호박벌이 길 찾는 법
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2024-07-19 10:26:20
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“곤충은 공간 기억으로부터 정신적 공간 지도를 구성한다.”
인간을 포함한 포유류는 정신 지도를 사용하여 환경을 탐색한다. 고정된 지점을 사용하면 이전에 이러한 경로를 택한 적이 없더라도 신속하게 목적지까지 가는 길을 찾을 수 있으며 지름길을 이용할 수도 있다. 곤충, 특히 벌과 개미도 포유류만큼 효율적으로 탐색한다. 그러나 그들이 방향을 잡고 경로를 기억할 수 있는 정신적 지도를 가지고 있는지는 여전히 불분명했다.
호박벌은 어떻게 방향을 잡나요?
스웨덴 룬드대학의 Rickesh Patel이 이끄는 팀은 이제 땅벌(Bombus terrestris)을 사용해 이 문제를 조사했다. 진짜 벌에 속하는 이 곤충들이 탐색 기억력을 어떻게 발달시키는지 테스트하기 위해 연구자들은 82마리의 유색 호박벌을 둥글고 단조로운 실험장의 서로 다른 위치에 차례로 배치했다. 곤충의 날개는 날지 못하도록 약간 잘려져 있었다.
테스트 경기장에는 곤충이 길을 찾는 데 도움이 되는 것으로 알려진 편광이 조사되었다. 빛의 진동 방향은 꿀벌의 움직임에 대한 기준 그리드를 제공했다. 팀은 카메라를 사용하여 동물들이 중앙에 놓인 음식에 도달하고 경기장 가장자리에 있는 벌집 입구로 돌아가기 위해 어떤 경로를 택했는지 관찰했다.
벡터 기반 탐색
몇 번의 시도 끝에 호박벌들은 먹이로 가는 직접적인 경로를 기억하고 목표 경로를 선택했다. 파텔(Patel)과 그의 동료들이 관찰한 바와 같이, 그들은 분명히 자신의 위치와 둥지와 관련된 음식의 위치를 사용하여 탐색했다.
꿀벌의 움직임 패턴을 면밀히 분석한 결과 그들은 벡터 기반 정보를 사용하여 방향을 잡았다는 것을 알 수 있었다. 즉, 그들은 고향을 가리키는 가상의 화살표의 방향과 길이를 기억했다. 그러나 방향을 정하기 위해 그들은 팀이 발견한 바와 같이 이전에 둥지와 관련된 위치를 배웠던 편광 형태의 랜드마크도 사용했다. 이는 곤충이 정신적 공간 지도도 생성한다는 것을 의미한다.
장기 기억에 고정된 호박벌의 내비게이션 시스템
그러면 동물들은 이 “벡터 지도”에 정보를 얼마나 오랫동안 저장할까? 이를 테스트하기 위해 며칠 후 후속 실험에서 Patel과 그의 동료들은 꿀벌을 먹이 공급원에 직접 배치하거나 동일한 경기장의 임의의 위치에 배치하고 그곳에서 집으로 기어가 둥지로 이동하도록 했다. 이 테스트에서 그들은 호박벌의 기준점 역할을 하는 편광의 방향을 부분적으로 변경했다.
생물학자들에 따르면, 이동한 경로는 털복숭이 동물들이 며칠이 지난 후에도 여전히 주변 환경을 기억하고 이전에 학습한 랜드마크가 여전히 존재하는 한 우회하지 않고 의도적으로 집으로 걸어갔다는 것을 암시한다. 따라서 벡터 기반 내비게이션 시스템은 단기 RAM뿐만 아니라 장기 메모리에도 고정되어 있다. “우리는 이러한 작업 기억 벡터가 장기 기억으로 전달될 수 있다는 것을 보여주었다”고 팀은 말했다.
테스트에서 고정점이 변경되었을 때 상황이 다르게 보였다. 꿀벌이 이동하는 동안 수집한 새로운 위치 데이터가 많을수록 더 오래되고 덜 효과적인 방향을 무시할 가능성이 높아지며 동시에 더 최적의 경로로 새로운 장기 기억을 형성하게 된다. 팀의 설명에 따르면 짧은 방향 전환 기간 후에 효율적인 경로와 지름길을 다시 선택할 수 있었다.
따라서, 호박벌의 항법 시스템은 분명히 동시에 여러 다른 경로를 다룰 수도 있다. 동물은 작업 기억을 통해 새로 학습된 경로와 장기 기억에 저장된 다른 경로 모두에서 방향을 잡는다. Patel과 그의 동료들은 "우리는 곤충이 경로 통합을 통해 파생된 여러 홈 벡터를 장기 기억에 저장하고 익숙한 위치에서 호출하여 탐색을 안내할 수 있다는 것을 보여주었다"고 썼다.
장기 기억의 정신 지도
연구자들은 관찰을 통해 호박벌이 단기 및 장기 기억에 있는 다양한 위치의 위치에 대한 벡터 기반 정보를 저장하고 이를 일종의 유연하고 정신적인 공간 지도로 결합한다는 결론을 내렸다. 팀에 따르면 이는 매우 효과적인 탐색 전략이다. 결과적으로 호박벌은 포유류와 유사한 지도를 만들지만 특별한 벡터 기반 유형의 공간 방향을 통해 포유류가 탐색에 사용해야 하는 복잡한 정신적 컴퓨팅 능력을 피한다. 곤충의 비교적 작은 뇌에 있는 뉴런의 수가 제한되어 있기 때문에 뉴런을 전혀 생성할 수 없다.
호박벌은 아마도 새로운 내비게이션 장치의 모델이 될 수도 있다. “이러한 효율성을 고려할 때 곤충 신경 회로는 특히 차세대 기술과 결합할 수 있다. 즉 계산적으로나 에너지적으로 비용 효율적인 솔루션으로 복잡한 내비게이션 작업을 처리하는 기술 응용 프로그램에 영감을 줄 수 있다.”
(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; doi: 10.1073/pnas.2402509121)
출처: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)
“곤충은 공간 기억으로부터 정신적 공간 지도를 구성한다.”
호박벌은 놀랍도록 효과적으로 탐색한다
“곤충은 공간 기억으로부터 정신 지도를 구성한다.”
정신 나침반:
꿀벌은 방향을 잡고 음식이나 둥지를 탐색하기 위해 분명히 벡터 기반 전략을 사용하는 것으로 나타났다. 이 털복숭이 곤충은 자신의 위치와 집과 관련된 기준점의 위치를 기억하고 이를 사용해 우리 인간과 유사한 정신적 공간 지도를 형성한다. 호박벌은 포유류만큼 효율적으로 탐색하지만 두뇌 능력이 덜 필요하다.
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| ▲ 호박벌은 포유류와 유사하지만 더 효율적인 유연한 정신 지도를 사용하여 방향을 잡는다. © Rod Hill/ Getty images |
인간을 포함한 포유류는 정신 지도를 사용하여 환경을 탐색한다. 고정된 지점을 사용하면 이전에 이러한 경로를 택한 적이 없더라도 신속하게 목적지까지 가는 길을 찾을 수 있으며 지름길을 이용할 수도 있다. 곤충, 특히 벌과 개미도 포유류만큼 효율적으로 탐색한다. 그러나 그들이 방향을 잡고 경로를 기억할 수 있는 정신적 지도를 가지고 있는지는 여전히 불분명했다.
호박벌은 어떻게 방향을 잡나요?
스웨덴 룬드대학의 Rickesh Patel이 이끄는 팀은 이제 땅벌(Bombus terrestris)을 사용해 이 문제를 조사했다. 진짜 벌에 속하는 이 곤충들이 탐색 기억력을 어떻게 발달시키는지 테스트하기 위해 연구자들은 82마리의 유색 호박벌을 둥글고 단조로운 실험장의 서로 다른 위치에 차례로 배치했다. 곤충의 날개는 날지 못하도록 약간 잘려져 있었다.
테스트 경기장에는 곤충이 길을 찾는 데 도움이 되는 것으로 알려진 편광이 조사되었다. 빛의 진동 방향은 꿀벌의 움직임에 대한 기준 그리드를 제공했다. 팀은 카메라를 사용하여 동물들이 중앙에 놓인 음식에 도달하고 경기장 가장자리에 있는 벌집 입구로 돌아가기 위해 어떤 경로를 택했는지 관찰했다.
벡터 기반 탐색
몇 번의 시도 끝에 호박벌들은 먹이로 가는 직접적인 경로를 기억하고 목표 경로를 선택했다. 파텔(Patel)과 그의 동료들이 관찰한 바와 같이, 그들은 분명히 자신의 위치와 둥지와 관련된 음식의 위치를 사용하여 탐색했다.
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| ▲ 내비게이션 테스트를 통과한 후 음식을 먹고 있는 호박벌 © Rickesh Patel |
꿀벌의 움직임 패턴을 면밀히 분석한 결과 그들은 벡터 기반 정보를 사용하여 방향을 잡았다는 것을 알 수 있었다. 즉, 그들은 고향을 가리키는 가상의 화살표의 방향과 길이를 기억했다. 그러나 방향을 정하기 위해 그들은 팀이 발견한 바와 같이 이전에 둥지와 관련된 위치를 배웠던 편광 형태의 랜드마크도 사용했다. 이는 곤충이 정신적 공간 지도도 생성한다는 것을 의미한다.
장기 기억에 고정된 호박벌의 내비게이션 시스템
그러면 동물들은 이 “벡터 지도”에 정보를 얼마나 오랫동안 저장할까? 이를 테스트하기 위해 며칠 후 후속 실험에서 Patel과 그의 동료들은 꿀벌을 먹이 공급원에 직접 배치하거나 동일한 경기장의 임의의 위치에 배치하고 그곳에서 집으로 기어가 둥지로 이동하도록 했다. 이 테스트에서 그들은 호박벌의 기준점 역할을 하는 편광의 방향을 부분적으로 변경했다.
생물학자들에 따르면, 이동한 경로는 털복숭이 동물들이 며칠이 지난 후에도 여전히 주변 환경을 기억하고 이전에 학습한 랜드마크가 여전히 존재하는 한 우회하지 않고 의도적으로 집으로 걸어갔다는 것을 암시한다. 따라서 벡터 기반 내비게이션 시스템은 단기 RAM뿐만 아니라 장기 메모리에도 고정되어 있다. “우리는 이러한 작업 기억 벡터가 장기 기억으로 전달될 수 있다는 것을 보여주었다”고 팀은 말했다.
테스트에서 고정점이 변경되었을 때 상황이 다르게 보였다. 꿀벌이 이동하는 동안 수집한 새로운 위치 데이터가 많을수록 더 오래되고 덜 효과적인 방향을 무시할 가능성이 높아지며 동시에 더 최적의 경로로 새로운 장기 기억을 형성하게 된다. 팀의 설명에 따르면 짧은 방향 전환 기간 후에 효율적인 경로와 지름길을 다시 선택할 수 있었다.
따라서, 호박벌의 항법 시스템은 분명히 동시에 여러 다른 경로를 다룰 수도 있다. 동물은 작업 기억을 통해 새로 학습된 경로와 장기 기억에 저장된 다른 경로 모두에서 방향을 잡는다. Patel과 그의 동료들은 "우리는 곤충이 경로 통합을 통해 파생된 여러 홈 벡터를 장기 기억에 저장하고 익숙한 위치에서 호출하여 탐색을 안내할 수 있다는 것을 보여주었다"고 썼다.
장기 기억의 정신 지도
연구자들은 관찰을 통해 호박벌이 단기 및 장기 기억에 있는 다양한 위치의 위치에 대한 벡터 기반 정보를 저장하고 이를 일종의 유연하고 정신적인 공간 지도로 결합한다는 결론을 내렸다. 팀에 따르면 이는 매우 효과적인 탐색 전략이다. 결과적으로 호박벌은 포유류와 유사한 지도를 만들지만 특별한 벡터 기반 유형의 공간 방향을 통해 포유류가 탐색에 사용해야 하는 복잡한 정신적 컴퓨팅 능력을 피한다. 곤충의 비교적 작은 뇌에 있는 뉴런의 수가 제한되어 있기 때문에 뉴런을 전혀 생성할 수 없다.
호박벌은 아마도 새로운 내비게이션 장치의 모델이 될 수도 있다. “이러한 효율성을 고려할 때 곤충 신경 회로는 특히 차세대 기술과 결합할 수 있다. 즉 계산적으로나 에너지적으로 비용 효율적인 솔루션으로 복잡한 내비게이션 작업을 처리하는 기술 응용 프로그램에 영감을 줄 수 있다.”
(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; doi: 10.1073/pnas.2402509121)
출처: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)
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