생명의 신비 (15) 눈의 구조
정계헌 (순천향대학교 생명과학부 명예교수, 전 한국창조과학회 회장)
이번 호에서는 동물이나 사람이 가진 눈의 구조를 알아보도록 하겠습니다. 눈은 사람이나 동물이 가지는 촉각이상의 존재입니다. 촉각은 촉각에 와 닿는 물리적 화학적 자극을 감지하는 것이지만, 눈은 빛을 감지하는 것 감각기로서, 빛을 받아 반사시키는 어느 물체이든 그 모양과 위치를 볼 수 있습니다.
눈은 주변 환경을 관찰하고 생존을 위한 적절한 처신을 하도록 하는 시각작용을 합니다. 눈이 이렇게 단순히 보는 것뿐만 아니라, 많은 동물들에게서는 일조량의 길고 짧음을 측정하여 생리적 주기와 연관시킴으로써 생물시계를 작동시키는 열쇠 역할을 하기도 합니다.
동물세계에서 눈이 어떠한지를 둘러보면 많은 무척추동물들은 자유생활을 하는 종들 중에서도 눈이 없는 종이 많습니다. 이것들에게서 눈의 역할을 대신하는 것은 어쩌면 촉각이나 강모 같은 것이 할지 모릅니다. 뚜렷한 눈이 없는 동물들은 대부분 빠르게 움직일 수가 없습니다.
곤충들은 1쌍의 겹눈과 3개의 낱눈을 가지는데, 이들의 겹눈은 수백 또는 수만 개의 낱눈이 모여 만들어진 것으로서, 잠자리의 경우는 3만개의 낱눈이 모여 하나의 겹눈을 만든 것입니다. 겹눈은 일반적으로 운동시(運動視), 형태시(形態視), 색채시(色彩視)의 능력이 있고, 편광을 분간할 수도 있습니다. 예를 들어 꿀벌은 태양이 보이지 않아도 파란 하늘이 조금만 시야에 들어오면, 태양이 있는 방향을 정확히 식별합니다. 햇빛의 일부는 대기권에 진입할 때 편광되는데, 태양의 위치에 따라 형성되는 편광면이 달라지고, 이에 따라 빛의 진행방향도 달라지게 되므로, 꿀벌은 이를 감지하여 태양의 위치를 알아내고, 태양의 위치를 기준으로 상호간 의사소통을 하고 있습니다. 이 놀라운 기능을 누구에게 배웠을까요? 낮에 주로 활동하는 주행성(晝行性) 곤충은 색각(色覺)이 특히 발달하여 색을 구분할 수도 있습니다.
포유동물 중 박쥐의 시력은 너무도 나빠서 시력으로는 날아갈 방향도 찾지 못할 정도이므로, 초음파를 정교하게 이용하여 시력의 문제를 해결하도록 설계되어 있습니다.
어류의 눈은 다른 척추동물이나 사람의 눈과 구조와 작동원리가 전혀 다릅니다. 어류는 보고자 하는 대상에 초점을 맞출 때 마치 사진기의 렌즈를 움직이는 것처럼 수정체(렌즈)를 앞뒤로 움직이며 초점을 맞춥니다. 그러나, 사람의 눈은 초점을 맞추기 위하여 수정체의 부피를 조절합니다.
사람의 눈에 대하여 살펴보도록 하겠습니다. 척추동물이나 사람의 눈 구조는 카메라의 구조와 비슷한 점이 많습니다. 동공에 들어온 빛은 수정체에 의해 굴절되고, 초점이 조절되어 망막에 위/아래가 바뀐 도립상(inverted <물리> 볼록 렌즈 초점의 밖에 있는 물체의 상처럼 상하좌우가 반대로 된 상)이 맺히게 됩니다. 수정체는 말랑말랑하고 투명한 수정 같은 것을 의미하는데, 수정체가 만들어지는 과정을 보면, 태아일 때 대뇌에서 좌우로 자라나온 안포가 밖의 외배엽을 만나 그 외배엽의 일부를 떼어 들어갑니다. 이 외배엽조각은 둥글게 말리고, 세포들이 길어지며 결국 죽게 되는 데 - 보통은 세포들이 죽으면 쓰레기처럼 소멸시키는 것이 원칙지만 - 여기서는 세포들의 핵이 모두 사라지며, 세포간의 경계도 사라지고, 투명해집니다. 그래서, 수정같이 투명한 수정체가 되는 것입니다. 오직 눈이 만들어지는 두 부위에서만 이런 놀라운 예외적인 사건이 벌어지는 것입니다.
수정체를 삥 두른 가장자리는 모양체와 연결되어 있는 현인대가 나와 붙들고 있습니다. 그래서, 모양체의 모양근이 이완되거나 수축됨에 따라 현인대의 수축과 이완이 이루어져, 결과적으로 수정체의 두께가 얇아지거나 두꺼워지게 되고, 빛의 굴절률이 달라집니다. 수정체의 곡률을 변화시켜 초점거리를 조절하는 현상을 원근조절(accommodation)이라고 합니다.
사람의 눈에 들어온 빛은 일단 각막에 와 닿아 일차적으로 크게 굴절합니다. 공기의 굴절률은 1이고, 각막의 굴절률은 1.38 인데, 이 각막의 표면에서 크게 굴절한 빛은 굴절률 1.45인 수정체의 곡률 변화에 따라 다시 한번 적당히 굴절되어 망막에 정확한 상이 맺히도록 초점거리를 조절합니다. 우리의 의지와는 관계없이 하는 것입니다.
빛을 직접 통과시키는 각막과 수정체는 살아있는 조직이지만 혈관이 없습니다. 티 없이 투명해야 하기 때문입니다. 그러면, 각막과 수정체에는 어떻게 영양분을 조달할까요? 모양체에서 만들어지는 투명한 방수라는 액체가 이들에게 영양분을 공급합니다. 그리고는 홍채 부착부와 각막이 만드는 슐렘관(canal of Schlemm)으로 흡수됩니다. 이것 또한 놀라운 사건입니다.
정상적인 눈에서는 평행광선은 망막에 정확하게 초점을 맺습니다. 이 경우 모양근은 이완상태에 있고, 수정체는 현인대의 당김으로 납작해져서 굴절률이 최소가 됩니다. 수정체의 굴곡조절이 없는 이때를 정안시(正眼視, emmetropia)라고 합니다. 즉, 수정체의 굴절률을 조절하지 않고 선명하게 볼 수 있는 가까운 거리는 약 6 m이며, 이 지점을 원점(遠點, far point)이라고 부릅니다.
원점보다 가까운 곳에 있는 물체를 보려면, 수정체의 곡률을 조절해야만 합니다. 즉, 수정체의 두께를 조절해야 한다는 것입니다. 한편 너무 가까이 있는 물체는 볼 수가 없는데, 이 짧은 거리를 근점(近點, near point) 라고 합니다.
젊은 사람의 수정체는 탄력성이 크고 유연하여 가까운 거리의 물체도 선명하게 볼 수 있고, 근점거리는 7-10cm 정도입니다. 그러나, 노인이 되면서 수정체의 탄력이 점차 줄어들기 때문에 모양근이 수축해도 수정체의 곡률이 크게 증가하지 못합니다. 그래서, 60세 정도 되면 근점거리가 100 cm 정도 되는데, 이를 노안시(老眼視, presbyopia)라고 합니다.
이상 눈에 대하여 약간 언급했습니다만 눈의 발생과정과 작동 원리는 생각하면 할수록 놀랍기만 합니다.
[기도] 은혜로우신 창조주 하나님, 저희들에게 완벽한 눈을 허락하시어서 하나님의 오묘한 솜씨로 가득한 자연을 보게 하시오니 감사합니다. 아멘.
출처: 창조과학회
