매미는 어떻게 조율된 울음소리를 낼까?

조광현 카이스트 교수, 생명체의 동기화된 주기적 진동신호 원리 밝혀

[아시아경제 최장준 기자] 반딧불의 동시다발적 깜빡임, 매미들의 조율된 울음소리 등 생명체는 여러 형태의 주기적 진동신호교환을 통해 정보를 전한다.

또 이들은 정확히 같은 위상(phase)으로 동기화돼 오케스트라에서 지휘자 없이 모든 연주가 일정한 박자에 맞춰 이뤄지는 것과 같다.

그러면 생명체의 여러 주기적 진동신호들은 어떻게 동기화를 이루는가.

카이스트 조광현 교수 연구팀은 가상실험을 통해 이런 궁금증을 풀어냈다.

카이스트(KAIST)는 2일 조광현 교수 연구팀이 대규모 가상세포실험으로 생명체의 여러 주기적 진동신호들이 동기화 되는 원리를 알아냈다고 밝혔다.

조 교수팀은 연구에서 여러 독립적·주기적 진동신호들은 양성피드백(positive feedback)을 통해 서로의 위상에 영향을 미쳐 하나의 같은 위상으로 수렴되는 현상을 밝혀냈다.

특히 양성피드백은 이중활성(double activation)이나 이중억제(double inhibition) 구조로 나타냈다.

이중활성피드백은 연결시간 지연이 짧을 때, 이중억제피드백은 연결시간 지연이 길 때보다 안정적인 신호동기화를 할 수 있게 했다.

또 소리가 교란될 땐 이중활성피드백은 진동신호 주기보다 진폭을 안정적으로 유지하는 반면 이중억제피드백은 연결강도에 불규칙한 변화가 이뤄질 때 일정한 주기와 진폭을 유지시켰다.

이번에 밝혀진 원리는 생체의 주기적 진동신호의 동기화가 교란될 때 생기는 뇌질환 등 여러 질병들 원인을 밝히는 계기를 마련할 것으로 평가되고 있다.

조 교수는 “생명체는 복잡하게 얽혀 있는 네트워크 속에 이런 정교한 진화적 설계원리를 갖고 있었다”며 “이런 규칙들은 수많은 디지털진동자들을 만들어 인공진화를 통해 신호의 동기화현상을 관측했을 때도 이뤄진다는 걸 확인했다”고 말했다.

연구결과는 세포생물학분야 권위지인 세포과학저널(Journal of Cell Science) 2010년 1월 26일자 온라인판에 실렸다.

한편 양성피드백은 서로 이어진 두 요소 사이에 어느 하나의 변화가 결과적으로 스스로를 같은 쪽으로 더 변화시키는 형태의 연결구조를 말한다.

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최장준 기자 thispro@asiae.co.kr