학문
영악한딩고41
개미는 어떻게 서로 길을 잃지 않을까요?
개미들은 복잡한 길을 오가면서도 먹이가 있는 곳을 찾아가고 다시 집으로 돌아옵니다. 특별한 지도나 GPS가 없는 것처럼 보이는데요.
개미들은 어떤 방법으로 길을 찾고 서로 정보를 전달할까요?
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
개미는 GPS처럼 하나의 지도를 가지고 움직이는 것이 아니라 페로몬과 시각 후각 정보를 함께 이용합니다. 먹이를 발견한 개미가 돌아오면서 페로몬을 남기면 다른 개미들이 그 냄새를 따라가고, 많은 개미가 이용하는 길일수록 페로몬 흔적이 강해져 자연스럽게 효율적인 길이 선택됩니다. 또한 태양의 위치나 주변 지형을 기억해 방향을 잡기도 합니다. 즉 개미 한마리가 모든 길을 아는 것이 아니라, 각 개체의 단순한 행동이 모여 집단적으로 길을 찾아내는 것입니다.
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채택된 답변안녕하세요. 이조은 전문가입니다.
개미의 길 찾기는 생각보다 훨씬 놀랍습니다. “개미 한 마리가 지도를 들고 다닌다”가 아니라, 수많은 개미가 남긴 작은 단서들이 모여서 길이 만들어지는 방식에 가깝습니다. 개미는 수천만 년 전부터 자기 몸으로 네비게이션을 하고 있었던 셈이죠.
1. 가장 중요한 건 페로몬입니다
개미가 먹이를 발견하면 집으로 돌아가는 길에 페로몬이라는 화학물질을 바닥에 조금씩 남깁니다.
다른 개미가 그 냄새를 맡으면 먹이 발견해서 페로몬 길을 따라가고 먹이를 가져오고 돌아오면서 다시 페로몬을 남기는걸 반복합니다.
그래서 먹이가 많은 곳으로 이어지는 길에는 점점 페로몬이 진해집니다.
2. 그런데 왜 엉뚱한 길로 안 갈까요?
여기서 재미있는 일이 일어납니다.
개미가 갈림길을 만나면 페로몬이 더 강한 쪽을 선택할 가능성이 높아집니다.
처음에는 어느 쪽이 먹이로 가는 길인지 아무도 모릅니다. 그런데 우연히 한 개미가 위쪽 길을 통해 먹이를 발견했다고 해봅시다.
위쪽 길을 왕복하면서 페로몬을 남깁니다.
그러면 다른 개미들이 그 길을 조금 더 많이 이용하고, 그 개미들도 다시 페로몬을 남깁니다.
결국
페로몬 증가하면 개미도 증가하고 페로몬 더 증가해서 개미가 더 많이 증가하는 양의 피드백이 생깁니다.
그래서 가장 효율적인 길이 자연스럽게 '주 통행로'가 됩니다.
이 원리는 실제로 개미 군집 알고리즘(Ant Colony Optimization)이라는 컴퓨터 알고리즘에도 응용됐습니다. 복잡한 경로에서 최적의 길을 찾는 데 사용됩니다.
3. 페로몬만 사용하는 것도 아닙니다
개미들은 의외로 여러 가지 정보를 동시에 사용합니다.
1) 태양의 위치
일부 개미는 태양의 위치와 하늘의 편광 패턴을 이용해서 방향을 판단합니다.
구름이 조금 끼어도 하늘의 편광을 감지할 수 있는 종류가 있습니다.
2) 주변 지형
나무, 돌, 풀, 지면의 형태 같은 시각적 랜드마크도 기억합니다.
3) 이동 거리
특히 사막에 사는 일부 개미는 놀라운 능력을 갖고 있습니다.
자기가 얼마나 걸었는지를 이용해 “집에서 얼마나 떨어졌는지”를 추정합니다.
이를 흔히 보행 적분(path integration)이라고 합니다.
그래서 굉장히 복잡하게 돌아다녔더라도,
"내가 이 방향으로 이 정도 거리 왔으니까 이제 집은 이쪽이다."
라고 계산해서 돌아갈 수 있습니다.
4. 개미끼리 대화도 합니다
개미는 사람처럼 말을 하지는 않지만 화학물질, 촉각, 진동 등으로 정보를 전달합니다.
특히 다른 개미의 몸이나 더듬이를 서로 건드리면서 정보를 교환합니다.
먹이를 발견한 개미가 돌아와 다른 개미에게 신호를 보내면, 동료가 따라나서는 식입니다.
그리고 종에 따라서는 먹이의 종류나 위험 상황에 따라 서로 다른 화학 신호를 사용하기도 합니다.
그런데 진짜 신기한 부분
개미 한 마리만 떼어놓으면 엄청 똑똑한 동물처럼 보이지 않습니다.
그런데 수천~수만 마리가 모이면 굉장히 복잡한 행동을 합니다.
중앙에서
"얘들아, 오늘은 이 길로 가라."
라고 명령하는 사령관 개미가 있는 게 아닙니다.
각 개미가 아주 단순한 규칙 몇 가지를 따르는데, 그 결과 전체 군집에서는 놀라울 정도로 복잡한 질서가 나타납니다.
이걸 군집지능(swarm intelligence)이라고 합니다.
쉽게 말하면 개미 한 마리는 길을 아는 것이 아니라, 개미 사회 전체가 길을 찾아내는 겁니다.
그리고 이게 개미의 진짜 무서운 능력입니다. 개별적으로는 별것 아닌 행동이 수천 마리 모이면 하나의 거대한 의사결정 시스템이 됩니다.
개미는 시력이 나쁘지만, 페로몬과 생체 감각, 그리고 집단지성을 통해 길을 찾는 것입니다.
먹이를 찾은 개미는 집으로 돌아오는 길 바닥에 페로몬이라는 화학물질을 묻히는데, 한마리가 아닌 여러마리가 같은 먹이를 찾을 수도 있죠. 그럼 자주 오간 짧은 경로에 페로몬이 진하게 남아 동료들이 그 길로 몰리게 됩니다.
그리고 먹이가 떨어지면 페로몬이 공기 중으로 날아가 길이 자연스럽게 사라지게 됩니다.
그리고 개미는 생체 보행계로 자신이 걸은 걸음 수를 세어 돌아올 위치를 기억할 수 있고, 태양의 위치와 빛의 편광 패턴을 감지해 방위각을 잡는 것도 가능합니다.
게다가 주변 큰 사물의 윤곽을 기억해 집으로 돌아오는 보조 지표로 삼아 길을 정확히 인지하는 것입니다.
안녕하세요. 개미가 복잡한 길에서도 길을 잃지 않는 가장 중요한 방법은 후각과 화학물질을 이용하는 것인데요, 특히 많은 개미는 이동하면서 바닥에 페로몬이라는 화학물질을 남기고, 다른 개미들은 더듬이로 이 냄새를 감지해 먹이와 집을 오가는 길을 찾습니다.
예를 들어 한 마리의 개미가 먹이를 발견하면 집으로 돌아오는 과정에서 페로몬을 길에 남길 수 있는데요, 다른 개미들이 이 냄새를 따라 먹이가 있는 곳으로 이동하고, 먹이를 발견한 개미들이 같은 길을 반복해서 오가면서 페로몬이 더 많이 쌓입니다. 그러면 자연스럽게 먹이가 있는 곳까지 이어지는 냄새의 길이 점점 강해지며, 반대로 먹이가 사라져 개미들이 더 이상 그 길을 이용하지 않으면 페로몬은 시간이 지나면서 증발하거나 분해되어 흔적이 약해집니다. 이렇게 개미들은 필요에 따라 경로를 만들고 사용하지 않는 길을 자연스럽게 버릴 수 있습니다.
하지만 개미가 항상 페로몬만 이용하는 것은 아닌데요, 일부 개미는 태양의 위치나 편광된 빛을 이용해 방향을 판단하고, 주변의 돌이나 나뭇가지, 식물처럼 눈에 보이는 지형지물을 기억하기도 합니다. 특히 사막에 사는 개미처럼 주변에 눈에 띄는 지형지물이 거의 없는 종은 태양의 위치와 자신이 이동한 거리 등을 이용해 집으로 돌아가는 것으로 알려져 있습니다. 사람처럼 지도를 들고 다니지는 않지만, 여러 감각 정보를 조합해 자신의 위치와 방향을 추정하는 것입니다.
이때 개미에게는 사람처럼 언어가 있는 것은 아니지만, 페로몬뿐만 아니라 더듬이를 이용한 접촉, 몸의 움직임, 진동, 소리 등 여러 신호를 사용합니다. 특히 먹이의 위치를 알리는 데에는 페로몬을 이용한 화학적 의사소통이 매우 중요한데요, 개미 한 마리가 발견한 정보를 모든 개미에게 직접 설명하는 것이 아니라, 개체들이 남긴 화학적 흔적을 다른 개체들이 읽으면서 집단 전체가 정보를 공유하는 방식에 가깝습니다. 또한 개미들의 경우 집단 전체로는 매우 효율적인 길을 찾아낼 수 있는데요, 처음에는 여러 방향으로 개미들이 흩어져 탐색하지만, 먹이와 연결된 효율적인 경로를 이용하는 개미가 많아질수록 그 길에 페로몬이 더 많이 쌓입니다. 결과적으로 불필요하게 돌아가는 길보다 짧고 효율적인 경로가 강화되는 현상이 나타납니다. 이러한 집단적 문제 해결 방식은 생물학에서 집단지성 또는 군집행동의 대표적인 사례로 연구되고 있으며, 컴퓨터 과학에서는 개미의 행동을 모방한 개미 군집 최적화라는 알고리즘을 만드는 데에도 활용되었습니다. 따라서 개미가 길을 잃지 않는 비결은 GPS처럼 자신의 위치를 정확하게 알고 있기 때문이 아니라, 페로몬으로 남겨진 화학적 흔적, 태양과 빛, 주변 환경의 지형지물, 이동 거리와 방향에 대한 감각 등을 종합적으로 활용하기 때문이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.