자연에서 파란색은 왜 그렇게 희귀할까요?

파란 꽃과 파란 새를 본 적이 있겠지만, 자연에서 매우 드문 이 색을 그 것들은 어떻게 얻게 되었는지 아십니까? 그리고 왜 파란색 동물이 더 많지 않을까요?

표면이 대부분 물로 이루어져 있어 말 그대로 ‘푸른 행성’이라는 별명을 가진 지구에서 파란색은 자연에서 보기 드문 색입니다. 이 색소를 함유한 동물과 희귀 식물은 극소수에 불과합니다.

동물과 식물은 어떻게 파란색을 얻을까요?

이 현상을 설명하려면 색의 기본으로 돌아가야 합니다. 다시 말해, 흡수하고 반사할 수 있는 파장에 따라 사람이 보는 물체의 색은 달라집니다. 인간은 400나노미터(자외선)에서 700나노미터(적외선)에 이르는 전자기 스펙트럼의 일부분만 볼 수 있습니다. 이 색상 그라데이션에서 파란색은 약 400~500나노미터의 녹색/청록색과 보라색 사이에 위치합니다.

이 파장은 “짧고” 따라서 매우 에너지가 높다고 합니다. 물체가 파란색으로 보이기 위해서는 이 색을 흡수하지 않고 대신 “긴” 파장을 가진 매우 낮은 에너지의 빛인 빛 스펙트럼의 빨간색 부분을 모두 흡수했어야 합니다. 이러한 파장은 흡수하기 더 어렵습니다. 이러한 분자 특성을 가진 동물이나 식물은 거의 없습니다. 에너지가 더 높은 청색광으로부터 더 많은 에너지를 받는 식물은 생존을 위해 청색광을 흡수하는 데 전략적인 관심을 가지고 있습니다.

전체 빛의 스펙트럼

야생의 많은 ‘가짜’ 파란색

자연에서 파란색이 희귀한 이유 중 하나는 자연에는 실제 파란색이나 색소가 존재하지 않으며, 식물과 동물 모두 파란색으로 보이기 위해 위에 설명한 빛의 속임수를 써야 하기 때문입니다.

식물계에서는 우리에게 알려진 30만 종의 식물 중 10% 미만이 파란색입니다.

식물의 파란색은 예술가가 색을 혼합하는 것과 마찬가지로 자연적으로 발생하는 색소를 혼합하여 만들어집니다. 가장 일반적으로 사용되는 색소는 안토시아닌이라고 하는 붉은 색소이며, 산도에 따라 색상이 달라질 수 있습니다.

이러한 변화는 반사광과 결합하여 델피늄, 플럼바고, 블루벨, 수국, 옥잠화, 나팔꽃, 수레국화 등 멋진 결과를 만들어낼 수 있습니다.

푸른 네모필라(nemophila) 식물의 바다. image by Pixabay

식물에서 파란색 꽃은 드물지만, 열대 우림의 바닥에서 발견되는 소수의 식물을 제외하고는 파란색 잎을 가진 식물은 거의 없습니다. 그 주된 이유는 빛의 물리학과 관련이 있습니다. 색소는 빛을 흡수하지 않고 반사하기 때문에 빛의 색으로 보입니다. 가장 흔한 식물 색소는 녹색 엽록소이므로 엽록소는 녹색 빛을 흡수하지 않고 반사하기 때문에 식물이 녹색으로 보입니다. 그러나 식물은 가시광선 스펙트럼의 다른 어떤 빛보다 에너지가 높은 청색광을 좋아합니다.

따라서 푸른 잎이 있으면 에너지가 가장 높은 빛을 반사하고 품질이 낮은 빛만 사용하게 되어 궁극적으로 성장에 제한을 받게 됩니다. 이는 좋은 전략이 아니므로 대부분의 식물이 이를 피하는 이유입니다.

파란색은 인간이 가장 좋아하는 색일 수 있지만, YouGov의 설문조사에 따르면 지구상의 거의 모든 국가에서 파란색을 가장 좋아하는 색으로 꼽았습니다. 동물은 파란색으로 변하는 데 훨씬 더 어려움을 겪습니다. 사실 공작새와 일부 나비, 개구리 , 앵무새가 이 밝은 색을 자랑스럽게 뽐내긴 하지만, 그 수는 극히 적습니다.

거의 모든 파란색 생물은 파란색 색소를 가지고 있지 않습니다. 동물의 색소는 대부분 먹이에서 나옵니다. 홍학이 분홍색을 띠는 것은 홍학이 좋아하는 먹이인 새우를 먹고 색소를 얻어서 이고, 금붕어의 황금색은 먹이인 새우에서 나오는 색소 때문입니다. 하지만 위에서 설명했듯이 식물에는 진정한 파란색 색소가 없기 때문에 동물은 먹이를 통해 파란색으로 변할 수 없습니다.

색소를 혼합하거나 변형하는 대신 빛의 파장을 변화시키는 구조를 만들어 많은 동물에서 파란색을 얻습니다. 예를 들어 중앙아메리카의 나비인 블루모포나비(blue morpho butterfly)는 청색광의 흡수를 막고 반사하는 산등성이 모양으로 된 비늘의 특정 배열로 인해 그 색을 얻습니다. 비늘의 모양이 다르다면 파란색은 사라질 것입니다.. 따라서 현미경으로 관찰하면 파란색의 흔적을 찾아볼 수 없습니다.

블루모포나비의 날개 비늘 모양이 다르면 파란색이 사라집니다.

어치 같은 파랑새는 비슷하지만 약간 다른 과정을 통해 색을 얻습니다. 미세한 구슬로 이루어진 날개 깃털이 파란색을 제외한 모든 파장의 빛을 상쇄되는 방식으로 빛을 산란시키도록 구성되어 있습니다. 마치 노이즈캔슬링이 있는 소음제거 헤드폰과 같은 원리입니다.

사실 “진짜” 파란색을 띠는 종은 단 한 종뿐입니다. 바로 위쪽 날개에 연한 파란색 띠가 있는 오브리나 올리브날개(obrina olivewing)나비입니다.

오브리나 올리브 날개(obrina olivewing)나비는 진정한 푸른 색소를 생산하는 유일한 동물로 알려져 있습니다.

호주 애들레이드 대학교의 앤디 로우 교수와 같은 과학자들은 나비, 개구리, 앵무새 등 특정 종의 동물이 파란색으로 변하고 자신을 구별하기 위해 진화한 이유는 좋은 의미에서 짝을 끌어들이는 데 유용하거나(구애하는 파랑새의 춤처럼), 나쁜 의미에서 포식자에게 경고하는 데 유용합니다(독다트 개구리)하며 식물은 수분 매개자의 관심을 끌기 위한 것 등 여러 가지가 있다고 생각합니다.