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나비의 장거리 비행 : 제왕나비

자기장 : 크립토크롬
- 벌들은 꽃의 전기장 감지
- 제왕나비의 장거리 비행
- 새의 장거리 비행 : 큰뒷부리도요

지방의 역할
- 일부 철새들은 몸의 50%를 지방으로 채운 후 3000~4000km를 날아간다
- 동면 : 지방을 비축하여 물을 먹지 않고 겨울 잠을 잘 수 있다
- 낙타는 40kg의 지방을 에너지와 물로 전환하여 생존한다
- 물개의 젖에는 인간에 비해 지방이 15배 이상 많다

왕의 귀환

▶ 생생한 오렌지색과 아름다운 무늬 덕분에, 제왕나비Danaus plexippus는 삶의 단순한 미학적 아름다움aesthetic beauty의 두드러진 예로 손꼽힌다. 그러나 자연계라는 곳이 으레 그렇듯, 제왕나비의 피상적 아름다움은 그들의 생애주기life cycle와 생화학, 그리고 ‘그러한 형태와 기능을 갖게 된 이유’를 좀 더 깊이 이해함으로써 무한히 향상된다.

매년 캐나다와 미국 북부에 가을이 다가오면, 수백만 마리의 제왕나비들이 고된 원정을 준비하기 시작한다. 북부의 혹독한 겨울철에 살아남기 위해, 그들은 자연계에서 가장 긴 여행 중 하나를 떠나야 한다. 그 내용인즉, 무려 4천 킬로미터를 날아 남쪽의 따뜻한 지역으로 이주하는 것이다. 그건 그렇게 작고 연약해 보이는 피조물에게는 너무 먼 거리여서, 그들에게 ‘특별한 세대’의 탄생을 요구한다. 왜냐하면 성체 제왕나비는 평균 수명이 고작 4주이기 때문이다. 그리하여 남쪽여행이 임박하면 므두셀라 세대methuselah generation라는 특공대가 등장하는데, 이들은 부모나 조부모보다 거의 열 배나 더 오래 산다.

최대 8개월 동안 사는 므두셀라 세대에게는 ‘오래 산다’는 특권과 ‘유전자를 내년까지 보존한다’는 책임이 있다. 북쪽의 숲과 들과 초원에 가을이 찾아오면, 여행준비가 시작된다. 지구가 태양 주위를 공전하는 데다 자전축이 23도 기울어져 있으므로, 북반구에 내려 쬐는 태양빛이 약해져 기온이 떨어지고 식량은 부족해진다. 9월 초가 되면, 어린 나비들은 낮의 길이가 짧아짐을 감지하고 꿀을 잔뜩 먹기 시작하는데, 이는 지방층을 여분으로 쌓아 회복탄력성resilience을 높이기 위함이다. 기온이 감내할 수 없는 수준에 근접하면, 그들은 힘차게 날갯짓을 하며 날아오른다. 그것은 무작위적인 남쪽여행이 아니다. 하루에 100킬로미터를 비행하는 동안, 5억 마리의 나비들이 특정한 지역을 정확히 겨냥하기 때문이다. 그들 중에서 경험이 있는 나비는 한 마리도 없지만, 수천 년 동안 그들의 목적지는 늘 똑같았다.

매년 직면하는 도전을 해결하는 방법은 여러 가지가 있었겠지만, 제왕나비는 시간과 별을 가이드로 이용하여 숙련된 조종사로 진화했다. 그들은 로키산맥 동쪽의 출발점에서 시작하여 미국 중심부의 대평원을 횡단하여 남쪽의 습지로 여행한다. 그 과정에서 장거리 여행자들이 흔히 겪는 위험과 맞닥뜨리는데, 질병과 감염병, 악천후, 폭풍우는 기본이고, 수천 마리가 포식조류predatory bird의 먹이가 되어 연례여행을 접게 된다.

그러나 이처럼 벅찬 거리와 위험에도 불구하고, 매년 수백만 마리의 제왕나비들이 멕시코 중부의 심장부에 있는 상록수림의 작은 장소에 도착한다. 이보다 이동거리가 짧지만, 로키산맥 서쪽에 사는 제왕나비들도 비슷한 방법을 이용하여 캘리포니아 남부에 안전하게 착륙한다.

마치 18세기의 탐험가들처럼, 제왕나비들은 하늘에 떠있는 태양의 위치와 생체시계internal clock or biological clock를 가이드로 이용한다. 시간만 알면, 태양을 이용하여 남쪽으로 방향을 정하기는 쉽다. 북반구의 경우 태양은 정오에 늘 정남쪽에 위치하는데, 이 시간을 낮 12시로 정할 수 있다. 그런데 시계를 갖고 있다면, 당신은 하루 중 다른 시간에도 남쪽으로 방향을 잡을 수 있다. 시침時針으로 태양을 가리키면, 시침과 12시 사이가 정남쪽을 가리키게 되기 때문이다. 제왕나비는 이 기술의 정교한 버전을 이용하여(이것을 시간보정 태양나침반time-compensated Sun compass이라고 한다), 장거리를 이동하는 동안 줄곧 남향南向을 유지한다.

제왕나비들은 정교한 눈을 이용하여 태양의 위치를 측정하는데, 그들의 눈은 햇빛의 편광polarization을 탐지함으로써, 심지어 흐린 날에도 구름을 꿰뚫어볼 수 있다. 또한 그들은 스펙트럼 기울기spectral gradient를 이용하는 것으로 보이는데, 이 기울기로 인한 하늘의 색깔은 태양과의 거리에 의존한다. 태양과의 거리에 따라 하늘의 색깔이 다른 것은 상이한 파장의 햇빛이 대기 중에서 각각 다르게 산란되기 때문인데, 일몰과 일출 때 하늘이 빨갛게 물드는 원리도 이와 동일하다.

【첨부그림 설명】 제왕나비가 스펙트럼 기울기를 이용하여 태양의 위치를 확인하는 원리: 장파장(녹색광)은 태양반구solar hemisphere를 지배하고, 단파장(자색광)은 반대쪽 태양반구anti-solar hemisphere를 지배한다