재미있는 과학

"와! 귤 맛있겠다. 보기만 해도 입에 침이 고여."

귤의 계절이 돌아왔어요. 껍질을 단번에 벗겨 한입에 쏙 넣으면, 새콤달콤한 과즙이 터져 나와요. 생각만 해도 침이 고이지요?

침은 귀밑이나 턱 밑, 또는 혀 밑 등에 있는 침샘에서 끊임없이 분비되는 물질로 입안이 마르지 않게 해요. 음식 소화를 돕기도 하고요. 그래서 음식을 먹을 때 평소보다 침이 많이 나오는 것이지요.

몸을 재빨리 움직여 위험한 상황에서 벗어났을 때 '반사적으로 피했다'고 하지요? 이렇게 자기 의지와 관계없이 자극에 대하여 일정한 반응을 기계적으로 일으키는 현상을 '반사'라고 해요. 기침, 딸꾹질, 하품, 구토 등 우리 몸에서는 어떤 자극에 즉각적으로 반응하는 반사의 예가 무척 많지요. 만약 눈꺼풀의 반사작용이 없다면, 어떤 물체가 아주 빠르게 날아왔을 때 눈을 감지 못해 다칠 거예요. 이처럼 반사는 위험으로부터 우리 몸을 지키고 기본적인 생명 활동을 유지하는 데도 중요한 역할을 하고 있어요.

그렇다면 신 음식을 먹는 상상만 해도 침이 고이는 이유는 무엇일까요? 우선 이렇게 생각해보세요. 귤이나 레몬을 처음 본 사람들도 입안에 침이 고일까요? 당연히 아니겠지요. 여러분이 레몬이나 귤을 볼 때와, 마늘이나 생강을 볼 때 입안에 침이 고이는 정도가 다른 이유는 그 맛을 알기 때문이지요. 실제로 어떤 과일의 맛이 매우 새콤달콤한데 그 맛을 모르는 사람에게 '떫다'고 한 뒤 과일을 보여주면, 그 사람 입에는 침이 고이지 않아요. 하지만 그 과일을 먹어본 사람에게는 과일을 보여주기만 해도 침이 고인답니다. 이러한 현상은 경험에 의해 일어나기 때문에 보통의 반사와는 다른 '조건반사'라고 해요.

이러한 조건반사는 러시아 과학자 파블로프가 발견했어요. 파블로프는 자기가 기르던 개가 먹이를 보기만 해도 침을 흘리는 것을 유심히 관찰했어요. 그리고 그 원인이 경험 때문은 아닐까 생각했지요. 그래서 그는 개에게 먹이를 주기 전에 항상 종을 쳤지요. 그러자 개는 종소리만 듣고도 침을 흘리기 시작했지요. 이것은 반복적인 경험이 침을 흘리는 작용을 조절할 수 있음을 보여주는 것이었지요. 파블로프는 이처럼 경험에서 비롯된 기억에 의해 나타나는 반사 현상을 '조건반사'라고 이름 붙였어요. 일반적인 반사작용과 조건반사의 차이는 대뇌의 작용에 있다고 할 수 있지요. 사람은 일반적으로 의식적인 행동을 할 때 대뇌의 명령을 받아요. 자극이 신경을 따라 대뇌로 들어오면 대뇌가 어떻게 대처할 것인지 판단하고 다시 명령을 내리는 식이지요. 반면 뜨거운 것을 잡았을 때 재빨리 손을 뗄 수 있는 것은 자극이 대뇌까지 전달되지 않고도 연수나 척수에서 바로 반응하기 때문이지요. 조건반사는 대뇌의 기억을 통해 이루어지기 때문에 사람마다 다르게 일어날 수 있답니다.

이처럼 조건반사는 우리 생활 속에서 유용하게 활용되기도 해요. 서커스나 동물원에서 사나운 맹수나 돌고래, 물개가 조련사의 말과 행동에 따라 움직이는 모습을 본 적 있지요? 대화도 통하지 않는 사나운 동물들을 어떻게 훈련시킬 수 있었을까요? 그것은 조련사가 원하는 동작과 함께 채찍 소리를 들려주거나 좋아하는 먹이를 주어 강한 자극을 기억시켰기 때문이에요. 동물들이 소리나 행동과 함께 기억했던 반응을 반사적으로 하게 되는 거예요. 운동선수들도 상대의 공격이나 장애물을 반사적으로 피하는 능력을 갖추기 위해 끊임없이 반복 훈련을 해요. 경험이 많은 복싱 선수는 상대가 주먹을 뻗으려는 움직임이 시작되면 재빨리 몸을 움직여 피할 수 있지요. 축구 골키퍼도 상대 공격수의 발이 공에 닿는 순간 감각적으로 몸을 뻗어 막아낼 수 있고요. 어떤 산부인과 의사는 조건반사를 응용해 고통 없이 출산하는 방법을 생각해내기도 했지요. 그는 진통을 느낄 때 생기는 두려움은 진통을 더욱 크게 만든다고 생각했다고 해요. 그래서 산모들에게 진통이 생겼을 때 가장 기쁘고 즐거웠던 기억을 떠올리고, 호흡을 평소처럼 할 수 있는 훈련을 하도록 했어요. 그 결과 많은 산모가 출산의 고통을 줄일 수 있게 되었다고 해요. 조건반사의 원리는 어업에도 활용되고 있어요. 어린 물고기에게 먹이를 줄 때마다 특정 주파수의 소리를 내면 이후에는 소리만으로도 물고기를 모을 수 있기 때문에 어장을 쉽게 관리할 수가 있다고 하지요.

어때요? 반사와 조건반사에 대해 알고 보니 우리 몸이 정말 신비하게 느껴지지 않나요? 내 몸이지만 내 의지와는 상관없이 움직이는 부분이 있다니 신기하지요? 또 그런 반응들을 통해 우리 몸이 보호받고 있다는 것, 또 꾸준한 훈련을 통해 그러한 능력을 기를 수 있다는 점도 정말 놀랍지요? 중국의 소설에선 장수가 지친 군사들을 이끌고 험한 산을 넘을 때 '산 너머 매실 밭이 있다'는 말로 군사들의 갈증과 피로를 잊게 만들었다고 해요. 어쩌면 우리 삶 속에서 일어나는 여러 가지 어려움도 이런 방법으로 이겨낼 수 있지 않을까요?


[관련 교과] 5학년 2학기 '우리 몸'


[함께 생각해봐요]

심장은 우리 마음대로 멈추거나 뛰게 할 수 없어요. 여러분 몸속에 의지대로 움직일 수 있는 부분과 그렇지 못한 부분을 나누어 보고 왜 그런지 생각해 보세요.

해설: 우리 몸의 큰 움직임은 대부분 근육의 수축과 이완에 의해 일어나요. 그런데 근육은 의지대로 움직일 수 있느냐 없느냐에 따라 구분해요. 팔을 접고 펴거나 표정을 바꾸는 근육 등은 의지대로 움직일 수 있는 근육이고, 심장·창자·위처럼 내장에 있는 근육은 의지와 상관없이 움직이는 근육이지요.