별코두더지

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요

별코두더지는 캐나다 남동부와 미국 동부에 분포하는 반수생 두더지이다. 몸무게는 약 70g, 몸길이는 12~13cm이며, 코 끝에 11쌍의 촉수가 별 모양으로 배열되어 있어 주변 환경을 감지하고 먹이를 찾는 데 사용한다. 습지, 늪지 등 습한 환경에 서식하며 작은 무척추동물, 지렁이, 작은 물고기 등을 먹고, 수영과 냄새 맡는 능력이 뛰어나다.

더 읽어볼만한 페이지

두더지과 - 아시아두더지류
아시아두더지류는 땃쥐와 비슷한 외형의 두더지과 포유류 분류군으로, 일부 종은 아시아 지역에서 발견되며, 과거 분류 체계와 현재 명칭 사용에 대한 논란이 있다.
두더지과 - 히메히미즈
히메히미즈는 일본 두더지와 비슷하게 생겼고 몸통과 머리 길이가 6~8cm, 꼬리 길이가 2.5~4cm 정도이며 짙은 갈색 털과 녹색 금속 광택을 띠고, 다른 두더지류와 달리 독특한 치아 구조, 특히 앞니 형태에서 차이를 보이는 작은 두더지이다.
캐나다의 포유류 - 해달
해달은 족제비과에 속하는 해양 포유류로, 뛰어난 수영 실력과 두꺼운 모피를 지녔으며 해양 생태계 유지에 중요한 핵심종이지만, 현재는 기름 유출, 범고래의 포식, 질병 등 다양한 위협에 직면하고 있다.
캐나다의 포유류 - 산비버
산비버는 다람쥐와 자매군 관계인 산비버과의 유일한 현존 종으로, 원시적인 특징으로 살아있는 화석으로도 불리며 북미 서부에 서식하는 비교적 큰 설치류이지만, 나무 훼손 습성으로 해충으로 간주되거나 멸종 위기에 처해 보전이 필요하기도 하다.
미국의 포유류 - 해달
해달은 족제비과에 속하는 해양 포유류로, 뛰어난 수영 실력과 두꺼운 모피를 지녔으며 해양 생태계 유지에 중요한 핵심종이지만, 현재는 기름 유출, 범고래의 포식, 질병 등 다양한 위협에 직면하고 있다.
미국의 포유류 - 산비버
산비버는 다람쥐와 자매군 관계인 산비버과의 유일한 현존 종으로, 원시적인 특징으로 살아있는 화석으로도 불리며 북미 서부에 서식하는 비교적 큰 설치류이지만, 나무 훼손 습성으로 해충으로 간주되거나 멸종 위기에 처해 보전이 필요하기도 하다.

별코두더지 - [생물]에 관한 문서
기본 정보
별코두더지
학명	Condylura cristata
명명자	Linnaeus, 1758
분류
계	동물계
문	척삭동물문
강	포유강
하강	진수하강
상목	로라시아상목
목	진무맹장목
과	두더지과
아과	신세계두더지아과
족	별코두더지족 (Condylurini)
족 명명	Gill, 1872, 1875
속	별코두더지속 (Condylura)
속 명명	Illiger, 1811
분포
별코두더지의 분포 지역
서식지	습지, 습한 저지대
보전 상태
IUCN	LC (관심 필요)
IUCN 참고	http://www.iucnredlist.org/details/41458/0
형태 및 특징
코 특징	코에 22개의 살색 돌기 (촉수)가 별 모양으로 배열됨
감각 기관	촉각에 매우 민감한 코 물 속에서 냄새를 맡을 수 있음
먹이 탐색 속도	세계에서 가장 빠른 포유류 중 하나
기타
이명	Sorex cristatus Linnaeus, 1758

2. 분포

캐나다 남동부에서 미국 동부에 분포한다.

3. 형태

몸무게는 70g 정도, 몸길이는 12cm~13cm, 꼬리 길이는 6cm~8cm이며, 습지에 살면서 물속에서 먹이를 잡는 반수생 두더지이다.^[28] 코 끝에는 11쌍의 촉수가 있으며, 거기에 많은 아이머 기관이 있다.^[29] 이것은 물속이나 땅속에서 먹이를 찾는 데 도움이 된다. 몸 색깔은 짙은 갈색이다.

분홍색을 띠는 코 끝의 육질 부분은 별 모양을 하고 있다.^[28]

4. 생태

별코두더지는 다른 두더지과 동물에 비해 광범위한 외부 조건에서도 높은 체온을 유지하며 체온 조절에 특히 능숙하다. 이것이 추운 수중 환경에서 번성할 수 있는 이유를 설명해준다.^[12] 집단 생활을 하는 것으로 추정되지만, 이 종의 사회적 행동에 대해서는 알려진 바가 적다. 지하 생활에 완전히 적합하지 않으며, 반수생이다. 주로 절지동물(곤충이나 갑각류 등)이나 지렁이, 조개를 먹는다. 수영을 잘한다.^[28]

4. 1. 서식지

별코두더지는 습한 저지대 지역에 서식하며 작은 무척추동물, 예를 들어 수생 곤충(날도래, 깔따구, 잠자리, 청둥잠자리, 각다귀, 말벌, 물방개, 강도래 유충), 육상 곤충,^[9] 지렁이, 거머리, 기타 환형동물과 같은 벌레,^[9] 연체동물, 수생 갑각류^[9] 뿐만 아니라 작은 양서류와 작은 물고기를 먹고 산다.^[10] 물에서 떨어진 건조한 초원에서도 발견된다. 또한 해발 1676m 높이의 그레이트 스모키 산맥에서도 발견되었다. 그러나 별코두더지는 습하고 배수가 잘 안되는 지역과 늪지를 선호한다.^[11] 수영을 잘하며 시내와 연못 바닥에서 먹이를 찾을 수 있다. 다른 두더지와 마찬가지로 얕은 표면 터널을 파는데, 종종 이러한 터널은 수중으로 이어진다. 낮과 밤을 가리지 않고 활동하며, 겨울에도 활동하여 눈 속에서 터널을 파고 얼음으로 덮인 시내에서 수영하는 모습이 관찰되었다. 캐나다 남동부에서 미국 동부에 분포한다.

4. 2. 행동

별코두더지는 습한 저지대 지역에 서식하며 수생 곤충(날도래, 깔따구, 잠자리, 청둥잠자리, 각다귀, 말벌, 물방개, 강도래 유충), 육상 곤충,^[9] 지렁이, 거머리, 기타 환형동물과 같은 벌레,^[9] 연체동물, 수생 갑각류^[9] 뿐만 아니라 작은 양서류와 작은 물고기를 먹고 산다.^[10] 수영을 잘하며 시내와 연못 바닥에서 먹이를 찾을 수 있다.^[28] 다른 두더지와 마찬가지로 이 동물은 먹이를 찾기 위해 얕은 표면 터널을 파는데, 종종 이러한 터널은 수중으로 이어진다. 낮과 밤을 가리지 않고 활동하며, 겨울에도 활동하여 눈 속에서 터널을 파고 얼음으로 덮인 시내에서 수영하는 모습이 관찰되었다.

이 종은 사회적 행동에 대해서는 알려진 바가 적지만, 집단 생활을 하는 것으로 추정된다.^[28] 늦겨울이나 초봄에 짝짓기를 하며, 암컷은 늦봄 또는 초여름에 일반적으로 4~5마리의 새끼를 낳는다. 그러나 암컷은 첫 번째 번식이 실패할 경우 두 번째 번식을 하는 것으로 알려져 있다.

포식자로는 붉은꼬리매, 대형 뿔올빼미, 바늘올빼미, 소쩍새, 여우, 족제비, 밍크, 다양한 스컹크와 족제비과, 노던 파이크와 같은 큰 물고기, 그리고 고양이가 있다.^[13]

불완전하게 발달된 눈에도 불구하고, 별코두더지는 먹이를 감지하고 주변 환경을 이해하기 위한 복잡한 시스템을 갖추고 있다.^[23] 탐사 과정에서 두더지의 별 모양 부속지는 짧은 접촉을 만들어 에이머 기관을 물체나 기질에 압착시킨다.^[16] 먹이 섭취 시 두더지는 20~30밀리초 동안 지속되는 무작위적인 접촉 패턴으로 탐색한다. 별의 바깥 부속지가 잠재적인 먹이와 살짝 접촉하면, 코는 신속하게 이동하여 관심 대상, 특히 잠재적인 먹이를 더 자세히 탐색하기 위해 두 개(아래쪽 두 부속지, 11번째 쌍)의 와(fovea)로 하나 이상의 접촉을 한다.^[7] 이러한 먹이 섭취 행동은 매우 빨라서 두더지는 매초 10개에서 15개의 별도 영역을 만질 수 있다. 2초 이내에 8개의 별도 먹이 항목을 찾아서 소비할 수 있으며, 평균 시간은 227ms이지만, 120ms만에 다시 먹이를 찾기 시작할 수 있다.

고속 비디오 연구에서 두더지는 항상 11번째 부속지를 주시하여 음식물을 탐색했다.^[18] 촉각 와의 11번째 부속지를 사용하는 것은 인간의 눈이 시각적 장면의 세부 사항을 탐색하는 방식과 놀랍도록 유사하다.^[16]

이 별 모양의 코는 또한 두더지가 물속에서 냄새를 맡을 수 있게 하는데, 이는 이전에 포유류에게 불가능하다고 여겨졌던 일이다. 왜냐하면 후각을 통해 냄새 물질을 후각 상피로 전달하려면 공기를 흡입해야 하기 때문이다.^[24] 별 모양 구조는 화학 수용체 자체가 아니지만, 별코두더지가 초당 8개에서 12개의 작은 공기 방울(각 0.06~0.1mm 크기)을 물체나 냄새 궤적에 불어 넣는 데 도움을 준다. 그런 다음 이러한 거품이 콧구멍으로 다시 흡입되어 공기 방울 속의 냄새 분자가 후각 수용체 위로 실려간다.^[8]

4. 3. 번식

늦겨울이나 초봄에 짝짓기를 하며, 암컷은 늦봄 또는 초여름에 보통 4~5마리의 새끼를 낳는다. 첫 번째 번식에 실패하면 두 번째 번식을 하기도 한다. 갓 태어난 새끼는 털이 없고 몸길이는 약 5cm, 몸무게는 약 1.5g이다. 눈, 귀, 별 모양 코는 모두 닫혀 있다가 태어난 지 약 14일 후에 열리고 제 기능을 한다. 약 30일 후에는 독립하며, 10개월이 지나면 완전히 성숙한다. 붉은꼬리매, 대형 뿔올빼미, 바늘올빼미, 소쩍새, 여우, 족제비, 밍크, 다양한 스컹크와 족제비과 동물, 노던 파이크와 같은 큰 물고기, 그리고 고양이가 별코두더지의 천적이다.^[13]

4. 4. 사회성

별코두더지는 수영을 잘한다.^[28] 보통 혼자 생활하지만, 작은 무리를 이루어 생활하기도 한다.^[28]

4. 5. 천적

붉은꼬리매, 대형 뿔올빼미, 바늘올빼미, 소쩍새, 여우, 족제비, 밍크, 다양한 스컹크와 족제비과 동물, 노던 파이크와 같은 큰 물고기, 고양이 등이 별코두더지의 포식자이다.^[13]

5. 별 모양 촉수

별코두더지의 코는 22개의 분홍색 육질 촉수로 이루어져 별 모양을 띠고 있다.^[28] 이 촉수는 매우 민감하고 빠른 속도로 움직이며, 어두운 환경에서 먹이를 찾고 식별하는 데 중요한 역할을 한다. 특히 코 끝에 있는 11쌍의 촉수와 아이머 기관을 이용하여 물속이나 땅속에서 먹이를 찾는다.^[29] 이 기관은 단 8밀리초 만에 먹이 여부를 판단할 수 있을 정도로 매우 민감하며, 이는 동물계에서 가장 빠른 반응 중 하나이다.^[15]

별 모양의 코는 후각 구조나 추가적인 손이 아닌, 순전히 기계적인 역할을 수행하는 기관이다. 근육이나 뼈가 없는 촉수는 힘줄에 의해 제어되며, 복잡한 근육에 연결되어 있다.^[19]

5. 1. 구조 및 기능

신경과학자이자 20년 동안 별코두더지를 연구해 온 밴더빌트 대학교의 케네스 카타니아는 인간의 뇌가 감각 정보를 처리하고 표현하는 방법에 대한 일반적인 원리를 이해하기 위해 별코두더지 연구에 집중하고 있다. 그는 별코두더지를 "뇌와 행동 전반에 대한 발견의 보고이자 끊임없이 놀라움을 주는 존재"라고 불렀다.^[14]

카타니아는 두더지의 코와 시각을 비교하면서, 두더지가 잠재적인 먹이를 만질 때마다 가장 작은 촉수인 11번째 쌍의 촉수를 대상 위에 위치시켜 반복적으로 빠르게 접촉하는 갑작스러운 움직임을 보인다는 사실을 발견했다. 그는 "별의 움직임은 주시 운동과 유사하며, 11번째 촉수는 중심와처럼 일차 체감각 피질에서 과도하게 표현된다"고 설명하며, 일부 박쥐의 청각 중심와를 언급하며 "진화가 고도의 예민한 감각 시스템을 구축하기 위해 반복적으로 동일한 해결책을 제시했다"고 덧붙였다.^[14]

별 모양의 코는 별코두더지만이 가진 독특한 기관이다. 별코두더지는 시각 대신 특화된 코의 기계적 정보를 사용하여 무척추 동물 먹이를 찾고 식별한다. 이 기관은 매우 민감하고 반응 속도가 빨라 단 8밀리초 만에 먹을 수 있는지 판단할 수 있으며, 이는 동물계에서 가장 빠른 반응 중 하나이다.^[15] 이러한 특징 덕분에 별코두더지는 ''기네스 세계 기록''에 세계에서 가장 빠른 먹이 찾기 동물로 등재되었다.

별코두더지는 몸무게 약 70g, 몸길이 12~13cm, 꼬리 길이 6~8cm이며, 코 끝에 분홍색 육질 부분이 별 모양을 띤다.^[28]

5. 1. 1. 아이머 기관

별코두더지의 코는 22개의 살집이 많은 손가락 모양의 부속지 또는 촉수로 이루어진 매우 특화된 감각 운동 기관이다. 이 촉수는 코 주위를 둘러싸고 있으며 두더지가 주변 환경을 탐험할 때 끊임없이 움직인다. 별 자체는 직경이 1cm 정도로, 일반적인 인간 손가락 끝보다 약간 작다.^[16] 다른 두더지 종의 코보다 훨씬 크며, 터치당 0.92cm²을 덮는다. 이 구조는 고해상도 중심 와부 영역(중심 11쌍의 촉수)과 덜 민감한 주변 영역으로 나뉜다.^[17] 별은 주변의 촉수(각 측면의 1~10)가 불규칙한 안구진탕과 유사한 움직임으로 주변을 탐색하고 관심 대상에 11번째 촉수를 향하게 하는 "촉각 눈"처럼 작동한다.^[18]

별의 해부학적 위치는 코의 원위부(돌출되거나 확장된 부분)이며, 후각 구조나 추가적인 손이 아니다. 부속지에는 근육이나 뼈가 없으며 물체를 조작하거나 먹이를 잡는 데 사용되지 않는다. 이들은 힘줄에 의해 제어되며, 순전히 기계적인 역할을 수행하는 것으로 보이는 일련의 복잡한 근육으로 연결되어 있다.^[19] 별은 직경이 약 인 25,000개의 작고 융기된 돔 또는 유두로 덮인 특화된 표피를 포함한다.^[16] 아이머 기관이라고 알려진 이 돔은 별코두더지의 별에서 발견되는 유일한 유형의 수용체 기관이며, 별 모양 구조가 기계적인 기능을 한다는 것을 증명한다.

아이머 기관은 거의 모든 약 30종의 두더지에서도 발견되는 감각 구조이지만,^[20] ''Condylura''만큼 많은 기관을 포함하는 종은 없다.^[19] 약 17,000개의 수용체를 가진 인간의 손보다 약 6배 더 민감하다.

각 아이머 기관은 여러 개의 1차 구심성 신경에 의해 공급되므로 별은 조밀하게 신경 지배된다.^[19] 이는 세포 기저부의 메르켈 세포-뉴런 복합체, 기둥 바로 아래의 진피에 있는 라멜라 소체 및 진피의 수초화 섬유에서 시작하여 중심 기둥을 통과하고 바깥쪽 각질화 피부 표면 바로 아래의 종말 부위 팽윤에서 끝나는 일련의 자유 신경 종말과 관련이 있다.^[16] 별 표면에 분포된 모든 25,000개의 아이머 기관은 22개의 부속지 모두에서 이러한 기본 구조를 가지고 있다. 와부 영역(11번째 쌍의 촉수)은 표면에 900개의 아이머 기관이 있는 반면, 일부 측면 촉수는 1500개 이상을 가지고 있다. 와부 영역은 신경 지배 밀도가 더 높다. 촉수 1~9는 각각 아이머 기관당 약 4개의 섬유를 가지고 있는 반면, 촉수 10과 11은 각각 기관당 5.6개와 7.1개의 섬유로 훨씬 더 높은 신경 지배 밀도를 가지고 있다.^[19]

별의 절반에 대한 수초화 섬유의 총 수는 53,050개에서 93~94개였으므로 전체 별에 대한 총 섬유 수는 대략 106,000개에서 117,000개로 다양하다. 이는 환경으로부터의 촉각 정보가 체감각 신피질로 빠르게 전달된다는 것을 의미한다.^[16] 두더지가 무언가가 식용 가능한지 여부를 결정할 수 있는 임계값은 25밀리초이다. 두더지의 체감각 피질의 뉴런이 터치에 반응하는 데 12밀리초가 걸리고, 운동 명령이 별로 다시 전달되는 데 다른 5밀리초가 걸린다.^[21]

대뇌 피질에서 별의 표현에 대한 또 다른 중요한 사실은 각 대뇌 반구가 대측성 별을 나타내는 11개의 줄무늬 세트를 명확하게 가지고 있다는 것이다. 어떤 유리한 경우에는, 더 작은 세 번째 줄무늬 세트도 명백했다. 이는 각 신체의 절반이 반대쪽 대뇌 반구에 표현되는 고유한 표현을 가진 다른 신체 구조와 반대된다.^[16]

1996년, 밴더빌트 대학교 박사 과정의 폴 마라스코(Paul Marasco)는 별코두더지의 별 모양 구조가 기계적 자극을 감지하는 역치가 어떤 종류의 아이머 기관이 흥분되었는지에 따라 달라진다는 것을 밝혀냈다. 그는 느린 적응을 보이는 것(긴장 수용기)과 빠른 적응을 보이는 것(위상 수용기) 두 종류를 포함하여 세 가지 주요 유형의 아이머 기관 수용체를 특징지었다. 긴장 수용기는 메르켈 세포-뉴런 복합체와 유사한 반응을 보인다. 빠른 적응 반응에는 250 헤르츠(Hz)의 주파수에서 자극에 대한 최대 감도를 가진 압력 및 기계적 진동에 의해 발생하는 (온-오프) 반응을 기반으로 하는 파치니 소체 유사 반응이 포함된다.

마라스코는 설명된 수용체 중에서 압축 자극에 비교적 둔감하지만 코 표면을 스치거나 미끄러지는 모든 종류의 자극에 급격하게 반응하는 수용체가 있음을 확인했다. 반대로, 모든 종류의 작은 크기의 압축에 강력하게 반응하지만 쓸어내리는 자극에는 반응하지 않는 다른 수용체도 있었다. 쓸어내리는 자극에 민감한 수용체는 범위의 큰 변위에서 5–150 Hz의 광범위한 주파수에서 최대 활성화를 보였다. 반대로, 압축 자극에 반응하는 수용체는 의 변위에서 250–300 Hz에서 좁은 최대 활성 피크를 보였다.

아이머 기관의 신경 종말의 원형 구조와 그 지배 패턴을 기반으로, Marasco는 별코두더지의 거의 모든 수용체는 가해지는 자극의 특정 방향에 대한 선호도를 가진다는 매핑 실험을 통해 제안했다.

반응 수용체의 속도 임계값을 검사한 결과, 세포 반응의 최소 속도는 46 mm/s로 나타났으며, 이는 먹이 찾기 행동 중 코의 근사 속도에 해당한다.

별코두더지의 아이머 기관이 기계적 변형을 감지한다는 점을 고려할 때, 아이머 기관의 신호 변환 메커니즘은 몇 단계로 설명할 수 있다.

# 자극은 수용체 막의 탈분극을 유발하여 수용체 전위가 발생하고, 결과적으로 랑비에 결절 방향으로 전류가 흐른다.

# 수용체 전위가 유지되고 생성된 전류가 랑비에 결절에 도달할 만큼 충분하면, 활동 전위를 생성하기 위한 역치에 도달한다.

# 활동 전위가 생성되면, 이온 채널이 활성화되어 기계적 자극이 전기적 신호로 변환된다.

# 이 신호는 축삭을 따라 전달되어 정보가 처리되는 SNC에 도달한다.

습지에 살면서 물속에서 먹이를 잡는 반수생 두더지이다.^[28] 코 끝에는 11쌍의 촉수가 있으며, 거기에 많은 아이머 기관이 있다.^[29]

5. 2. 촉각을 통한 먹이 탐색

신경과학자이자 20년 동안 별코두더지를 연구해 온 밴더빌트 대학교의 케네스 카타니아는 별코두더지를 "뇌와 행동 전반에 대한 발견의 보고이자 끊임없이 놀라움을 주는 존재"라고 불렀다.^[14]

별코두더지는 완전한 어둠 속에서 생활하며 매우 작은 시신경을 가지고 있어, 시각 대신 코의 특화된 기계적 정보를 이용하여 무척추 동물 먹이를 찾고 식별한다.^[15] 이 기관은 매우 민감하고 반응 속도가 빨라, 단 8밀리초 만에 먹을 수 있는 것인지 판단할 수 있다.^[15] 이는 동물계에서 가장 빠른 반응 중 하나이며, 별코두더지가 ''기네스 세계 기록''에 세계에서 가장 빠른 먹이 찾기 동물로 등재된 이유이다.^[15]

탐사 과정에서 별 모양 부속지는 짧은 접촉을 만들어 아이머 기관을 물체나 기질에 압착시킨다.^[16] 먹이 섭취 시 두더지는 20~30밀리초 동안 지속되는 무작위적인 접촉 패턴으로 탐색한다. 별의 바깥 부속지가 잠재적인 먹이와 살짝 접촉하면, 코는 신속하게 이동하여 두 개의 와(fovea, 아래쪽 두 부속지, 11번째 쌍)로 더 자세히 탐색한다.^[7] 이러한 먹이 섭취 행동은 매우 빨라서 두더지는 매초 10개에서 15개의 별도 영역을 만질 수 있다. 2초 이내에 8개의 별도 먹이 항목을 찾아서 소비할 수 있으며, 평균 시간은 227ms이지만, 120ms만에 다시 먹이를 찾기 시작할 수 있다.

카타니아와 동료들은 별코두더지의 촉각 기관이 가벼운 촉각 섬유에 의해 우선적으로 신경 지배를 받는다는 것을 증명했다.^[7] 고속 비디오 연구에서 두더지는 항상 11번째 부속지를 주시하여 음식물을 탐색했다.^[18] 촉각 와의 11번째 부속지를 사용하는 것은 인간의 눈이 시각적 장면의 세부 사항을 탐색하는 방식과 유사하다.^[16]

별 모양의 코는 두더지가 물속에서 냄새를 맡을 수 있게 한다. 별코두더지는 초당 8~12개의 작은 공기 방울(각 0.06mm~0.1mm 크기)을 물체나 냄새 궤적에 불어 넣고, 이 거품이 콧구멍으로 다시 흡입되어 냄새 분자가 후각 수용체 위로 전달된다.^[8] 별코두더지가 발견되기 전에는, 과학자들은 포유류가 물속에서 냄새를 맡을 수 있다고 믿지 않았을 뿐만 아니라, 거품을 불어서 냄새를 맡을 수 있다고도 생각하지 않았다.^[25]

1993년, 에드윈 굴드와 동료들은 별 모양의 코가 전기 수용체를 가지고 있어서 두더지가 먹이의 전기장을 감지할 수 있다고 제안했다.^[26] 그러나 이 가설은 아직 생리학적으로 설명되지 않았고, 과학계에서 아직 받아들여지지 않았다. 대신, 부속지의 기능이 순전히 촉각이라는 카타니아에 의해 제안된 가설이 더 실현 가능해 보이며 현재 받아들여지고 있는 가설이다.

5. 3. 수중 냄새 맡기

별코두더지는 발달이 불완전한 눈을 가졌지만, 먹이를 찾고 주변 환경을 파악하는 정교한 체계를 갖추고 있다.^[23] 탐사 과정에서 별 모양 부속지는 짧은 접촉을 통해 에이머 기관을 물체나 기질에 밀착시킨다.^[16] 먹이 섭취 시, 두더지는 20~30밀리초 동안 무작위적인 접촉 패턴으로 탐색한다. 카타니아와 동료들은 별코두더지의 촉각 기관이 가벼운 촉각 섬유에 의해 우선적으로 신경 지배를 받는다는 것을 증명했다. 별의 바깥쪽 부속지가 잠재적인 먹이와 살짝 접촉하면, 코는 재빨리 움직여 관심 대상, 특히 잠재적인 먹이를 더 자세히 탐색하기 위해 두 개의 와(fovea, 아래쪽 두 부속지, 11번째 쌍)로 하나 이상의 접촉을 한다.^[7] 이러한 먹이 섭취 행동은 매우 빨라서 두더지는 매초 10~15개의 별도 영역을 만질 수 있다. 2초 이내에 8개의 별도 먹이 항목을 찾아 먹을 수 있으며, 평균 시간은 227ms이지만, 120ms만에 다시 먹이를 찾기 시작할 수 있다.

고속 비디오 연구에서 두더지는 항상 11번째 부속지를 주시하여 음식물을 탐색했다.^[18] 촉각 와의 11번째 부속지를 사용하는 것은 인간의 눈이 시각적 장면의 세부 사항을 탐색하는 방식과 놀랍도록 유사하다.^[16]

이 별 모양의 코는 두더지가 물속에서 냄새를 맡을 수 있게 해주는데, 이는 이전에는 포유류에게 불가능하다고 여겨졌던 일이다. 후각을 통해 냄새 물질을 후각 상피로 전달하려면 공기를 흡입해야 하기 때문이다.^[24] 별 모양 구조는 화학 수용체 자체가 아니지만, 별코두더지가 초당 8~12개의 작은 공기 방울(각 0.06mm~0.1mm 크기)을 물체나 냄새 궤적에 불어 넣는 데 도움을 준다. 그런 다음 이러한 거품이 콧구멍으로 다시 흡입되어 공기 방울 속의 냄새 분자가 후각 수용체 위로 실려간다.^[8] 거품의 속도는 다른 두더지의 냄새 맡는 속도와 비교된다. 과학자들은 거품이 음식과 같은 목표물을 향해 불어지고 있다는 것을 발견했다. 별코두더지가 발견되기 전에는, 과학자들은 포유류가 물속에서 냄새를 맡을 수 있다고 믿지 않았을 뿐만 아니라, 거품을 불어서 냄새를 맡을 수 있다고도 생각하지 않았다.^[25]

1993년, 에드윈 굴드와 동료들은 별 모양의 코가 전기 수용체를 가지고 있어서 두더지가 부속지의 기계적인 검사 전에 먹이의 전기장을 감지할 수 있다고 제안했다.^[26] 행동 실험을 통해 그들은 두더지가 전기장이 없는 동일한 배열보다 살아있는 지렁이의 전기장을 시뮬레이션한 인공 벌레를 더 선호한다는 것을 증명했다. 따라서 그들은 별의 촉수에 있는 신경 종말이 실제로 전기 수용체이며, 두더지가 먹이를 찾는 동안 다양한 위치에서 전자기장의 강도를 샘플링하기 위해 지속적으로 움직인다고 제안했다.^[23]^[26] 그러나 이 가설은 아직 생리학적으로 설명되지 않았고, 과학계에서 아직 받아들여지지 않았다. 대신, 부속지의 기능이 순전히 촉각이라는 카타니아에 의해 제안된 가설이 더 실현 가능해 보이며 현재 받아들여지고 있는 가설이다.

6. 신경학적 연구

신경과학자이자 20년 동안 별코두더지를 연구해 온 밴더빌트 대학교의 케네스 카타니아는 인간의 뇌가 감각 정보를 처리하고 표현하는 방법에 대한 일반적인 원리를 이해하기 위해 별코두더지 연구에 집중하고 있다. 그는 별코두더지를 "뇌와 행동 전반에 대한 발견의 보고이자 끊임없이 놀라움을 주는 존재"라고 불렀다.^[14]

별 모양의 코는 별코두더지만이 가진 독특한 기관이다. 별코두더지는 완전한 어둠 속에서 생활하며 매우 작은 시신경을 가지고 있어, 시각 대신 코의 기계적 정보를 사용하여 무척추동물 먹이를 찾고 식별한다. 이 기관은 매우 민감하고 반응 속도가 빨라, 단 8밀리초 만에 먹이 여부를 판단할 수 있다. 이는 동물계에서 가장 빠른 반응 중 하나이며,^[15] 별코두더지가 기네스 세계 기록에 세계에서 가장 빠른 먹이 찾기 동물로 등재된 이유이기도 하다.

6. 1. 체감각 피질의 과도한 표현

케네스 카타니아의 연구에 따르면, 별코두더지는 잠재적인 먹이를 만질 때 가장 작은 촉수인 11번째 쌍의 촉수를 대상 위에 위치시켜 반복적으로 빠르게 접촉하는 움직임을 보인다. 이러한 별의 움직임은 초점이 다른 곳으로 빠르게 움직이는 주시 운동과 유사하며, 두 개의 11번째 촉수는 크기에 비해 일차 체감각 피질에서 과도하게 표현된다. 이는 영장류의 시각에서 가장 선명한 시야를 제공하는 눈 중앙의 작은 영역인 중심와가 일차 시각 피질에서 과도하게 표현되는 것과 같다.^[14]

별코두더지의 체감각 표현에서 코는 매우 중요한 역할을 한다. 신체 자극 동안 피질에 배치된 전극을 사용한 전기생리학적 실험은 피질의 약 52%가 코에 할당되어 있음을 보여주었다. 이는 코 자체가 두더지의 실제 크기의 약 10%에 불과하더라도 뇌의 절반 이상이 이 기관에 의해 획득된 감각 정보를 처리하는 데 전념한다는 것을 의미한다.^[16]

대뇌 피질에서 별의 표현에 대한 또 다른 중요한 사실은 각 대뇌 반구가 대측성 별을 나타내는 11개의 줄무늬 세트를 명확하게 가지고 있다는 것이다. 이는 다른 신체 구조와 반대되는 현상이다.^[16] 따라서 촉각 와부의 체감각 표현은 행동 패턴과 매우 상관관계가 있다.^[16]^[22] 체감각 피질에서 활성 뉴런의 기록은 대부분의 세포(97%)가 평균 11.6 밀리초의 지연으로 가벼운 촉각 자극에 반응한다는 것을 보여준다. 게다가 이러한 뉴런의 상당 부분(41%)은 흥분성 수용 영역 밖의 근접한 아이머 기관의 자극에 의해 억제되었다. 결과적으로, 별이 물체의 위치와 정체를 빠르게 결정하는 능력은 작은 수용 영역과 짧은 지연 반응을 가진 대뇌 피질 뉴런을 제한하는 관련된 측부 억제 시스템에 의해 향상된다.^[16]

6. 2. 촉각 정보 처리 속도

별코두더지는 시각 대신 고도로 특화된 코의 기계적 정보를 사용하여 먹이를 찾고 식별하는데, 이는 완전한 어둠 속에서 생활하며 매우 작은 시신경을 가졌기 때문이다. 별 모양의 코는 높은 민감도와 반응 속도를 자랑하며, 단 8밀리초 만에 먹을 수 있는 것인지 판단할 수 있다. 이는 동물계에서 가장 빠른 반응 중 하나이며,^[15] 별코두더지가 ''기네스 세계 기록''에 세계에서 가장 빠른 먹이 찾기 동물로 등재된 이유이기도 하다.

밴더빌트 대학교의 케네스 카타니아는 별코두더지의 코를 연구하며, 두더지가 잠재적인 먹이를 만질 때마다 가장 작은 촉수인 11번째 쌍의 촉수를 대상 위에 위치시켜 반복적으로 빠르게 접촉하는 움직임을 보인다는 것을 발견했다. 이는 영장류의 눈이 주시 대상을 향해 빠르게 움직이는 주시 운동과 유사하며, 11번째 촉수는 체감각 피질에서 과도하게 표현되어 영장류 눈의 중심와와 같은 역할을 한다.^[14]

별코두더지의 촉각 정보 처리 속도는 매우 빠르다. 두더지가 무언가가 식용 가능한지 여부를 결정하는 데 걸리는 시간은 25밀리초에 불과하다. 체감각 피질의 뉴런이 터치에 반응하는 데 12밀리초, 운동 명령이 별로 다시 전달되는 데 5밀리초가 걸린다.^[21] 이는 인간의 처리 속도(600밀리초)와 비교하면 놀라운 수준이다.

별코두더지의 대뇌 피질에서 코의 체감각 표현은 매우 크다. 신체 자극 동안 피질에 배치된 전극을 사용한 전기생리학적 실험 결과, 피질의 약 52%가 코에 할당되어 있었다. 이는 코 자체가 두더지 실제 크기의 약 10%에 불과함에도 뇌의 절반 이상이 코에서 얻은 감각 정보를 처리하는 데 사용됨을 의미한다.^[16]

7. 진화

별코두더지의 부속지 발달은 조상의 주둥이에 원시 부속지가 있었고, 이것이 여러 세대에 걸쳐 진화했음을 시사한다.^[27] 비록 화석 증거나 비교 데이터는 없지만, 현존하는 거의 모든 두더지는 콧구멍 주변 주둥이 표피를 구성하는 아이머 기관의 얇은 막을 가지고 있다. 최근 연구에 따르면 북미 종(''스카파누스 타운센디이'')은 별코두더지의 배아 단계와 매우 유사한 원시 부속지를 미측 주둥이에 가지고 있다.^[27] 그러나 ''스카파누스 타운센디이''는 얼굴에 8개의 세분화된 부분만을 가지고 있어, 별코두더지의 22개 부속지와는 다르다. 이러한 변화는 진화에서 흔히 발생하며, 각 모듈을 생성하는 조절 요소를 재발명할 필요 없이 몸의 구조에 모듈을 효율적으로 추가하는 이점으로 설명된다. 별 모양은 독특한 형태와 크기를 가지지만, 다른 두더지 및 포유류의 분자 구조와 유사점을 보이므로, 더 조상의 청사진을 기반으로 하는 구조일 가능성이 있다.^[27]

별코두더지는 포유류 진화에서 극단적인 경우이며, 아마도 포유류 중에서 가장 민감한 기계 감각 시스템을 가지고 있을 것이다.^[16] 별 모양 코에 대한 진화 이론은 크게 두 가지가 있는데, 자세한 내용은 하위 섹션을 참고하면 된다.

7. 1. 습지 환경 적응

별코두더지의 별 모양 코는 습지 서식지의 선택 압력의 결과로 발달했다는 진화 이론이 있다. 습지에는 작은 곤충이 많아서 다른 두더지보다 더 높은 해상도의 감각 표면이 필요했다. 따라서 습지 환경으로의 변화는 더 정교한 감각 구조에 대한 선택적 이점을 제공했을 수 있다. 또한, 많은 종의 야생 두더지의 아이머 기관은 마모 및 찰과상의 뚜렷한 징후를 보인다.^[20] 별코두더지는 덜 거친 환경이 섬세한 별 모양 구조의 진화를 가능하게 한 습지의 촉촉하고 진흙투성이의 토양에서 사는 유일한 종이다.^[16]

또 다른 이론은 먹이 수익성으로, 별코두더지의 먹이 탐색 속도를 설명한다. 먹이 수익성(얻은 에너지/먹이 처리 시간)은 최적의 식단을 추정하는 데 중요한 변수이다. 처리 시간이 0에 가까워지면 수익성은 급격히 증가한다.^[27] 습지에서 이용 가능한 작은 무척추 동물 먹이로 인해 별코두더지는 120ms만큼 짧은 처리 시간을 개발했다. 따라서 먹이를 찾는 빠른 속도는 각 개별 음식 조각의 낮은 영양 가치를 상쇄하고 더 많은 음식을 찾을 수 있는 시간을 최대화한다. 별 모양 코가 입과 가깝기 때문에 음식을 섭취하기 전에 필요한 처리 시간을 크게 줄여 별코두더지가 음식을 빠르고 쉽게 찾고 먹을 수 있는 주요 요인이기도 하다.^[16]^[27]

7. 2. 최적 섭식 이론과의 관계

별코두더지의 부속지 발달은 조상의 주둥이에 원시 부속지가 있었고, 이것이 여러 세대에 걸쳐 높아졌음을 시사한다.^[27] 현존하는 거의 모든 두더지는 콧구멍 주변의 주둥이 표피를 구성하는 아이머 기관의 얇은 막을 가지고 있다. 북미 종(''스카파누스 타운센디이'')은 별코두더지의 배아 단계와 매우 유사한 원시 부속지를 미측으로 주둥이에 가지고 있다.^[27] 하지만 ''스카파누스 타운센디이''는 얼굴에 8개의 세분화된 부분만을 가지고 있으며, 별코두더지의 22개의 부속지와는 다르다. 이러한 변화는 진화에서 흔히 발생하며, 각 모듈을 생성하는 조절 요소를 재발명할 필요 없이 몸의 구조에 모듈을 효율적으로 추가하는 이점으로 설명된다.

별코두더지는 포유류 진화에서 극단적인 경우이며, 아마도 포유류 중에서 가장 민감한 기계 감각 시스템을 가지고 있다.^[16] 별 모양 코에 대한 두 가지 진화 이론이 있는데, 하나는 별코두더지의 습지 서식지의 선택 압력의 결과로 별 모양 구조가 발달했다는 것이다. 습지에는 작은 곤충의 밀집된 개체군이 있어 이러한 자원을 이용하려면 다른 두더지보다 더 높은 해상도의 감각 표면이 필요하다. 따라서 습지 환경으로의 변화는 더 정교한 감각 구조에 대한 선택적 이점을 제공했을 수 있다.

두 번째 이론은 먹이 수익성으로, 별코두더지의 먹이 탐색 속도를 설명한다. 먹이 수익성(얻은 에너지/먹이 처리 시간)은 최적의 식단을 추정하는 데 필수적인 변수이다. 처리 시간이 0에 가까워지면 수익성은 급격히 증가한다.^[27] 습지에서 이용 가능한 작은 무척추 동물 먹이로 인해 별코두더지는 120ms만큼 짧은 처리 시간을 개발했다. 따라서 먹이를 찾는 놀라운 속도는 각 개별 음식 조각의 낮은 영양 가치를 상쇄하고 더 많은 음식을 찾을 수 있는 시간을 최대화한다.

최적 섭식 이론에 따르면, 유기체는 단위 시간당 순 에너지 섭취를 최대화하는 방식으로 먹이를 찾는다. 별코두더지는 매우 작은 먹이를 먹는 데 처리 시간이 매우 짧기 때문에, 느린 동물에게는 시간이나 노력을 들일 가치가 없는 먹이를 이익을 내며 섭취할 수 있으며, 먹이 범주를 독점하는 것은 큰 이점이다. 게다가, 별의 11번째 촉수 바로 뒤에는 별코두더지가 수정된 앞니를 가지고 있어 집게와 같은 역할을 한다. 고속 비디오는 이러한 특수화된 이빨이 땅에서 작은 먹이를 뽑아내는 데 사용된다는 것을 보여준다. 카타니아(Catania)는 "이빨과 별이 통합된 단위로 작용한다는 것이 행동을 통해 명확히 드러난다. 즉, 이빨 바로 앞에 위치한 11번째 촉수는 이빨이 작은 먹이를 잡기 위해 앞으로 움직일 때 벌어진다. 따라서 집게 모양의 이빨과 매우 민감한 별은 작은 먹이를 더 빠르고 효율적으로 찾고 처리하기 위한 수단으로 함께 진화했을 가능성이 높다...작은 먹이를 빠르게 감지하고 섭취하는 능력이 별코두더지의 진화를 이끈 주요 선택적 이점이었던 것으로 보인다."라고 보고했다.^[14]

8. 공학 분야 응용

고도로 특화된 시스템에 대한 연구는 종종 더 일반적인 시스템에 대한 더 나은 통찰력을 제공한다. 별코두더지의 눈에 띄는 별 모양 구조는 인간을 포함한 "덜 주목할 만한" 친척의 일반적인 경향을 반영할 수 있다. 오늘날 포유류의 촉각 변환의 분자 메커니즘에 대해서는 거의 알려진 바가 없다. 초파리가 유전학에, 오징어 거대 축삭이 신경생물학에 기여하는 것처럼,^[16] 별코두더지는 촉각 변환을 위한 모델 생물일 수 있다. 별코두더지의 안구 운동 유사 시스템과 관련된 변환에 대한 적절한 이해는 미래에 새로운 유형의 신경 보철물 개발로 이어질 수 있다. 또한, 별코두더지가 수행하는 뛰어난 속도와 정밀도는 별코두더지의 놀라운 감각 능력에 대한 인공적인 반응으로서 지능형 기계의 구조 설계를 통찰하는 데 기여할 수 있다.

참조

_[1] MSW3
_[2] 간행물 Condylura cristata 2016
_[3] 서적 Wild Mammals of North America: Biology, Management and Conservation https://books.google[...] Johns Hopkins University Press
_[4] 웹사이트 A Star is Born http://www.naturalhi[...] 2000-06
_[5] 학술지 A nose that looks like a hand and acts like an eye: the unusual mechanosensory system of the star-nosed mole
_[6] 학술지 Function of the Star in the Star-Nosed Mole, ''Condylura cristata'' American Society of Mammalogists
_[7] 학술지 Asymptotic prey profitability drives star-nosed moles to the foraging speed limit
_[8] 학술지 Olfaction: Underwater 'sniffing' by semi-aquatic mammals 2006-12-21
_[9] 웹사이트 Condylura cristata (Star-nosed mole) https://animaldivers[...]
_[10] 웹사이트 Star-nosed Mole. http://www.esf.edu/a[...] Adirondack Ecological Center. College of Environmental Science and Forestry. State University of New York
_[11] 웹사이트 BioKIDS - Kids' Inquiry of Diverse Species, Condylura cristata, star-nosed mole: INFORMATION http://www.biokids.u[...] 2015-11-03
_[12] 학술지 Fasting metabolism and thermoregulatory competence of the star-nosed mole, ''Condylura cristata'' (Talpidae: Condylurinae)
_[13] 웹사이트 Star-nosed Mole http://www.esf.edu/a[...] 2015-11-03
_[14] 웹사이트 A Nose for Touch http://the-scientist[...] TheScientist 2012-09-01
_[15] 웹사이트 BBC Nature – Tactile sense videos, news, and facts https://www.bbc.co.u[...] BBC Nature
_[16] 학술지 The sense of touch in the star-nosed mole: from mechanoreceptors to the brain
_[17] 학술지 Tactile sensing in specialized predators – from behavior to the brain Elsevier
_[18] 학술지 Tactile foveation in the star-nosed mole
_[19] 학술지 A nose that looks like a hand and acts like an eye. Star-nosed mole.
_[20] 학술지 Mechanosensory organs of moles, shrew-moles, and desmans: a survey of the family Talpidae with comments on the function and evolution of Eimer's organ
_[21] 학술지 Somatosensory Fovea in the Star-Nosed Mole: Behavioral Use of the Star in Relation to Innervation Patterns and Cortical Representation
_[22] 학위논문 The structure and Function of Eimer’s Organ in the Mole http://citeseerx.ist[...] Vanderbilt University 2006
_[23] 기사 The Electric Mole.' http://discovermagaz[...] Discover Magazine 1993
_[24] 서적 Aquatic Mammals: Their Adaptations to Life in the Water Springfield, Illinois 1930
_[25] 웹사이트 The Beauty of Ugly ~ Star-Nosed Moles https://www.pbs.org/[...] 2007-11-18
_[26] 학술지 Function of the Star in the Star-Nosed Mole, Condylura cristata
_[27] 학술지 The development of a biological novelty: A different way to make appendages as revealed in the snout of the star-nosed mole ''Condylura cristata''
_[28] 웹사이트 ホシバナモグラとは https://kotobank.jp/[...] 2022-11-12
_[29] 서적 もぐらはすごいアリス館 2018-05-18
_[30] 간행물 Condylura cristata http://www.iucnredli[...] 2016
_[31] MSW3
_[32] 서적 Wild Mammals of North America: Biology, Management and Conservation Johns Hopkins University Press

본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com