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[강석기의 과학카페] 동물이 거울을 본다는 것의 의미

2019년 02월 12일 12:00
이미지 확대하기이솝우화에서 다리 위를 지나가던 개가 물고 있던 고깃덩어리를 떨어뜨린 건 개울에 비친 자신의 모습을 자기라고 인식하지 못했기 때문이다. 위키피디아 제공
이솝우화에서 다리 위를 지나가던 개가 물고 있던 고깃덩어리를 떨어뜨린 건 개울에 비친 자신의 모습을 자기라고 인식하지 못했기 때문이다. 위키피디아 제공

우리가 발견하는 인지능력은 모두 다 처음에 생각했던 것보다 더 오래되고 더 광범위하게 분포하는 것으로 드러나고 있다. - 프란스 드 발

 

이솝우화에는 좋은 얘기들이 많지만 특히 ‘다리 위의 개’는 많은 생각을 하게 한다. 운 좋게 고기 한 덩어리를 구한 개가 집에서 먹으려고 고기를 입에 물고 가다가 다리를 건너게 됐다. 그런데 무심코 다리 아래를 봤더니 개 한 마리가 입에 커다란 고기 한 덩어리를 물고 있지 않은가.

 

뺏어야겠다고 생각한 개는 겁을 주려고 컹컹 짖었다. 그런데 이 바람에 물고 있던 고깃덩어리가 떨어졌다. 순간 물결이 일어 아래 있던 개가 사라지더니 잠시 뒤에 다시 나타났는데 어찌 된 영문인지 물고 있던 고깃덩어리는 간 데가 없다.

 

개를 통해 끝이 없는 인간의 탐욕을 경계한 우화이지만 필자에게는 이솝이 뛰어난 동물행동학자가 아닌가 하는 생각도 든다. 실제로 개는 거울(개울의 표면도 일종의 거울이다)에 비친 자신의 모습을 자기라고 인식하지 못하기 때문이다.

 

거울에 비친 모습이 자신임을 깨닫는 건 당연한 일 같지만, 동물 대부분은 그런 능력이 없다. 사람도 두 돌 무렵이 되어서야 자기인식 능력이 생긴다. 동물에서 자기인식 능력을 확인한 최초의 연구결과는 1970년 발표됐는데, 예상대로 사람과 가장 가까운 동물인 침팬지였다. 그 뒤 오랑우탄과 고릴라 같은 다른 유인원도 거울을 이해한다는 사실이 밝혀졌다.

 

거울 마크 테스트를 통과한 동물은?

 

이미지 확대하기대형 유인원이 처음 거울을 접했을 때는 깜짝 놀라지만 어느 순간 원리를 깨닫고 이를 활용한다. 독일 오스나브뤼크동물원에서 살았던 암컷 오랑우탄 수마는 거울 앞에서 양배추 잎을 머리에 얹어 치장하며 시간을 보냈다. 프란스 드 발이 그린 그림이다. ‘플로스 생물학’ 제공
대형 유인원이 처음 거울을 접했을 때는 깜짝 놀라지만 어느 순간 원리를 깨닫고 이를 활용한다. 독일 오스나브뤼크동물원에서 살았던 암컷 오랑우탄 수마는 거울 앞에서 양배추 잎을 머리에 얹어 치장하며 시간을 보냈다. 프란스 드 발이 그린 그림이다. ‘플로스 생물학’ 제공

1970년 미국 툴레인대 심리학과 고든 갤럽 교수는 학술지 ‘사이언스’에 ‘침팬지: 자기인식’이라는 다소 철학적인 제목의 논문을 발표했다. 오늘날 동물인지과학 분야의 고전으로 꼽히는 이 논문에서 갤럽은 침팬지가 거울 속에 비친 자기 모습을 자신이라고 인식한다는 사실을 ‘증명’했다.

 

처음 거울을 봤을 때는 깜짝 놀라 난리를 치던 침팬지는 어느 순간 거울 속의 침팬지가 자신이라는 걸 깨닫고 이를 활용하기 시작한다. 거울 앞에서 입을 벌려 이 사이에 낀 음식물을 집어내고 궁금하지만 볼 수 없었던 자신의 엉덩이를 비춰 본다.

 

갤럽 교수는 침팬지가 거울을 볼 줄 안다는 걸 좀 더 객관적으로 증명하기 위해 ‘거울 마크 테스트(mirror mark test)’를 고안했다. 마취된 침팬지의 한쪽 눈썹 위에 냄새와 피부자극이 없는 빨간 반점을 그렸다. 깨어난 침팬지는 거울 앞에서 반점이 있는 눈썹을 자주 쳐다봤고 그 부위를 손가락으로 문질렀다.

 

갤럽 교수는 원숭이 두 종에 대해서는 같은 실험을 했다. 같은 영장류임에도 원숭이들은 거울 속의 원숭이가 자신이라는 걸 깨닫지 못하는 것 같았고 예상대로 마크 테스트를 통과하지 못했다. 그는 거울 마크 테스트 결과를 바탕으로 원숭이와 침팬지가 자기인식 능력에 근본적인 차이가 있다고 주장했다. 인간 외에는 침팬지(아마도 유인원)만이 자기인식 능력이 있다는 것이다. 인간 다음으로 똑똑한 동물이 유인원이라고 생각하는 사람들에게는 그럴듯한 말이다.

 

침팬지 실험이 있고 한 세대가 지난 2001년 사람상과(上科·인간과 유인원)가 아닌 동물 가운데 거울 마크 테스트를 통과한 동물이 처음 보고됐다. 바로 큰돌고래다. 한쪽 몸에 점들을 표시하자 돌고래는 거울 앞으로 헤엄쳐가 몸을 비춰 점들을 유심히 관찰했다. 돌고래의 뇌는 1600g으로 1300g인 사람보다도 크므로 어찌 보면 당연한 결과다.

 

뇌가 큰 걸로 따지면 코끼리는 5kg가 넘는데 그렇다면 코끼리도 거울을 볼 줄 알아야 하는 것 아닐까. 물론 코끼리를 대상으로 거울 마크 테스트를 했는데 뜻밖에도 코끼리는 통과하지 못했다. 그러나 이는 실험설계가 부실했기 때문이라는 사실이 밝혀졌다. 코끼리 덩치에 비해 거울이 너무 작았던 것이다. 커다란 거울로 바꾸자 코끼리도 마크 테스트를 거뜬히 통과했다. 그리고 침팬지처럼 입을 벌려 거울에 비친 입안을 유심히 살폈다.

 

2008년 ‘거울 마크 테스트 통과 클럽’에 한 종이 추가됐다. 뇌가 호두알만한 까치가 그 주인공이다. 거울에서 검은색 목털에 붙은 노란색 마크를 본 까치는 이를 떼어내려고 격렬하게 몸부림쳤다. 그런데 사실 이것도 그렇게 놀라운 결과는 아니다. 까마귓과(科) 새들이 똑똑하다는 건 잘 알려져 있다.

 

아무튼 거울 마크 테스트를 통과한 종들은 다들 지능이 높다고 알려진 동물들이므로 이들이 자기인식 능력이 있다고 주장해도 무리는 없을 것이다. 그런데 거울 속에 비친 모습이 자신임을 알아차리지 못한 종이라고 해서 자기인식 능력이 없다고 말할 수 있을까.

 

원숭이, 훈련 통해 거울 원리 깨달아

 

이미지 확대하기원숭이도 훈련을 받으면 거울을 이해할 수 있다는 사실이 2015년 밝혀졌다. 붉은털원숭이가 거울에 비친 자신의 얼굴을 보고 붉은빛 레이저빔이 쏘인 자리 부근을 만지고 있다. ‘커런트 바이올로지’ 제공
원숭이도 훈련을 받으면 거울을 이해할 수 있다는 사실이 2015년 밝혀졌다. 붉은털원숭이가 거울에 비친 자신의 얼굴을 보고 붉은빛 레이저빔이 쏘인 자리 부근을 만지고 있다. ‘커런트 바이올로지’ 제공

미국 에모리대의 저명한 영장류학자 프란스 드 발 교수는 2016년 출간한 책 ‘동물의 생각에 관한 생각’에서 이런 이원론에 반대하는 주장을 폈다. 드 발 교수는 “원숭이와 유인원처럼 서로 관계가 가까운 종들의 집단 사이에서 일부 종들은 자기인식 능력이 있는 반면에 다른 종들은 자기인식 능력이 없다고 보기는 어렵다”며 “모든 동물은 자신의 몸을 주변 환경과 구별할 필요가 있으며, 주체성 감각(자신의 행동을 스스로 통제한다는 인식)을 느낄 필요가 있다”고 썼다.

 

거울에 대한 반응도 마크 테스트 통과 여부에 따라 둘로 나누기에는 무리다. 예를 들어 울새나 태국버들붕어는 거울에 비친 자신의 모습을 같은 종의 다른 개체라고 생각해 구애 행동을 하거나 공격하는데 상황이 반복돼도 바뀌지 않는다. 반면 개나 고양이는 처음에는 난리를 치지만 어느 순간부터는 무시하는 전략을 취한다. 자기라는 건 깨닫지 못하는 걸로 보이지만 그렇다고 다른 개체가 있다고 생각하는 것 같지도 않다.

 

게다가 개는 거울의 정보를 활용할 줄 안다. 드 발 교수는 “개 뒤에서 쿠키를 들고 있는 여러분의 모습을 개가 거울을 통해 본다면 개는 당연히 고개를 돌린다”며 “흥미롭게도 이들이 특별히 이해하지 못하는 것은 자기 몸과의 관계, 거울에 비친 자신의 모습이다”라고 설명했다.

 

원숭이 역시 거울을 도구로 쓸 수 있지만 자기인식에서는 실패했다. 그런데 개와는 달리 원숭이는 특수훈련을 받으면 거울 속에 비친 게 자신이라는 걸 깨달을 수 있다. 2015년 발표된 연구를 보자.

 

원숭이를 거울 앞에 앉혀둔 뒤 고에너지의 빨간빛 레이저빔을 쏜다. 에너지가 높기 때문에 레이저 빛이 닿은 부분에서 약간의 작열감이 느껴지므로 원숭이는 손을 대는데 그러면 보상으로 먹을 걸 줬다. 이때 원숭이는 거울에 비친 자신의 모습을 통해 이 과정을 지켜봤다.

 

그 뒤 저에너지의 빨간빛 레이저빔을 쏘는데 이 경우 피부감각은 없다. 그럼에도 2~5주 사이에 실험에 참여한 원숭이들은 저에너지 레이저빔을 쏘였을 때도 거울을 보고 얼굴에서 레이저빔이 닿은 부분을 만졌다.

 

훈련으로 거울이 자신을 비춘다는 걸 깨달은 원숭이들은 먹이 보상이 없어도 거울을 보고 저에너지 레이저빔 반점이나 냄새가 없는 색소로 그린 반점을 만졌다. 그리고 반점 부위를 만진 손을 쳐다보거나 냄새를 맡았다. 침팬지가 테스트에서 하는 행동과 똑같은 행동이다. 그리고 등처럼 평소 볼 수 없는 신체 부위를 보기 위해 거울을 이용하는 행동도 보였다.

 

이에 대해 드 발 교수는 “이것은 분명히 유인원이 오로지 시각에만 의존해 자발적으로 하는 행동과 같은 것은 아니지만, 그 기반이 되는 인지를 어느 정도 공유하고 있음을 시사한다”고 평가했다. 원숭이가 ‘거울 마크 테스트 통과 클럽’의 ‘준회원’ 자격은 있다는 말이다.

 

물고기도 거울을 본다

 

이미지 확대하기청줄청소놀래기가 거울 마크 테스트를 통과했다는 연구결과가 최근 발표됐다. 다만 피부 아래 넣은 탄성 고분자 반점에 물고기가 이물감 또는 약간의 통증을 지속적으로 느끼기 때문에 엄밀하게 말하면 촉각의 도움을 받았다. Alex Jordan 제공
청줄청소놀래기가 거울 마크 테스트를 통과했다는 연구결과가 최근 발표됐다. 다만 피부 아래 넣은 탄성 고분자 반점에 물고기가 이물감 또는 약간의 통증을 지속적으로 느끼기 때문에 엄밀하게 말하면 촉각의 도움을 받았다. Alex Jordan 제공

학술지 ‘플로스 생물학’ 2월 7일자에는 청줄청소놀래기(Labroides dimidiatus)가 원숭이 수준의 자기인식 능력이 있음을 거울 마크 테스트로 입증한 연구결과가 실렸다. 어류는 포유류보다 머리가 한참 떨어지는 척추동물로 여겨지고 앞서 버들붕어가 결코 거울을 이해하지 못했다는 걸 떠올리면 놀라운 결과다.

 

포유류나 조류가 종에 따라 인지능력이 천차만별이듯 어류도 차이가 크다는 사실이 밝혀지고 있다. 특히 청소놀래기가 뛰어난 것으로 밝혀지고 있는데 ‘어류의 침팬지 또는 까치’라고 부를 만하다.

 

청소놀래기 같은 작은 물고기가 이처럼 똑똑하게 진화한 건 ‘고객(큰 물고기)’의 몸에 붙어있는 기생충이나 죽은 피부를 떼어먹고 살아야 했기 때문이다. 이들은 단골을 확보하기 위해 최선의 서비스를 제공하는데 평판이 올라가면 고객이 줄을 선다고 한다.

 

일본과 스위스, 독일의 공동연구자들은 청줄청소놀래기 수조에 거울을 둔 뒤 이들의 행동을 관찰했다. 연구자들은 거울에 대한 이해도를 네 단계에 걸쳐 테스트했다.

 

먼저 거울에 비친 자기 모습에 대한 반응이다. 울새나 버들붕어 수준이라면 거울을 볼 때마다 난리를 칠 것이다. 테스트 결과 입으로 공격하는 행동이 급격히 줄어 일주일이 지나자 완전히 사라졌다. 적어도 거울에 비친 자기 모습을 같은 종의 다른 개체로 보지는 않는다는 말이다.

 

이미지 확대하기청소놀래기는 거울에 비친 모습에서 턱의 갈색 반점(마크)을 본 뒤 아래 있는 돌에 턱을 문질러 반점(기생충)을 떼어내려고 한다. ‘플로스 생물학’ 제공
청소놀래기는 거울에 비친 모습에서 턱의 갈색 반점(마크)을 본 뒤 아래 있는 돌에 턱을 문질러 반점(기생충)을 떼어내려고 한다. ‘플로스 생물학’ 제공

두 번째로 반복적인 특이 행동을 보이는가 여부다. 거울 앞에서 평소라면 결코 하지 않을 행동을 한다면 거울에 비친 게 자기임을 확인하는 과정일 가능성이 높기 때문이다. 관찰 결과 청소놀래기는 거울에 적응한 3일차부터 5일차까지 몸을 뒤집어 헤엄을 치는 것 같은 이상 행동을 집중적으로 보여줬다.

 

세 번째로 거울에 다가가 비친 모습을 유심히 살펴보는가 여부다. 청소놀래기가 거울에서 5㎝ 이내에 머무르는 시간이 3일차부터 늘어나기 시작해 5일차부터 일정 수준으로 유지됐다. 이상 행동을 보이는 검증 기간이 끝난 뒤 거울에 비친 물고기가 자기라는 인식이 생겼다고 해석할 수 있는 변화다.

 

끝으로 거울 마크 테스트가 남았다. 물고기 비늘은 점액으로 덮여있어 색을 칠할 수가 없다. 따라서 턱밑 피부 아래 색소를 머금은 탄성 고분자를 주사해 갈색 반점을 만들었다. 물고기 비늘에 사는 기생충을 모방한 것이다.

 

만일 청소놀래기가 거울에 비친 모습이 자기라는 걸 알아채지 못한다면 고객이라고 생각해 기생충을 먹으려고 할 것이다. 그러나 자기라는 걸 안다면 이를 떼어내려고 시도할 것이다. 앞의 세 단계를 통과한 청소놀래기는 거울에 비친 모습에서 턱의 갈색 반점을 보고 아래 있는 돌에 턱을 문질러 반점(기생충)을 떼어내려고 했다. 거울 마크 테스트도 통과한 것이다. 그렇다면 청소놀래기에게 ‘거울 마크 테스트 클럽’의 정회원 자격을 줘야 할까.

 

흥미롭게도 이 연구결과에 대한 프란스 드 발 교수의 해설이 같은 날짜에 실렸는데 이에 따르면 청소놀래기가 ‘거울 마크 테스트’를 통과했다고 보기는 어렵다. 피부에 그린 반점과는 달리 피부 아래 넣은 탄성 고분자 반점에는 물고기가 이물감 또는 약간의 통증을 지속적으로 느끼기 때문이다.

이미지 확대하기프란스 드 발은 같은 날짜에 발표된 해설에서 거울 마크 테스트(또는 거울자기인식(MSR)) 통과 여부에 따라 자기인식 능력의 유무가 결정된다는 이분법(위)이 틀렸다고 주장했다. 드 발은 자기인식 능력이 여러 단계가 있고 MSR을 통과했다는 건 상당한 수준에 이르렀음을 보여주는 척도일 뿐이라고 주장했다(아래). 원숭이와 앵무새, 청소놀래기(cleaner fish)는 훈련을 통해 MSR에 이를 수 있다. ‘플로스 생물학’ 제공
프란스 드 발은 같은 날짜에 발표된 해설에서 거울 마크 테스트(또는 거울자기인식(MSR)) 통과 여부에 따라 자기인식 능력의 유무가 결정된다는 이분법(위)이 틀렸다고 주장했다. 드 발은 자기인식 능력이 여러 단계가 있고 MSR을 통과했다는 건 상당한 수준에 이르렀음을 보여주는 척도일 뿐이라고 주장했다(아래). 원숭이와 앵무새, 청소놀래기(cleaner fish)는 훈련을 통해 MSR에 이를 수 있다. ‘플로스 생물학’ 제공

또 청소놀래기가 거울 근처에 오래 머물기는 했지만 침팬지나 코끼리가 하는 것처럼 거울을 이용한다고 확신할만한 행동을 보여주지는 못했다. 드 발 교수는 청소놀래기의 거울 이해 능력이 유인원보다는 원숭이에 가깝다고 주장했다. 그럼에도 물고기가 거울을 본다는 건 놀라운 발견이다.

 

저자들은 논문을 알베르트 아인슈타인이 한 말로 잘못 알려진 문구로 끝내고 있다. 자신들의 연구결과로 물고기가 이해력이 있고 똑똑한 동물이라는 논의가 활발해지기를 기대한다면서.

 

“나무를 타는 능력으로 물고기가 평가받는다면, 물고기는 평생 자신이 멍청하다고 생각하며 살아야 할 것이다.”

※ 필자소개
강석기 과학칼럼니스트 (kangsukki@gmail.com) LG생활건강연구소에서 연구원으로 근무했으며, 2000년부터 2012년까지 동아사이언스에서 기자로 일했다. 2012년 9월부터 프리랜서 작가로 활동하고 있다. 직접 쓴 책으로 《강석기의 과학카페》(1~7권),《생명과학의 기원을 찾아서》가 있다. 번역서로는 《반물질》, 《가슴이야기》, 《프루프: 술의 과학》을 썼다. 

 

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