타로 카드의 정확한 기원에 대해서는 여전히 학자들 사이에서 다양한 이론이 존재하지만, 일반적으로 15세기 초 이탈리아 르네상스 시대에 처음 등장한 것으로 알려져 있습니다.
타페텀 루시둠의 과학 | 수직 동공의 물리학 | 자외선 시각의 비밀
밤 11시, 불을 끈 침실. 인간의 눈에는 아무것도 보이지 않습니다. 완전한 어둠. 손을 눈앞에 가져다 대도 보이지 않는 그 어둠. 그런데 침대 발치에 앉아 있는 고양이의 눈이 갑자기 빛납니다. 초록색 또는 황금색으로. 마치 눈 자체에서 빛이 나오는 것처럼. 그리고 그 빛나는 눈은 어둠 속 어딘가를 정확하게 응시합니다. 당신에게는 아무것도 없는 그 방향을 말이죠.
이 장면이 수천 년간 고양이를 신비로운 존재로 만들어온 이유입니다. 보이지 않는 것을 보는 눈. 어둠 속에서도 빛나는 눈. 다른 세계를 보는 눈. 그런데 과학이 이 눈을 들여다봤을 때, 발견한 것들은 신화보다 더 놀라웠습니다.
고양이의 눈과 인간의 눈 — 무엇이 다른가
먼저 기본 구조를 비교하겠습니다. 인간의 눈과 고양이의 눈은 같은 포유류의 눈으로, 기본 구조는 동일합니다. 각막, 수정체, 망막, 시신경. 그런데 세부 구조에서 결정적인 차이들이 있습니다. 그 차이들이 완전히 다른 시각 세계를 만들어냅니다.
동공의 형태가 가장 눈에 띄는 차이입니다. 인간의 동공은 원형입니다. 고양이의 동공은 수직 타원형, 즉 세로로 긴 슬릿(slit) 형태입니다. 망막의 구성도 다릅니다. 인간의 망막은 색을 감지하는 원추세포와 빛을 감지하는 막대세포를 모두 풍부하게 가지고 있습니다. 고양이의 망막은 막대세포가 인간보다 훨씬 많고 원추세포는 훨씬 적습니다.
타페텀 루시둠(Tapetum Lucidum)이라는 구조가 고양이에게는 있고 인간에게는 없습니다. 시야각도 다릅니다. 인간의 시야각은 약 180도. 고양이는 약 200도. 이 차이들 하나하나가 매우 중요한 의미를 가집니다.
타페텀 루시둠 — 눈 속의 거울
고양이의 눈이 어둠 속에서 빛나는 이유. 이것이 그 답입니다. 타페텀 루시둠(Tapetum Lucidum). 라틴어로 "밝게 빛나는 카펫"이라는 의미입니다. 이것은 망막 뒤에 있는 특수한 반사층입니다. 작동 원리는 이렇습니다. 빛이 눈에 들어옵니다. 망막을 통과합니다. 그런데 인간의 눈에서는 이 빛이 망막 뒤의 색소 상피에서 흡수됩니다. 한 번만 망막을 자극하고 끝납니다.
고양이의 눈에서는 다릅니다. 빛이 망막을 통과한 후, 타페텀 루시둠이 그 빛을 다시 반사합니다. 망막 쪽으로 되돌려 보냅니다. 같은 빛이 망막을 두 번 자극합니다.
결과는? 들어온 빛의 양이 같아도, 고양이의 망막이 받는 빛의 자극이 인간보다 두 배 가까이 됩니다. 어두운 환경에서 고양이가 인간보다 훨씬 잘 볼 수 있는 가장 근본적인 이유입니다.
그리고 이 반사된 빛이 눈 밖으로 새어나올 때, 그것이 바로 어둠 속에서 빛나는 고양이의 눈입니다. 고양이의 눈이 스스로 빛을 내는 것이 아닙니다. 들어온 빛을 반사하는 것입니다. 거울처럼 말이죠.
타페텀 루시둠의 색은 고양이마다 조금씩 다릅니다. 초록색, 황금색, 청록색. 이 차이는 타페텀 내의 아연 또는 리보플라빈 함량 차이에서 비롯됩니다. 타페텀 루시둠은 고양이만의 것이 아닙니다. 개, 사슴, 소, 상어, 악어에게도 있습니다.
공통점이 있습니다. 모두 어두운 환경에서 활동하거나 새벽과 황혼에 사냥하는 동물들입니다. 자연은 같은 문제에 같은 해결책을 여러 번 발명했습니다. 인간에게 타페텀이 없는 이유는, 인류의 진화적 조상이 낮에 활동하는 종이었기 때문입니다. 밤의 어둠을 극복하는 데 투자할 필요가 없었습니다.
수직 동공 — 이것이 단순히 귀여운 것이 아닌 이유
고양이의 세로로 긴 동공. 이것은 단순한 미적 특징이 아닙니다. 정밀하게 설계된 광학 기구입니다. 2015년, UC 버클리의 마틴 뱅크스(Martin Banks) 연구팀이 발표한 연구는 수직 동공의 물리학을 정밀하게 분석했습니다. 214종의 육상 동물의 동공 형태를 분석한 이 연구는, 동공의 형태가 그 동물의 생태적 지위와 밀접하게 연관되어 있다는 것을 보여줬습니다.
결론은 놀라웠습니다. 수직 슬릿 동공은 특히 매복 포식자(Ambush Predator)에게 유리합니다. 그리고 그것도 땅에 낮게 붙어 사냥하는 매복 포식자에게 말이죠. 왜 수직 슬릿이 매복 포식자에게 유리한가? 이유는 두 가지입니다.
첫째 — 깊이 인식(Depth Perception)의 극대화: 수직 슬릿 동공은 수평 방향의 빛을 조절하는 데 탁월합니다. 지면 가까이에서 사냥하는 고양이에게 가장 중요한 것은 먹이까지의 정확한 거리입니다. 수평 방향의 빛 조절을 통해 먹이까지의 거리를 매우 정확하게 판단할 수 있습니다.
둘째 — 동공 면적 조절의 범위: 동공은 빛의 양에 따라 크기가 변합니다. 어둘 때 커지고 밝을 때 작아집니다. 그런데 수직 슬릿 동공은 원형 동공보다 이 조절 범위가 훨씬 큽니다.
고양이 동공의 면적 조절 범위를 측정한 연구에 따르면, 고양이 동공은 가장 큰 상태와 가장 작은 상태 사이의 면적 차이가 135배에 달합니다. 인간의 동공은 이 차이가 약 15배에 불과합니다. 고양이의 동공이 빛의 양을 조절하는 능력이 인간보다 9배 이상 뛰어납니다.
이것은 고양이가 대낮의 밝은 햇빛에서 한밤중의 어둠까지, 극도로 다양한 광량에서 최적의 시각을 유지할 수 있게 해줍니다. 동공 하나로 낮과 밤 모두를 커버합니다.
눈동자 크기와 야간 시력의 관계
고양이의 눈이 얼마나 큰지 생각해본 적 있나요? 고양이의 눈은 체구에 비해 엄청나게 큽니다. 만약 인간이 고양이와 같은 비율로 눈을 가진다면, 눈의 지름이 약 20cm에 달할 것입니다. 접시만 한 눈을 가진 인간이라~ 헐
왜 이렇게 큰 눈이 필요한가. 답은 간단합니다. 눈이 클수록 더 많은 빛을 모을 수 있습니다. 야간 시력은 본질적으로 빛을 얼마나 많이 모을 수 있는가의 문제입니다. 카메라로 비유하면, 눈은 렌즈입니다. 렌즈가 클수록 어두운 환경에서도 더 밝은 이미지를 얻을 수 있습니다.
고양이의 눈 지름은 약 22mm입니다. 인간의 눈 지름은 약 24mm로 비슷하지만, 고양이는 훨씬 작은 체구를 가집니다. 상대적으로 고양이의 눈이 체구 대비 훨씬 크다는 것입니다.
그리고 이 큰 눈과 타페텀 루시둠의 조합, 그리고 막대세포의 높은 밀도가 합쳐져서 — 고양이는 인간이 보기 위해 필요한 빛의 1/7 수준의 빛만 있어도 볼 수 있습니다. 완전한 어둠에서는 고양이도 볼 수 없습니다. 그러나 인간에게는 완전한 어둠으로 느껴지는 수준의 빛에서 고양이는 선명하게 볼 수 있습니다.
자외선 — 고양이는 인간이 보지 못하는 색을 본다
2014년, 런던 시티 대학교의 로닌 더글라스(Ronin Douglas)와 동료들이 발표한 연구가 고양이 시각 연구에 새로운 장을 열었습니다. 고양이는 자외선(UV Light)을 볼 수 있다는 것이었습니다.
인간이 볼 수 있는 빛의 파장은 약 380nm(보라색)에서 700nm(빨간색)까지입니다. 380nm 이하의 자외선은 인간의 눈에 보이지 않습니다. 아니, 정확히는 인간의 눈에 들어오지만 수정체가 그것을 차단합니다. 자외선이 망막에 직접 닿으면 손상을 일으키기 때문에, 인간의 수정체가 필터 역할을 합니다.
고양이의 수정체는 이 필터가 없습니다. 자외선이 망막까지 도달합니다. 그리고 망막의 막대세포가 자외선에도 반응합니다. 이것이 의미하는 것은 무엇일까요?
자외선 하에서 형광을 발하는 물질들이 있습니다. 특정 꽃의 무늬, 일부 동물의 털, 그리고 동물의 오줌이 그것입니다. 이것들은 인간의 눈에는 특별히 구별되지 않지만, 자외선 빛 아래서는 형광으로 빛납니다.
고양이는 이 형광을 볼 수 있습니다. 다른 동물의 오줌 흔적이 형광으로 보인다는 것은 영역 표시를 추적하는 능력이 인간이 상상하는 것 이상임을 의미합니다. 쥐의 오줌 흔적이 자외선에서 형광을 발하는데, 고양이는 이 흔적을 시각적으로 추적하여 먹이를 찾을 수 있습니다.
특정 식물의 자외선 패턴도 볼 수 있습니다. 인간에게는 하얀 꽃잎처럼 보이는 것이 고양이에게는 자외선 무늬가 그려진 복잡한 패턴으로 보일 수 있습니다. 고양이는 인간과 동일한 공간에 있으면서, 완전히 다른 시각적 세계를 경험하고 있습니다.
색각 — 고양이는 색맹인가
흔히 고양이가 색맹이라고 알려져 있습니다. 이것은 부분적으로 맞고 부분적으로 틀립니다. 정확하게는 고양이는 이색형 색각(Dichromatic Vision)을 가집니다. 인간은 삼색형 색각(Trichromatic Vision)으로, 빨강·초록·파랑 세 종류의 원추세포를 가집니다. 고양이는 원추세포가 두 종류뿐입니다. 파랑과 초록에 해당하는 것들 뿐이죠.
이것이 의미하는 것은, 고양이에게 빨간색과 주황색이 어떻게 보이는가의 문제입니다. 이 색들은 고양이에게 초록빛이나 회색으로 보이는 것으로 추정됩니다.
그런데 색각에서의 열세를 고양이는 다른 방식으로 보완합니다. 고양이의 망막에는 막대세포가 인간보다 훨씬 더 많이 밀집되어 있습니다. 막대세포는 색이 아닌 빛의 강도와 움직임을 감지합니다. 이것이 고양이를 색 구별에서는 약하지만 움직임 감지에서는 탁월하게 만듭니다.
먹이 동물의 색을 구별하는 것보다, 그 움직임을 감지하는 것이 사냥에 더 중요합니다. 고양이의 시각 시스템은 이 우선순위를 완벽하게 반영합니다. 연구에 따르면 고양이는 초당 약 60~75회의 플리커(깜빡임)를 인식할 수 있습니다.
인간은 약 45~60회입니다. 이것은 고양이가 빠르게 움직이는 물체를 더 선명하게 볼 수 있다는 의미입니다. 고양이가 움직이는 장난감에 그토록 집착하는 이유이기도 합니다. 움직이는 것을 보는 능력이 뛰어나기 때문에 움직임이 더 강렬하게 시각적으로 경험됩니다.
시야각과 블라인드 스팟 — 고양이가 보지 못하는 것
고양이의 시야각은 약 200도로 인간의 180도보다 넓습니다. 양쪽 눈을 합친 전체 시야가 더 넓습니다. 포식자에게 주변 상황을 더 넓게 파악하는 것은 유리합니다.
그런데 흥미로운 반전이 있습니다. 고양이는 코 바로 앞의 물체를 잘 보지 못합니다. 코와 눈의 위치 때문에 생기는 블라인드 스팟이 있습니다. 약 20~25cm 이내의 매우 가까운 물체는 흐릿하게 보입니다.
이것이 고양이가 코 앞의 간식을 "못 찾는" 이유입니다. 고양이가 분명히 간식이 있는 그릇 앞에서 간식을 찾지 못하는 모습을 본 적 있을 것입니다. 이것은 바보스러운 것이 아닙니다. 시각의 물리적 한계입니다. 이 경우 고양이는 시각 대신 수염의 촉각과 코의 후각을 사용합니다.
또한 고양이의 시각은 색 분해능에서도 인간보다 낮습니다. 같은 크기의 물체를 선명하게 보는 능력이 인간보다 약합니다. 고양이 시각의 선명도(Visual Acuity)는 인간의 약 1/6 수준으로 추정됩니다. 즉, 인간이 60미터 앞에서 선명하게 보는 것을 고양이는 10미터 앞에서야 선명하게 봅니다.
고양이의 눈은 선명함을 위한 것이 아닙니다. 어둠, 움직임, 넓은 시야를 위한 것입니다. 각각의 강점이 사냥에 필요한 것들입니다.
고양이의 시각이 완성하는 그림
고양이의 시각 시스템 전체를 조합해보면 하나의 완성된 그림이 나타납니다. 새벽 4시, 야외. 하늘은 어둡지만 완전한 칠흑은 아닙니다. 새벽빛이 미세하게 스며드는 시간. 인간에게 이 수준의 어둠은 거의 아무것도 보이지 않는 상태입니다.
고양이에게는 다릅니다. 타페텀 루시둠이 빛을 증폭시킵니다. 큰 눈동자가 최대한 열려 빛을 모읍니다. 막대세포가 가장 적은 빛에도 반응합니다. 멀리 풀밭에 무언가가 있습니다. 20미터 거리. 인간에게는 색도 형태도 구별되지 않는 어둠 속의 무언가. 고양이에게는 쥐가 보입니다. 흐릿하지만 형태가 구별됩니다.
그 쥐가 움직입니다. 즉각적입니다. 고양이의 막대세포 밀집 망막이 그 미세한 움직임을 감지합니다. 뇌가 반응합니다. 그리고 고양이는 자외선으로 쥐의 오줌 흔적도 봅니다. 그 흔적이 빛납니다. 쥐가 어디서 왔는지, 어디로 가는지를 알 수 있습니다.
이 모든 정보가 통합되어 고양이는 정확한 방향으로 움직입니다. 이것이 고양이가 어둠 속에서 귀신을 보는 것처럼 보이는 이유입니다. 귀신이 아닙니다. 다른 세계를 보는 것도 아닙니다. 단지, 더 많은 것을 봅니다. 인간이 보지 못하는 것들을 말이죠.
야간 투시 고글의 원조
재미있는 사실이 있습니다. 군용 야간 투시 고글(Night Vision Goggles)의 작동 원리가 타페텀 루시둠과 구조적으로 유사합니다. 빛을 증폭시키는 층을 통해 어둠 속에서 볼 수 있게 하는 원리죠.
물론 야간 투시 고글은 전자적 증폭을 사용하고, 타페텀은 단순한 광학적 반사를 사용하므로 메커니즘은 다릅니다. 하지만 근본적인 아이디어인 — 들어온 빛을 다시 활용한다 — 는 같습니다. 자연은 수백만 년 전에 인간이 20세기에 군사 기술로 개발한 것을 이미 구현해 놓았습니다.
인간이 볼 수 없는 것을 고양이는 본다 — 그 철학적 의미
필자의 고양이 이야기 시리즈 중 어둠 속에서 아무것도 없는 곳을 응시하는 고양이 이야기가 있습니다. 우리는 이제 알았습니다. 그것이 아무것도 없는 곳이 아닐 수 있다는 것을. 인간에게 아무것도 없는 것처럼 보이는 공간에, 고양이는 자외선 형광 흔적을 보고, 미세한 움직임을 포착하고, 어둠 속의 형태를 식별할 수 있습니다.
고양이와 인간은 같은 공간에 있지만, 완전히 다른 세계를 경험하고 있습니다. 이것은 철학적으로 흥미로운 질문을 던집니다. 현실이란 무엇인가. 우리가 경험하는 세계가 세계의 전부인가. 아니면 우리의 감각 기관이 포착하는 일부에 불과한가에 대한 질문 말이죠.
고양이의 눈은 이 질문에 대한 가장 구체적이고 가장 아름다운 대답 중 하나입니다. 인간이 보는 세계는 세계의 전부가 아닙니다. 자외선이 있습니다. 그리고 적외선이 있습니다. 우리의 귀가 듣지 못하는 초음파와 초저주파가 있습니다. 우리의 코가 맡지 못하는 냄새들이 있습니다.
고양이는 단지 그 중 일부를 우리 인간보다 더 봅니다. 그리고 그것을 아는 것만으로도, 그들의 세상은 조금 더 넓어집니다.
