인간은 몇 가지 색을 구분가능할까? 3색형, 4색형

[시냇물]

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4색형 색각자 _ 인간의 눈은 몇 가지 색을 구분할 수 있을까?

화가와 그림
4색형 색각자 _ 인간의 눈은 몇 가지 색을 구분할 수 있을까?


우리 눈에는 세 종류의 원추세포가 있다.

원추세포는 약 백만 가지의 색과 음영, 빛을 뚜렷하게 구분하도록 돕는 세포다.

https://www.a-ha.io/questions/445e3c5f1985c12184f53117c92e03c4
(안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
인간이 인지할 수 있는 색의 개수는 약 1,000만 가지 이상입니다. 이는 인간의 눈에 있는 색맹 세포의 종류와 그들이 감지할 수 있는 색상 범위에 따라 결정됩니다. 인간의 눈에는 로드콘(rodcone)이라는 이름의 세포가 있으며, 이 세포들은 주로 광도를 감지하는 로드 세포와 색상을 감지하는 콘 세포로 구성되어 있습니다. 콘 세포에는 세 가지 종류가 있으며, 각각 빨강, 초록, 파랑을 감지하는데 기여합니다. 따라서 우리는 이 세 가지 색을 혼합하여 수많은 다른 색상을 인지할 수 있습니다.)

(안녕하세요. 최석중 과학전문가입니다.
인간의 눈이 인식할 수 있는 색의 수는 약 100만 가지라고 하는데 이것은 빛의 파장이 다양한 범위에서 인식되기 때문에 가능합니다. 하지만 이 모든 색상을 모두 구별할 수 있는 것은 아니며, 인간의 시각 체계에서는 비교적 유사한 색상도 하나의 색으로 인식할 수 있습니다.)
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최근 연구 결과에 따르면, 인구의 1%는 네 개의 원추세포를 가진 4색형 색각을 가졌다고 한다.

보통 평범한 사람들은 눈에 3가지 원추세포가 있어서 빨강, 파랑, 초록을 구별한다.

네 번째 원추세포가 있는 사람은 더 많은 색채를 구별하는데 이런 능력을 '테트라크로맷'이라고 부른다.

이론적으로 1억 가지의 색을 구분할 수 있다고 한다.​

1993년 세상에 처음 공개된 4색형 색각자는 영국 캠브리지에 거주하는 여성이었다.

예술가들도 색을 분해하고 조합해 감각적인 색감으로 테트라크로맷의 시각적 효과를 드러내려 애쓰고 있다


세계에서 몇 안 되는 4색형 색각자 중 한 명인 화가 콘센타 안티고는 자신의 초능력에 가까운 특별한 능력을 이렇게 얘기한다.

"깔끔하게 정돈된 잔디를 본다면, 대부분의 사람에게는 녹색으로 보일것이다. 나는 잔디에서 청회색, 보라색, 짙은 녹색, 갈색, 에메랄드색, 청록색, 라임색 등 수백 가지의 색을 본다. 또 잎사귀와 잎사귀 끝에서는 분홍색, 빨간색, 금색을 본다. 매번 정말 신기하고 황홀하다."

안티코는 나뭇잎을 볼 때 그저 녹색만 보이지 않는다고 털어놓았다. 가장자리를 따라 주황색과 붉은색, 자주색이 보이며, 잎의 그림자 부분에서는 짙은 녹색 대신 보라색, 청록색, 파란색이 보인다는 것. 마치 인상파 화가의 작품처럼 온 세상의 색이 모자이크 처리가 되어 있듯이 보이는 모양이다.

포스팅 내용은 <컬러애 물들다> 책 내용 참조.


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영장류가 색상을 인식할 수 있게 된 이유는?

영장류가 색상을 인식할 수 있게 된 이유는? 과학기술 바로알기 - 인간의 색 지각 특성(1)


수많은 생명체가 사는 지구는 온갖 다양한 색상들로 뒤덮여 있고, 우리는 자연과 동식물들의 컬러를 익숙하고 당연하게 받아들이고 있다. 즉 식물의 잎은 녹색이며 사람의 피부는 인종에 따라 조금씩 다르지만, 갈색 또는 검은색의 멜라닌 색소를 지니고 있다.

그런데 이러한 생물의 여러 색상은 결코 우연한 것이 아니며, 지구의 오랜 역사를 담고 있으며 생물의 진화 과정과도 매우 밀접한 관계가 있다. 즉 녹색의 엽록소를 지닌 시아노박테리아(Cyanobacteria)에 의한 최초의 광합성은 산소라는 부산물을 만들어냄으로써, 이후 숱한 동식물들이 살아가기 적합하도록 지구의 환경을 크게 바꾸어 놓았다. 또한 사람 피부의 멜라닌 색소는 해로운 자외선을 흡수하여 안으로 침투하지 못하도록 인체를 보호할 수 있게 한다. 이처럼 특정의 색상이 지구 생물의 생존에 결정적인 영향을 끼치기도 하였고, 또한 생물이 종에 따라 다양한 체색을 지니게 된 것은 오랜 진화의 산물이기도 하다.

최초로 광합성을 하여 지구의 환경을 바꾼 시아노박테리아 ⓒ 위키미디어

동식물의 색상뿐 아니라 사람 또는 원숭이와 같은 영장류의 동물이 다양한 색상을 구분할 수 있는 능력을 지니게 된 것 또한 오랜 자연선택 및 진화에 의한 것이다. 사람은 빨강, 파랑, 녹색이라는 빛의 삼원색에 기반한 색각 요소를 기반으로 하여 매우 많은 색상을 구별해낼 수 있는 능력을 지니고 있다.

인간보다 더욱 더 많은 색수용체와 복잡한 색각 체계를 지닌 동물도 물론 있는데, 예를 들어 나비류는 대여섯 개의 색 수용체를 가지고 있고, 편광도 볼 수 있는 갯가재는 무려 열 개가 넘는 색 수용체를 지니고 있다. 그러나 포유동물 중 영장류를 제외한 대부분의 동물은 두 개 이하의 색 수용체를 지니고 있어서 다양한 색을 제대로 구별하지 못한다.

개의 경우 노랑과 파랑의 두 가지 색각 요소를 지니고 있어서, 빨간색과 녹색은 제대로 구분하지 못하므로 사람으로 치면 적록색맹과 매우 유사하다. 가령 훈련된 개에게 빨간색 공을 던진 후에 물어오라고 지시할 경우, 녹색의 풀밭 위에 빨간색 공이 멈춘다면 개가 시각만으로는 공을 찾아내기는 어려울 수도 있다.

영장류는 잘 익은 과일을 구별하려는 진화과정에서 색각인지능력을 발달시켰을 것으로 추측된다 ⓒ Giovanna Colombi


사람을 포함한 영장류가 다른 포유동물보다 나은 색각 체계를 갖추게 된 것은, 먼 옛날 이들의 조상이 나무 위에서 생활하던 시절에 사과나 바나나 등 과일이 익었는지 색으로 판단하는 과정에서 그렇게 진화하였을 것으로 추정하고 있다. 잘 익어 영양이 풍부한 과일을 보다 나은 색각 능력으로 먼저 알아보고 섭취한 개체들이 자연선택 과정을 통하여 생존했을 것이라는 설명한다.

그러나 영장류가 지금과 같은 색각 체계를 발달시켜 온 이유에 대해 좀 다른 방향으로 설명하는 인지과학자도 있다. 즉 영장류가 추가적으로 적록 색각을 갖추게 된 것은, 색상을 통하여 신체의 변화를 표시하고 새끼나 다른 개체의 상태와 표정 등을 잘 파악하기 위하는 과정에서 비롯되었다는 것이다. 예를 들어 암컷의 경우 배란기가 되면 얼굴이나 신체의 일부가 더욱 붉은색을 띠기도 하고, 수컷의 경우 가슴 색깔을 더욱 선명하게 하여 암컷을 차지하는 데에 우위를 점할 수 있다는 것이다.

영장류가 새끼나 다른 개체의 표정과 상태를 살피기 위한 과정에서 색각이 발달했다고 설명하는 이론도 있다 ⓒ Martin Pettit

특히 인간은 이른바 ‘털 없는 원숭이(Naked ape)’라고도 불리는데, 헤모글로빈 색소에 의한 붉은 혈색은 건강 상태나 감정의 변화 등을 더욱 잘 반영하기 때문에, 이를 잘 살피기 위해서 적록 색각이 더욱 진화했다는 설명이다. 먹이를 더 잘 구분하기 위하는 과정이었든 표정이나 상태를 알아차리기 위해서든 아무튼 사람과 영장류의 진화는 색각의 진화와 매우 큰 관련이 있던 셈이다.

사람은 출생과 함께 완성된 색 지각력을 갖추는 것이 아니기 때문에, 갓 태어난 아기들은 흐릿한 시력만큼이나 색을 구분하기도 쉽지 않다. 태어난 지 6개월 정도 지난 아기들을 대상으로 색각에 대한 반응을 테스트해본 결과, 영아들은 색의 스펙트럼 전체 범위를 어느 정도 볼 수는 있지만 강렬한 빨간색은 비교적 쉽게 구분하는 반면에 채도가 떨어지는 파란색이나 노란색은 제대로 구별하기 힘든 것으로 나타났다고 한다. 사람의 색 지각력은 청소년기 후반에야 완성이 되고, 30세가 넘으면 도리어 조금씩 퇴화하는 것으로 알려져 있다.

그런데 인간의 색 지각은 눈의 망막에 의해서만 이루어지는 것이 아니라, 사실은 두뇌의 작용에 의해 결정되는 것이다. 인지과학자나 신경과학 전문가 등은 여러 실험을 통하여 색지각이 뇌의 정보처리에 의한 것임을 입증하고 있는데, 다음 글에서 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

최성우 과학평론가

알록달록 색 이야기 2 : 내 기분을 읽어줘! - 인간이 많은 색을 구분할 수 있는 이유, 인간의 색각

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신비로운 시각: 인간은 어떻게 색깔을 인식하게 되었을까?

인간의 눈은 1억 개 이상의 시각세포를 포함하고 있으며, 이 중 원추세포가 색깔을 인식하는 데 중요한 역할을 합니다. 원추세포는 세 가지 유형(L, M, S)으로 나뉘며 각각 빨강, 초록, 파랑 파장에 민감합니다. 이 세포가 서로 다른 방식으로 반응하며 우리가 색을 '느끼는' 기반을 제공합니다. 하지만 놀라운 점은, 인간의 뇌는 실제로 눈에 들어오는 빛을 색으로 변환하는 과정을 통해 '색깔'을 만들어낸다는 사실입니다.

‘테트라크로매시’ 현상: 더 많은 색을 보는 사람들

일부 여성은 네 번째 원추세포를 가지고 있어 테트라크로매트로 불립니다. 이들은 일반 사람보다 훨씬 더 풍부한 색조를 구별할 수 있다고 합니다. 이는 특정 유전자 돌연변이에 의해 발생하며, 연구에 따르면 테트라크로매트는 수백만 가지 색상을 추가로 구분할 수 있다고 합니다. 그러나 이 능력을 실제로 활용하는 사람들은 드물며, 환경적 요인과 뇌의 발달 상태도 관여합니다.

색맹의 과학: 빨강과 초록을 구분하지 못하는 이유

색맹은 L 또는 M 원추세포의 결함 또는 결핍으로 인해 발생합니다. 가장 흔한 형태인 적록 색맹은 빨강과 초록을 제대로 구별하지 못하게 만듭니다. 흥미로운 점은, 적록 색맹은 남성에게 더 흔하다는 점입니다. 이는 X 염색체에 관련된 유전자 이상이 주요 원인이기 때문입니다. 따라서 여성은 두 개의 X 염색체를 가져 이런 결함이 발생할 가능성이 상대적으로 낮습니다.

색채 인식은 진화의 산물

모든 동물이 인간처럼 색을 보는 것은 아닙니다. 예를 들어, 많은 포유류는 색맹이며, 이는 야간에 더 효과적인 시각을 유지하기 위한 진화적 적응의 결과일 수 있습니다. 한편, 새와 곤충은 인간보다 훨씬 넓은 스펙트럼을 볼 수 있습니다. 벌은 자외선까지 감지할 수 있으며, 일부 새는 테트라크로매시보다 더 많은 수용체를 가져, 인간이 상상도 할 수 없는 색채 세계를 경험합니다.

인공 기술과 색 인식

현대 기술은 인간의 색 인식을 더욱 확장시키고 있습니다. 예를 들어, 적외선 카메라와 자외선 필터를 통해 인간은 자연적으로 볼 수 없는 파장을 시각화할 수 있게 되었습니다. 또한, 색맹을 위한 특수 안경은 부족한 원추세포 기능을 보완하여 사용자가 색을 더욱 명확히 볼 수 있도록 돕습니다.

미래의 가능성: 색깔을 재정의하다

과학자들은 유전자 편집 기술을 통해 추가 원추세포를 생성하는 실험을 진행하고 있습니다. 이는 인간의 시각을 테트라크로매트 수준으로 확장할 수 있는 잠재력을 가집니다. 이러한 기술이 실현된다면, 미래의 인간은 지금보다 훨씬 풍부한 색의 세계를 경험하게 될 것입니다.

인간의 시각은 단순히 빛을 감지하는 것이 아니라, 빛과 뇌의 복잡한 상호작용으로 이루어진 신비로운 과정입니다. 색채 인식의 과학은 우리 주변 세계를 더 잘 이해하고 기술 발전의 새로운 가능성을 탐구하는 데 중요한 길잡이가 되고 있습니다.

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1.물고기
물고기가 색을 구별할 수 있을 까도 오랜 논쟁거리였지만 1913년 홈프리치라는 동물학자의 실험에 의해 색맹이 아님이 확인되었습니다. 피라미나 큰가시고기의 수컷이 알 낳을 시기가 되면 몸 빛깔이 빨갛게 변하고 암컷이 이 색을 알아보는 행동으로도 쉽게 알 수 있습니다.
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물고기도 색을 구분합니다. 어류의 눈은 포우류의 눈의 기원이기 때문에 구조가 거의 동일하다고 합니다. 망막에는 광수용체 세포가 있는데 간체는 명암을 감지하고, 추체는 색상을 감지합니다. 어류의 눈에도 간체와 추체가 있다는 것이 확인이 되었구요. 인간의 경우 파란색, 빨간색, 초록색을 구분하는 3가지 색각 세포를 가지고 있지만 어류는 4가지 색각 세포를 가지고 있어서 인간보다 더 넓은 색을 구분한다고 하네요.

일부 어류의 경우 번식기가 되면 혼인색이 나타나며 암컷이 이에 반응하는 것을 보더라도 어류가 색상을 구분할 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 단, 종류에 따라 차이는 있는데 빛을 많이 접하고 있는 곳에 사는 종류는 추체가 발달하고, 심해처럼 어두운 곳에 사는 종류는 간체가 더욱 발달했을 것으로 추정하고 있습니다. 베타는 수면 근처에 사는 종류인 만큼 간체가 매우 발달했을 것으로 예상되네요.

또한 동물의 IQ와 관련한 실험에서 어류의 기억력도 상당한 것으로 밝혀졌습니다. ​

따라서 위와 같은 점을 고려할 때 어류가 특정한 색에 반응을 보이는 것이 충분히 가능하다고 판단되네요.

참고로 인간에게도 색맹이 있듯이 물고기에게도 색맹이 있을 수 있다고 합니다.


2.새
가장 민감한 눈을 갖고 있는 동물은 높은 하늘을 날며 먹이를 잡는 육식성 새입니다. 매는 인간에 비해 4∼8배나 멀리 볼 수 있습니다. 매는 색을 감지하는 원추세포의 밀도가 인간의 다섯 배에 이르기 때문에 선명한 천연색 영상을 봅니다. 그러나 이들도 밤이 되면 맥을 못 춥니다. 매의 눈에는 어둠 속에서 희미한 빛을 감지하는 간상세포가 거의 없기 때문입니다.
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벌새는 ‘자외선 색깔’을 구분한다? 색 인지하는 추체가 4개로 사람보다 많아

과학자들은 새가 인간보다 훨씬 뛰어난 색 시력(color vision)을 가지고 있다는 것을 오래전부터 알고 있었다. 대부분의 영장류와 마찬가지로 인간은 삼색체다. 사람의 눈은 세 가지 종류의 색(파란색, 녹색, 빨간색)을 분별하는 수용체, 즉 추체(cone)을 가지고 있다. 그러나 새들은 4개의 추체를 가지고 있어서 인간 보다 더 다양한 색깔을 본다.

인간은 3개의 추체로 무지개 색깔인 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색을 볼 수 있다. 소위 ‘스펙트럴(spectral) 색조’라고 하는 것이다. 인간은 무지개 색깔에 들어가지 않는 논스펙트럴(nonspectral) 색깔은 단 하나만을 볼 수 있다. 빨강 추체와 파랑 추체를 동시에 자극하기 때문에 보이는 자주색(purple)이다. 인간은 새나 많은 다른 동물들에 비해 색맹이다.

새가 가진 4개의 추체는 이론적으로 자외선을 포함한 광범위한 색상을 구별할 수 있게 한다. 그러나 과학자들은 새들이 실제로 볼 수 있는 것에 대해 거의 조사를 하지 않았다.

로키산맥 실험실에서 찍은 넓적꼬리벌새 ⓒ Noah Whiteman

프린스턴 대학의 메어리 캐스웰 스토다드(Mary Caswell Stoddard) 교수 연구팀은 넓적꼬리벌새와 같은 야생 벌새를 훈련시켜, 이 작은 새들이 자외선+녹색 및 자외선+빨강과 같은 조합 색상을 볼 수 있다는 것을 밝혀냈다.

스토다드 교수는 “4번째 추체는 새가 볼 수 있는 색의 범위를 자외선으로 확장시킬 뿐만 아니라 새가 자외선+녹색 및 자외선+빨간색 같은 조합 색상을 지각하도록 한다”고 말했다.

무지개 이외 색깔도 잘 구분

새에 대한 대부분의 색 시각 실험은 실험실에서 수행되므로, 새가 실제 생활에서 어떻게 색 시각을 사용하는지에 대해서는 파악하기 어렵다.

새의 색 시각을 조사하기 위해, 스토다드 연구팀은 자연환경에서 새로운 실험 시스템을 구축했다. 콜로라도주 고딕(Gothic) 로키산맥생물연구소(RMBL)에서 연구원들은 야생의 넓적꼬리벌새(Selasphorus platycercus)를 훈련시켰다.

벌새는 야생에서 색 시각을 연구하기에 제격이다. 설탕을 아주 좋아하는 벌새는 꽃 색깔에 민감하게 반응하기 위해 색 시각이 아주 발달했기 때문에 조금만 훈련시켜도 실험에 활용할 수 있다.

스토다드 연구팀은 특히 색 스펙트럼에서 넓게 떨어진 부분으로부터 색조를 혼합하는 ‘논스펙트럴’ 색 조합에 관심이 있었다. 인간에게 있어서, 자주색은 가장 명확한 논스펙트럴 색깔의 예이다. 자주색은 무지개 속에 있지 않다.

인간이 단 하나의 논스펙트럴 색깔을 인식하는 반면, 새들은 이론적으로 자주색, 자외선+빨간색, 자외선+녹색, 자외선+노란색, 자외선+자주색 등 5개까지 볼 수 있다.

이번 연구결과는 국립과학원회보(PNAS) 저널에 발표했다.

과학자들은 3년 동안 매년 여름에 야외 실험을 했다. 자외선+녹색 같은 논스펙트럴 색상을 포함한 다양한 색깔을 표시하도록 프로그램된 맞춤형 LED 관(tube) 장치를 만들었다. 그리고 넓적꼬리벌새가 자주 찾는 고산지 초원에 실험 장치를 설치했다.

매일 아침, 연구자들은 동트기 전에 일어나 두 개의 먹이통을 설치했다. 하나는 설탕물이고 다른 하나는 보통 물이다. 그리고 물 공급 장치 옆에 LED 관을 설치했다.

설탕물이 나오는 관의 색깔과 보통 물이 나오는 관의 색깔이 달랐다. 과학자들은 설탕물 보상을 주는 관과 보통 물이라는 보상 없는 관의 위치를 주기적으로 바꿨다. 새가 설탕물이 어떤 특정한 위치에서 나온다고 기억할 수 없게 만들기 위해서이다.

그들은 또한 벌새가 냄새를 사용하거나 보상을 찾기 위해 어떤 신호를 사용하지 않는지 확인하기 위해 통제 실험을 수행했다. 시간이 지나면서 야생 벌새는 설탕물이 나오는 보상 색깔을 찾아가는 법을 배웠다.

연구원들은 19번의 실험에서 6000번 이상 벌새들이 먹이 공급 장치를 방문한 내용을 기록했다. 실험 결과 벌새는 자주색, 자외선+녹색, 자외선+빨간색, 자외선+노란색 등 다양한 논스펙트럴 색깔을 인지하는 것으로 나타났다.

예를 들어 벌새는 자외선+녹색을 순수한 자외선이나 순수한 녹색과 쉽게 구별하고, 자외선+적색이 혼합된 색깔에 대해서는 어떤 것이 더 붉고 어떤 것이 덜 붉은지를 구별한다.

동물의 색 지각 능력은 인간보다 뛰어나

자외선+녹색과 녹색은 인간에게는 똑같아 보였지만, 벌새는 계속해서 설탕물이 들어있는 자외선+녹색을 정확하게 선택했다. 공동저자인 UBC 대학 박사과정 학생인 해롤드 아이스터(Harold Eyster)는 “이번 실험은 벌새에게 세상이 어떤 모습으로 비칠지 살짝 엿볼 수 있게 해주었다.”고 말했다.

벌새는 사람 보다 훨씬 많은 색깔을 인지한다. ⓒ David Inouye
벌새가 사람보다 더 많은 색깔을 구별한다는 것은 확인했지만, 이러한 색이 새에게 어떻게 보이는지 알아보는 것은 어려울 수 있다. 자외선+빨간색은 색깔들의 혼합인가, 아니면 완전히 새로운 색인가? 아직은 그저 추측만 할 뿐이다.

연구팀은 또 깃털과 식물 색깔 3315개의 데이터 세트를 분석해서, 새들이 이 색깔 중 많은 것을 인식하지만 인간은 그렇지 않다는 것을 발견했다.

과학자들은 4개 추체를 가진 색 시각 시스템이 초기 척추동물에서 진화했다고 본다.

스토다드 교수는 “4 추체 색 시각 체계는 새, 물고기, 파충류들에게는 표준이며, 공룡에는 거의 확실히 존재했다. 인간이 예상하지 못하는 색을 지각하는 능력은 동물이 가진 큰 특징”이라고 말했다.

최상위 포식자 독수리 눈 닮은, ‘이글아이 카메라’ ▲ 독수리는 눈의 해상도가 사람에 비해 4~8배 높다. 또 ‘줌’ 기능과 ‘광각’ 기능을 동시에 갖춰 하늘 높이 비행하다가도 먹이를 발견하고, 순식간에 날아가 사냥한다.

3.원숭아
원숭이들도 색채 감각이 놀라울 정도로 발달해 있습니다. 멀리 있는 열매가 무르 익었는지 아닌지, 나뭇잎이 싱싱한지 아닌지를 알아냅니다. 원숭이는 서로 교류하는 데에도 빛깔을 이용합니다. 수컷 맨드릴 원숭이는 현란한 빛깔로 암컷에게 자기를 과시하거나 다른 동물을 위협하기도 합니다.
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