멜론 (동물학)
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1. 개요
멜론은 이빨고래류의 분기공과 주둥이 사이에 위치한 지방질 덩어리이다. 반향정위에 사용되는 소리를 집중시키는 생체 음향 구성 요소로 여겨지며, 소리의 방향을 굴절시키는 음속 기울기를 생성한다. 멜론은 트리글리세라이드와 왁스 에스터의 혼합물로 구성되며, 종에 따라 멜론의 구성 성분과 음속이 다르다. 향유고래는 정크라고 불리는 지방질 구조가 멜론과 상동이며, 흰돌고래는 멜론의 모양을 자유자재로 바꿀 수 있다.
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2. 구조 및 기능
멜론은 구조적으로 이빨고래의 비강 장치 일부를 구성하며, 머리 앞부분의 분기공과 주둥이 끝 사이에 위치한 지방 조직 덩어리이다. 멜론의 정확한 기능은 아직 완전히 밝혀지지 않았으나, 과학자들은 이것이 반향 정위에 사용되는 소리를 집중시키고, 음파가 주변 물속으로 효율적으로 전달되도록 돕는 중요한 생체 음향 기관일 것으로 보고 있다. 과거에는 멜론이 잠수나 부력 조절에 관여한다는 가설도 있었지만, 지난 수십 년간의 연구를 통해 이러한 주장은 현재 받아들여지지 않는다.[3]
2. 1. 음향학적 특징
멜론은 구조적으로 비강 장치의 일부이며 분기공과 주둥이 끝 사이의 공간 대부분을 차지하는 조직 덩어리이다. 멜론의 기능이 완전히 밝혀진 것은 아니지만, 과학자들은 이것이 생체 음향 기능을 수행하는 중요한 기관이라고 보고 있다. 즉, 반향 정위에 사용되는 소리를 집중시키고, 머리 외부의 물과 조직의 음향 특성을 유사하게 만들어 음향 에너지가 최소한의 손실로 환경으로 전달되도록 돕는 역할을 한다고 여겨진다. 과거 일부 학자들은 멜론이 잠수나 부력 조절에 관여한다고 생각했으나, 지난 40년간의 연구를 통해 이러한 가설은 부정되었으며 현재 고래 연구자들 사이에서는 유효하지 않은 것으로 간주된다.[3]멜론의 음향학적 역할의 핵심은 다양한 지방질 구성으로 인해 발생하는 음속 기울기이다. 이 기울기는 멜론을 통과하는 소리의 방향을 굴절시키는 효과를 낸다. 또한, 소리는 멜론 주변의 두개골과 공기 주머니 구조에 의해 반사되기도 한다.[4] 이러한 소리의 굴절 및 반사 특성 때문에 멜론은 반향 정위 과정에서 마치 음향 렌즈처럼 작동하여 고래가 방출하는 소리 빔을 조절하고 집중시키는 데 기여하는 것으로 이해된다.
멜론의 크기가 이빨고래의 최대 잠수 깊이와 직접적인 관련이 있다는 증거는 없다. 오히려 멜론의 형태나 구성과 같은 특성은 각 종의 계통발생, 즉 진화적 역사 및 분류학적 관계와 더 밀접한 관련이 있을 것으로 추정된다. 일부 종의 멜론은 다른 종에 비해 더 특수화된 형태를 보이기도 한다. 예를 들어, 향유고래의 거대한 코 내부에는 '정크(junk)'라고 불리는 지방 조직이 있는데, 이는 다른 이빨고래의 멜론과 구조적으로 동일한 기관(''상동'')이다. 하지만 정크는 향유고래의 또 다른 주요 구조물인 정자고래 기관과는 ''상동'' 관계가 아니다.[1][5] MYH16 단백질과 같은 유전자 발현 연구 결과는 멜론이 포유류의 턱 근육인 교근에서 진화적으로 기원했을 가능성을 시사한다.[6]
2. 2. 진화적 관점
멜론의 크기는 이빨고래의 최대 잠수 깊이와 관련이 없다.[3] 오히려 멜론의 특성은 이빨고래의 계통발생, 즉 진화적 시간의 분류학적 관계와 더 관련이 있을 것으로 보인다. 어떤 종에서는 멜론이 다른 종보다 더 특화되어 있다. 예를 들어, 향유고래는 세계에서 가장 큰 코를 가지고 있는데, 그 코의 대부분은 정자고래 기관과 "정크"라는 두 개의 큰 지방질 구조로 구성된다. 이 중 정크는 구조적으로 멜론과 동일하며 상동 관계에 있다.그러나 멜론(또는 정크)은 정자고래 기관과는 '''상동'''이 아니다.[1][5] MYH16 단백질과 같은 유전자 발현 연구는 멜론이 교근에서 기원했음을 시사한다.[6]
향유고래의 정크라는 명칭은 과거 포경업자들이 고래 기름을 추출하는 데 쓸모없다고 여겼기 때문에 붙여졌다. 정크는 연골 벽으로 분리된 정자 고래 기름 구획을 포함하고 있다.
3. 구성 성분
멜론은 주로 트리글리세라이드와 왁스 에스터의 혼합물로 이루어진 지방 조직이다. 멜론 내부의 정확한 구성 비율은 고래의 종류에 따라 다양하며, 일반적으로 내부 코어는 외부 부분보다 왁스 함량이 높고 소리를 더 느리게 전달하는 경향이 있다. 이러한 구성 기울기는 소리를 굴절시켜 렌즈처럼 초점을 맞추는 역할을 한다.
멜론을 구성하는 지질은 대사적으로 독성이 있어 동물이 소화할 수 없다. 이 때문에 굶주린 돌고래가 몸의 다른 부위 지방을 소모하여 수척해져도 멜론은 비교적 온전하게 유지되는 경우가 많다.[1] 또한 멜론의 지질은 일반적으로 블러버보다 분자량이 낮고 포화 지방의 비율이 높다는 특징이 있다.
돌고래과(Delphinidae)와 향유고래상과(Physeteroidea)의 멜론에는 상당한 양의 왁스 에스터가 있는 반면, 쇠돌고래과(Phocoenidae)와 외뿔고래과(Monodontidae)의 멜론에는 왁스가 거의 또는 전혀 없다.[7] 멜론 내의 음속은 종에 따라 차이를 보이는데, 돌고래과, 쇠돌고래과, 외뿔고래과에서 가장 낮고, 부리고래과(Ziphiidae)에서 중간이며, 향유고래과(Physeteridae)와 남아시아강돌고래과(Platanistidae)에서 가장 높다.[8]
3. 1. 멜론 구성의 다양성
멜론은 주로 트리글리세라이드와 왁스 에스터의 혼합물로 이루어져 있지만, 그 정확한 구성 비율은 종에 따라 다양하다. 일반적으로 멜론의 내부 중심부는 바깥 부분보다 왁스 함량이 더 높으며, 이 때문에 소리 전달 속도가 더 느리다. 이러한 내부와 외부의 밀도 차이는 소리의 방향을 굴절시켜 마치 렌즈처럼 소리의 초점을 맞추는 역할을 한다.특히 멜론의 왁스 함량은 종별로 뚜렷한 차이를 보인다. 돌고래과(Delphinidae)와 향유고래상과(Physeteroidea)에 속하는 종들의 멜론에는 상당한 양의 왁스 에스터가 포함되어 있다. 반면, 쇠돌고래과(Phocoenidae)와 외뿔고래과(Monodontidae)(일각고래 및 흰돌고래 포함)의 멜론에는 왁스가 거의 없거나 전혀 들어있지 않다.[7]
멜론 내부에서의 음속 역시 종에 따라 다르다. 돌고래과, 쇠돌고래과, 외뿔고래과에서는 음속이 가장 낮게 나타난다. 부리고래과(Ziphiidae)에서는 중간 정도의 음속을 보이며, 향유고래과(Physeteridae)와 남아시아강돌고래과(Platanistidae)(남아시아강돌고래)에서는 가장 높은 음속을 나타낸다.[8]
3. 2. 종별 멜론 구성 (예시)
멜론은 주로 트리글리세라이드와 왁스 에스터로 이루어진 지방 조직이다. 멜론 내부의 정확한 성분 비율은 고래의 종류에 따라 다양하다. 일반적으로 멜론의 중심부(내부 코어)는 바깥 부분보다 왁스 에스터 함량이 높으며, 이 때문에 소리가 더 느리게 전달된다. 이러한 밀도 차이는 마치 렌즈처럼 소리의 방향을 굴절시켜 특정 방향으로 집중시키는 역할을 한다.멜론을 구성하는 지질은 특이하게도 동물이 소화할 수 없는 형태여서 대사적으로 독성을 띤다. 이 때문에 굶주린 돌고래가 다른 부위의 지방을 에너지원으로 사용해 수척해져도 멜론의 크기는 비교적 온전하게 유지되는 경우가 많다.[1] 멜론의 지질은 일반적으로 블러버를 구성하는 지질보다 분자량이 작고 포화 지방의 비율이 높다.
고래의 종류에 따라 멜론의 구성에는 차이가 있다. 예를 들어, 돌고래과(Delphinidae)와 향유고래상과(Physeteroidea)에 속하는 고래들의 멜론에는 상당한 양의 왁스 에스터가 포함되어 있다. 반면, 쇠돌고래과(Phocoenidae)나 외뿔고래과(Monodontidae, 일각고래 및 흰돌고래 포함)의 멜론에는 왁스 에스터가 거의 없거나 아예 없다.[7] 멜론 내부에서의 음속 역시 종류별로 다른데, 돌고래과, 쇠돌고래과, 외뿔고래과에서 가장 느리고, 부리고래과(Ziphiidae)에서 중간 정도이며, 향유고래과(Physeteridae)와 남아시아강돌고래과(Platanistidae)에서 가장 빠르다.[8] 이러한 구성과 음속의 차이는 각 고래 종의 반향정위 능력과 관련이 있을 것으로 추정된다.
3. 2. 1. 참돌고래속 고래
참고래속(Globicephalalat) 고래의 멜론은 왁스 에스터와 트리글리세리드의 혼합물이다. 멜론의 내부 코어는 약 33%의 왁스 에스터를 함유하고, 외부 층은 약 5%의 왁스 에스터를 함유한다. 대부분의 지방은 포화 지방이다.[9]3. 2. 2. 꼬마향고래
꼬마향고래(*Kogia breviceps*)의 멜론은 외부층과 내부 코어로 구성되어 있으며, 내부 코어는 일반적으로 외부층보다 왁스 에스테르의 비율이 더 높다.[10]
멜론 뒤에는 많은 과학자들이 "정자고래유 기관"이라고 부르는 뿔나팔 모양의 기관이 있다. 이 기관은 정자고래의 정자고래유 기관과는 형태와 구성이 다르다.
| colspan=2 | | 외부 멜론 | 내부 멜론 | 정자고래유 기관 | |
|---|---|---|---|---|
| 지질 함량(무게) | 15–91% | 74–94% | 92–96% | |
| 지질 구성 | 왁스 에스테르 | 8–46% | 40–90% | 84–99% |
| 트리글리세라이드 | 54–92% | 10–69% | 1–16% | |
| 평균 탄소 수 | 왁스 에스테르 | 32–35 | 29–32 | 28–29 |
| 트리글리세라이드 | 47–51 | 41–46 | 45 | |
3. 2. 3. 향유고래
향유고래에도 멜론과 유사한 구조가 있는데, 이는 전통적으로 '정크'라고 불린다. 과거 포경업자들은 이 부분에서 고래 기름을 얻기 어렵다고 생각하여 '정크(junk, 쓰레기)'라는 이름을 붙였다. 정크 안에는 연골로 된 벽에 의해 나뉜 여러 구획이 있으며, 이 구획들은 정자 고래 기름으로 채워져 있다.3. 2. 4. 흰돌고래
흰돌고래의 멜론은 다른 고래들과 달리 모양을 자유자재로 바꿀 수 있다는 특징이 있다.[11] 이렇게 멜론의 모양을 바꾸면 반향정위 빔의 크기, 모양, 방향, 주파수 등을 조절하는 효과를 얻을 수 있다.참조
[1]
논문
Functional morphology and homology in the odontocete nasal complex: Implications for sound generation
1996-06
[2]
논문
Morphology of the melon and its tendinous connections to the facial muscles in bottlenose dolphins (Tursiops truncatus)
http://libres.uncg.e[...]
2008-07
[3]
논문
The sperm whale's nose: Sexual selection on a grand scale?
1999-10
[4]
서적
"Marine Mammal Biology: An Evolutionary Approach"
https://books.google[...]
[5]
논문
Anatomic Geometry of Sound Transmission and Reception in Cuvier's Beaked Whale (''Ziphius cavirostris'')
2008-04
[6]
논문
A tradeoff evolution between acoustic fat bodies and skull muscles in toothed whales
2024
[7]
논문
Isovaleroyl triglycerides from the blubber and melon oils of the beluga whale (''Delphinapterus leucas'')
1971-09
[8]
논문
Comparative lipid patterns in acoustical and non-acoustical fatty tissues of dolphins, porpoises and toothed whales
1975-04
[9]
논문
Heterogeneity of lipid composition within the cephalic melon tissue of the pilot whale (''Globicephala melaena'')
1973-12
[10]
논문
Compositional topography of melon and spermaceti organ lipids in the pygmy sperm whale ''Kogia breviceps'': Implications for echolocation
1978
[11]
웹사이트
Beluga Whale wiggling its Melon at Vancouver Aquarium
https://www.youtube.[...]
[12]
논문
Functional morphology and homology in the odontocete nasal complex: Implications for sound generation
1996-06
[13]
논문
Morphology of the melon and its tendinous connections to the facial muscles in bottlenose dolphins (Tursiops truncatus)
2008-07
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