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냄새의 차이를 구별하는 코의 부호화 시스템
(Nose Code Rockets Smell Discrimination)
Headlines

   당신은 당신의 코(nose) 속에 하나의 부호(code)를 가지고 있다. 초파리(fruit fly, 과일파리)의 후각계(olfactory systems)를 연구하는 과학자들은 구성요소들 사이의 맵핑 메커니즘(mapping mechanism)이 냄새를 구별하는 파리의 능력을 최대화한다는 사실을 발견했다. 부호화 시스템(coding system)은 흡입한 냄새의 정보 내용을 최대화하기 위해 최종적으로 미세하게 조율된 비선형적 반응(non-linear response)을 제공한다.

후각엽(antennal lobe), 후신경구(olfactory bulb), glomeruli, 투사뉴런(projection neurons), 케뇬 세포(Kenyon cells) 등과 같은 이 시스템의 구성 요소들은 06/27/2005일 글에 더욱 자세히 묘사되어 있다. 왜 입력정보가 그들의 각 입력들을 조합하고, 정렬하고, 분배하는 여러 단계를 거쳐 통과되는가? 일종의 컴퓨터와 같은 연산법(algorithm)이 매우 가변적인 화학부호를 개별적 신경부호로 변환하여 입력하고 있음이 밝혀졌다. 이것은 아날로그에서 디지털로의 변환과 비슷하다. 과정 중에 한 부분은 관련 없는 변화들을 평균에서 제외할 수 있으며, 관련된 신호들을 증폭할 수 있다. 출력물들은 비선형 형태로 증폭되어서, 입력된 냄새들(그 중 매우 비슷할 수도 있는 어떤 냄새들) 사이에 최대의 변별력을 제공한다. 그 시스템은 또한 매우 미약한 입력으로부터의 정보를 꺼낼 수 있도록 한다.

라마나(Baranidharan Ramana)와 스토퍼(Mark Stopfer)는 Current Biology에 기고한 글에서[1], 요란스럽고 다양한 주변의 냄새들이 어떻게 초기의 신경계 회로에 의해 일관되고 유효하고 식별할 수 있는 신호로 변화되었는지를 보여주기 위하여, 초파리인 Drosophila의 상대적으로 단순한 후각기관을 사용했던 브한다왓(Bhandawat) 등이 수행한 최근의 한 연구에 대해 논평하는 글을 썼다. 그 글에서 그들은 부호화가 얼마나 멋지게 조화를 이루고 있는지를 이렇게 설명했다 : 

브한다왓 등은 투사뉴런(projection neurons)의 반응들이 마치 ORNs(후각수용뉴런, olfactory receptor neurons) 그룹들 내에서의 반응처럼 서로 간에 밀접하게 연관되어 있음을 발견하였다. 후각엽에 억제성(inhibitory) 국소 뉴런들과 자극성(excitatory) 국소 뉴런들의 존재는 상호 경쟁적이면서도 연합적인 상호작용이 가능함을 제시하고 있다. 투사뉴런들 사이에서의 순수한 억제성 상호작용들은 그들의 반응들을 상호관련이 없도록 하는 경향을 보인다. 그러나 최종적인 경우에(완전히 연결된 네트워크에서) 그러한 상호작용은 '승자 독식”의 경쟁을 유도하고, 이것은 결국 부호화 용량(coding capacity)이 다량의 가용성 출력 채널로 인해 대폭 감소되는 결과를 가져오게 한다. 한편 순수한 자극성 상호작용들은 그들의 입력 정보에서 사용가능한 것보다 더 낮은 수준으로 채널들의 독립성을 감소시킨다. 따라서 브한다왓 등의 결과는 후각엽의 네트워크 연결성은 그것의 부호화 용량을 최적화하기 위하여 정교하게 균형 잡혀 있음을 시사하고 있다.

그것의 부호화 용량을 최적화하고 있다는 것은, 그 시스템이 민감하고, 일관되고, 효율적이며, 신뢰성이 있다는 것을 의미한다. 그들은 그 시스템이 또한 '초파리들이 냄새를 맡았을 때 즉시 행동을 바꾸도록 해주는 ‘하이패스(high-pass)’ 여과 기능을 내포하고 있다고 말했다. 덧붙여서 입력신호의 시간적 변동성은 그 시스템에 부가적인 실시간 정보(real-time information)를 제공하고 있었다.

초파리의 후각 시스템을 연구함으로서 얻을 수 있는 유용성은 무엇인가? 간단히 말하자면, 여기에서 볼 수 있는 멋진 해결책은 비슷한 정보처리(information-processing) 문제들에 직면한 인간 공학자들에게 영감을 불어넣을 수 있다는 것이다 :

브한다왓 등의 연구는 후각회로의 디자인 뒤에 존재하는 논리학에 통찰력을 제공하고 있다. 이들 결과들이 더 많은 방향제들에 대해서, 그리고 다른 생물 종들에 대해서 일반적일 것인지를 분석해보는 것은 흥미로울 것이다. 이런 말초회로가 동물의 일생 동안에 걸쳐 생기는 후각수용뉴런(ORNs)의 개체 수에 일정한 변화로부터 신경신호 처리 엔진(neural signal-processing engine)을 분리시키는 데에 역할을 하고 있는지 여부를 관찰해 보는 것 또한 흥미로울 것이다. 이러한 기본적인 후각 프로세싱 원리들은 뇌가 어떻게 냄새 신호를 해석하는가를 이해하는데 중요할 뿐만 아니라, 고차원적이고 비선형적인 문제들을 처리하는 데에 있어서 생물학적 컴퓨터화를 통해 영감을 얻음으로서 공학적 해결책을 제시할 수도 있게 한다.

저자들은 초파리 후각계에서 발견된 부호화 시스템이 다른 많은 동물들이 사용하고 있는 시스템과 유사하다고 언급했다. 이것은 진화론 입장에서 당황스러운 추론을 하도록 하였다 :

'이 말초적 재편성 조직은 생물 종(species)과 문(phyla)들을 넘어 놀랍도록 유사하다. 이것은 공통적인 정보처리 문제를 해결하기 위해서 하나의 디자인이 진화론적 시간에 걸쳐서 최적화되었음을 가리키는 것이다.'

[1] Baranidharan Ramana and Mark Stopfer, 'Olfactory Coding: Non-Linear Amplification Separates Smells,” Current Biology, Volume 18, Issue 1, 8 January 2008, pages R29-R32; doi:10.1016/j.cub.2007.10.063.

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하나의 디자인이 진화론적 시간에 걸쳐서 최적화되었다는 불완전하고, 쓸모없고, 어리석고, 무미건조하고, 무지한 논평을 제거해 버리라. 이러한 고도로 정교한 다중 시스템이 어떻게 우연한 무작위적인 돌연변이들로 생겨날 수 있었겠는가? 투입되는 극히 적은 량의 냄새로부터 최대량의 정보를 얻기 위해서, 비선형적 형태의 일련의 놀라운 단계들을 거치면서, 상호 관련 있는 것과 관련 없는 것으로 나눠지고, 모아지고, 배분되고, 걸러지고, 증폭되고 있었다. 만일 이들 단계 중에서 어느 하나라도 실패하면, 전 시스템은 작동하지 못할 것이다. 이것은 순차적으로 각종 부속들이 조립되어 자동차가 생산품으로 나오는 자동차 조립공정보다 더 정교한 과정이다. (따라서 이러한 시스템이 우연한 돌연변이로 작동되려면, 돌연변이로 모든 단계들이 생겨날 때까지 각 단계들은 기다려야(?) 하는데, 아니면 모든 공정이 동시에 돌연변이로 생겨나야 하는데, 이것이 가능할 수 있을까? 그리고 각 생물 문(phyla)을 넘어서 이러한 후각 시스템들이 유사하다면, 각종 생물들에서 이러한 고도로 정교한 후각시스템이 우연한 돌연변이들에 의해서 각각 독립적으로 여러 번 각 생물 문마다 일어났다는 것인가?)       

오랜 시간만 있다면 무작위적이고, 목적이 없고, 생각이 없는 돌연변이로부터 최적화된 디자인이 기적과 같이 나타날 수 있다는 허튼 소리를 받아들이지 말라. 이 이야기는 처음부터 끝까지 지적설계(intelligent design)에 관한 이야기였다. 인간의 삶을 개선하기 위해서 생물들에 들어있는 경이로운 기술들을 모방하고 적용하는 동안, 우리는 그것을 지으신 창조주를 경외할 수밖에 없는 것이다. 그것이 과학의 향기이다.

출처 : Creation-Evolution Headlines, 2008. 2. 1.
URL : http://creationsafaris.com/crev200802.htm#20080201a
번역자 : IT 사역위원회

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