글로벌 세계 대백과사전/생물I·동물·인체/동물의 행동과 번식/본능과 지능/행동과 감각

시각

유글레나는 편모의 기부에 '안점'이라고 하는 세포 기관이 있는데, 이것으로 명암을 느껴서 빛의 방향으로 이동한다. 또한, 해파리는 우산 모양의 갓 가장자리에 감각 세포가 모여 있는데, 이것도 역시 안점이라고 한다. 한편, 지렁이는 피부에 빛을 감각하는 시세포가 있어서 명암을 느낀다. 이들 안점이나 시세포는 모두 빛의 강약만을 구별하는 것에 불과하다.

플라나리아는 머리에 2개의 눈이 있는데, 술잔 모양의 색소 세포층 중앙에 시세포가 모여 있어서, '배상안'이라고 한다. 이 시세포는 명암 외에 빛의 방향까지도 알 수 있으나, 물체의 형태나 색깔은 구별하지 못한다.

연체동물 중 달팽이·전복·앵무조개 등은 배상안이 분화된 '공안'을 가지고 있다. 공안은 수정체가 없고 조그만 구멍이 있는 카메라와 같은 구조이기 때문에 시세포층에 상이 거꾸로 맺히나, 들어오는 빛의 양이 적어서 상은 매우 어둡다. 한편 연체동물 중 두족류인 오징어·낙지·문어 등의 눈은 카메라눈으로서, 척추동물의 눈과 같이 사진기의 얼개로 되어 있다. 그리하여, 수정체로 빛을 굴절시켜 물체의 상을 맺으며, 물체의 모양·색깔·빛의 방향 등을 구별할 수 있다.

절지동물에서 볼 수 있는 홑눈은 간단한 구조이나, 수정체가 있는 눈으로 빛의 명암뿐만 아니라 방향도 구별할 수 있다. 거미·지네 등은 홑눈만 가지고 있고, 새우·게 등의 갑각류는 낱눈이 여러 개 모여서 된 겹눈을 1쌍 가지고 있다. 특히, 곤충은 3개의 홑눈과 1개의 겹눈을 가지고 있는데, 겹눈은 물체의 형태를 구별하고 물체의 움직임을 민감하게 느낀다. 상은 정립상이다.

척추동물의 눈은 두족류의 눈과 같은 카메라눈으로 흔히 사진기의 구조와 비교된다. 빛의 양을 조절하는 홍채는 사진기의 조리개와 같은 구실을 하며, 빛의 굴절을 조절하는 수정체는 사진기의 렌즈, 상이 맺히는 망막은 사진기의 필름에 해당된다. 수정체를 통해 들어온 빛은 망막 위에 도립상을 맺는다. 망막은 크게 수용기층·쌍극 세포층·시신경절 세포층의 3층으로 분류할 수 있다. 수용기층에는 빛 자극에 대해 흥분하는 2가지 세포, 즉 막대 모양의 간상 세포와 원뿔 모양의 원추 세포가 있다.

간상 세포는 주로 어두운 곳에서 빛이 약할 때 작용하며, 원추 세포는 주로 밝은 곳에서 강한 빛을 받아들이고, 물체의 형태 외에 색깔을 구별한다. 간상 세포는 박쥐, 올빼미 등의 야행성 동물에서 발달되어 있으며, 원추 세포는 주행성 동물에서 발달되어 있다.

한편, 망막의 제2층인 쌍극 세포층의 작용은 분명하지 않아 연구가 진행되고 있다. 수용기를 통해 들어온 정보는 제3층인 시신경절 세포에서 전기적인 자극으로 바뀌면서 중추에 전해져 물체의 색깔, 형태 및 움직임 등을 구별할 수 있게 된다.

색을 구별하는 꿀벌

꿀벌을 책상 위의 인공적인 먹이장으로 모이도록 하는 훈련을 여러 번 반복한 다음, 먼저 청색 색종이 위에 설탕물이 든 작은 접시를 올혀 놓는다. 두세 시간 후에는 설탕물을 치우고, 똑같은 모양과 크기의 적색 색종이를 옆에 놓아 두어도 꿀벌은 청색 색종이에만 모여든다. 또 똑같은 크기와 모양의 9가지 색종이를 섞어 놓아도 청색 색종이에만 모여든다.

흰색에서 검은색에 이르는 밝기가 다른 여러 개의 회색 종이를 준비하고, 청색 색종이 하나를 섞어 놓은 후, 설탕물을 청색 종이 위의 접시에만 놓는다. 이와 같이 하여 앞의 실험을 반복하면서 꿀벌을 훈련시킨 후, 청색 종이의 위치를 바꾸고 설탕물을 치워도 꿀벌은 여전히 청색 종이에만 모인다. 이러한 실험으로, 꿀벌은 색 감각을 지니고 있음을 알 수 있다.

이와 같이 곤충을 학습시켜 색의 구별 능력을 조사하는 일은 폰 프리쉬가 처음으로 시도하여 밝혀냈다.

폰 프리쉬는 이와 같은 방법의 실험을 계속한 결과, 꿀벌도 적색과 회색을 구별하지 못하는 적색 색맹임을 알게 되었다. 또 퀸 등은 스펙트럼을 이용하여 실험한 결과 꿀벌은 적색과 회색, 주황색과 황색 또는 녹색을 구별하지 못하는데 비해 황색에서부터 녹색까지는 청색과 구별할 수 있음을 알게 되었다.

구애 행동에서 볼 수 있는 시각의 역할

求愛行動－視覺－役割

시각이 잘 발달된 절지동물 등에서는 결혼할 상대를 시각에 의지하여 확인한다. 즉, 교미를 하기 전에 수컷이 암컷에게 적극적으로 구애 행동을 하면, 암컷은 이 구애 행동을 보고 동종의 수컷인가 아닌가를 구별한다.

이러한 예는 농게에서도 볼 수 있다. 농게의 수컷은 비교적 평탄한 모래사장에 구멍을 파서 살고 있는데, 큰 쪽의 집게발은 암컷에 대한 구애 행동의 도구로도 쓰인다. 즉, 집게발을 흔들어 암컷에게 구애를 하는데, 이 집게발을 몸 뒤로 높이 척들어 원을 그리며 천천히 움직이는 것도 있고, 또 집게발을 옆에서 위로 쳐들었다가 재빨리 내려놓으면서 마치 손짓을 하는 것 같은 행동을 하는 것도 있다. 암컷은 이러한 수컷의 행동을 보고 동종의 수컷을 정확하게 선택할 수 있다. 이와 같이 구애 행동에 있어서도 시각은 매우 중요한 역할을 한다

화학적 감각

화학적 감각은 화학 물질의 자극으로 일어나는 감각의 총칭이다. 곤충이나 척추동물의 후각기와 미각기는 모두 화학 물질에 의한 자극을 받아들이므로, 이들을 '화학 수용기'라고 한다.

후각기는 기체 상태의 화학 물질을, 미각기는 액체 상태의 화학 물질을 적합 자극으로서 받아들인다.

후각

嗅覺

후각은 일반적으로 화학 물질의 분자가 후각 세포를 자극하여 일어나는 감각으로, 곤충류와 척추동물에서 특히 발달되어 있다. 육상 척추동물의 후각기는 코로서, 기체 상태의 화학 물질이 흡기와 함께 콧속으로 들어오면, 후각 상피의 점액에 녹은 후 후세포를 자극하여 흥분을 일으킨다. 이 흥분이 후신경을 통해 대뇌에 전해져 후각을 느끼게 된다. 무척추동물 중 곤충류는 일반적으로 척추동물보다 후각이 예민하다. 많은 곤충류는 더듬이에 있는 무수한 감각털의 끝에 냄새를 맡는 부위가 있다.

곤충의 페로몬

곤충은 식물의 여러 가지 냄새를 분간하여, 그들 특유의 산란이나 꿀빨기 등의 행동을 할 뿐만 아니라, 각 종류마다 독특한 냄새를 풍겨 동종의 다른 개체에게 정보를 전달한다. 일반적으로 동물 자신의 체내에서 몸 밖으로 어떤 화학 물질을 분비해서 동종 개체 간에 정보를 전달하는데, 이와 같은 물질을 '페로몬'이라고 한다.

페로몬은 그 작용면으로 볼 때 성 페로몬·길표지 페로몬·경계 페르몬 등이 있다. 예를 들면, 누에나방의 암컷은 복부에서 성 페로몬을 분비하는데, 이것은 수컷을 유인하는 성유인 물질이다. 또, 사회 생활을 하는 개미가 분비하는 물질은 집단 생활의 유지에 관계되는 것으로, 먹이가 있는 장소를 가리키는 표시로도 사용된다. 이와 같이 곤충의 페로몬은 곤충의 행동과 생활 양식에 있어서 중요한 역할을 한다.

사회 생활과 페로몬

개미나 꿀벌 등의 사회에서는 페로몬이 중요한 역할을 한다. 예를 들면, 흔히 돌 밑에 집을 짓고 있는 개미는 그 돌을 제치면 일제히 소동을 일으키는데, 이것은 위험이 닥쳤을 때, 그들이 서로 경계 페로몬을 분비하여 무리에게 알리는 것이다.

미국 남부에서 중남미에 걸쳐 분포하는 가위개미의 일종은, 집에서 나온 개미가 적당한 나뭇잎을 발견하면 잎을 자르지 않고 그대로 돌아오는데, 이 때 복부의 끝을 지면에 접촉시켜서 2∼3㎜의 간격으로 페로몬을 분비한다. 이 개미가 집에 돌아오면. 다른 개미는 분비된 페로몬을 따라 나뭇잎에 도달하고, 그 잎을 잘 라 집으로 운반한다.

이 같은 길표지 페로몬에 의하여 개미는 100m 까지도 행동할 수 있다고 한다. 개미 외에 꿀벌과 흰개미에서도 이와 같은 길표지 페로몬이 존재하는 것으로 알려져 있다.

꿀벌의 경우도 어떤 종류의 페로몬에 의해 집단생활이 유지되고 있다. 알에서 부화한 유충은 성장하는 장소와 먹이에 따라 여왕벌이 되거나 일벌이 된다. 후에 여왕벌이 될 알은 '왕대'라고 하는 특별한 장소에 낳아지고, 여기에서 부화한 유충은 로열 젤리라는 특별한 먹이로 키워진다. 이와는 대조적으로 일벌이 될 유충은 보통의 먹이로 키워진다. 일벌이 되는 것은 난소의 발달이 억제되기 때문인데, 이것은 여왕벌의 턱샘에서 분비되는 '여왕 물질'이라는 페로몬을 일벌이 섭취하기 때문이다.

이 페로몬은 꿀벌 사회 질서를 유지하는 데 큰 역할을 한다.

페로몬에는 이와 같은 길표지 페로몬, 여왕 물질 외에도 바퀴의 집합 페로몬 등이 알려져 있다.

성유인 페로몬

프랑스의 곤충학자 파브르는 곤충의 성유인 물질에 흥미를 느끼고 최초로 관찰과 실험을 하였다. 그는 <곤충기>에 다음과 같이 보고하고 있다. 우아한 큰공작나방의 암컷을 철망으로 된 새장 속에 넣어두었더니, 밤 9시경이 되어 수컷 나방이 약 40마리나 모여들었다. 파브르는 암컷을 놓아둔 장소와 주위의 상황으로 보아, 수컷이 빛을 보고 모여든 것이라고는 생각할 수 없었으므로, 후각이나 청각에 의지하여 수컷이 모여든 것이라 생각하였다.

파브르는 먼저 새장 안에 암컷 나방과 함께 나프탈린을 놓아 나방의 냄새를 없애려 하였으나, 아무런 효과도 없이 수컷 나방은 여전히 모여들었다. 또 그는 수컷의 시각이 암컷을 발견하는 수단이 될지도 모른다고 생각하여, 유리 용기에 암컷을 넣어보았더니 밤이 되어도 수컷은 모이지 않았다.

파브르는 이같이 강한 집착으로 관찰과 실험을 계속한 결과, 수컷이 모이는 것은 어떤 물질에 유인되기 때문이며, 암컷에서 발산되는 것은 우리들의 후각으로는 감지할 수 없는 에테르파(波)라고 생각하기에 이르렀다.

최근에는 화학자·생리학자 등의 노력에 의하여 곤충이 지닌 성유인 물질의 역할과 성질이 차츰 밝혀지고 있다.

이와 같이 암컷의 냄새에 의하여 수컷이 유인되는 곤충의 예는현재 160종 가량이 알려져 있는데 배버들나방·알락나방·배추밤나방 등이 그 대부분을 차지하고 있다.

미각

味覺

동물이 먹이의 맛을 느끼는 감각을 '미각'이라고 하며, 이것은 액체 상태의 화학 물질이 자극이 되어 일어난다.

곤충은 입끝·발끝·산란관·더듬이 등에 미각기가 있어서 맛을 느낀다. 꿀벌이나 파리·나비 등은 발끝에 당류의 용액을 바르면 입을 뻗어 용액을 빨아들이거나 핥는 반응을 보이나, 쓴맛이 강한 키니네를 약간만 섞어도 입은 나오지 않는다. 이것으로 보아 곤충의 발에는 당류 등의 화할물질을 감지하는 수용기가 있다는 것을 알 수 있다.

한편, 사람을 비롯한 척추동물에서는 혀 표면에 미각기가 분포하여 맛을 느낀다. 혀의 표면에 있는 유두 옆의 미뢰 속에는 미세포가 있는데, 이것은 미신경을 통하여 대뇌와 연결되어 있다. 그리하여, 액체 상태의 물질이 미세포에 자극을 주면, 미신경이 흥분되고 이것이 대뇌에 전달되어 미각을 느끼게 된다.

청각

청각은 음파에 의한 기계적 자극에 의해 일어나는 감각으로, 주로 발음 기관을 지니고 있는 동물, 즉 곤충류와 척추동물에서 잘 발달되어 있다. 곤충의 청각기는 종류에 따라 그 위치가 다르며 매우 간단하다.

즉, 귀뚜라미와 여치는 앞다리에, 메뚜기는 복부에, 파리·모기 등은 촉각의 기부에 간단한 청각기를 가지고 있다.

척추동물의 청각기는 귀이며 특히 포유류와 조류는 청각이 잘 발달되어 있다. 그러나 원구류나 어류 등은 속귀뿐으로, 양서류 이상의 동물에 이르러서야 가운뎃귀를 볼 수 있다. 양서류는 겉귀가 없어서 고막이 노출되어 있다. 파충류·조류·포유류의 귀는 겉귀(외이)·가운뎃귀·속귀(내이)의 3부분으로 되어 있는데, 파충류·조류는 청각이 더욱 발달하여 외이도(겉귀길)도 볼 수 있으며, 포유류는 외이도의 겉에 귓바퀴가 발달한다.

사람의 귀는 겉귀·가운뎃귀·속귀로 되어 있는데, 속귀는 복잡한 관 모양의 구조로 되어 있어서, 미로(迷路)라는 말을 사용하기도 한다. 귓바퀴에 모인 음파가 외이도로 들어가서 고막(귀청)을 진동시키면, 이 진동은 가운뎃귀의 청소골에서 진동이 증폭되어 속귀의 달팽이관의 난원창에 전해지고, 난원창의 진동이 림프액에 전달되어 청세포를 흥분시킨다. 그리하여 청세포의 흥분이 청신경에 의해 대뇌에 전달되면 소리를 느끼게 된다.

청각과 에콜로케이션

聽覺－

동물 중에는 자신의 입이나 콧구멍으로부터 음파를 발하여, 그 음파가 물체에 부딪쳐 되돌아오는 메아리를 듣고, 물체와 자기와의 거리를 측정하거나 그 물체의 형태 등을 구별하는 것이 있는데, 이것을 '에콜로케이션'이라고 한다.

박쥐 무리가 에콜로케이션을 행하는 것은 예부터 잘 알려져 있으며, 대체로 박쥐의 청각기는 다른 포유류보다 잘 발달되어 있다. 박쥐는 집음기의 역할을 하는 귓바퀴가 커서 토끼박쥐(큰귀박쥐) 등은 머리의 3배나 된다. 박쥐 무리 중 작은 박쥐류는 에콜로케이션을 이용하여 곤충과 어류를 잡아먹는다.

나방의 청각과 박쥐

－聽覺－

청각기를 지니고 있는 곤충은 모두 소리를 낼 수 있으나, 어떤 종류의 나방은 소리를 내지 않는데도 가슴에 고막을 지니고 있다. 이 고막이 어떤 역할을 하는지는 확실히 밝혀지지 않았으나, 음파를 감지하는 역할을 하는 것으로 생각된다. 곤충을 먹는 박쥐는 밤에 단속적으로 수만 사이클의 초음파를 발하여 장애물이나 먹이가 되는 곤충을 찾는데, 나방의 가슴에 있는 고막은 이 초음파를 감지하여 최대의 적인 박쥐로부터 도망친다는 것이 알려져 있다.

여치와 메뚜기의 방향감각

－方向感覺

같은 곤충이라도 나비나 잠자리와 같이 공중을 나는 것은, 시각으로 상대의 위치나 방향을 알 수가 있다. 그러나 풀숲 등에서 사는 여치나 메뚜기 등은 시각보다는 청각으로 상대의 방향을 느낀다. 그러므로 자기들 무리의 울음소리를 구별하고 음원의 방향을 파악하는 데는 앞다리의 고막이 중요한 역할을 한다.

평형 감각

평형 감각은 중력이 자극이 되어 일어나며, 몸의 위치나 회전 등을 느끼는 감각인데, 이러한 평형 유지에 관계하는 기관이 '평형기'이다. 무척추동물의 평형기에는 보통 자루 모양의 평형낭과 평형곤이 있다. 해파리의 갓 가장자리, 조개의 발, 새우나 게의 제1촉각의 기부에는 평형낭이 있다. 그 평형낭의 벽에는 섬모가 있는 감각세포가 있고, 속에는 평형석(이석)이 들어 있다. 평형석은 석회질의 소립자인 경우가 많은데, 새우의 평형석은 외부에서 끌어들인 모래 알갱이이다. 몸의 위치가 기울면 평형석도 중력의 작용으로 이동하여 감각 세포를 자극하게 되므로, 그 자극에 의해 몸의 평형을 느끼는 것이다.

한편, 사람 등의 척추동물의 평형기는 속귀에 있는 전정 기관과 반고리관이다. 전정 기관은 위치를 감각하고, 반고리관은 회전 감각을 느낀다. 원구류(반고리관은 1∼2개이다)를 제외한 다른 척추동물은 림프액이 들어 있는 3개의 반고리관(세반고리관)이 서로 직각을 이루고 있어서, 몸이 어느 방향으로 회전하더라도 그 중 하나의 관 속에 있는 림프가 몸의 회전 방향과 반대 방향으로 흐르므로 평형을 유지할 수 있다.

집오리의 부리에는 '헤르브스트 소체'라고 하는 진동 수용기가 있다. 이와 같은 기관은 딱다구리의 혀에도 있다고 하는데, 딱다구리는 나무 줄기 속에 부리를 꽂고 그 속에 사는 곤충의 미묘한 움직임을 탐지할 때 이것을 사용한다.

또 두더지의 코 끝에는 '이멘 기관'이라는 특수한 감각기가 있다. 이것도 진동 수용기의 일종으로, 두더지의 먹이가 되는 지렁이와 곤충 등의 움직임을 탐지하는 역할을 하는 것으로 생각된다.

한편, 방울뱀이나 반시뱀의 눈 가장자리에는 '안하소와(眼下小窩)'라는 것이 있다. 이것은 온도의 상승에 매우 민감한 기관으로, 이것으로 원거리에 있는 항온 동물의 존재를 알아낸다.

이 안하소와에서의 신경 자극을 절취하여 조사한 결과, 온도가 올라가면 자극이 증가하고 온도가 내려가면 자극의 수가 감소하는 사실이 밝혀졌다.

또한 이 기관은 0.002℃의 온도 상승에도 민감하게 반응을 보였다는 보고도 있다.