어떻게 동물들은 무지개를 따라하고 파란색에 당황하는가?

약 6억 년 전까지만 해도 지구에는 눈이 없었기 때문에 색을 보는 것이 그다지 중요하지 않았습니다.

런던 자연사 박물관에서 색의 진화를 연구하는 생물학자 앤드류 파커(Andrew Parker)는 “눈이 진화하기 전에는 무엇이 있는지 볼 수 없었을 것”이라고 말합니다.

당시의 단순한 동물들은 그냥 주위를 떠돌아다녔다고 그는 말합니다. 그들은 햇빛은 인식했지만 색을 인식하는 데 필요한 생물학적 요소는 전혀 갖추지 못했습니다. 그런데 파커의 말대로 정말 큰 일이 일어났습니다.

“헤엄칠 수 있는 포식자가 시각을 빠르게 진화시킨 것입니다.”라고 그는 설명합니다.

그 포식자는 아마도 큰 새우처럼 생겼을 것이고, 이제 파리처럼 복합적인 눈을 가졌을 것입니다. “그때부터 색이 시작되었습니다.”라고 파커는 말합니다.

갑자기 색이 포식자에게 맛있는 음식이 있음을 알려주는 신호등 역할을 할 수 있었습니다. 당시 새우나 딱정벌레의 부드러운 몸체를 가졌던 조상처럼 벌레나 수분이 많은 점액 덩어리였다면, 우연히 노란색이나 빨간색으로 눈에 띄어 먹잇감이 되었다면, 그 순간  점심 식사가 되었을 것입니다.

따라서 붉은색 먹잇감은 붉은 해조류에 더 자주 숨거나 붉은색을 이용해 적을 놀라게 하는 방식으로 진화하는 등 적응해야 했습니다. 시간이 지남에 따라 색은 멋진 여자나 남자, 또는 새우를 얻기 위해 건강하고, 잘 먹고, 섹시함을 유지하려는 동물에게 유용하게 사용되었습니다.

수백만 종과 몇 차례의 대량 멸종 이후 지느러미, 털, 깃털을 가진 생물은 팬톤 차트에 있는 모든 색상을 만들 수 있는 방법을 개발했습니다.

식물과 동물의 많은 색은 특정 파장의 빛을 흡수하는 색 화학 물질인 안료에서 비롯됩니다. 예를 들어 멜라닌 알갱이는 새의 깃털을 튼튼하게 유지하고 태양으로부터 사람의 피부를 보호하는 데 도움을 주는 등 많은 색소가 다른 방식으로 유용합니다. 엽록소는 식물이 광합성을 위해 빛을 가두는 데 도움이 되는 화학 물질로, 식물을 녹색으로 보이게 합니다.

색소는 색채 화폐와 같아서 많은 동물이 식물에서 색소를 가져와 소화하거나 변형하여 결국 자신의 외피에 색소 버전을 표시할 수 있습니다. 하지만 그렇게 하려면 적절한 메커니즘을 진화시켜야 합니다.

핑크 플라밍고를 예로 들어보겠습니다. 아기 홍학은 울퉁불퉁하고 푹신하고 어색합니다. 또한 연한 회색입니다. 성체가 분홍색을 띠는 이유는 먹이에서 카로티노이드라는 색소를 훔쳐 먹기 때문입니다.

천연 색소의 일종인 카로티노이드는 식물에 풍부하게 존재하며 광합성 작용을 합니다. 다양한 카로티노이드는 당근을 주황색으로, 비트를 빨간색으로 만들며 단풍의 다양한 색을 만들어냅니다. 플라밍고는 색소가 풍부한 새우, 게, 해조류에서 카로티노이드를 섭취합니다. 로빈스(Robins)와 카디널(cardinal)은 열매에서 카로티노이드를 얻고 잉어는 해조류를 먹으면 주황색으로 변합니다.

이러한 색 변화는 때때로 인간에게도 나타납니다.

“당근을 너무 많이 먹으면 눈의 흰자위가 약간 분홍색으로 변하죠? 이것도 같은 과정입니다.”라고 스미소니언 국립 동물원의 조류 큐레이터인 사라 할러거( Sara Hallager)는 설명합니다.

분홍색을 먹으면 분홍색이 되고 빨간색을 먹으면 빨간색이 됩니다. 간단해 보입니다.

하지만 1980년대에 한 선탠 알약 회사가 어렵게 발견한 것처럼 색은 그렇게 간단하지 않습니다: 이 회사의 실험에 참여한 창백한 사람들은 대부분 창백한 상태를 유지했지만 붉은 손바닥과 붉은 똥이 생겼습니다.

홀러거는 “플라밍고에게 블루베리를 먹여서 파랗게 만들 수는 없다”고 지적합니다.

동물들은 이러한 종류의 색상 제한을 많이 가지고 있는 것으로 밝혀졌습니다. 예를 들어, 새는 갈색과 회색이 자주 나타나며, 먹이에서 얻은 색소로 노란색과 빨간색을 만들 수 있습니다. 하지만 다른 색, 특히 파란색은 새의 몸에서 식이 색소를 통해 만들기가 의외로 어렵다고 예일대 조류학자 릭 프럼(Rick Prum)은 말합니다. 그 이유는 아직 미스터리입니다.

프럼은 “파란색이 매력적인 이유는 대부분의 동물이 색소로 파란색을 만들 수 없기 때문입니다.”라고 말합니다.

실제로 등뼈를 가진 지구상의 모든 동물 중 파란색 색소를 가진 동물은 한 마리도 없는 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어 공작의 깃털이나 파란 눈처럼 자연에서 가장 눈부시게 푸른 색을 띠는 것들조차도 파란색 색소를 단 한 방울도 함유하고 있지 않습니다. 그렇다면 어떻게 그렇게 파랗게 보일 수 있을까요?

프럼은 “이 색상을 만들기 위해 새로운 종류의 광학 기술을 발전시켰습니다.”라고 설명하며, 이는 구조의 트릭이라고 덧붙입니다.

블루모포(Blue morpho)나비가 좋은 예입니다. 생물학자 댄 배빗(Dan Babbitt)은 스미소니언 자연사 박물관의 곤충 동물원에 이 나비를 보관하고 있습니다.

나비의 날개 길이는 6인치로 한쪽은 칙칙한 갈색이고 다른 한쪽은 선명하고 반사되는 파란색입니다. 나비는 날개 표면에 작은 투명 구조가 있어 빛을 적절하게 반사하여 눈이 아플 정도로 밝은 파란색으로 보입니다. 하지만 날개를 갈아내면 반사 프리즘 구조가 사라진 먼지가 회색이나 갈색으로 보일 뿐입니다.

싱가포르에서 나비 날개를 연구하는 안토니아 몬테레이로(Antonia Monteiro)는 “생물은 어디를 봐도 같은 색을 만들기 위해 다양한 해결책을 고안해내고 있습니다.”라고 말합니다.

몬테레이로는 많은 동물들이 같은 효과를 내기 위해 서로 다른 재료를 사용한다고 말합니다. 나비 날개는 게의 껍질을 단단하게 만드는 것과 같은 키틴으로 만든 반사 비늘로 덮여 있습니다. 그리고 2012년의 한 연구에 따르면 일부 새는 깃털의 미늘에 거품이 있는 케라틴(사람의 손톱과 같은 물질)을 사용하여 깃털에서 나오는 빛을 산란시켜 사람에게 파란색으로 보이게 하는 것으로 나타났습니다.

이와 같은 광학 구조로 파란색을 만들면 녹색이라는 또 다른 색상 문제도 해결할 수 있습니다.

“녹색은 동물이 만드는 데 어려움을 겪었던 색소입니다.”라고 파커는 말합니다. 녹색의 잎이 무성한 행성에서 살고 싶다면 불행한 일이죠. 그래서 일부 육지 동물은 색을 섞어 사용하기도 합니다.

파커는 “많은 녹색 뱀과 개구리는 사실 전혀 녹색이 아닙니다. 노란색 색소와 파란색 구조적 색소를 진화시켜 이 두 가지가 결합하여 녹색 효과를 냅니다.”라고 설명합니다.

뱀이 죽으면 노란색 색소가 퇴색하여 녹색에서 파란색으로 변합니다. 그러나 뱀의 비늘이 빛을 산란시키면서 만들어지는 구조적인 색은 사실상 불멸의 색입니다.

구조적 색상은 단순히 파란색을 만들기 위한 비결이 아닙니다. 시간이 지나도 지속되는 비결이기도 합니다.

가장 좋은 예는 1998년 독일에서 칙칙한 갈색과 회색 화석 층에서 발견된 5천만 년 된 딱정벌레 사체일 것입니다. 이 딱정벌레는 지하에서 수백만 년이 지난 후에도 여전히 선명한 금속성 파란색을 띠고 있었습니다.