선린대학 물리치료과

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침팬지의 행동을 설명하는 뉴턴의 운동 법칙

게시일 2015-03-12 11:06

침팬지 행동을 시뮬레이션하기 위하여, UB(University of Buffalo) 과학자들이 공간에서 분자나 원자의 운동을 설명하는 방정식에 기반을 둔 컴퓨터 모델을 개발했다. 삼림 벌채와 기후 변화, 그리고 다른 여러 영향은 야생 동물의 서식지를 위협하고 있다. 그렇다면 침팬지는 어떻게 이에 적응하는가? 여러 분야의 전문가들이 함께 한 연구진은 이러한 질문에 탐구하기 위하여, 물질을 지배하는 물리 법칙을 이용하였다. 연구진은 종의 구성원들과 공유하는 공간이 축소하는 상황에서, 동물들이 어떻게 무리를 이루고, 그들의 영역을 어떻게 이동하는지를 연구하였다.

침팬지의 행동을 시뮬레이션하기 위하여, 과학자들은 제한된 공간에서 원자와 분자의 움직임을 설명하는데 주로 사용되는 방정식에 기반을 둔 컴퓨터 모델을 만들었다. “물리학에서 사용되는 모델을 이용하여, 동물의 행동을 모델화하는 것은 매우 흥미로울 것이라고 우리는 생각했다”고 UB 물리학부 교수인 Surajit Sen이 말했다. “그리고 우리의 예측대로 들어맞았다는 것에 우리는 매우 놀랐다. 우리의 모델은 중요한 자원인 음식을 통해서, 침팬지가 주어진 영역에서 확산하는 방법과 이에 어떻게 경쟁하는지를 보여주었다”고 그는 말했다.

이 시뮬레이션은 연구진이 야생에서 직접 목격하여, 학계에 보고한 특정 침팬지의 행동을 성공적으로 복제하였다. 이 모델은 축소된 서식지가 침팬지 집단에 어떠한 영향을 미치는지를 예측하기 위하여 확장할 것이라고 Sen이 말했다. 그는 UB 물리학부 대학원생인 Matthew Westley, 그리고 영장류 행동 전문가인 Anindya Sinha와 함께 이 연구를 함께 수행하였다. Sinha는 인도 마이소르 자연 보호 재단의 수석 과학자이자, 방갈로르 국립 연구소의 교수로 재직 중이다.

Westley의 설명대로, 연구진이 사용한 모델링 기법은 꽤 간단하다. “우리는 각 침팬지를 입자로서 모델화하고, 이들이 근처의 다른 개체에 매력 또는 반발을 느낀다고 가정하였다. 우리는 모든 침팬지가 음식에는 끌리지만, 먹잇감을 위해 경쟁하는 다른 침팬지에는 거부감을 가진다고 결정했다”고 그는 말했다. 이 시뮬레이션이 적용한 주요 방정식은 뉴턴의 운동 제2 법칙(Second Law of Motion)이며, 이는 가속도=힘/질량으로 나타낸다. 침팬지는 방정식에서 질량으로 표시되며, 힘은 음식에는 끌림을 그리고, 다른 침팬지에는 반발력을 나타낸다고 구성된다. 각각의 힘에 값을 할당하고, 힘이 침팬지에 영향을 미치기 시작하는 거리를 결정함으로써, 연구진은 동물이 음식과 서로에게 관계하기 위한 속도와 방향을 시뮬레이션할 수 있었다.

이 연구는 2014년 9월 "Nature`s Longest Threads: New Frontiers in the Mathematics and Physics of Information in Biology"라는 제목으로 발표되었다. “이 모델은 효과적으로 자연에서 보이는 침팬지의 일부 행동을 재연하였다. 시뮬레이션이 몇 시간 동안 실행되고, 평형 상태에 도달했을 때, 우리는 침팬지가 자연에서 그랬던 것처럼, 영역 내에서 몇 개의 무리로 분리되는 것을 볼 수 있었다. 우리는 또한 각 집단의 몇몇 구성원이 다른 집단에 합류하기 위하여 이동하는 것도 볼 수 있었는데, 이는 남성 결합 사회(male-bonded society)에서 암컷에게 보이는 일반적인 행동”이라고 그는 말했다.

연구진은 서부 아프리카 기니에서 관찰된 침팬지 집단의 특성을 모방하기 위하여, 그들의 기본 모델을 확장하는데 성공하였다. 이들 침팬지는 음식에 제한적으로 접근할 수 있었다. 이를 위하여, 연구진은 가능한 음식원의 수를 줄이고, 암컷과 수컷 침팬지가 서로에게 이끌리도록 하는 등의 변화를 시도했다. 균형 상태에서, 이 확장된 시뮬레이션은 많은 수컷 침팬지가 다른 집단에 합류하거나, 혼자 방황하기 위하여 자신의 무리를 떠나는 것을 보여주었다. 그러한 행동은 자신의 토착 집단에 안주하려는 경향이 있는 수컷에게는 다소 이례적인 일이다. 그러나 이는 한 영장류 연구진이 약 20년 전 기니의 침팬지를 관찰하면서 목격했던 것과 정확히 일치한다.

“야생 동물을 입자로서 처리하려는 우리의 생각이 지능적 장애일 수 있다. 그러나 현실에서, 동물들이 만드는 많은 결정은 기본적인 끌림과 반발에 기반을 둔다. 음식이나 다른 자원에 이끌리는 행동이나, 위험으로부터 멀리하려는 것이 그것이다. 나는 이를 심각하게 논하고 싶지는 않다. 이 모델이 작동하는 것도 우연의 일치일 수 있다”고 그는 말했다.