예리한 촉각 덕분에 벌새는 꽃에 부딪히지 않고 꽃 근처를 맴돌 수 있습니다.

벌새는 자연과 공학의 경이로움처럼 보입니다. 수술을 통해 정밀하게 꽃 근처를 맴돌 수 있는 살아있는 생물입니다. 그들은 이것을 어떻게 하는가?

벌새의 비행 메커니즘은 잘 연구되었지만, 이 작고 활력 넘치는 새들이 꽃에 부딪히지 않고 꿀을 마시는 데 벌새의 촉각이 어떻게 도움이 되는지에 대해서는 알려진 바가 훨씬 적습니다. 과학자들이 뇌에서 촉각이 어떻게 처리되는지에 대해 알고 있는 대부분은 포유류에 대한 연구에서 나온 것이지만, 새의 뇌는 포유류의 뇌와 매우 다릅니다.

UCLA 주도 연구 발표 현재 생물학 벌새는 전뇌의 특정 두 지점에 있는 뉴런이 발화할 때(날개 앞쪽 가장자리와 다리 피부의 깃털에 공기의 돌풍이 닿을 때) 몸의 3D 지도를 생성한다는 것을 보여줍니다. 부리, 얼굴, 머리의 수용체도 이 목적을 위해 작동합니다. 물체에 대한 근접성을 포함한 요인에 의해 영향을 받는 기압의 강도는 깃털 기저부와 다리 피부에 있는 신경 세포에 의해 포착되어 뇌로 전달되어 물체에 대한 신체의 방향을 측정합니다.

연구원들이 연구한 얼룩말 핀치새는 일부 영역에서 벌새보다 민감도가 약간 낮은 동일한 일반 조직을 가지고 있으며, 이는 이러한 영역이 고도로 전문화된 벌새 비행 역학에 도움이 된다는 것을 시사합니다. 이 연구는 동물이 자신의 세계를 어떻게 인식하고 탐색하는지에 대한 지식을 더해주며 동물을 보다 인도적으로 대하는 방법을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

인간은 뇌 중심의 발가락부터 다리, 등까지 진행되는 신체의 촉각 지도를 생성하며 얼굴과 손의 촉각을 나타내는 훨씬 더 넓은 영역을 생성합니다. 접촉 및 터치 작업에 사용되는 이러한 영역은 인간의 뇌에서 확대됩니다.

교신저자이자 UCLA 통합생물학 교수인 던컨 리치(Duncan Leitch)는 “포유류에서 촉각은 전뇌의 피질 외부 표면을 통해 처리된다는 것을 알고 있습니다.”라고 말했습니다. “그러나 새의 뇌는 층화된 피질 구조가 없기 때문에 촉각이 뇌에서 어떻게 표현되는지는 폭넓은 질문이었습니다. 우리는 다양한 종류의 터치가 이 영역의 특정 뉴런을 활성화하는 위치와 전뇌에서 터치가 어떻게 구성되는지를 정확하게 보여주었습니다.”

새에게 염료를 주입한 이전 연구에 따르면 새의 뇌에는 얼굴과 머리에 대한 접촉을 처리하는 전뇌 영역과 신체의 다른 부분에 대한 접촉을 처리하는 영역이 있는 것으로 나타났습니다. 예를 들어 올빼미의 경우 일반적으로 얼굴 터치에 해당하는 터치 센터는 발톱에만 사용됩니다. 그러나 벌새는 올빼미와 매우 다른 삶을 살기 때문에 이것이 벌새에게도 해당될 것 같지는 않았습니다.

왕립 수의과 대학과 브리티시 컬럼비아 대학의 Leitch와 공동 저자는 벌새와 핀치새에 전극을 배치하고 면봉이나 공기 퍼프로 부드럽게 만져 뉴런이 실시간으로 발사되는 것을 관찰할 수 있었습니다. 더 쉬운 분석을 위해 컴퓨터가 전극의 신호를 증폭하여 소리로 변환했습니다.

실험을 통해 머리와 몸에 대한 촉각이 전뇌의 서로 다른 영역에 매핑되어 있음이 확인되었으며 공기 압력이 이 영역의 특정 뉴런 클러스터를 활성화한다는 사실이 처음으로 나타났습니다. 날개를 조사한 결과 깃털에 공기를 불어넣으면 활성화될 때 뇌에 신호를 보내는 것으로 보이는 신경 세포 네트워크가 나타났습니다.

연구자들은 날개 가장자리의 자극에 반응하는 특히 큰 뇌 세포 클러스터를 발견했는데, 이는 새가 미묘한 방식으로 비행을 조정하는 데 도움이 되는 것으로 생각됩니다. 그들은 또한 발이 촉각에 극도로 민감하고 이 촉각이 뇌에서 큰 역할을 한다는 사실을 발견했는데, 이는 아마도 앉는 데 도움이 될 것입니다. 연구자들은 발을 사용하여 물체를 잡고 움직이는 앵무새와 다른 새의 경우 이러한 영역이 훨씬 더 클 수 있다고 추측합니다.

그들의 연구에서 연구자들은 새의 수용장을 확인했는데, 이 수용장은 접촉이 뉴런의 발화를 유발합니다. 벌새의 경우 이러한 영역 중 일부(특히 부리, 얼굴, 머리)는 매우 작았으며 이는 가장 가벼운 접촉도 감지할 수 있음을 의미합니다. 얼룩말 핀치새는 동일하지만 더 큰 수용 영역을 가지고 있는데, 이는 핀치새의 이 영역이 그다지 민감하지 않으며 아마도 지속적이고 꾸준한 정밀 비행에 의존하는 벌새와 더 큰 관련성이 있음을 시사합니다.

“벌새는 우리가 줄 수 있는 가장 작은 한계에도 종종 반응했습니다.”라고 Leitch는 말했습니다.

다양한 동물이 몸 전체에 터치를 매핑하는 방법에 대해 더 많이 배우면 센서를 사용하여 보철 팔다리 또는 자율 장치와 같이 작업을 수행하거나 이동하는 기술이 발전할 수 있습니다. 그러나 동물 복지 개선은 아마도 연구의 보다 즉각적인 결과일 것입니다.

“동물들이 촉각을 어떻게 인식하는지 이해할 수 있다면 동물에게 덜 방해가 되는 관행을 개발할 수 있습니다.”라고 리치는 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240529144222.htm