문어의 다리에는 뇌가 없다?
뇌의 학습 정보가 각각의 다리에 제공돼
문어는 지구상에서 가장 특이한 생물 중 하나다. 심장이 3개에다 8개나 되는 다리가 머리에 붙어 있으며, 생식기가 발에 있다. 더욱 신기한 것은 인간과 전혀 다른 의식과 감각 체계다.
문어는 5억 개 이상의 신경세포를 지니고 있다. 척추동물인 개와 비슷한 수의 신경세포를 가진 셈이다. 그런데 대부분의 신경세포가 뇌에 있는 개와 달리 문어는 신경세포의 2/3 이상을 다리와 몸에 지니고 있다.
때문에 문어는 뇌의 통제 없이도 8개의 다리가 각기 환경의 변화에 맞춰 조화롭고 영리하게 반응할 수 있다. 또한 8개의 다리에는 각각 주변을 느끼고 맛보고 냄새를 맡을 수 있는 수백 개의 빨판이 달려 있다.
이처럼 이상하게 구성된 신경계로 인해 과학자들은 문어의 다리가 스스로 의식을 지니고 있으며, 중앙의 뇌로부터 자율적으로 행동할 수 있다고 의심해왔다. 따라서 일부 과학자들은 문어를 두고 머리와 8개의 다리를 합쳐서 총 9개의 뇌를 지닌 생물이라고 말하기도 한다.
그런데 문어의 뇌와 다리가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 연결되어 있다는 새로운 연구 결과가 발표됐다. 일본 오키나와과학기술대학원대학교(OIST)의 타마르 구트닉(Tamar Gutnick) 박사팀은 문어에게 미로 실험을 실시한 결과, 자신의 다리가 보이지 않는 경우에도 한쪽 다리를 삽입하는 것과 음식을 보상받는 것을 연관시키는 방법을 배울 수 있다는 사실을 확인했다.
다리와 뇌가 완전히 독립되지는 않아
하지만 그 같은 학습 과정은 뇌의 중심부에서 이루어지는 반면, 뇌가 올바른 미로 경로를 선택하는 데 필요한 정보는 다리에서만 감지되는 것으로 밝혀졌다. 이 연구 결과는 국제학술지 ‘커런트 바이올로지(Current Biology)’ 최신호에 게재됐다.
이번 연구를 주도한 구트닉 박사는 “문어의 다리가 뇌와 완전히 독립적으로 행동하지 않는다는 사실이 분명해졌다”며 “말초신경계와 중추신경계 사이에 정보 흐름이 있다”고 밝혔다. 즉, 문어는 9개의 뇌를 가진 것이 아니라 하나의 뇌와 매우 영리한 8개의 팔을 지닌 동물로 밝혀진 셈이다.
연구진은 문어가 지닌 각각의 다리가 두 가지 유형의 감각 정보, 즉 사지의 위치와 움직임을 감지하는 고유수용기감각과 질감을 느끼는 촉각 정보를 뇌에 제공할 수 있는지의 여부를 실험했다.
인간은 고유수용기감각이 뛰어난 편이다. 때문에 우리는 이 감각을 이용해 발을 보지 않고 걸을 수 있으며 눈을 감은 채 손가락으로 코를 만질 수도 있다. 그러나 문어가 이 같은 능력을 지니고 있는지는 아직 입증되지 않았다.
연구진은 다리가 감지하는 것만으로 보이지 않는 자신의 다리에게 문어가 지시를 내릴 수 있는지 알아보기 위해 Y자 모양의 불투명한 미로를 만든 다음 두 가지 출구 중 하나에 음식을 두었다.
실험 결과 문어는 미로를 천천히 탐색하기보다는 즉시 다리를 빨리 밀어 넣어 음식을 찾기 시작했다. 이때 다리를 올바른 곳에 넣으면 음식을 먹을 수 있지만, 틀린 곳에 넣으면 그물로 막혀 있어 음식을 먹을 수 없게 했다.
문어의 뇌는 여전히 블랙박스
총 6마리의 지중해 문어로 실험을 진행한 결과 그중 5마리는 음식을 얻기 위해 미로 속에서 다리를 밀거나 뺄 때 어디로 해야 할지를 학습하는 데 성공했다. 이는 문어가 그들의 팔이 무엇을 하고 있는지에 대한 감각을 분명히 지니고 있다는 사실을 나타낸다. 왜냐하면 문어들은 음식 보상이 있는 곳의 방향에 대해 학습하기 때문이다.
이와 관련해 구트닉 박사는 “인간의 수준까지는 아닐지 모르지만, 문어들도 어느 정도 고유수용기 감각이 있다”고 밝혔다.
이어서 연구진은 문어들이 각각의 다리를 사용할 때 미로의 질감을 감지해 올바른 경로를 결정할 수 있는지도 실험했다. 즉, 한쪽 튜브는 거친 반면 다른 쪽 튜브는 매끈한 Y자 모양의 미로를 문어에게 제시한 것. 이때 미로의 거친 면이나 매끄러운 면 중 하나를 선택하면 문어에게 음식 보상이 주어졌다.
실험 결과 이번에도 역시 실험에 참가한 6마리의 문어 중 5마리가 올바른 질감이 왼쪽 튜브에 있는지 혹은 오른쪽 튜브에 있는지와 상관없이 미로를 성공적으로 탐색했으며, 어떤 질감이 음식을 보상하는지를 학습하는 데 성공했다.
연구진은 음식과 질감과의 정확한 연관성을 학습한 문어의 경우 이전에 사용하지 않았던 다리를 사용해서도 미로를 성공적으로 탐색할 수 있다는 사실을 발견했다. 이는 각각의 다리가 어떤 작업을 독립적으로 학습할 수 있다는 기존의 생각이 틀렸음을 의미한다. 즉, 학습은 뇌에서 발생하며, 그 정보가 각각의 다리에 제공되는 것이다.
하지만 그 정보가 뇌의 어디에 저장되는지는 확실히 밝혀지지 않았다. 이에 대해 연구진은 “문어의 뇌는 인간과 매우 다르며, 앞으로 연구해야 할 것이 더 많다”며 “문어의 뇌는 여전히 블랙박스이다”라고 주장했다.
이성규 객원기자 yess01@hanmail.net 2020.11.04 ⓒ ScienceTimes
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