카멜레온 피부가 색을 바꾸는 과학적 원리는 무엇인가요?

Question

카멜레온은 주변 환경이나 기분에 따라 피부 색상을 순식간에 녹색, 갈색, 화려한 붉은색 등으로 자유자재로 바꾸는데요. 카멜레온 피부가 색을 바꾸는 과학적 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

카멜레온의 색 변화는 피부 속 구아닌 나노수정의 간격을 조절해 빛의 반사를 바꾸는 구조색 원리와 색소 세포의 물리적 이동이 결합하여 일어납니다. 과거에는 단순히 화학 색소의 이동으로만 알려졌으나, 피부 속 나노 구조를 이용한 물리학적 빛 반사 원리가 핵심임이 밝혀졌습니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.

카멜레온의 피부 진피층에는 홍채포라는 특수한 세포층이 존재하며, 세포 내부에는 미세한 구아닌 나노수정들이 격자 형태로 나란히 배열되어 있습니다. 카멜레온은 이 나노수정 사이의 간격을 미세하게 늘리거나 줄여 반사되는 빛의 파장을 바꿉니다. 피부 세포가 수축하여 나노수정 간격이 좁아집니다. 이 상태에서는 파장이 짧은 파란색 빛을 반사합니다. 이 파란색 빛이 상층의 황색소포를 통과하면서 눈에는 녹색으로 보이게 됩니다. 감정 변화나 자극으로 피부가 확장되면 나노수정 간격이 넓어집니다. 간격이 넓어지면 파장이 긴 노란색, 주황색, 빨간색 빛을 반사하게 되어 화려한 색상으로 빠르게 전환됩니다.

홍채포 아래층에는 어두운색을 띠는 흑색소포가 있습니다. 세포 내 멜라닌 색소 알갱이의 위치에 따라 색의 명암과 진하기가 달라집니다. 멜라닌 색소가 문어 다리처럼 뻗은 세포 가지를 따라 피부 표면 쪽으로 넓게 퍼지면 몸이 검은색이나 어두운 갈색으로 변합니다. 색소가 세포 중심으로 모여 축소되면 상층의 화려한 구조색과 노란색·적색 색소가 선명하게 겉으로 드러납니다.

Answer 2

안녕하세요. 정재경 전문가입니다.

카멜레온의 피부색이 변하는 원리는 단순히 색소를 섞는 것이 아니라, 피부 속에 들어 있는 나노 크리스탈(구아닌 결정)의 간격을 조절해 빛의 반사를 바꾸는 물리적 효과와 색소 세포의 복합적인 작용에 있습니다.

카멜레온의 피부 진피층에는 크게 두 가지 중요한 세포 층이 존재합니다. 가장 표면에 가까운 층에는 노란색이나 붉은색을 띠는 일반적인 색소 세포가 있고, 그 바로 아래층에는 반사 세포(홍채 세포, Iridophores)라는 특수한 세포층이 위치합니다. 이 반사 세포 안에는 매우 작은 나노 크기의 구아닌 결정체들이 격자 형태로 일정하게 배열되어 있습니다.

카멜레온이 편안한 상태일 때는 피부 아래 나노 결정들이 서로 아주 촘촘하게 붙어 있습니다. 결정 간격이 좁을 때는 파장이 짧은 푸른색 계열의 빛을 강하게 반사합니다. 이때 반사된 푸른빛이 피부 위층에 있는 노란색 색소 세포를 통과하면서 우리 눈에는 선명한 초록색으로 보이게 됩니다.

반대로 경쟁 상대를 만나거나 흥분했을 때, 혹은 체온을 조절해야 할 때 카멜레온은 신경계와 호르몬 반응을 통해 피부를 수축하거나 이완시킵니다. 피부가 이완되어 나노 결정들 사이의 간격이 넓어지면, 파장이 더 긴 노란색, 주황색, 빨간색 계열의 빛을 반사하게 됩니다. 여기에 가장 아래층에 있는 멜라닌 세포가 어두운 색소를 피부 표면 쪽으로 넓게 펼치거나 축소하면서 색의 밝기와 명암까지 정교하게 조절합니다.