4색각

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Tetrachromat, 四色覺

1 개요

생물이 빛을 감지하는데는 간상세포와 원추세포가 이용된다.[1] 이 중에서 원추세포의 말단에는 색소가 붙어있는데 이 색소의 종류에 따라 가장 잘 반응하는 빛의 파장이 달라진다.

색각을 인식할 때는 서로 다른 파장에 반응하는 여러가지 원추세포의 반응을 조합한다. 이 때, 원추세포의 가지수에 따라 2색각, 3색각 그리고 4색각 등으로 분류할 수 있으며 4색각은 일반적으로 4가지 원추세포를 가질 경우를 일컫는다.[2]

2 특징

본래 생선 이래의 모든 생물은 3색에 더해서 자외선을 볼 수 있는 4색각을 가지고 있었다.

하지만 태반을 가진 포유류는[3] 영장류 일부 종을 제외하면 파장이 긴 빨간색과 녹색 파장의 빛을 구분할 수 없다. 즉, 적록색맹이다. 이는 중생대 동안 포유류가 야행성으로 지내면서 퇴화해서 없어진 것으로 추측된다.[4]

그런데 포유류가 살기 좋은 신생대가 되어 나무 위에서 살게 된 영장류는 나무열매를 주식으로 삼았고, 나무열매를 찾고 잘 익은 열매를 구분하는 능력이 중요해졌다. 이 때 우연히 X염색체에 변이가 발생하여, 일부 암컷이 3색각을 얻게 되었다.[5]3색각은 나무열매를 찾는데 유리했고 색각 유전자가 널리 퍼지게 되었다.

처음에는 한쪽 X염색체에 변이 유전자를 가지고 있는 일부 암컷만이 지니고 있었다. 하지만 3색각이 매우 유용하여 선택압이 가중되었기 때문에 영장류에서 색맹은 드물게 되었다. 오히려 인간은 색각의 유용성이 다소 떨어져서 선택압도 줄었기 때문에 다른 유인원보다도 색맹이 많은 편이다.

인간은 자외선 영역의 빛을 수용할 수 있는 원추세포를 갖지 않고 있기 때문에 자외선은 직접적으로는 볼 수 없다. 인간이 갖고 있는 원추세포는 L, M, S의 세 가지인데 이 중 청색 빛을 주로 감지하는 S 원추세포가 감지할 수 있는 파장의 한계는 약 380nm정도이다. 그러나 이 파장은 개인마다 조금씩 차이가 있기 때문에, 선천적으로 수정체가 결손된 경우 극히 드물게 자외선을 볼 수 있는 경우도 있다.

3 사람에서의 사색각

사람의 경우, 일반적으로 564~580 nm 파장의 빛에 가장 민감하게 반응하는 적원추세포, 534~545 nm인 녹원추세포, 그리고 420~440 nm인 청원추세포를 기본적으로 가지고 있다.[6]

그러나 4색각은 주로 X염색체에 존재하는 특별한 적록색약 유전자[7]의 보인자인 여성에게서 발현된다. 이와 같은 보인자의 경우 정상적인 적원추세포와 녹원추세포, 그 중간 파장에 반응하는 원추세포, 그리고 청원추세포를 가지므로 4색각이 된다.

정상적인 3색각과 이러한 4색각의 색상에 대한 감도 차이는 2색각과 3색각 간의 차이에 비하여 매우 미미하다고 하는 경우도 있지만, 이는 직접 4색각이 되어보지 않는 이상 알 수 없다.[8] 4색각자가 아무리 설명을 해봐도 일반인에게는 같은 색으로 보일뿐이다. 정상인이 아무리 설명을 해줘도 색맹에게는 같은 색으로 보이는과 마찬가지다. 즉, 4색각자의 입장에선 정상인이 색맹일 뿐이다. 숫자상으로는 원추체가 하나씩 늘어날때마다 구별할수 있는 색의 종류는 기하급수적으로 증가한다. 엄밀히 말하면 이론적으로는 2색각과 3색각 차이보다 3색각과 4색각의 차이가 훨씬 더 크다는 말이다.
  1. ↑ 참고로 요즘은 간상세포, 원추세포라는 말을 각각 막대세포, 원뿔세포라는 말로 순화시켜서 쓰기도 한다. 현재 고등학교에서 쓰는 과학 교과서에서는 바뀐 용어를 사용하고 있다. 근데 이게 생명과학이 아니라 물리 I(!!!)에서 나온다.
  2. ↑ 원추세포가 3종류라도 간상세포와 원추세포가 모두 반응하는 약한 빛 아래서는 간상세포가 색각 감지에도 사용되어 제한적인 4색각을 가질 수 있다.
  3. ↑ 오스트레일리아의 유대류는 삼색각을 가진다.
  4. ↑ 실제로 2색각을 가진 동물이라도 약한 빛 아래서는 상술한 바와 같이 제한적인 3색각을 가질 수 있다.
  5. ↑ 이 때문에 사람을 비롯한 영장류의 적원추세포와 녹원추세포의 색소를 만드는 유전자는 파충류 등 3색각을 지닌 생물들의 색소 유전자와 다르다. 또한 오스트레일리아의 유대류는 2색각으로 퇴화되지 않았기 때문에 공통조상으로부터 물려받은, 즉 파충류와 그 유전자가 같다.
  6. ↑ 정확한 중심파장은 개인 차가 존재한다.
  7. ↑ 모든 적록색약 유전자가 아니라 유전자 변이로 적원추세포와 녹원추세포의 중간정도 파장에 반응하는 색소를 만들게되어 발생한 색약만이 가능하다.
  8. ↑ 근거 없는 소리는 아니다. 적원추세포와 녹원추세포 사이의 파장을 감지하는 원추세포가 추가되는 거라 이 사이에 있는 주황색-노란색 영역을 더 잘 구분하는 정도로 그치리라는 추측이 가능하다.