눈으로 빛을 보는 구조

원추세포와 간상세포

우리 눈의 망막 안쪽에는 빛을 느낄 수 있는 시세포가 있습니다. 이 시세포에는 어두운 빛에도 반응하지만 색을 확인할 수는 없는 간상세포(막대세포)와 밝은 빛에만 반응하지만 색을 식별할 수 있는 원추세포(원뿔세포)가 있습니다. 원추세포는 황반을 구성하고 있으며, 황반을 중심으로 망막 전체에 분포합니다. 간상세포는 원추세포보다 수가 많으며 망막 주변에 많이 분포합니다. 눈은 이 두 종류의 시세포에 의해, 망막에 맺힌 물체의 상의 명암과 색이나 형태 등을 파악할 수 있습니다.

빛에 의한 간상세포의 자극

간상세포에는 광수용색소인 로돕신(Rhodopsin)이 있는데, 옵신이라는 단백질과 비타민 A인 레티날이 결합된 구조를 하고 있습니다. 옵신과 결합한 레티날은 빛을 받으면 구조가 변경되는데, 구조가 변경되면 레티날과 옵신의 결합이 끊어집니다. 로돕신의 구조가 빛으로 변화하는 이유는 가시광선이 분자의 전자 에너지 상태를 변화시키기 때문입니다. 이 빛에 의한 로돕신의 구조 변화가 간상세포의 자극입니다. 이 자극이 시신경을 통해 뇌로 전달되어 시각이 생깁니다. 또한 옵신과 결합이 끊어진 트랜스형 레티날은 어두운 곳에서 시스형 레티날로 돌아가 옵신과 재결합합니다. 또한 레티날은 음식에서 섭취되는 비타민 A로 만들어집니다. 비타민 A가 부족하면 어두운 곳에서도 좋게 보이지 않게 되는(야맹증) 이유는 로돕신이 합성되기 어려워지기 때문입니다.

빛에 의한 원추세포의 자극

색을 느낄 수 있는 원추세포에는 요돕신(Iodopsin, 아이오돕신)이 있습니다. 요돕신도 레티날과 옵신이 결합된 구조를 하고 있지만, 로돕신의 옵신과는 구조가 다릅니다. 이 옵신의 구조의 차이에 의해 요돕신은 빨강, 초록, 파랑의 빛을 느낄 수 있습니다. 그 때문에 원추세포에는 L원추세포(ρ세포), M원추세포(Г세포), S원추세포(β세포)라고 불리는 3종류의 세포가 있습니다. 이 3 종류의 원추세포는 각각 약 560nm, 약 530nm, 약 430nm을 중심으로 어느 정도의 폭을 가지는 파장 범위의 빛을 느낄 수 있습니다.

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명순응과 암순응

어두운 곳에서 갑자기 밝은 곳으로 나오면 눈부시게 느껴지지만, 곧 눈이 익숙해지면 물건을 볼 수 있습니다. 이것은 밝은 곳에서 간상세포의 로롭신의 분해가 촉진되어, 순간적으로 간상세포가 심하게 자극되기 때문입니다. 시간이 지나면 로돕신이 감소하고, 원추세포도 작동하게 되어 아무 문제없이 잘 보이게 됩니다. 이것을 명순응이라고합니다. 반대로 밝은 곳에서 갑자기 어두운 곳으로 들어가면 눈이 익숙해질 때까지 물건이 잘 보이지 않습니다. 밝은 곳에서 간상세포의 로롭신의 분해이 촉진되고 있는 상태로, 갑자기 어두운 곳에 들어가면, 로돕신의 재합성이 시간에 맞지 않게 됩니다. 시간이 지나면 로롭신의 재합성이 이루어지며, 간상세포가 작용해 주변의 물건이 보이게 됩니다. 이것을 암순응이라고합니다.

다양한 색상이 보이는 이유

색이 보이는 것은 주로 원추세포의 작용 때문입니다. 3종류의 원추세포가 받는 자극 정도는 눈에 들어오는 빛에 의해 결정됩니다. 각 원추세포가 받은 자극은 시신경을 통해 뇌로 보내집니다. 뇌는 3종류의 원추세포가 받은 자극의 비율로부터 어떤 색인지를 판단합니다. 예를 들어, 인간의 눈에는 노란 빛에 해당하는 원추세포가 없지만, 우리는 노란색을 볼 수 있습니다. 노란색의 빛을 받으면 빨간색과 녹색에 반응하는 원추세포가 자극을 받습니다. 그러면 뇌는 빛이 노란색이라고 판단합니다. 노란색 이외의 중간색도 마찬가지로 뇌가 판단하여 색을 결정합니다. 즉, 우리는 빨강(R),녹색(G),청색(B)의 빛을 주로 느끼는 3개의 센서로 색을 보고 있는 것입니다. 우리가 인식하는 색깔은 우리 인간의 시각과 밀접하게 관련되어 있습니다. 곤충 중에는 붉은 색을 볼 수 없거나, 자외선이 보이는 것도 있습니다. 새는 원추세포를 4종류 가지고 있어, 인간보다 색을 식별하는 능력이 높다고 생각되고 있습니다. 반대로 개나 고양이는 원추세포를 2종류 밖에 가지고 있지 않기 때문에, 인간과 비교하면 색을 식별하는 능력은 낮다고 말할 수 있을 것입니다.