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내일도손꼽히는호두과자
철새들은 지구의 자기장을 어떻게 이용하나요?
철새가 수천 킬로미터를 이동할 때 지형이나 해안선을 참고하는 것 외에도 지구 자기장을 이용한다고 하는데, 자기장의 방향을 생물이 실제 감각처럼 느낄 수 있다는 게 어떤 원리인지 궁금합니다.
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
철새는 눈의 크립토크롬 단백질에서 자기장에 따라 달라지는 화학반응을 이용해서
지구 자기장의 방향을 감지하는것으로 알려져 있습니다.
이를 일종의 생체 나침반으로 활용해서 태양 및 별, 지형정보와 함께 장거리 이동 방향을 결정합니다.
감사합니다.
안녕하세요. 철새는 실제로 지구 자기장을 일종의 나침반처럼 이용할 수 있는 것으로 알려져 있으나, 이는 사람이 나침반 바늘이 돌아가는 것을 보는 것과는 완전히 다릅니다. 새의 감각기관과 신경계가 아주 약한 자기장 정보를 받아서 어느 방향으로 가야 하는가라는 감각 정보로 변환하는 것입니다. 이들은 눈의 망막에 크립토크롬이라는 단백질을 가지고 있는데요, 일부 철새에서는 특히 CRY4라는 크립토크롬이 자기장 감지와 관련 있을 가능성이 연구되고 있습니다. 원리는 빛이 새의 눈에 들어오면 크립토크롬에서 전자가 이동하면서 라디칼 쌍이라는 특수한 분자 상태가 만들어질 수 있는데, 이때 전자들의 스핀 상태가 주변의 자기장에 영향을 받으면서 화학반응의 진행 방식이 미세하게 달라질 수 있습니다. 이때 새가 자기장을 단순히 북쪽이 어디라고 느끼는 것만은 아닐 가능성이 있다는 것입니다. 철새는 지구 자기장의 방향과 기울기나 세기 같은 정보를 이용할 수 있는 것으로 보입니다. 특히 자기장 선이 지표면에 대해 어느 정도 각도로 들어오는지를 감지하는 경사각 나침반이 중요한 것으로 생각됩니다.예를 들어 북반구에서 북쪽으로 갈수록 자기력선이 지표면을 향해 더 가파르게 들어오는데요, 새가 이런 자기장 기울기의 변화를 감지하면 내가 북쪽으로 가고 있는지 남쪽으로 가고 있는지를 판단하는 데 도움을 받을 수 있습니다. 감사합니다.
철새는 눈의 망막에 존재하는 크립토크롬 단백질이 빛을 받을 때 형성되는 라디칼 쌍의 화학 반응과 부리와 내이 속에 위치한 미세한 미소 자석 형태의 자철석 결정이 자극을 받으면서 발생하는 신호를 종합하여 지구 자기장을 눈에 보이는 시각적 밝기 차이나 체감되는 촉각 신호 형태로 인지합니다. 크립토크롬 단백질은 청색광을 흡수하면서 지구 자기장의 기울기와 방향에 따라 화학적 반응 속도를 달리하여 마치 시야 위에 특정한 명암 패턴이나 나침반 그래픽이 겹쳐 보이는 듯한 시각적 정보를 뇌로 전달합니다. 이와 동시에 부리 부위의 신경계와 연결된 자철석 성분은 자기장의 세기 변화에 맞춰 미세하게 당겨지거나 압박을 받으면서 자극을 일으켜 철새가 자신의 정확한 위도와 경도 좌표를 감각적으로 파악할 수 있게 돕습니다. 결과적으로 철새는 이러한 양자 화학적 시각 반응과 물리적 기계 수용기 반응을 통합 처리하여 별도의 외부 지형 지물 없이도 복잡한 자기장 지도를 직관적으로 판독하며 정확한 목적지로 이동합니다.
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
철새는 지구 자기장을 감지하는 자기수용 능력을 가지고 있습니다. 주로 눈의 망막에 있는 크립토크룸이라는 단백질 자기장 변화에 반응해 방향 정보를 얻는 것으로 알려져 있으며, 부리에 있는 자철석 입자가 나침반처럼 작용한다는 연구도 있습니다 .새는 자기장을 단순히 느끼는 것이 아니라 밝기나 방향의 변화처럼 뇌에서 정보로 해석해 이동 방향을 판단합니다 .다만 정확한 작동방식은 아직 연구가 진행중입니다.
철새는 자기장을 눈으로도 볼 수 있고, 부리와 내이의 자석철로 감지하기도 합니다.
철새의 눈 망막에는 크립토크롬4(Cry4)라는 광수용 단백질이 있는데, 눈에 푸른빛이 들어오면 Cry4 단백질 내부에서 전자 이동하며 '라디칼 쌍'을 형성합니다.
그리고 이 라디칼 쌍의 전자 스핀 상태가 지구 자기장의 방향에 반응하여 변하는데, 이 신호가 시각 신경으로 전달되어 새의 시야에 밝고 어두운 나침반 음영이 겹쳐 보이게 됩니다.
또한 부리와 내이의 미세 자철석 나노 입자가 자기장의 세기와 기울기에 반응해 물리적으로 움직이게 됩니다.
그럼 자철석의 미세한 자극이 신경을 타고 뇌로 전달되어 현재 위치와 위도를 감지하게 되는 것입니다.
즉, 철새는 눈으로 방향을 보고, 부리와 귀로 현재 위치를 확인하며 수천 킬로미터를 정확히 이동하는 것입니다.