새는 눈으로 지구자기장을 실제로 볼 수 있다는 게 사실인가요?

Question

철새의 눈 속 단백질이 지구자기장을 시각적으로 감지할 수 있다는 연구가 있다고 들었는데, 자기장을 어떻게 시각 정보처럼 인식할 수 있는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요, 싱그러운햇살님. 이중철 전문가입니다.

먼저, 철새가 눈으로 자기장을 본다는 것은 과학적인 사실이 맞으며, 망막의 크립토크롬 단백질이 청색광을 흡수해 양자 수준의 화학반응을 일으키고, 이를 뇌가 시야 위에 겹쳐진 명암 패턴 형태의 시각 정보로 인식하기 때문이랍니다.

■ 크립토크롬 단백질과 청색광에 의한 라디칼 쌍 메커니즘

​철새의 망막에는 파란빛에 반응하는 크립토크롬4(Cry4)라는 특수한 광수용 단백질이 존재합니다. 철새가 청색광을 받으면 단백질 내부에서 전자가 이동하며 스핀이 얽힌 두 개의 라디칼 쌍이 형성되는데요. 이 라디칼 쌍은 아주 미약한 지구 자기장에도 민감하게 반응하여 전자 스핀의 상태를 변화시킵니다. 지구 자기장의 방향과 각도에 따라 단백질의 화학적 신호가 달라지면서, 자기장의 물리적 자극이 신경 세포의 전기 신호로 변환되거든요.

​■ 시각 중추와 연계된 나침반 형태의 명암 지각

​변환된 신호는 시신경을 거쳐 뇌의 야간 시각 처리 중추인 클러스터 엔으로 전달됩니다. 새는 자기장을 별도의 감각으로 느끼는 것이 아니라, 눈앞의 풍경 위에 덧입혀진 밝고 어두운 명암이나 옅은 빛의 패턴 형태로 지각하는데요. 고개를 돌릴 때마다 자기장선과 이루는 각도에 따라 시야 속 밝기가 달라지므로, 이를 나침반 삼아 수천 킬로미터의 이동 경로를 잃지 않고 정확히 날아갈 수 있습니다.

​

정리하자면,

철새는 눈 속 크립토크롬 단백질이 빛을 받아 일으키는 양자역학적 라디칼 반응을 통해 자기장을 감지하며, 이를 뇌의 시각 중추에서 풍경 위의 명암 패턴으로 재해석하여 실제 눈으로 보듯 비행 방향을 판단한답니다.

※ 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.😉

Answer 2

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

일부 철새가 지구 자기장을 감지하는 것은 사실이며, 눈의 크립토크롬 단백질이 빛을 받을 때 자기장 방향에 따라 화학반응이 달라지는 라디칼 쌍 기전이 유력합니다. 새가 이를 실제 무늬처럼 본다는 표현은 아직 가설에 가깝지만, 시각계와 연결된 자기감각이라는 근거는 있습니다.

Answer 3

결론부터 말씀드리면 사실입니다.

망막에 있는 크립토크롬 4(Cry4)라는 푸른빛 수용 단백질이 이 역할을 합니다.

망막으로 푸른 빛이 들어오면 Cry4 단백질 내부에서 전자 이동이 일어나고, 전자가 이동하면서 미세한 자기에 반응하는 '라디칼 쌍' 분자가 만들어집니다. 이 라디칼 쌍의 전자 스핀 상태는 지구자기장의 방향과 각도에 따라 달라지게 됩니다.

그리고 자기장의 변화가 단백질의 화학적 반응 속도를 바꾸어 신경 신호를 생성하는데, 이 신호가 시신경을 거쳐 뇌의 시각 처리 영역(Cluster N)으로 전달되는 것이죠.

다만, 새는 나침반 선을 보는 게 아니라, 시야에 밝고 어두운 명암 패턴이 겹쳐 보이는데, 고개를 돌릴 때 시야의 명암 위치가 달라지는 것을 통해 남북 방향을 구분하는 것입니다.

즉, 새는 눈으로 자기장 자체를 본다기 보다는 좀 더 정확히는 시야에 겹쳐진 빛과 그림자의 결로 인지하는 것입니다.