2008년 6월 5일 - 나비와 새(전형적인 예로서 공작새)들의 화려한 색깔들은 색소(pigments)들로부터 기인한 것이 아니다. 그것은 현미경적 크기의 검은 구조들에서 만들어진 것이다. 그들이 색깔을 띠게 되는 이유와 방식은 과학자들과 공학자들에게 많은 관심을 끌고 있었다. 수잔 밀리우스(Susan Milius)는 이번 주 Science News(2008. 6. 7) 에서 이 주제를 다루었다.[1]

영롱한 빛깔이 공작새(peacock)의 꼬리에서 나오던지, 또는 몰포 나비(Morpho butterfly)나 산호랑나비(swallowtail butterfly, 11/18/2005)의 날개에서 나오던지, 또는 바닷속 빗해파리(comb jelly, 12/19/2005)에서 나오던지 간에, 현란한 무지개빛(훈색, iridescence, 입사각의 변화에 따라 색의 연속적인 변화를 일으키는 물질의 표면이나 내부에서 일어나는 빛의 간섭 현상) 뒤에 숨어있는 기본 원리는 하나의 광학적 기교(optical trick)이다. 그러한 색깔은 날개 또는 깃털에 반복되고 있는 미세한 구조들에서 몇몇 파장의 빛은 소멸시키고 다른 파장의 빛은 강조하는 방법으로 빛을 반사시킴으로 얻어진다. 광결정(photonic crystals) 이라 불리는 이들 구조들은(10/13/2003, 01/29/2003) 전자현미경 하에서 ”벌집의 격자 구조처럼, 또는 열을 지어 심어놓은 크리스마스 트리처럼, 그리고 광섬유 케이블처럼 작동되는(그러나 더 나은 성능의) 강모처럼” 보여질 수 있다. 광학적 효과는 심지어 사람이 볼 수 없는 빛인, 자외선(ultraviolet) 또는 원편광(circularly-polarized light)까지도 사용하여 작동될 수 있다.  

Science Daily(2008. 5. 21), PhysOrg 지는 후자의 방법을 알고 있는 한 딱정벌레를 보도하였고, Science News 기사도 이를 언급하였다. 그 딱정벌레는 영롱한 녹색을 반짝거리고 있기 때문에 Chrysina gloriosa 라는 이름을 가지고 있다. 이 딱정벌레의 결정 구조(crystal structure)는 다이아몬드의 결정구조와 닮았는데, 딱정벌레의 장식은 좌선성 원편광과 우선성 원편광을 함께 반사하고 있다고 밀리우스(Milius)는 말했다. (또 하나의 광결정 딱정벌레에 대해서는 01/19/2007을 읽어 보라.)

과학자들과 공학자들은 다이아몬드와 같이 반짝거리는 우수한 이상적인 광결정을 만들어보려고 노력해왔다. 그들은 이것을 딱정벌레에서 발견할 수도 있을 것이라고 PhysOrg 기사는 말했다. 그 결정들은 탄소(carbon)로 만들어지지 않고, 키틴(chitin, 손톱 물질과 유사한)으로 만들어졌다. 그러나 모든 방향으로부터 녹색 빛을 반사하는 다이아몬드 같은 결정(diamond-like crystals)들로 정렬되어 있다. 녹색의 영롱한 빛깔은 딱정벌레의 ‘독창적인 공학적 전략(ingenious engineering strategy)’에 의해서 이루어지고 있다는 것이다. 비록 ”자연이 빛을 다루는 데에 있어서 매우 단순한 전략적 구조를 사용하고 있다”고 말하고는 있지만, 한 연구원은 ”그러한 구조는 오늘날 우리가 도달할 수 있는 능력을 넘어서는 것이다”라고 말했다.

과학자들은 이들 생물들의 공학적 전략을 열렬히 모방하고 싶어한다. 왜일까? 그 원리를 응용하면, 우리는 전기(electricity) 대신에 빛(light)으로 작동되는 초고속 컴퓨터(ultrafast computers)들을 가질 수 있게 될 것이기 때문이다. 빛의 속도로 작동되는 스위치들을 가진 광학집적회로(optical integrated circuits)는 수천 수만 배로 전자들을 능가할 수 있다. 광컴퓨터(photonic computer)는 전자컴퓨터(electronic computer)가 수년 걸리는 문제를 수초 만에 풀 수도 있을 것이다. 이들 광속의 컴퓨터들을 비너스의 꽃바구니(Venus flower basket)라고 불리는 바다 해면동물(sea sponge, 07/08/2005)이 사용하고 있는 (가장 완벽힌 설계라고 생각되는, 04/05/2006) 광섬유 네트워크(fiber-optic network, 11/16/2007)에 연결하여 보라.(아래 관련자료 링크 11번 참조). 이것은 초고속 인터넷을 갖춘 차세대의 초고속 컴퓨터들이 될 수 있을 것이다.

다른 장치들은 전류 없이도 가스 또는 증기의 존재에 의존하여 색깔을 바꿀 수도 있었다. (아래 관련자료 링크 2번 참조). 그리고 자연의 광결정을 모방하여 도달한 미래의 기계장치들에 의한 시각적 효과를 상상해 보라. 장난감, 극장과 무대 장치, 전자 장치, 의료용 센서 등 어떤 용도로 쓰일지 누가 알겠는가? 이들 생물들에서 영감을 얻어 발명한 광학 장치들로부터 어떤 일들이 가능할지 상상해보기 위해서, 우리는 레이저(laser)의 발명으로 이루어졌던 많은 응용들을 기억해야만 한다.

그녀의 글에서, 수잔 밀리우스는 동물들이 광결정을 사용하게 된 가능한 이유에 대해서 숙고하였다. 그녀는 간단히 그것은 짝(mates)을 매혹시키기 위한 것이라고 말했다. 그러나 그것은 공작새와 나방들에게 이러한 정교한 구조들을 만들고 유지하는 데에 너무도 값비싼 대가를 치르게 하는 것처럼 보인다. 그리고 번쩍거리는 것은 배우자에게 매력적일 수 있지만, 약탈자들에게 쉽게 노출되는 위험을 안게 되는 것이다. 수컷의 이 화려한 쇼가 자신의 건강과 유전적 적응성을 나타내는 것일까? 그 쇼를 암컷은 볼 수나 있는 것일까? 한 동물의 뇌가 화려한 무지개 빛깔의 신호들을 유용한 정보로 인지한다는 것은 명백하지 않다. 아마도 그 빛들은 단지 아름답기 때문일지도 모른다. 밀리우스는 미묘한 말을 하고 있었다 : ”무지개 빛깔은 예쁘다는 것에 의미가 있을 수 있다. 아니면 단지 예쁘기 때문일 수 있다.”

[1] Milius, Susan, 'How They Shine,” Science News, 173:28, pp. 26-29, June 7, 2008.

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자연의 경이로운 설계들은 멋진 영감을 주고 있다. 그러나 대부분의 기사들은 그러한 경이로운 장치들에 대해 진화를 추정함으로서 오점을 남기고 있다. 예를 들면, Science News 기사는 다음과 같이 주장하고 있었다 : ”새들, 딱정벌레들, 나비들, 그리고 다른 많은 생물들은 현대의 공학기술도 달성하지 못하는 최첨단 광학 시스템들을 오래 전에 진화시켰다.”(즉, 진화계통수에서 멀리 떨어져 있는 이들 생물들이 각각 무작위적인 돌연변이들이 일어나, 우연히도 서로 비슷한 최첨단 광학 장치들을 각각 가지게 되었다?). 뒷부분에서는 이렇게 말하고 있었다. ”동물들의 정교한 장치들은 수백만 년 동안의 시행착오를 겪으면서 진화된 것이다.” 정말 토할 것 같은 역겨운 설명이 아닌가!

진화론자들이여, 경이로운 광학 장치를 훔치는 일을 멈추라. 이것은 처음부터 끝까지 지적설계(intelligent design)에 관한 이야기이다. 설계 발견(design detection), 분해 공학(reverse engineering), 생물모방공학(biomimetics) 등은 우주, 지구, 생물체들이 지적으로 설계된 증거를 보여준다는 전제로부터 시작하는 것이다. 이것은 종교적이지 않다. 만약 당신이 그것을 종교라고 부른다면, 신화적인 수십억 년, 마술적인 돌연변이, 흑마술적인 자연선택을 믿는 진화론자들 또한 진화교의 신봉자들이라고 비난받아야 하는 것이다.