광수용기

광수용기

 

방사에너지는 파장이 수천 m에 달하는 라디오파로부터 10-²m 정도로 짧은 감마선까지 다양한 범위의 파장으로 존재한다. 이와 같이 넓은 파장 범위 중 생물체를 자극하는 파장은 광선 (400~700 nm)과 일부의 적외선뿐이며, 소수의 동물에서는 약간의 자외선에 의해서도 자극을 받는다.

광수용기는 동물계에서 일반적인데 이것은 단순히 빛의 존재를 감지할 수 있는 광감각 세포에서부터 물체의 형태를 볼 수 있는 눈까지 복잡하게 이루어져 있다. 형태를 볼 수있는 눈은 일부의 연체동물(특히 오징어, 낙지 등), 대부분의 절지동물(곤충, 갑각류, 거미류 등)과 척추동물에 존재한다. 연체동물과 척추동물의 눈은 카메라와 동일한 기본 원리로 작동되며 절지동물의 복안과는 상당히 다르다. 하나의 렌즈는 볼 수 있는 모든 범위로부터 오는 빛을 광감각세포의 판에 초점을 맞춘다. 구조와 기능의 유사성에도 불구하고, 연체동물과 척추동물의 눈은 독립적으로 진화되었다.

 

 

사람의 눈

사람의 눈은 세 층의 조직으로 구성되어 있다. 외부층인 공막(sclerotic coat)은 매우 질기며 전방부를 제외한 눈의 흰자 부분이다. 눈의 전방부는 투명한 각막(cornea)을 형성하여 눈의 내부로 빛이 들어오도록 하고, 초점이 맞을 수 있도록 광선을 굴절시킨다. 각막 표면은 눈물 분비선의 분비물에 의해 촉촉하고 먼지가 없는 상태로 유지된다.

중간층인 맥락막(choroid coat)은 멜라닌 색소로 짙게 착색되어 있다. 이것은 눈에서 산란되는 빛의 반사를 감소시킨다. 이것은 카메라의 암상자와 동일한 기능을 수행한다. 맥락막은 눈의 전방에 홍채(iris)를 형성한다. 홍채도 착색되어 있으며 눈의 색깔을 나타내 준다. 열려진 부분인 동공의 크기는 다양하며 자율적으로 조절된다. 어두울 때나 위험을 느낄 때는동공은 눈으로 더 많은 빛이 들어오도록 더 넓게 열리고 밝은 곳에서는 작게 닫힌다. 동공이 작아지는 이러한 기능은 눈으로 들어오는 빛의 양을 감소시킬 뿐만 아니라 상 형성력과 선명도를 향상시킨다. 이와 마찬가지로 카메라 조리개의 여닫힘은 빛의 양을 최소화하고 필름 노출 속도를 조절하여 선명한 상을 맺도록 한다.

가장 내부층이 망막(retina)이다. 이곳에는 실질적인 광수용기인 간상체(rod)와 추상체(cone)가 존재하며, 눈의 필름에 해당된다. 또한 망막에는 많은 연결뉴우런이 있다. 그들의 다양한 상호작용으로 간상체와 추상체에서 형성된 신호를 처리한 후 뇌로 전도한다. 망막에서 생성된 모든 신경충격은 축색이 모인 시신경 (optic nerve)을 따라 뇌로 전도된다. 망막의 한 부위에서 약 1백만개의 축색이 시신경으로 집중되며, 이곳에는 간상체나 추상체는 없다(그림 21.19 참조). 이 점을 맹점(blind spot)이라 하며 빛에 무감각하다. 자신의 맹점의 존재를 입증할 수 있다. 두 눈의 맹점은 영상체의 동일 점을 수용하지 않으므로 각각의 눈은 다른 눈의 맹점을 보완해 준다.

눈의 렌즈는 홍채 바로 뒤에 위치한다. 이것은 고리 모양으로 둘러싼 근육에서 뻗어나온 현인대(zonule)에 의해 지탱된다. 모양근(ciliary muscle)이 이완되어 근육의 직경이 증가될 때 현인대가 수축되고 렌즈는 납작해진다. 모양근의 수축으로 직경이 감소되면, 현인대가 이완되며 렌즈는 더욱 둥글게 된다. 이러한 변화로 멀거나 가까운 거리에 있는 물체에 따라 눈의 초점을 맞출 수 있게 된다.

사람들 중에는 광선의 초점을 망막에 맞추는데 어려운 시기가 온다. 만일 안구가 너무 짧거나 또는 렌즈가 너무 편평하거나 유연하지 못하면 눈에 들어온 광선이 망막에 초점을 형성하지 못한다. 이것은 근접한 물체의 초점을 맞추는 것이 어렵기 때문에 원시(farsightedness)를 유발한다.볼록렌즈로 된 안경을 사용하면 광선이 보다 더 굴절되어 한 점에 모이도록 눈 자체의 렌즈를 도와주므로 해서 교정된다.

* 안구가 너무 길거나 둥글면 근시(nearsightedness)가 된다. 먼 거리에 있는 물체의 상은 망막의 전방에 초점을 만들며, 빛이 망막을 자극하기 전에 초점이 벗어난다. 따라서 가까운 물체가 더 잘 보인다. 오목렌즈로 된 안경은 광선이 눈으로 들어오기 전에 분산시켜 줌으로 해서 교정된다.

만일 렌즈나 각막 표면의 만곡이 불규칙하면 눈으로 들어오는 모든 광선이 단일 초점을 형성하지 못하여 난시(astigmatism)가 된다. 이때는 불규칙한 표면을 보완해 주는 특수 제작된 안경을 이용해서 교정된다. 시백내장(cataract)이라는 흐릿한 부위가 렌즈에 발생될 수 있다. 만일 시각이 심각하게 방해되면 렌즈를 제거하고 인공 렌즈나 특수안경을 이용하여 그 기능을 대체할 수 있다. 홍채와 렌즈는 눈을 2개의 방으로 나눈다. 앞의 공간은 수양액(aqueous humor)이라는 수성 액체로 채워져 있고, 뒤의 공간은 초자체(vitreous body)라는 아주 투명한 젤리질로 채워져 있다.

안구의 운동은 세 쌍의 근육에 의해 조절되며 각 쌍의 근육은 길항적으로 작용한다. 선명하고 색깔있는 상을 맺는 망막의 기능은 중심와(fovea)라는 좁은 부위에 국한되기 때문에, 이들 근육의 조절로 가장 흥미있는 장면이 있는 곳을 향해 눈을 움직이게 해준다. 이들 근육의 공동작용으로 두 눈이 같은 방향을 바라볼 수 있도록 조절도 해준다. 이것은 동일 장면에 대해 두 가지 미세하게 다른 시계를 형성하여서, 뇌로 하여금 단일의 입체적인 시각을 가지게 해준다.

 

 

망막

네 종류의 빛에 민감한 수용기가 망막에서 발견된다. 간상체와 세 종류의 추상체이다. 이들은 각각 자체의 특수한 색소를 이용해서 빛을 흡수한다. 그 색소는 옵신(opsin)이라는 단백질과 레티날(retinal)이라는 보결원자단의 결합으로 구성된 복합단백질이다. 레티날은 비타민 A에서 만들어지며, 네 종류의 모든 수용기에서 이용된다. 그러나 옵신의 아미노산 서열은 네 종의 수용기 각각에서 서로 다르다. 각 옵신의 아미노산 서열은 그들의 흡수 스펙트럼을 조절한다.

망막에도 많은 수의 연결뉴우런이 존재한다. 이들은 간상체와 추상체에서 뇌로 직접 연결해 주는 쌍극세포(bipolar cell)와 신경절 세포가 포함된다. 이들 세포의 분산으로 쌍극세포 및 신경절세포와 시냅스하고 있는 다른 연결뉴우런과 복잡한 배열이 형성되며, 그들간의 활성이 변화된다. 신경절세포는 항상 활성화되어 있다. 어두운 상태에서조차도 그들은 계속적인 활동전위를 일으키며 시신경을 따라 뇌로 활동전위를 전도한다. 시각은 이들 충격의 조절에 기초를 두고 있다. 이런 과정은 복잡하며, 시각 자극과 청각, 미각, 후각기관에서의 활동전위 사이에 직접적인 관계가 있다. 사실 활동전위는 간상체와 추상체에서조차도 생성되지 않는다.