곤충의 단안(單眼)과 복안(複眼)은 어떤 구조인가?

SCIENCE WAVE

 

 

벌, 파리, 잠자리, 개미, 딱정벌레 등 많은 종류의 곤충은 다수의 낱눈(단안)이 모인 커다란 복눈(복안, 겹눈)을 가지고 있다. 스마트폰의 영상이 수천만 개의 점(픽셀)으로 형성되듯이, 곤충의 복안은 낱눈 하나하나의 점이 모여 상을 만든다.

 

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동물은 3가지 종류의 시각(視覺)으로 세상을 본다.

1) 조개와 같은 하등동물의 시각기관은 빛의 존재만 느낀다.

2) 곤충을 포함한 대부분의 갑각류는 여러 개의 단안이 모인 복안으로 주변을 본다.

3) 척추동물은 카메라 구조처럼 생긴 1개의 렌즈로 이루어진 1쌍의 눈으로 선명한 상을 입체로 본다.

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위의 3가지 시각기관 중에서 가장 많은 것은 2번째인 복안이다. 그 이유는 곤충(절지동물)의 수가 절대적으로 다수이기 때문이다. 곤충은 종류마다 복안을 구성하는 단안의 수가 다르다. 어떤 종류의 개미는 단 몇 개의 단안으로 복눈을 만들고 있고, 잠자리는 수만 개의 낱눈이 모여 하나의 복안을 이룬다. 그들은 단안의 수가 많을수록 망막에 형성되는 점(스마트폰 영상의 픽셀과 같음)이 많으므로 자세한 상을 보게 된다.

 

 

 

파리의 복안을 스캐닝 전자현미경으로 본 모습이다. 좌우 2개의 복안은 수천 개의 낱눈이 결합된 것이다. 곤충의 복안은 척추동물의 눈에 비해 점상(픽셀)의 수가 많지 않으므로 선명한 상은 형성되지 않는다. 그러나 그들은 넓은 범위를 살피며, 눈앞에서 움직이는 물체(먹이 또는 천적)를 민감하게 탐지한다.

 

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잠자리의 복눈을 구성하는 낱눈에는 각각 1개의 렌즈가 있고, 망막세포(retina cells)의 신경이 이를 감지하여 뇌로 보낸다. 잠자리의 단안 1개의 렌즈 면적은 0.001mm2이고, 인간의 눈 렌즈의 면적은 약 40mm2이다.

 

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벌은 1쌍의 커다란 복안과 3개의 홑눈(ocelli)을 가졌다. 복안 하나는 약 5,000개의 단안으로 구성되어 있으며, 자외선과 청색, 녹색 3가지 파장의 빛을 민감하게 감각하여 꽃과 꽃가루를 확인하는 역할을 한다. 3각형을 이룬 3개의 홑눈은 햇빛의 강도와 방향을 탐지하여 네비게이션을 돕는다. 인간의 눈은 1초에 약 60회 감각하고, 벌은 1초에 300회 이상 감각하는 것으로 알려져 있다.

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곤충의 각 단안은 1개의 렌즈를 가졌고, 각 단안으로 들어온 빛은 제각각 시각세포(retina cell)를 자극하므로 편광(偏光)을 보게 된다. 이런 복안은 움직이는 물체를 빠르게 감각한다. 인간의 눈은 동체(動體)를 감각하는데 0.05초가 걸리고, 꿀벌은 0.01초만에 판단한다.

 

 

 

대부분의 절지동물(節肢動物 마디발동물)은 복안을 가졌다. 그러나 거미의 눈은 단안이다. 절지동물이란 곤충, 거미, 전갈, 지네, 새우, 게, 가재처럼 몸과 다리가 마디로 이루어진 동물을 말한다. 절지동물문으로 분류되는 현존 동물은 80%가 절지동물에 포함된다.

 

 

거미의 눈은 단안

곤충들은 다수의 낱눈이 하나의 커다란 복안을 만들고 있지만, 거미의 눈은 척추동물의 눈처럼 하나의 렌즈로 망막에 초점을 형성한다. 특히 깡충거미의 앞눈 1쌍은 다른 거미류보다 훨씬 뛰어난 시각(분해능)을 가졌다.

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지구상에는 6,000여종의 거미(거미과)가 살고, 그들 중에 600여 종이 깡충거미(jumping spider)이다. 종류도 많고 생김새와 사는 방법이 특이한 깡충거미는 점프를 잘하기 때문에 이런 이름을 갖게 되었다. 그들은 먹이를 발견하면 조용히 접근하여 4~5㎝ 떨어진 곳에서 한순간 점프하여 먹이를 잡는다.

 

 

 

깡충거미는 3~8㎜ 크기이며, 가장 작은 종류는 참깨 씨 크기만큼 작다. 그런데도 그들은 순간에 자기 키보다 5배나 되는 거리를 점프하여 급습한다. 사람이 그들처럼 먼 공간을 건너뛸 수 있다면 그야말로 스파이더맨이 될 것이다. 깡충거미는 뛸 때 뒤쪽의 네 다리를 강력하게 뻗는 동시에 강인한 거미줄도 뿜어낸다. 힘이 모자라 건너지 못하고 공중에서 떨어지더라도 튼튼한 거미줄 로프가 지탱해 주는 것이다. 가느다란 거미 다리의 근육이 순간적으로 강력한 힘을 내는 방법은 과학자들이 아직 모르는 그들의 기술이기도 하다.

 

 

 

깡충거미는 전면에 커다란 1쌍의 앞눈(principal eyes)과 측면에 3쌍의 옆눈(secondary eyes)이 있다. 앞눈은 훌륭한 시력으로 색까지 구분하고, 좌우 6개의 옆눈은 흑백상을 보면서 뒷면까지 360°를 살필 수 있게 한다.

 

 

만일 잠자리가 사람 크기라면, 그들의 눈은 직경이 1m 정도 될 것이라 한다. 곤충의 단안과 복안을 관찰하려면 고배율의 현미경이 필요하다. 오늘날 과학자들은 특별히 만든 광학장비를 이용하여 곤충의 눈과 뇌와 신경을 비디오로 직접 보면서 연구한다.

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스마트폰의 카메라는 매우 작지만 동영상까지 촬영한다. 과학자들은 스마트폰에 이용되는 기술을 활용하여 낱눈 하나, 시신경 한 가닥, 1mm 크기에 불과한 곤충의 뇌까지 비디오카메라로 기록하면서 관찰하고 있다. - YS

 

 

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