학문
성실의독수리형제단
궁금해서 그런데 왜 동물들의 다리나 날개는 모두 짝수로 존재하는 것일까요?
판타지 영화나 애니메이션을 보면 꼭 등장하는 것이 기형적인 다리와 날개인 것 같아요. 눈도 외눈박이를 공포의 대상으로 그리고 있는 것을 볼 수 있고요. 자연에서 제가 아는 모든 동물은 다리와 날개가 짝수로 존재하는데 그 이유는 무엇일까요? 의자 다리만 보아도 네 개인 경우 길이가 맞지 않으면 덜컹거리지만 세 개의 다리는 어찌되었든 서게 되는 걸 보면 홀 수로 다리가 존재할만도 할 것 같은데 자연은 그렇지 않네요. 그 이유에 대한 합리적인? 이론이나 추측이 있다면 알고 싶어요.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
많은 동물의 다리,날개가 짝수인 이유는 좌우대칭형 몸 구조에서 부속지가 좌우 한 쌍씩 발달하도록 진화했기 때문입니다. 다만 자연에도 불가사리처럼 방사대칭이거나 비대칭인 동물이 있어 항상 짝수인 것은 아닙니다.
안녕하세요. 실제로 자연에서 동물의 다리나 날개가 짝수인 경우가 압도적으로 많은 것은 우연이라기보다 동물의 몸이 형성되는 기본적인 발생 방식과 진화 과정이 크게 관련되어 있습니다. 다만 모든 동물이 반드시 짝수의 다리와 날개를 가진다는 것은 아닌데요, 뱀처럼 다리가 없는 동물도 있고, 일부 무척추동물은 매우 다양한 부속지를 가지므로 정확히는 좌우 대칭을 이루는 동물에서 짝수 개의 부속지가 나타나는 경우가 매우 많다고 보는 것이 좋습니다.
가장 중요한 이유는 동물의 몸이 기본적으로 좌우대칭을 이루도록 진화했기 때문입니다. 인간을 비롯해 곤충, 거미, 물고기, 새, 포유류 등 대부분의 복잡한 동물은 몸을 세로로 나누면 왼쪽과 오른쪽이 서로 대응하는 형태를 가지고 있습니다. 이때 다리나 날개도 몸의 왼쪽과 오른쪽에 하나씩 생기는 것이 기본적인 구조가 됩니다. 따라서 다리가 두 개, 네 개, 여섯 개, 여덟 개처럼 짝수로 나타나는 것입니다.
또한 이것은 단순히 균형을 잡기 위해 짝수여야 한다는 이유만으로 설명되지는 않습니다. 오히려 발생 과정 자체가 좌우를 기준으로 조직되어 있기 때문입니다. 배아가 만들어질 때 몸의 앞뒤, 등배, 좌우라는 세 방향의 축이 정해지고, 다리나 날개와 같은 구조는 이 몸의 축을 따라 좌우에 대응되도록 만들어집니다. 한쪽에만 새로운 다리가 생기는 것보다 양쪽에 대응하는 구조가 만들어지는 것이 발생 과정상 훨씬 일반적입니다. 그렇다면 왜 가운데에 다리 하나를 추가해서 세 다리 동물이 진화하지 않았을까에 대해 의문이 생길 수 있습니다. 사실 진화에는 그런 가능성을 원천적으로 막는 법칙은 없습니다. 다만 기존 동물의 몸 구조가 이미 좌우대칭을 기반으로 형성되어 있기 때문에, 진화 과정에서 새로운 다리를 하나 추가하려면 기존의 발생 프로그램을 크게 변화시켜야 합니다. 그 변화가 생존과 번식에 특별한 이점을 제공하지 않는다면 자연선택을 통해 널리 퍼지기 어렵습니다.
날개도 비슷한데요, 곤충의 날개는 일반적으로 좌우 한 쌍씩 발생하고, 새와 박쥐 역시 앞다리가 변형되어 좌우 한 쌍의 날개가 됩니다. 한쪽 날개만 존재한다면 비행할 때 균형을 잡기 매우 어렵기 때문에, 좌우 대칭 구조가 비행이라는 기능에도 특히 유리합니다. 감사합니다.
안녕하세요, 성실의독수리형제단님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 동물의 다리와 날개가 짝수로 존재하는 이유는 대부분의 이동성 동물이 좌우대칭동물로 진화하며 적은 유전 정보로 신체를 효율적으로 형성했고, 한 방향으로 나아갈 때 좌우 추진력의 균형과 에너지 효율을 극대화하기 위해서입니다.
■ 발생학적 유전 암호의 대칭성과 좌우대칭동물의 진화
인간과 조류, 곤충 등 능동적으로 움직이는 대다수 동물은 생물학적으로 좌우대칭동물군에 속합니다. 수정란이 배아로 발달할 때 몸의 중심축을 기준으로 좌우 기관이 거울처럼 대칭 구조로 형성되는데요. 왼쪽과 오른쪽에 각기 다른 비대칭 팔다리를 만들려면 유전 정보가 훨씬 방대해지고 발달 과정의 오류 위험도 커지지만, 동일한 유전 암호를 좌우에 대칭으로 발현시키는 방식은 적은 유전적 비용으로 신체를 안전하게 완성하는 가장 경제적인 진화 전략이랍니다.
■ 동적 이동성과 직진 추진력의 역학적 최적화
의자처럼 멈춰 서 있는 물체는 세 다리가 정적 안정성을 주지만, 동물에게 핵심은 이동성입니다. 한 방향으로 똑바로 달리거나 날아가기 위해서는 신체 양쪽에서 지면을 밀거나 공기를 가르는 힘이 대칭을 이루어야 하는데요. 만약에 다리나 날개가 홀수라면 추진력이 불균형해져 몸이 한쪽으로 회전하며 직진하기 어렵고 불필요한 에너지가 많이 낭비되게 됩니다. 또한 걸을 때 좌우 다리가 번갈아 체중을 지탱하고 앞으로 밀어주어야 관성과 무게중심을 가장 적은 힘으로 다룰 수 있거든요.
정리하자면,
동물의 다리와 날개가 짝수인 이유는 배아 발생 단계에서 좌우대칭으로 기관을 복제하는 유전학적 경제성 때문이며, 멈춰 있는 안정성보다 앞으로 나아갈 때 좌우 추진력과 동적 균형을 유지하여 에너지 소모를 최소화하도록 진화한 운동역학적 적응의 결과인 것이랍니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
동물의 다리나 날개가 짝수인 결정적 이유는 좌우대칭 진화와 이동 시 힘의 균형 때문입니다.
먼저 유전적으로 대다수 동물의 조상은 약 5억 5천만 년 전 출현한 좌우대칭동물로, 몸을 좌우 쌍으로 만드는 유전자인 Hox 유전자를 기본 틀로 가집니다.
그리고 공기나 땅을 헤치고 앞으로 나아갈 때, 좌우에 가해지는 힘이 균등해야 한쪽으로 쏠리지 않고 직진할 수 있습니다.
물론 의자처럼 멈춰 있을 때는 3개의 다리도 안정적일 수 있지만, 움직이는 생물은 좌우 대칭 형태일 때 에너지를 가장 적게 쓰며 균형을 잡을 수 있죠.
그리고 다리가 6개인 곤충은 걸을 때 한쪽 2개, 반대쪽 1개씩 교대로 땅을 짚어 3개의 다리가 만드는 정적 안정성을 계속 교대로 만들어내죠.
또한 날개는 양쪽 양력이 같아야 날 수 있고, 눈은 2개여야 시차를 통해 정확한 거리감을 계산할 수 있습니다.
이렇다보니 인간의 뇌는 좌우대칭을 정상으로 인식하는 경향이 있는데, 비대칭이나 외눈박이 등 홀수 기형은 본능적으로 공포를 느끼거나 기이함을 느끼게 되는 것입니다.