새의 눈 속에 있는 특수한 나침반 ‘CRY4’

매년 수천 킬로미터를 이동하는 철새들의 이동 매커니즘은 오랫동안 미스터리였다. 그러나 최근, 이 놀라운 능력의 비밀을 풀기 위한 중요한 실마리가 밝혀졌다. 바로 새의 눈 속에 들어있는 Cry4라는 단백질이 그것이다.

지구자기장을 감지하는 새들의 방향탐지능력

2021년 스웨덴 룬드대학의 감각생물학자 Rachel Muheim은 유럽붉은가슴울새의 눈에서 발견된 Cry4 단백질이 철새들이 지구 자기장을 감지하는 데 중요한 역할을 할 수 있다는 연구 결과를 발표했다. Cry4 단백질은 새의 눈 속에 위치해 있으며, 이 단백질이 지구 자기장을 민감하게 감지하여 철새들이 방향을 설정하는 데 기여한다고 밝혔다.

CRY4가 자력에 대해 어떻게 반응하는지에 대한 연구는 아직 없어 보인다. 하지만, 일부 과학자는 “CRY4 바늘이 청색 빛을 받으면 주변의 전자들에 변화가 발생하고, 이때 전자가 회전하여 작은 자석처럼 작용할 것이다.”라고 주장한다. 이런 양자물리학적 현상을 양자 중첩(quantum superposition)에 의한 것이라고 설명한다.

양자물리학으로 설명하는 원리

양자역학은 입자들이 상호작용하는 방식을 설명하는 물리학의 한 분야로, 매우 작은 규모에서 일어나는 현상을 다룬다. Cry4 단백질이 지구 자기장을 감지하는 방식은 양자 얽힘(quantum entanglement)과 양자 중첩이라는 양자역학적 개념에 의해 설명될 수 있다.

Cry4 단백질 내부에서 양자적 상호작용이 발생할 때, 전자들이 자기장에 의해 민감하게 반응한다. 양자역학에 따르면 전자는 중첩 상태에 있을 수 있으며, 이 상태에서 전자의 회전 방향이 지구 자기장의 영향으로 변하게 된다. 이 과정에서 새들은 이 변화를 감지하여 자신들이 이동해야 할 방향을 설정할 수 있다.

옥스퍼드 대학의 화학자 Peter Hore는 “Cry4 단백질이 지구의 자기장에 의해 변화하는 과정을 완전히 이해하지는 못했지만, 이 단백질이 방향 감각의 핵심 역할을 한다는 점은 확실하다”며, 향후 연구가 더 필요하다고 설명했다.

Cry4 단백질을 활용한 기술 발전

Cry4 단백질의 양자 메커니즘을 이해하게 되면, 우리는 미래에 보다 정밀한 내비게이션 시스템을 개발할 수 있을 것이다. 예를 들어, 지구 자기장을 기반으로 하는 양자 나침반은 GPS 신호가 닿지 않는 지역에서도 위치를 정확히 파악할 수 있는 새로운 기술로 발전할 수 있다. 이러한 기술은 특히 우주 탐사나 해저 탐사와 같은 극한 환경에서의 자율 탐사 시스템에 큰 도움을 줄 수 있다.