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파리가 파리처럼 날 수 있는 이유

저자: Carl Wieland
번역자: 한국어창조과학회 (creation.or.kr)

쓰레기통 위를 윙윙거리며 날아다니고 있는 보잘 것 없는 파리, 하지만 파리는 항공기 설계자와 기술자들이 오랫동안 말하기를 망설여 왔던 현란하고도 일정한 고속 기동 비행성능을 가진 존재이다. 수컷 파리는 마음에 드는 암컷 파리가 약간이라도 비행 궤적을 변경한다면 불과 0.03초 내에 비행 자세를 수정하여 암컷을 따라 잡는다.

파리가 윙윙거리며 날아다닐 때 놀라운 비행 안정성을 가지는 데, 이것은 그림 1 에서처럼 두 개의 작은 곤봉 모양으로 생긴 균형기관, 혹은 평균곤(halteres)이라고도 불리는 기관과 밀접한 관련이 있다고 알려져 왔다. 어떤 곤충들은 네 개의 날개를 가지고 있지만, 소위 파리와 같은 것들은 두 개의 날개를 가진다. (그래서 그들의 분류상 이름이 쌍시목(Diptera, 파리목)이다). 진화론자들은 오늘날의 두 개의 날개를 가지는 파리들은 네 개의 날개를 가지는 파리로부터 진화되었다고 주장하는데, 이것은 뒷날개 두 개가 퇴화되었거나, 비행성능이 감소되어 평균곤이 되었다고 생각하기 때문이다.

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그림1. 파리몸통에있는평균곤(halteres)이라고도불리는곤봉모양(club-shaped)의균형기관(balancing organs). 화살표는그경로를보여주고있다.

하지만 이러한 평균곤이 믿을 수 없을 만큼 정교하고 효과적으로 설계된 기관이 아니라는 것을 증거하는 어떠한 과학적 근거도 없다. 평균곤은 오랫동안 비행 안정판(flight stabilizers) 역할을 한다고 알려져 왔다. 이것은 마치 항공기의 자이로스코프(gyroscopes)처럼, 항공기 기수가 앞뒤나 좌우 또는 날개 방향으로 지나치게 기울어지는 것을 막아주는 역할을 하고있다. 그러나 그러한 안정화 기능은 파리가 진행방향으로 똑바로 날아가는 것을 유지시켜줄 뿐이다. 파리처럼 그렇게 빠르게 경로를 바꾸기 위해서는 이 자이로스코프 기능을 역으로 차단할 수 있어야 한다. 그것은 어떻게 이루어지고 있을까?

버클리 대학의 마이클 디킨슨(Michael Dickinson) 박사 연구팀은 파리들이 시각적 자극(visual stimuli)에 반응하여(마치 파리채가 위에서 떨어지면 파리가 순식간에 움직이듯이) 복잡한 비행 기동을 한다는 사실을 오래 전부터 알아 왔다. 파리를 아주 작은 기구(corsets)들에 연결한 다음 파리의 시각과 뇌의 관계를 실험해 본 결과, 시각적 영상이 변함에 따라 자동적으로 파리 날개의 움직임이 변화한다는 사실을 알게 되었다. 그렇지만 날개의 움직임을 제어하는 근육과 이를 연결해 주는 뇌 사이를 이어주는 신경섬유(nerve fibres)의 증거를 수년동안 아무도 발견하지 못하고 있었고, 이것은 하나의 불가사의로 남아있었다.

하지만 디킨슨 박사팀은 평균곤을 조절하고 있는 매우 정교한 근육조직에 대해서 매우 자세히 기술해놓았던 예전 문헌들을 재검토해 봄으로써, 이 불가사의를 해독하게 되었다. 그의 팀은 더 다양한 실험을 수행한 결과, 비행중의 시각 신호는 날개 근육에 영향을 주지 않았으나, 평균곤을 조절하는 근육에 현저하게 영향을 준다는 사실을 발견하게 되었다. 이것은 시각 정보가 파리의 뇌와 눈을 통해서 날개로 전달되는 것이 아니라, 평균곤으로 전달된다는 것이었다.

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그림2. 평균곤조절근육및신경구조.

연구팀은 자극된 평균곤이 날갯짓(wing-beat)에 영향을 준다는 것을 증명하였다. 이러한 연구 결과를 토대로, 디킨슨 박사는 평균곤이 예전에 알고있던 것보다 훨씬 더 정교한 기능을 수행한다는 점을 제안하였다. 전통적인 견해는 파리가 도약을 시작할 때, 두드려지는 평균곤은 (코리올리 효과(Coriolis effect)에 의해서) 편향되고, 이것은 그들의 기저부에 있다고 알려진 일부 긴 신경세포들을 자극하는 것으로 생각해오고 있었다. 이제 이것은 주비행 날개를 조절하는 근육에 적절한 신호를 보내고 있다는 사실을 알게 된 것이다.

그림 2에서처럼 이제 평균곤은 훨씬 더 복잡한 구조라는 것이 밝혀지고 있다. 평균곤은 직접적인 기동을 필요로 할 때, 그들의 조절된 신호를 보내줄 뿐만 아니라, 파리채가 접근하는 것과 같은 시각적 자극이 눈-뇌 시스템으로부터 평균곤으로 정보가 전달되도록 하는 원인이 된다. 이것은 마치 주날개에 대해 신호를 중계하는 중계탑과 같은 기능을 한다.

이것은 전기적 자극의 불필요한 우회와는 거리가 먼, 상당히 일리가 있는 제어시스템이라고 디킨슨(Dickinson)은 말한다. 평균곤들은 같은 방향으로 파리의 비행을 유지시키는 경향이 있다. 그러나 갑자기 방향을 틀고자 할 때, 평균곤은 비행 근육과 같이 반응한다. 따라서 갑작스런 시각 정보에 의해 기동비행을 하여야할 때, 파리의 자이로스코프는 작동을 멈추는 것이 아니고, 날개의 주 근육에 정보가 전달되기 전 아주 짧은 시간에 평균곤들이 아주 적절히 조정되는 것이다. 그는 말한다.

”공학적인 관점에서 볼 때, 이것은 대단히 효과적이고 현명한 장치이다. 이렇게 함으로써 안정판을 꺼야 할 필요가 없고, 순간순간 마다 필요한 신경 계통을 미세하게 조정할 수 있다.”

또한 코넬 대학의 콜 길버트 박사의 연구에 의하면, 파리의 머리와 몸통의 상대적인 위치(relative position)에 따라 날개와 평균곤에 정보가 전달되고 있음이 밝혀졌다. 이러한 모든 사실들은 신경 계통이 파리 내부의 뇌뿐만 아니라 외부에도 있다는 사실을 의미하며, 이러한 시스템에 의하여 현대의 비행술을 뛰어넘는 복잡하고 정교한 비행을 파리가 할 수 있도록 해준다는 것이다. 디킨슨 박사는 파리가 어떻게 비행하는 가에 대한 나머지 수수께끼들을 언급하며, 어떠한 공상과학 영화보다 더 신기하고 놀라운 존재가 바로 이 파리라고 설명하였다.

요약및결론

  1. 파리가 어떤 조상으로부터 진화했다는 증거가 없다.

  2. 파리의 평균곤(halteres)이 한때 진정한 비행을 하던 뒷날개가 퇴화되어 남아있는 흔적기관이라는 주장을 입증할만한 아무런 증거가 없다.

  3. 실험 결과들을 보면 파리의 평균곤은 그것을 연구하는 사람들을 충분히 놀라게 할 만큼 대단히 복잡하고 정교한 비행 시스템이다.

  4. 이 증거는 (화석 증거와 마찬가지로) 파리는 파리로 창조되었다는 사실을 뒷받침하며, 파리는 우리들을 놀라게 하는 고도의 비행을 할 수 있는 매우 복잡하고 정교한 부품들을 가지고 있다는 것이다.

참고 문헌및 메모

  • Pennisi, E., 1998. Flying by the seat of their halteres. Science, 280(5361):201–202.
  • Chan, W.P., Prete, F., Dickinson, M.H., Visual input to the efferent control system of a fly’s ‘gyroscope’, Science, 280(5361):289–292, 1998.
  • Dayton, L., Can’t hurt a fly? Now science knows why, Sydney Morning Herald, 14 April 1998.
  • Highfield, R., A magnificent flying machine, The Daily Telegraph, 22 April 1998, p.16.
  • Anon., Fossil flies, Discover, 19(8):33, 1998.