다려 주는 게 좋지 않을까요.

미국에서 반은 암컷, 반은 수컷인 꽃게가 잡혔다. 1일(현지시간) 체서피크베이매거진은 미국 동부 연안에서 희귀한 ‘좌우 암수 한 몸’ 블루 크랩이 낚였다고 전했다. 현지에서 40년간 꽃게잡이를 한 어부 제리 스미스는 얼마 전 메릴랜드주와 버지니아주에 걸쳐있는 체서피크 만(灣)에서 희귀 체서피크 블루 크랩(학명 Callinectes sapidus, 이하 블루 크랩)을 잡았다. 길이 4.5인치로 3년된 블루크랩은 암컷도 아닌 것이 그렇다고 수컷도 아닌 개체였다. 블루 크랩은 다른 꽃게류처럼 배 모양으로 암컷과 수컷 구별이 가능하다. 수컷은 배가 폭이 좁은 길쭉한 T자형이며, 알을 베는 암컷은 넓은 U자형이다. 스미스가 잡아 현지 박물관에 기증한 블루 크랩의 배 모양은 T자와 U자형이 반씩 섞인 형태다. 다리 색깔도 눈에 띈다. 여느 수컷처럼 다리는 파란데, 집게발은 암컷처럼 붉다. 이렇게 개체 하나에 암컷과 수컷의 외형이 뒤섞여 있는 현상을 자웅 모자이크(또는 암수 모자이크, gynandromorph)라 한다. 생물학적 용어로는 중성 혹은 간성이라 일컫는 자웅 모자이크는 1914년 초파리 유전학 연구자 토마스 헌트 모건 교수가 처음 발견했다. 자웅 모자이크는 초파리나 나비 등 곤충과 바닷가재, 새우 등 갑각류에서 주로 관찰된다. 새 중에서는 닭, 콩새, 금화조, 홍관조 등에서 이런 현상이 보고돼 있다. 발생 확률은 수만 분의 1에서 수십만 분의 1로 알려져 있다. 지난해 10월 피츠버그 외곽 자연보호구역에서 발견된 붉은가슴콩새(장미가슴밀화부리) 역시 자웅 모자이크였다. 몸의 반쪽은 세포까지 암컷이고 나머지 반은 수컷이었다. 자웅 모자이크는 암수 한 몸인 생물을 뜻하는 ‘자웅동체’와는 전혀 다른 개념이다. 암컷과 수컷의 생식기를 모두 가지고 있어 단독으로 번식이 가능한 자웅동체와 달리 자웅모자이크는 번식이 불가능하다. 자웅 모자이크가 나타나는 원인을 한 가지로 단정 짓기는 힘들지만, 보통 성별을 결정짓는 성염색체가 제대로 분리되지 않아서 발생하는 것으로 알려져 있다. 박물관 관계자는 “블루 크랩이 아직 알 형태였을 때 세포 이상이 발생한 것 같다”면서 “수온이나 암컷 호르몬 수치가 영향을 끼쳤을 것”이라고 설명했다. 체서피크 만에서 자웅모자이크 블루 크랩이 잡힌 건 2005년 이후 15년여 만이다. 미국 최대 체서피크 만은 블루 크랩 주요 생산지다. 이곳에서 잡힌 블루 크랩은 미국에서도 최상급으로 꼽힌다. 지난달 21일 한미정상담 오찬 당시 조 바이든 미국 대통령이 문재인 대통령에게 대접한 ‘메릴랜드 크랩 케이크’도 체서피크 블루 크랩이 주재료였다.　권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr

미국에서 반은 암컷, 반은 수컷인 꽃게가 잡혔다. 1일(현지시간) 체서피크베이매거진은 미국 동부 연안에서 희귀한 ‘좌우 암수 한 몸’ 블루 크랩이 낚였다고 전했다. 현지에서 40년간 꽃게잡이를 한 어부 제리 스미스는 얼마 전 메릴랜드주와 버지니아주에 걸쳐있는 체서피크 만(灣)에서 희귀 체서피크 블루 크랩(학명 Callinectes sapidus, 이하 블루 크랩)을 잡았다. 길이 4.5인치로 3년된 블루크랩은 암컷도 아닌 것이 그렇다고 수컷도 아닌 개체였다.블루 크랩은 다른 꽃게류처럼 배 모양으로 암컷과 수컷 구별이 가능하다. 수컷은 배가 폭이 좁은 길쭉한 T자형이며, 알을 베는 암컷은 넓은 U자형이다. 스미스가 잡아 현지 박물관에 기증한 블루 크랩의 배 모양은 T자와 U자형이 반씩 섞인 형태다. 다리 색깔도 눈에 띈다. 여느 수컷처럼 다리는 파란데, 집게발은 암컷처럼 붉다. 이렇게 개체 하나에 암컷과 수컷의 외형이 뒤섞여 있는 현상을 자웅 모자이크(또는 암수 모자이크, gynandromorph)라 한다. 생물학적 용어로는 중성 혹은 간성이라 일컫는 자웅 모자이크는 1914년 초파리 유전학 연구자 토마스 헌트 모건 교수가 처음 발견했다.자웅 모자이크는 초파리나 나비 등 곤충과 바닷가재, 새우 등 갑각류에서 주로 관찰된다. 새 중에서는 닭, 콩새, 금화조, 홍관조 등에서 이런 현상이 보고돼 있다. 발생 확률은 수만 분의 1에서 수십만 분의 1로 알려져 있다. 지난해 10월 피츠버그 외곽 자연보호구역에서 발견된 붉은가슴콩새(장미가슴밀화부리) 역시 자웅 모자이크였다. 몸의 반쪽은 세포까지 암컷이고 나머지 반은 수컷이었다. 자웅 모자이크는 암수 한 몸인 생물을 뜻하는 ‘자웅동체’와는 전혀 다른 개념이다. 암컷과 수컷의 생식기를 모두 가지고 있어 단독으로 번식이 가능한 자웅동체와 달리 자웅모자이크는 번식이 불가능하다.자웅 모자이크가 나타나는 원인을 한 가지로 단정 짓기는 힘들지만, 보통 성별을 결정짓는 성염색체가 제대로 분리되지 않아서 발생하는 것으로 알려져 있다. 박물관 관계자는 “블루 크랩이 아직 알 형태였을 때 세포 이상이 발생한 것 같다”면서 “수온이나 암컷 호르몬 수치가 영향을 끼쳤을 것”이라고 설명했다. 체서피크 만에서 자웅모자이크 블루 크랩이 잡힌 건 2005년 이후 15년여 만이다. 미국 최대 체서피크 만은 블루 크랩 주요 생산지다. 이곳에서 잡힌 블루 크랩은 미국에서도 최상급으로 꼽힌다. 지난달 21일 한미정상담 오찬 당시 조 바이든 미국 대통령이 문재인 대통령에게 대접한 ‘메릴랜드 크랩 케이크’도 체서피크 블루 크랩이 주재료였다.　권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr

불과 5년, 10년 전만 해도 인공지능(AI)은 먼 미래의 일이거나 기초과학의 한 분야처럼 생각됐습니다. 하지만 구글을 비롯한 거대 IT기업들이 앞다퉈 이를 서비스에 도입하거나 데이터 분석에 사용하면서 어느덧 시대의 대세가 됐습니다. 우리가 매일 쓰는 음성 비서나 검색엔진, 영상, 또는 상품 추천 알고리즘에 대부분 인공지능 알고리즘이 적용됩니다. AI 기술 적용은 IT 서비스는 물론 제조업이나 과학기술 연구 분야까지 널리 퍼지고 있습니다. 최근 포르투갈, 독일, 프랑스, 남아프리카공화국 등 여러 나라의 다국적 조류학자들은 딥러닝 기반의 이미지 인식 기술을 야생 조류 연구에 적용할 수 있는지 테스트했습니다. 이제까지 새를 연구하는 과학자들은 새의 다리에 인식표를 달아 야생 조류의 이동이나 생태를 연구해왔습니다. 하지만 이 방법은 새나 과학자 모두에게 적지 않은 스트레스였습니다. 야생 조류를 잡는 일이 쉽지 않은 데다, 새를 포획해서 인식표를 다는 과정에서 새가 다치거나 큰 스트레스를 받을 수도 있습니다. 인식표 때문에 새의 행동 방식이 달라지면 연구 결과를 왜곡할 위험성도 존재합니다.연구팀은 새에 직접 붙이는 인식표 대신 딥러닝 기반의 이미지 인식 기술로 각 개체를 판독하는 대안을 테스트했습니다. 카메라에 찍힌 깃털 패턴과 기타 신체 특징을 조합해 딥러닝 알고리즘이 개별 ID를 부여하고 자동으로 분류하는 것입니다. 테스트 대상으로 삼은 새는 반려동물로도 인기 있는 금화조(zebra finch)로 우선 새장에서 키운 후 먹이와 물을 주는 장소를 개방해 주변 환경을 자유롭게 왕래하도록 했습니다. 먹이와 물을 주는 장소에는 여러 개의 카메라가 설치되어 있어 다양한 각도에서 사진을 찍을 수 있습니다. 연구 결과 AI는 금화조 개체를 87%의 정확도로 분류했습니다. 금화조가 아닌 새와의 분류 정확도는 90% 이상이었습니다. 인식표를 완전히 대체할 수 있는 수준은 아니지만, 새를 잡을 필요가 없고 단지 사진만 찍으면 되는 편리함을 생각할 때 앞으로 가능성을 보여준 수치라고 할 수 있습니다. 연구팀은 깃털 갈이나 계절적 변화, 성장에 따른 변화 등 다양한 변수를 고려한 후속 연구를 준비 중입니다. 아직 초기 연구 단계지만, 이번 연구는 딥러닝 기반의 이미지 인식 기술이 앞으로 야생 동물 연구에 어떻게 응용될 수 있는지를 보여줍니다. 과학자들이 야생 동물의 삶을 방해하는 방식이 아니라 자연 그대로의 상태에서 연구할 수 있다면 과학자에게도 좋고 야생동물에도 좋은 일입니다. 과학기술의 발전이 인공지능 기술의 발전을 가져온 것처럼 앞으로 AI 기술의 발전이 다양한 분야의 과학기술을 발전시킬 것으로 기대합니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

‘종의 기원’으로 유명한 영국 생물학자 찰스 다윈은 1872년 ‘인간과 동물의 감정 표현에 대하여’라는 획기적인 책을 펴냈다. 이 책은 출간되자마자 베스트셀러가 됐지만 학계에선 주목받지 못한 채 오랫동안 기억에서 거의 지워지다시피 했다. 그 책에서 다윈은 이렇게 주장하고 있다. ‘인간과 동물이 기쁨, 슬픔, 또는 분노처럼 기본적인 감정을 느낄 때 유사한 형태의 표정을 짓는다.’ 인간과 동물이 유사한 감정을 가진다는 이 명제는 정치적인 이유로 오랜 기간 잘못된 주장으로 치부됐다. 그 외면의 가장 큰 바탕은 당대까지도 유력했던 아리스토텔레스의 이론 때문이었다. ‘인간은 이성적인 존재이고 동물은 본능에 따르는 만큼 근본적인 차이를 갖는다.’하지만 이제 아리스토텔레스의 주장은 거의 설득력을 잃어 가는 추세다. 독일 동물행동학의 선구자인 뮌스터대 동물행동학연구소 노르베르트 작서 소장도 책에서 이렇게 강조한다. “동물들도 인간처럼 생각하고 기뻐하고 화 낼 줄도 알며 슬픔과 두려움을 느끼고 사랑하고 미워한다.” 동물도 이성을 가졌다니 생뚱맞게 들릴 수도 있는 주장이다. 하지만 각종 실험과 사례들을 통해 드러내는 인간과 동물의 유사성은 충분히 설득력을 갖는다. 진원류에 속하는 상당 종들은 공평함의 의미를 알고 있으며 다른 개체들의 감정을 공유하면서 필요에 따라서는 무리에 속한 일원을 위로하기도 한다. 심지어 갈등이 벌어지면 해결책과 타협점을 모색하기도 한다. 몇몇 동물들은 도구를 만들고 스스로 목표를 설정하며 새로운 것을 고안해 다음 세대들에게 전달하면서 문화적 전통을 형성한다. 대형 유인원이나 돌고래, 코끼리는 인간처럼 자의식을 가진 것으로도 추정된다. 그렇다면 모든 동물들이 학습할 수 있는 능력을 가졌다는 주장은 어떨까. 책에서는 실제로 동물들의 다양한 학습 능력과 형태가 소개된다. 새끼 오리들은 부화하자마자 누구를 따라갈 것인지를 학습하고 금화조들은 부모를 통해 어떤 짝짓기 대상을 선택할지를 배운다. 버빗원숭이들은 어떤 경고음이 표범을 경계하라는 소리인지 배우며 비둘기들은 학습한 기호를 바탕으로 마치 대화하듯 정보를 교환한다. 동물 역시 자기를 인식하는 능력을 갖고 있다는 주장도 흥미롭다. 인간이 연인을 사랑하거나 헤어졌을 때의 긍정적인 감정과 부정적인 감정도 느낄 수 있다고 한다. 개의 질투 감정 실험은 대표적인 예다. 개 주인에게 일부러 자기 개를 무시하게 한 다음 그 개와 똑같이 생긴 인형과 함께 놀도록 했다. 그러자 개는 주인과 인형 사이에 거칠게 끼어들어 주인의 관심을 끌려 애썼다. 심지어 인형에게 공격적인 태도를 보이거나 끙끙대는 소리를 내기도 했다. 노르베르트 작서는 이 밖에 여러 실험과 사례 연구를 통해 개들이 어떻게 감정을 이입하는지, 쥐들이 어떻게 알츠하이머병에서 벗어나는지, 앵무새와 까마귀가 ‘사람과’에도 크게 떨어지지 않는 지적 능력을 갖고 있는 것에 대해서도 보여 준다. 저자는 이 같은 동물의 모든 행동을 진화의 산물로 본다. 지구상의 모든 동물이 자연선택에 의해 자신의 유전자를 다음 세대에 전달하기 좋은 행동을 한다는 말이다. 그렇다면 ‘번식 성공’이라는 최종 목적에서 동물과 인간은 결국 같다고 볼 수 있지 않을까. 하지만 인간에게는 동물들에게 없는 ‘법’과 ‘도덕 윤리’라는 테두리를 세워 그 안에서 동물과 달리 살려고 노력한다. 책은 인간적인 동물들의 이야기를 통해 인간다운 것과 동물 같은 것의 차이에 대해 질문을 줄기차게 던진다. 어찌 보면 인간의 오만함에 대한 경고로도 비친다. 그 말미는 이렇다. “우리가 수년 전에 그저 상상만 했던 것들을 넘어설 정도로 동물과 인간 사이의 공통점이 갈수록 늘어나 둘 사이의 거리를 좁히고 있다.” 김성호 선임기자 kimus@seoul.co.kr

美-中 연구팀 “학생-교사간 교감이 학습동기 유발과 학습성취도에 영향” “캡틴, 오 마이 캡틴”이라는 대사로 유명한 1989년 영화 ‘죽은 시인의 사회’에는 로빈 윌리암스가 괴짜 국어선생님 키팅으로 등장한다. 키팅 선생님은 어른들의 눈으로 볼 때는 괴짜 같지만 학생들에게는 시의 아름다움과 자유로운 사고를 일깨우는 수업으로 진정한 ‘캡틴’으로 자리잡게 된다. 많은 학생들은 키팅 같은 좋은 선생님을 찾아 가르침을 받으려 하고, 교사들은 ‘키팅’ 선생님이 되기 위해 노력한다. 그렇다면 좋은 선생님의 기준은 뭘까. 여러 가지를 들 수 있겠지만 자신에게 도움을 줄 것으로 보이는 좋은 선생님은 학생들이 감각적으로 구분해낼 수 있다는 재미있는 연구결과가 나왔다. 미국 듀크대 신경생물학과, 일본 도호쿠대 생명과학부, 중국 베이징대 생명과학부, 베이징대-IDG맥거번 뇌연구소, 베이징-칭화 생명과학센터 공동연구팀은 어린 금화조(Zebra finch)가 노래를 제대로 가르치는 성인 새를 감각적으로 찾아낸다는 사실을 발견했다고 19일 밝혔다. 이번 연구결과는 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 17일자에 실렸다. 금화조는 노래하는 새인 명금(鳴禽)의 일종으로 사회성이 발달해 있고 수컷이 암컷에게 구애하기 위해 노래를 부르는 것으로 알려져 있어 학습이나 기억 관련 실험을 할 때 자주 사용되는 동물이다. 특히 수컷의 노래는 종족 보존을 위해 필수적인 것으로 알려져 있다. 사람을 비롯해 많은 동물들은 생존과 관련되거나 집단의 문화를 배울 때 어른의 행동을 모방하는 방식을 따른다. 동물들에게 있어서 모방이 가장 좋은 학습 방법이라는 것은 알고 있지만 정확히 어떤 메커니즘으로 작동하는지는 알려지지 않았다. 연구팀은 정확한 음색과 음정으로 노래하는 수컷 어른 금화조의 노래를 녹음해 스피커로 들려주거나 금화조의 노래와 비슷한 다른 종류의 새의 소리를 들려주는 실험을 했다. 그 결과 실제 성인 금화조의 노래가 아니면 새끼 금화조들은 노래를 따라하지 않는 것을 확인했다.연구팀은 어린 새들이 노래를 배우는 과정에서 뇌의 어떤 부위가 활성화되는지에 특히 주목했다. 그 결과 사람의 언어중추라고 부르는 브로카영역과 비슷한 대뇌피질 부분과 수도관주변 회백질(PAG·Periaqueductal gray) 부위가 활성화되는 것을 확인했다. 수도관주변 회백질은 도파민을 방출하는 신경세포군이 포함돼 있는 곳으로 다른 개체와 정서적 교감이 이뤄질 때 활성화되는 것으로 알려져 있다. 실제로 이전에 성인 금화조를 한 번도 만난 적이 없는 어린 금화조들은 노래하는 성인 수컷 금화조의 노래를 들을 때 언어중추는 물론 PAG 부위가 활발히 움직였는데 노래를 부르지 못하는 수컷이나 암컷 금화조를 만났을 경우는 PAG 부위가 활성화되지 않는 것으로 나타났다. 특히 성인 수컷 금화조가 노래를 부르지 않고 있어도 새끼 금화조의 뇌에서는 PAG 부위가 활성화되는 것이 관찰됐다. 연구팀은 이 같은 현상은 뇌신경세포가 소리가 아닌 다른 사회적 신호에 반응하는 것을 의미한다고 해석했다. 실제로 수컷 성인 금화조가 노래를 부를 때 새끼 금화조의 PAG 회로를 차단하면 학습에 참여하지 않고 딴청을 피는 것이 관찰됐다. 반대로 PAG를 활성화시키면서 수컷 성인 금화조의 노래를 녹음해 틀어주면 진짜 새가 없어도 학습에 적극적으로 참여하고 따라하는 현상이 나타났다. 연구팀 관계자는 “도파민은 돈이나 사탕 같은 외부 보상에 의해 강화되고 발현되기도 하지만 제대로 된 교사를 만날 경우에도 보상중추가 활발히 작동해 학습에 대한 동기가 발현될 수 있다”며 “사람의 경우에도 학습에 참여하는 학생들과 교사들의 정서적 교감이 학습동기는 물론 학습능률도 높일 것”이라고 설명했다. 리차드 무니 미국 듀크대 교수는 “금화조는 유전자로 전달받는 특성들 이외에 한 세대에서 다음세대로 학습을 통해 전달받는 것은 노래하는 것으로 마치 사람이 말을 배우는 것과 똑같은 행동”이라며 “이번 연구결과는 올바른 교사를 만나는 것이 좋은 학습 결과를 가져올 수 있다는 사실을 그대로 보여준 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

사교육업체들을 중심으로 한 영어조기교육론자들은 외국어는 특정 시기가 지나면 언어 뇌가 굳기 때문에 영유아기 때부터 언어를 배워야 한다고 주장한다. 그렇지만 최근 뇌과학자들은 성인들도 현지인들처럼 외국어를 하기는 쉽지 않겠지만 외국어 배우는 것이 결코 어려운 일이 아니라는 결과를 내놓고 있다. 국내 연구진이 노래 부르는 새(명금) 연구를 통해 언어 학습의 원리를 밝혀냈다. 연구팀은 추가적인 연구를 통해 성인이 된 뒤에도 외국어를 완벽하게 학습할 수 있는 방법을 찾아낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 대구경북과학기술원(DGIST) 부설 한국뇌연구원 뇌신경망연구부 인지행동랩 고지마 사토시 박사가 명금류인 금화조(Zebra finch)를 분석해 아기 새가 ?를 배울 때 비브라토를 조절하는 방법을 체득하면서 실력을 높인다는 사실을 확인했다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘신경과학저널’ 10월호에 실렸다. 카나리아, 꾀꼬리 같이 명금류의 수컷 아기 새는 아빠 새의 노래소리를 듣고 따라하면서 정확히 노래하는 법을 배우고 관련된 뇌 영역을 발달시키는 것으로 알려져 있다. 과학자들은 명금류의 소리학습 메커니즘을 통해 인간의 언어와 외국어 학습 비밀을 풀어낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 사토시 박사는 금화조 노래를 분석해 어린 금화조가 노래를 배울 때 음성의 떨림, 흔히 바이브레이션이라고 잘못 알려진 비브라토를 상황에 따라 변화시키며 정확한 음정의 노래를 배워가는 사실을 알게 됐다. 아기 금화조는 비브라토의 시행착오와 연습을 통해 최적, 최상의 음정으로 노래를 부르는 방법을 찾아낸다는 것이다. 지금까지 명금류의 뇌에 노래를 배우는 핵심부위인 ‘X영역’이 있는 것으로 알려졌지만 정확한 위치를 찾아내지 못했다. 사토시 박사팀은 운동, 학습, 인식과 관련된 대뇌기저핵에 X영역이 포함돼 있으며 이 부위의 신경세포를 이용해 비브라토를 조절하는 등 노래학습을 한다는 사실도 확인했다. 연구팀은 사람도 영유아기 때 비브라토 같은 흔들림을 사용해 음성패턴을 발달시키고 외국어 구조와 발음을 습득하는 것으로 추정하고 있다. 사토시 박사는 “궁극적으로는 새의 노래학습을 통해 인간 언어습득의 비밀을 풀고 성인이 돼서도 외국어를 완벽하게 학습할 수 있는 기술을 발견하는 것이 목표”라며 “아기새가 성장하면서 발성학습 능력이 떨어지는 것을 막아주는 약물 개발에 대한 연구를 진행 중”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

술마시면 취해서 발음이 마구 꼬이는 사람처럼 새도 같은 현상을 겪을까? 이에대한 호기심을 충족시켜줄 재미있는 연구결과가 나왔다. 최근 미국 오리건 보건과학대학 연구팀은 새에게 알코올을 먹인 후 취한 상태에서의 새가 어떻게 노래를 부르는지 관찰한 논문을 발표했다. 이번에 연구대상에 오른 새는 금화조(Zebra Finches). 이 새는 수컷이 구애할 때 세레나레를 부를 정도로 사회성이 발달한 종으로 '노래 부르는 새'(SongBird)로 불릴만큼 '조류계의 가수'다. 연구팀은 알코올이 금화조에 미치는 영향을 알아보기 위해 주스와 에탄올을 섞어 적정치의 양을 먹게했다. 이후 금화조들의 노래를 분석한 결과 사람과 마찬가지로 발음이 불분명해지는 것으로 드러났다. 연구원 크리스토퍼 올슨은 "처음에는 에탄올을 섞은 주스를 금화조가 먹지 않을 것이라 생각했다" 면서 "보통 동물들은 알코올을 좋아하지 않는데 의외로 금화조는 이를 잘 먹었다"고 설명했다. 이후 '곤드레만드레'가 된 금화조의 노래는 '맨정신'일 때와 비교해 어떻게 달라졌을까? 올슨 연구원은 "소리가 약간 윙윙거리면서 발음이 꼬이는 현상이 발생했다" 면서 "술취하기 전 음절이 뚜렷했던 것과는 달리 소리가 가라앉으며 마구잡이로 부른다는 느낌을 받았다" 고 밝혔다. 이어 "알코올이 금화조의 뇌에 미치는 영향이 다른 어떤 동물보다 인간과 비슷한 것으로 보인다" 면서 "알코올 섭취가 과연 '신곡'을 만드는데 더 효과적일지 추가적인 연구를 할 것"이라고 덧붙였다. 이번 연구결과는 미국 공공과학도서관의 온라인 학술지인 ‘플로스원’(PLOS ONE) 최근호에 실렸다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

뻐꾸기 어미는 다른 새들의 둥지에 몰래 알을 낳는 것으로 유명하다. 문제는 뻐꾸기 새끼가 어떻게 해서 다른 알보다 먼저 껍질을 깨고 나와 경쟁자들을 둥지 밖으로 떨어뜨리고 자신을 제 새끼로 착각한 어미새로부터 먹이를 독차지하느냐였다. 오랫동안 사람들에게 수수께끼였던 ‘뻐꾸기 새끼가 경쟁자들보다 더 빨리 껍질 밖으로 나오는 비밀’을 영국 셰필드 대학 연구팀이 풀어냈다. BBC방송 보도에 따르면 뻐꾸기는 남의 둥지에 알을 낳기 전에 자기 몸속에 24시간 알을 품을 수 있는 ‘체내 부화’ 능력이 있다. 연구팀이 뻐꾸기 알을 어미 체온과 같은 40도 환경에서 24시간 부화시키자 이런 과정을 거친 태아는 다른 어떤 알보다 발육이 앞섰다. 이어 금화조 알을 뻐꾸기와 같은 인공환경에서 24시간 추가로 부화시키자 뻐꾸기 새끼와 똑같은 단계로 발육했다. 체내에선 성장속도가 빠르기 때문에 어미 몸속에서 24시간은 몸 밖에서의 31시간과 같다. 뻐꾸기 새끼는 다른 새끼들보다 하루에서 이틀 정도 더 유리한 출발선에 서게 되는 셈이다. 연구팀은 “뻐꾸기 알이 다른 새의 알과 똑같거나 더 늦게 알을 깨고 나온다면 위탁모 새끼들을 제치고 경쟁에서 살아남을 확률은 훨씬 줄어들 것”이라고 설명했다. 연구팀은 이런 발견을 영국왕립협회 생물학학술지에 발표했다. 강국진기자 betulo@seoul.co.kr