척추동물 유일하게 제2 후두 ‘울대’ 갖춰, 긴 기도를 공명통 활용
» 작은 새라도 우렁차게 노래할 수 있는 것은 후두에 이은 울대라는 추가 기관 덕분이다. 나타샤 베르츠비츠키 제공.
여름 철새인 휘파람새와 울새가 내는 아름답고도 커다란 노랫소리가 숲 속에서 들려온다. 하지만 정작 노래의 주인공을 찾아낸다면, 그 작은 몸집에서 어떻게 이런 소리가 나오는지 놀랄 것이다.
다윈을 지지하며 진화론 보급에 앞장선 영국 생물학자 토머스 헉슬리는 일찍이 1872년 그 답을 내놓았다. “새는 다른 동물처럼 후두가 같은 자리에 있지만 장치가 하나 더 있다. ‘아래 후두’ 또는 울대(syrinx)가 기관 끝에 달려있는데, 이것이 놀라운 발성 기관이다.”
‘울대’라는 말이 탄생한 지 150년이 다 돼가지만, 동물 가운데 새들에게만 있는 이 기관이 어떻게, 왜 진화하게 됐는지는 수수께끼로 남아 있다. 울대가 적은 힘으로 큰 소리를 낼 수 있는 효율적인 장치여서, 이 기관의 진화가 일어났다는 연구결과가 나왔다.
프란스 골러 미국 유타대 생물학자 등 국제 연구자들은 과학저널 ‘플로스 바이올로지’ 7일 치에 실린 논문에서 새가 놀라운 노래 실력을 자랑하게 된 비밀은 울대가 기도 깊숙한 위치에 자리 잡았기 때문이란 이론을 밝혔다. 연구자에 참여한 잉고 틸츠 유타대 국립 음성 및 언어 연구센터 소장은 “흔히 잘 들리는 소리를 내려면 입이나 부리 바로 옆에서 발성하면 좋을 것 같지만, 우리가 발견한 건 그게 아니다”라고 이 대학 보도자료에서 말했다.
» 조류와 가까운 친척인 악어(왼쪽)와 오리의 기도 형태 비교. 위는 겉모습, 아래는 단면이다. B와 D에서 기관지가 갈라지는 곳에 있는 울대(보라색)를 볼 수 있다. 에반 킹슬리 외 (2018) ‘PNAS’ 제공.
공기호흡을 하는 거의 모든 척추동물에는 후두가 있다. 공기 흐름을 조절해 소리를 내는 데 이용하기도 하지만, 음식이나 물이 기도로 넘어가지 못하도록 막는 밸브 기능을 한다. 기도 들머리에 있는 후두와 함께 새들은 기도 끝 양쪽 기관지로 갈라지는 부위에 울대가 있다. 새들은 울대를 소리를 내는 데만 쓴다. 울대를 마비시킨 새도 호흡에는 지장이 없었다.
연구자들은 굳이 후두를 두고 새로운 발성 기관이 왜 필요했나 확인하기 위해 컴퓨터 모델링을 이용해 기도에서 울대가 어느 곳에 자리 잡을 때 가장 소리가 잘 나는지 알아보았다. 그 결과 소리가 잘 증폭돼 소리를 쉽게 낼 수 있는 위치가 따로 있었다. 주 저자인 토비어스 리드 미국 미드웨스턴대 교수는 “울대가 자리 잡은 위치에서 발성 효율이 가장 높았다”며 “이는 울대와 부리 사이의 긴 기도가 소리를 증폭하는 공명통 구실을 하기 때문”이라고 말했다.
» 새가 작은 몸집으로 다양하게 진화하는 데는 효과적인 발성 장치인 울대의 출현이 필요했다. 나타샤 베르츠비츠키 제공.
새들은 공룡으로부터 분화해 진화하면서 소형화의 길을 걸었다. 그런데 새들은 척추동물 가운데 가장 목이 길다. 울대는 긴 목과 긴 기도를 소리 공명에 활용해 소형화의 길을 열어준 기막힌 발명품이었던 셈이다. 리드 교수는 “작은 새라면 크고 멀리 들리는 소리를 내는 데 너무 많은 에너지를 쓸 수 없다”며 “단지 발성 기관의 위치를 바꿈으로써 훨씬 큰 소리를 낼 수 있게 됐다”고 설명했다.
연구자들은 이번 연구결과를 바탕으로 새의 몸 형태가 어떻게 진화했는지도 설명할 수 있을 것으로 기대했다. 울대의 위치를 확보하기 위해서는 몸의 자세가 달라져야 했을 것이다. 또 포식자에게 들키지 않고 짝짓기 상대에게 신호를 보내는 ‘지향성’ 노래를 부르기 위해서는 머리와 몸, 목의 형태가 달라졌을 것이라고 연구자들은 밝혔다.
■ 기사가 인용한 논문 원문 정보:
Riede T, Thomson SL, Titze IR, Goller F (2019) The evolution of the syrinx: An acoustic theory.
PLoS Biol 17(2): e2006507.
https://doi.org/ 10.1371/journal.pbio.2006507
조홍섭 기자 ecothink@hani.co.kr
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