물고기가 사람의 선배인 이유

소리의 발생

45억년 전의 태양계 모습을 상상한 그림이다. 가스와 먼지, 파편들로 이루어 진 구름들이 태양을 중심으로 서서히 은하계를 형성해 다아가고 있었을 것이다. - NASA-

45억 년 전 쯤 지구는 먼지 덩어리가 뭉쳐 크고 둥근 돌의 원형체가 되었고 가스구름으로 둘러싸이게 되었다. 이 행성에 혜성과 소행성들이 날아와 부딪히는 충돌로 인하여 이로부터 전해진 암석과 금속, 다량의 휘발성 얼음과 기체들이 반응하여 새로운 대기를 창조하였고, 뜨거워진 지구를 냉각시키는 데 필요한 물과 수증기를 공급하였다. 이로 인한 엄청난 비의 영향으로 바다가 생성되었고, 지구상에는 구름의 우르렁과 파도의 철썩과 운석 충돌의 쿠쿵 하는 소리들이 최초로 생겨났을 것이다. 소리의 발생 이후 오랫동안은 누구도 이 소리를 들을 수 없었다. 화석의 증거가 남아 있는 최초의 생명체 스트로마톨라이트 이후 수십억 년이 지나서야 비로소 청각이 생겨났기 때문이다.

 

스트로마톨라이트의 단면이다. 스트로마톨라이트는 생명체가 아니라 돌, 그러니까 일종의 퇴적암인데, 미생물의 존재에 의해 이러한 패턴이 만들어 진 것이다. 발견된 스트로마톨라이트 중 가장 나이가 많은 것이 약 35억살쯤 된다고 하니 인류 최초의 생명체 탄생 기점을 지금으로서는 그 시기 쯤으로 가늠할 수 있겠다.

 

약 15억 년 전 고대의 해파리 비슷한 다세포 생명체의 기계감각뉴런이 진동을 감지하는 세포의 시초에 해당한다. 이 후 4~5억년이 더 지나서야 오늘날의 감각을 담당하는 털 세포와 비슷한 기관이 출현했다. 그리고 다시 십 억 년 정도가 지난 후에 초기 척추동물의 조상들이 이것을 유체 내에서 운동을 감지해 내는 전문적인 감각기관으로 발전시켰는데 이것이 오늘날 사람의 중이에 해당하는 부분이라 할 수 있다.

청각의 생성

귀는 분자의 압력 변화를 감지하는 기관이다. 우리가 소리를 ‘듣는다’고 생각하게 만드는 신경 조직 활동이 실제로는 ‘진동의 감지’인 것이다. 척추동물에서 사용되는 진동 감지센서는 두 가지 패턴으로 발전되어 왔는데, 하나는 몸 주위를 지나는 유체의 흐름 변화를 감지하는 것으로 물고기와 양서류의 유충에서 보이는 옆줄(측선) 이다. 또 하나는 몸 내부의 유체 흐름을 감지하는 것으로 머리의 양 옆에 위치한다. 당시에는 모든 생물이 바다에서 살았기 때문에 공기의 진동을 감지하는 기관은 아직 없었다. 대신에 머리의 회전 가속도와 직선 가속도를 감지할 수 있었는데 ‘반고리관’ 과 ‘이석 기관’ 이 이를 담당하였다. 중력의 방향을 감지하는 이석기관인 ‘구형낭’이 물의 압력 변화에 반응하여 진동하게 되었는데 이것이 진동민감성 즉, 귀의 원시적 형태라고 보여 진다. 수억 년 동안 물속에서 소리를 듣고 있는 물고기가 바로 유모세포를 지닌 특이한 구조의 구형낭이라는 감각기관을 이용한다. 유모세포의 끝부분에는 점액질이 들어 있는데, 이 점액질 속에는 탄산칼슘 결정이 가득 차 있다. 이석이라고 하는 이 기관은 주위 조직보다 밀도가 훨씬 더 높다. 소리 압력파동이 물고기에 닿을 때 대부분의 에너지는 물고기 몸체를 지나가면서 소리로 물고기를 진동시킨다. 하지만 밀도가 높은 이석은 나머지 조직보다 임피던스가 높아서 몸체와 이석의 진동 차이가 발생하고 이로 인해 유모세포 끝부분이 휘어지면서 유모세포의 전압을 변화시키게 된다. 

어떻게 그려도 어렵고 복잡해 보이는 귀 구조. 반고리관과 이석 부위를 "전정기관" 이라 하며, 몸의 균형과 회전 및 가속도 인식을 담당한다.

 

물 속에서는 소리가 나는 방향을 알아내기가 어렵다 

물고기가 가지는 이러한 기관의 성능은 ‘듣기’라고 하기에는 상당히 둔감하고 제한적일 수 밖에 없는데, 물은 밀도가 높기 때문에 진동의 전달속도가 빨라서 (공기의 약 5배정도 빠르다) 머리의 한쪽에서 들리는 소리와 반대쪽에서 들리는 소리의 시간/압력차이를 통해 소리의 위치를 파악해 내기 힘들다는 수중청각 고유의 한계 때문이다. 물은 공기보다 밀도가 약 800배 높다. 따라서 물이 공기보다 임피던스가 높기 때문에 물속에서 소리를 내는 것에는 더 많은 에너지가 필요하다. 하지만 일단 소리가 발생하면 공기보다 약 5배 빠르게 이동하는데, 이 때문에 소리의 정체와 방향을 판단하는 사람의 능력에 큰 혼란이 빚어진다. 초기의 진동민감성은 단순한 주위의 물살 변화를 알게 해 주는 원시적 경보 시스템이었다. 하지만 이러한 물살의 변화로부터 실제 물결의 변화뿐 아니라 포식자의 접근, 주변의 먹잇감의 존재 등을 알게 되었다.

물속에서의 소리 속도는 공기중에서보다 훨씬 빠르다. 그래서 육상에서는 가능한 d 의 인식이 훨씬 어려워진다. 만약 그림의 잉어가 d 를 인식하면 상어가 오른쪽에 있다는 것을 알 수 있다. (실제로 그림과 같이 잉어와 상어가 만날 일은 없다)

 

스스로 소리를 낸다는 것의 의미

동물이 주위 환경을 제대로 들을 수 있을 만큼 진화하자 환경을 ‘이용’ 할 수 있는 다양한 기관들이 생겨나게 된다. 바로 동물 자신이 소리를 낼 수 있게 된 것이다. 시각은 대체로 태양으로 부터의 빛 에너지를 수동적으로 탐지하는 역할에 그치는 반면 소리는 의사소통의 채널을 능동적으로 제공하며 시각의 단방향 (시각은 단일지향성이다)과 무관하게 전 방향적 (청각은 무지향성이다)으로, 그리고 항시 작동한다는 특징이 있다. 인간의 오감 중 유일하게 잠잘때에도 깨어있는 감각이 청각이다. 소리는 이제 더 이상 생존을 위한 경보 시스템만이 아니라 같은 종 구성원들 사이의 행동을 조율하는 능동적인 수단이 되었다. 소리를 더 많이 낼수록 이들의 행동은 더 복잡해 질 수 있고 이것이 언어로 발전하면 의사 표현과 규칙 이라는 것이 가능해 진다. 소리의 능동적 활용이 완성되어 감에 따라 동물의 사회적 삶과 더 많은 생존 가능성, 수명의 연장이 이루어 졌다고 볼 수 있다.

 

 

채승균