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[핫 이슈] 혹등고래, 인간과 유사한 방식으로 울음소리 학습
- 혹등고래가 인간이 언어를 배우는 것과 유사한 방식으로 노래(울음소리)를 배우는 것으로 밝혀졌다. 인류 언어는 다양한 형태를 띠지만, 보편적인 패턴을 따른다. 이러한 패턴은 문법과 통사보다 더 깊은 곳에 자리 잡고 있으며, 특정 단어의 사용 빈도와 단어 길이를 예측하는 통계 법칙에 뿌리를 두고 있다. 언어를 배우고 사용하기 쉽게 만드는 일종의 안전 장치로 볼 수 있다. 이스라엘의 예루살렘 히브리대학교와 스코틀랜드 세인트 앤드루스 대학교의 공동 연구팀은 고래의 울음소리에서도 이와 유사한 패턴을 발견했다. 이번 주 발표된 두 편의 새로운 연구는 인간과 고래가 먼 진화적 거리를 두고 있음에도 불구하고 소리를 통한 의사소통 문제에 대해 유사한 해결책을 찾아냈음을 보여준다. 해당 논문에 대해서는 사이언티픽 아메리칸, 뉴욕타임스, 더 타임스 등에서 심도 깊게 다루었다. 히브리대학교 심리학 교수이자 연구 논문의 공동 저자인 인발 아르논은 "이는 인간 언어를 다른 의사소통 체계와 완전히 다른 현상으로 생각할 것이 아니라, 공통점을 중심으로 사고해야 한다는 관점을 강화한다"고 말했다. 아르논 교수 팀은 남태평양 뉴칼레도니아에서 8년간 녹음된 혹등고래 노래를 분석한 결과, 인간 언어의 특징인 '지프(Zipf)의 빈도 법칙'을 따르는 것을 발견했다. 지프의 법칙은 단어 사용 빈도에 관한 수학적 법칙으로, 미국 언어학자인 조지 킹즐리 지프(George Kingsley Zipf, 1902~1950)이 제시한 것이다. 즉 가장 많이 사용하는 단어는 두 번째로 많이 쓰는 단어보다 두 배, 세 번째로 많이 쓰는 단어보다 세 배 더 많이 나타나는 식으로 빈도가 감소하는 현상이 지프의 법칙이다. 연구팀은 녹음 분석에 앞서 울음, 비명, 신음 등 다소 기이한 소리들의 연속에서 단어(의미는 없지만)와 유사한 부분을 식별해야 했다. 이는 마치 갓난아기가 겪는 어려움과 유사했다. 아르논 교수는 "인간 아기는 지속적인 음향 신호를 받으면 단어가 어디에 있는지 파악해야 한다"고 설명했다. 아기의 전략은 간단하다. 어른의 말에서 예상치 못한 소리 조합을 듣는 것이다. 그러한 조합을 발견할 때마다 단어 사이의 경계를 찾았을 가능성이 큰다. 이는 흔하지 않은 전환이 단어 내에서 발생할 가능성이 작기 때문이다. 놀랍게도 혹등고래는 아기가 말을 배우는 것과 동일한 방식을 사용하는 것으로 보인다. 연구진이 인간 아기와 마찬가지로 '전이 확률'을 기준으로 고래 노래를 분절했을 때, 지프의 빈도 법칙에 정확히 들어맞았다. 반면, 1,000개의 임의로 뒤섞인 데이터 요소는 일치하는 부분이 전혀 없어, 전이 확률 결과가 우연의 산물이 아님을 강력히 시사했다. 해당 연구 결과는 과학 저널 '사이언스'에 6일(현지시간) 게재됐다. 논문 공동 저자인 스코틀랜드 세인트 앤드루스 대학교의 고래 노래 전문가 엘렌 갈랜드는 "우리 모두 어안이 벙벙했다. 이러한 동일한 구조를 발견할 가능성이 있었지만, 실제로 발견할 것이라고는 생각하지 못했다"고 말했다. "고래, 인간 의사 소통의 핵심 요소 공유" 약 1억 년 전 살았던 땃쥐와 비슷한 공통 조상을 가진 고래와 인간에게서 동일한 의사소통 행동이 독립적으로 진화한 이유는 무엇일까? 지프의 빈도 법칙에 따른 단어 분포는 아기가 언어를 파악하는 데 도움이 되는 것으로 보인다. 에든버러 대학교의 인지 과학자 사이먼 커비는 "입력된 내용이 그러한 방식으로 구성되어 있으면 더 잘 배울 수 있다"고 말한다. 다시 말해, 언어의 구조는 주로 세대 간에 전달되는 방식의 결과이다. 연구진은 지프의 빈도 법칙이 인간뿐만 아니라 순차적인 음성 신호가 문화적으로 학습되는(개인 간에 전송되는) 다른 모든 곳에서도 나타날 수 있다고 추론했다. 커비는 그러한 집단에 "노래하는 새, 박쥐, 인간 외 영장류, 코끼리, 물범, 돌고래, 고래를 포함하는 이상하고 다소 잡다한 종들"이 포함된다고 말한다. 개에서 개구리, 물고기에 이르기까지 다른 모든 동물들은 유전적으로 프로그램된 신호를 통해 의사소통하는 것으로 여겨진다는 것이다. 고래 울음소리의 두 가지 추가적 특징 발견 지난 5일 '사이언스 어드밴시스'에 발표된 별도의 논문에서 미국 뉴욕에 있는 스토니브룩 대학교의 박사후 연구원 메이슨 영블러드는 고래 울음소리에서 두 가지 추가적인 특징의 증거를 발견했다. 하나는 '간결성 법칙'으로, 인간 언어에 적용될 때 더 흔한 단어일수록 더 짧아지는 경향이 있고, 그 반대도 마찬가지라는 것을 나타낸다. 다른 하나는 '멘제라스 법칙'으로, 문장과 같은 언어 구성물이 길수록 구성 요소(예: 문장의 절)는 더 짧아진다는 것을 의미한다. 두 패턴 모두 혹등고래 노래에서 특히 강하게 나타났으며, 다른 다양한 종에서도 나타났다. 이러한 법칙들은 모두 효율성에 관한 것이다. 영블러드는 동물들이 "최소한의 시간과 에너지로 최대한 많은 정보를 전달하는 방법"을 설명한다고 말했다. 연구팀, 지나친 해석 경계 인간 언어와의 비교가 유혹적일 수 있지만, 연구진은 이러한 유사점을 지나치게 해석하는 것을 경계한다. 갈랜드는 "고래 노래는 언어가 아니다"라고 단호하게 선을 그으며, 대부분의 전문가들이 고래의 '단어'가 의미를 전달하지 않는다는 데 동의한다고 언급했다. (음악도 마찬가지다. 하지만 지프의 빈도 법칙은 거기에도 나타난다.) 혹등고래의 노래와 인간 언어의 유사점에 관해서는 놀라울 정도이다. 두 연구에 모두 참여하지 않은 세인트 앤드루스 대학교의 생물학자 루크 렌델은 이러한 발견이 "진화가 특정 유형의 학습에 수렴하거나 제약될 수 있다는 것에 대해 다소 심오한 것을 우리에게 말해주는 것일 수 있다"고 했다. 즉, 모든 종에서 복잡한 의사소통의 가능성 범위를 알려줄 수 있다는 것이다. 마찬가지로 커비는 지프의 빈도 법칙(그리고 아마도 다른 언어 법칙들)이 "문화적으로 진화한 시스템의 일종의 지문"일 수 있으며, 동물이 문화적 학습의 문턱을 넘은 곳이라면 어디든지 존재할 수 있다고 제안했다. 그는 "인지 시스템 조직의 매우 기본적인 특징일 가능성이 크다"고 덧붙였다.
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[핫 이슈] 혹등고래, 인간과 유사한 방식으로 울음소리 학습
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누벨칼레도니 고사리, 지구상 가장 큰 게놈으로 기네스 등재
- 태평양의 외딴 섬에서만 자라는 작은 양치류가 지구상 존재하는 유기체 가운데 가장 큰 게놈을 보유, 기네스 세계 기록에 선정됐다고 사이언스얼라트가 전했다. 남태평양의 누벨칼레도니(영어명 뉴칼레도니아)에 서식하는 양치류(Tmesipteris oblanceolata)의 일종인 고사리가 그 주인공으로, 이 양치류는 세포액에 인간보다 무려 50배 이상 많은 DNA를 가지고 있는 것으로 나타났다. 연구팀의 분석에 따르면 폭이 1mm에 불과한 고사리 세포 중 하나의 DNA를 실처럼 풀면 길이가 106m까지 늘어난다. 이 DNA를 똑바로 세우면 런던의 명물 빅벤 타워(높이 96m)보다 더 높이 올라간다. 양치류의 게놈 무게는 무려 160기가염기쌍(Gbp)에 달했는데, 염기쌍(bp)은 DNA 길이를 측정하는 수치다. 즉 염기쌍은 수소 결합에 의해 서로 결합되는 2개의 핵염기로 이루어진 두 가닥 핵산의 기본 단위다. 종전까지 최장 기록 보유자는 일본의 혼슈가 원산지이며, 영국의 정원 등에서도 발견되는 화초인 파리 자포니카(Paris japonica)였다. 이번에 발견된 고사리 게놈은 이보다 7% 더 길다고 한다. 인간 게놈은 상대적으로 작은 3.1Gbps이다. 인간 DNA를 풀어낸다면 길이는 약 2m 정도 된다. 연구를 주도한 영국 왕립식물원 큐(Royal Botanic Gardens Kew) 연구원인 일리아 리치는 "이 분야에서는 이미 생물학적인 한계에 도달했다고 생각했지만, 발견된 고사리의 DNA가 파리 자포니카보다 더 큰 것을 확인하고 한계를 확장할 수 있었다"고 말했다. 키가 5~10cm까지 자라는 이 양치류는 프랑스령 태평양 지역인 뉴칼레도니아에서만 발견된다. 연구팀은 2023년 본섬인 그랑테르(Grand Terre)를 여행하고 현지 과학자들과 협력해 연구를 진행하고 '아이사이언스(iScience)' 저널에 결과를 게재했다. 인간의 몸에는 30조 개 이상의 세포가 있는 것으로 추정된다. 각 세포 안에는 DNA를 포함하는 핵이 존재한다. 이는 유기체가 어떻게 생존하는지 알려주는 지침서라고 할 수 있다. 유기체의 모든 DNA를 게놈이라고 한다. 지금까지 과학자들은 약 2만 종의 유기체의 게놈 크기를 추정했다. 숫자는 많아 보이지만, 사실 이는 지구상에 존재하는 생명체의 극히 일부에 불과하다. 동물 중에서는 표범 폐어(렁피시: 폐를 가진 물고기)의 DNA가 130Gbp로 가장 크다. 식물은 가장 큰 게놈을 가지고 있지만 믿기 어려울 정도로 작은 게놈을 가진 경우도 있다. 육식성 식물 겐리세아 속에서 가장 큰 종인 겐리세아 아우레오(Genlisea aurea)의 게놈은 0.06Gbp에 불과하다. 그러나 게놈의 길고 짧음에 비례해 우위가 나뉘는 것은 아니다. 모든 연구 결과는 거대한 게놈을 갖는 것이 오히려 단점이라는 사실을 보이고 있다. DNA가 많을수록 DNA를 모두 집어넣어야 할 세포의 크기는 커져야 한다. 식물의 경우 세포가 크다는 것은 잎의 구멍이 더 커야 한다는 것을 의미하며, 이는 잎이 천천히 자랄 수 있다는 것을 뜻한다. 또한 DNA의 새로운 복제가 더 까다로워 생식 능력이 제한된다. 이는 가장 거대한 게놈이 환경에 쉽게 적응하지 못하고 경쟁에 효과적으로 맞서 싸울 수 없는, 느리게 자라는 다년생 식물에서 발견된다는 것을 의미한다. 따라서 게놈 크기는 식물이 기후 변화, 토지 이용 변화 및 인간으로 인한 기타 환경 문제에 대응하는 방식에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 DNA가 유기체에서 실제로 어떻게 기능하는지 이해하기는 어렵다. 현재까지는 이번에 발견된 양치류처럼 거대한 게놈에서 DNA가 어떤 역할을 하는지 알 수 없다. 일부 학계에서는 이를 '정크 DNA(아무런 유전 정보를 갖고 있지 않은 쓰레기 DNA)'라고 무시하지만, 기능을 갖고 있는데 과학이 찾아내지 못했을 가능성도 크다. 따라서 이번 발견은 새로운 단계로의 출발을 의미한다고 아이오와 주립대 식물학자 조너선 웬델은 지적했다.
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누벨칼레도니 고사리, 지구상 가장 큰 게놈으로 기네스 등재
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