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2024-11-22 (금)

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향유고래, 음성 알파벳 발견⋯인간 언어와 유사한 신호로 의사소통

과학자들이 인공지능(AI)에 사용되는 머신러닝 기술을 통해 향유고래(sperm whale)의 의사소통 과정을 일부 밝혀냈다. 미국 매사추세츠공대(MIT) 컴퓨터 과학 및 인공지능 연구소(CSAIL)와 국제 향유고래 언어 연구 덴체인 프로젝트 CETI(Cetacean Translation Initiative)의 연구원들은 최근 알고리즘을 사용해 '향유고래 음성 알파벳'을 해독함으로써 인간의 음성학 및 다른 동물 종의 의사소통 시스템과 유사한 향유고래 의사소통의 정교한 구조를 밝혀냈다고 MIT뉴스와 테크크런치 등 다수 외신이 7일(이하 현지시간) 보도했다. 향유고래는 이빨고래 중에서 가장 큰 종으로 몸길이는 수컷 17~21m, 암컷 18m에 달하며 몸무게는 수컷 35~74t, 암컷 20~36t이다. 머리에 밀랍으로 가득찬 경랍기관이 있으며 거대한 사각형 머리가 특징이다. 제이컵 앤드리아 교수팀은 7일 과학 저널 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)'에서 카리브해에 서식하는 향유고래의 소리를 분석, 짧은 클릭 소리인 코다(coda, 악곡 종결부)가 대화와 맥락에 따라 구조가 크게 달라지는 것을 발견했다고 밝혔다. 이 연구는 다양한 언어적 기능을 수행하는 일련의 클릭음인 코다에 대해 다룬다. 도미니카 향유고래 프로젝트를 통해 관찰된 동부 카리브해 향유고래과에서 수집된 약 9000개의 코다는 이 생물의 복잡한 의사소통 시스템을 밝혀내는 데 중요한 출발점이었다. 연구팀은 지난해 6월 세상을 떠난 선구적인 해양 생물학자 로저 페인의 연구를 참고했다. 페인의 가장 영향력 있는 연구는 혹등고래의 노래에 관한 것이었다. 페인은 1971년 과학 기사인 '혹등고래의 노래'에서 고래가 노래하는 방법을 기록했다. 그의 작업은 나중에 '고래 구하기' 운동을 촉진했다. 연구팀은 카리브해 동부의 작은 섬 도미니카 해안에서 연구원 셰인 게로가 수집한 8719개의 향유고래 코다 데이터 세트를 분석하기 위해 머신러닝 솔루션을 배포했다. 이들은 연구자들이 '리듬', '템포', '루바토', '장식'이라고 부르는 다양한 요소가 상호 작용하여 구별 가능한 방대한 코다를 형성하는 '향유고래 음성 알파벳'이라는 것을 발견했다. 연구팀은" 향유고래가 다양한 클릭 소리와 리듬을 만들고 이를 조합, 변조할 수 있다"며 "이를 활용한 의사소통 체계가 이전에 생각했던 것보다 더 복잡하고 정보전달 능력도 뛰어난 것으로 나타났다"고 말했다. 이 실험은 동부 카리브해의 고래류에 부착된 음향 바이오 로깅 태그(특히 'D-태그'라고 불리는)를 사용하여 수행됐다. 이 태그는 고래의 발성 패턴의 복잡한 세부 사항을 포착했다. 새로운 시각화 및 데이터 분석 기술을 개발함으로써 CSAIL 연구진은 향유고래 개체가 같은 코다를 반복하는 것뿐만 아니라 오랫동안 다양한 코다 패턴을 낼 수 있다는 사실을 발견했다. 연구팀은 향유고래는 클릭 소리 중 코다로 불리는 부분을 통해 자기 신원을 알리는 것으로 밝혀졌지만 의사소통 시스템에 대해서는 밝혀진 게 거의 없다고 말했다. 이들은 이 연구에서 향유고래 자료가 가장 많은 도미니카 향유고래 프로젝트(Dominica Sperm Whale Project) 데이터 가운데 카리브해 동부에 서식하는 향유고래 60여 마리가 다른 개체와 사이에서 내는 소리를 녹음한 데이터를 분석했다. 이 과정에서 향유고래가 다양한 클릭 소리와 리듬을 만들고 이를 조합, 변조할 수 있으며, 클릭 소리 순서의 구조와 조합이 개체 간 대화 맥락에 따라 달라진다는 사실을 발견했다. 다니엘라 루스(Daniela Rus) CSAIL의 책임자이자 MIT의 전기공학 및 컴퓨터과학(EECS) 교수는 "우리는 기존의 실측 데이터 없이 향유고래 통신의 신비를 해독하기 위해 미지의 세계로 모험을 떠난다"라고 말했다. 루스 교수는 "머신러닝을 사용하는 것은 고래의 통신 특징을 파악하고 다음에 무엇을 말할지 예측하는 데 중요하다. 우리의 연구 결과는 구조화된 정보 콘텐츠가 존재한다는 것을 나타내며, 복잡한 의사소통은 인간에게만 있다는 많은 언어학자들의 통념에 도전하는 것이다. 이는 다른 종들도 지금까지 밝혀지지 않은 수준의 의사소통 복잡성을 가지고 있으며, 행동과 깊은 관련이 있음을 보여주는 한 걸음이다라고 말했다. 그는 이어 "우리의 다음 단계는 이러한 커뮤니케이션의 의미를 해독하고 말하는 내용과 집단 행동 사이의 사회적 수준의 상관관계를 탐구하는 것"이라고 덧붙였다.
- IT/바이오
2024-05-08
인간 활동, 고래들의 노래 방해⋯짝짓기 등 생존 악영향

인간 활동으로 인한 바다 소음 증가가 고래들의 생존에 악영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다. 혹등고래를 포함한 턱수염 고래들은 서로를 향한 신비로운 노래로 소통한다는 사실에 대해 과학자들은 오랜 시간 동안 궁금증을 가져왔다. 영국 BBC의 최근 보도에 따르면, 덴마크 남부 대학의 코엔 엘레만스(Coen Elemans) 교수가 이끄는 연구팀은 턱수염 고래가 고유의 '음성 박스'를 사용해 노래를 부른다는 사실을 밝혀냈다. 하지만 인간 활동으로 인한 소음은 고래들의 노래를 방해하고 있는 것으로 나타났다. 이번 발견은 국제적인 과학 저널인 네이처(Nature)에 게재됐다. 연구를 주도한 덴마크 남부 대학 코엔 엘레만스(Coen Elemans) 교수는 "고래들은 서로 만나 짝짓기를 하기 위해 소통이 필수적이며, 이러한 소통은 그들의 생존에 매우 중요하다"며 인간의 활동으로 인한 소음이 고래들의 노래에 방해가 되고 있음을 지적했다. 더 나아가, 엘레만스 교수는 고래를 "지구상에서 가장 신비로운 동물들 중 일부"로 묘사하며, 그들이 "가장 큰 동물 중 일부이고, 지능이 높으며 사회적"이라고 설명했다. 턱수염 고래, 청새고래, 혹등고래, 밍크고래, 회색고래 등 14종의 턱수염 고래는 이빨 대신 먹이를 걸러내는 수판을 가지고 있음에도 불구하고, 거대하고 복잡한 노래를 부를 수 있는 놀라운 능력을 지니고 있다. 연구팀은 해변에서 발견된 세 종류의 고래(밍크고래, 혹등고래, 쇠고래)의 성대를 활용하여 실험을 진행했다. 이 과정에서, 고래의 이 거대한 기관에 공기를 주입하여 소리를 생성했다. 인간의 경우, 목소리는 성대를 통과하는 공기의 진동으로 생성되지만, 턱수염 고래들은 후두 상단에 위치한 지방으로 이루어진 쿠션을 포함하는 큰 U자 형태의 구조를 가지고 있다. 이러한 독특한 음성 해부학적 구조 덕분에, 턱수염 고래들은 노래를 부를 때 공기를 재활용할 수 있으며, 물을 흡입하는 것을 방지할 수 있다. 연구팀은 소리 생성의 컴퓨터 모델을 개발하였으며, 턱수염 고래의 노래가 주로 배에서 발생하는 소음과 겹치는 좁은 주파수 범위에 국한되어 있음을 발견했다. 엘레만스 교수는 "바다에서 발생하는 인간의 소음 때문에 고래들이 서로 소통하는 데 어려움을 겪고 있다. 그들이 더 높은 소리로 노래하려 하더라도, 그것은 종종 불가능하다"고 말했다. 이번 연구는 인간 활동이 고래에게 끼치는 부정적 영향을 드러내며 해양 소음을 줄이는 것의 중요성을 강조했다. 고래 소통의 전문가이자 오리건 주립 대학의 케이트 스태포드(Kate Stafford) 박사는 "해양 포유류에게 음성 생성과 인식은 가장 중요한 감각 중 하나다. 따라서 소리 생성 방식을 규명하는 연구는 이 분야의 발전에 큰 잠재력을 가지고 있다"고 평가했다. 또한, 이 연구는 고래의 조상들이 육지에서 바다로 돌아가면서 물속에서 소통을 가능하게 하는 적응을 어떻게 발전시켰는지에 대한 진화적 통찰을 제공한다. 소리를 내는 방식에 있어서, 특히 이빨고래들은 연구하기가 비교적 용이하기 때문에 그들의 소통 방식이 더 잘 알려져 있다. 돌고래, 오르카, 향유고래, 돌묵지 등을 포함하는 해양 포유류는 코 통로에 위치한 특별한 구조를 통해 공기를 분출함으로써 소리를 낸다. 반면, 턱수염 고래들은 다른 방식으로 소리를 생성한다. 이빨고래들이 성대의 진동을 통해 소리를 내는 것과 달리, 턱수염 고래들은 후두 상단의 지방 쿠션을 활용해 소리를 만든다. 이러한 독창적인 음성 해부학 덕분에 턱수염 고래들은 넓은 주파수 범위의 소리를 생성할 수 있으며, 이 소리는 수백 킬로미터 떨어진 곳에서도 들을 수 있다. 이는 짝짓기, 먹이 탐색, 포식자로부터의 회피 등 다양한 목적으로 활용된다. 스코틀랜드 세인트 앤드루스 대학교의 해양 포유류 연구소 소속 엘렌 가랜드(Ellen Garland) 박사는 "대형 고래 연구는 항상 도전적이지만, 물속에서 직접 고래를 볼 수 없는 상황에서 그들이 어떻게 소리를 내는지 파악하는 것은 더욱 어려운 일이었다. 이에 연구진의 창의적인 접근은 높이 평가된다"고 말했다. 이 연구는 바다에 서식하는 거대한 생명체에 대한 우리의 이해를 심화시키고, 그 보호에 기여할 것이다. 향후 과학자들은 고래가 어떻게 노래를 배우는지, 노래의 의미는 무엇인지, 그리고 인간의 활동이 고래들의 소통에 어떤 영향을 미치는지에 대해 더 깊이 연구할 계획이다.
- 생활경제
2024-02-23