고1 수험생이라면 절대 놓쳐서는 안 되는 2025년 9월 전국연합학력평가. 특히 27~30번 과학 지문 ‘생명체 눈의 단계적 진화 과정’은 난이도와 개념 이해 모두를 요구하는 고난도 문항이었습니다. 광자 경제학, 도립상, 수정체 눈 같은 핵심 개념을 완벽히 정리하고, 실제 출제 의도를 꿰뚫는 사고 흐름을 잡아야 변형 문제도 무난히 해결할 수 있죠.
📋 목차
진화론과 '불가능 산' 비유의 의미
과학 독서 제재에서 자주 등장하는 리처드 도킨스의 비유, 바로 ‘불가능 산’입니다. 고차원적인 기관인 눈이 우연히 완성되었다는 주장을 반박하면서 그는 이렇게 말했죠.
“우리는 절벽을 단숨에 올라온 게 아니라, 완만한 비탈을 우연의 연속으로 천천히 올라왔다.”
이 비유는 진화론적 사고의 핵심을 간명하게 보여줍니다. ‘현재의 고차원적인 눈’은 한순간에 생긴 게 아니라, 점진적 돌연변이와 자연선택이 누적된 결과라는 것. 이러한 철학은 글 전체를 관통하며, 생명체의 눈이 진화해 온 여러 단계를 서술하는 방식에도 깊이 연결되어 있습니다.
눈의 진화 1단계: 광세포와 오목한 눈
초기 생명체의 눈은 생각보다 단순했어요. 단세포 생물이나 거머리의 피부처럼, 단순히 빛이 있는지 없는지만 감지하는 수준의 광세포가 전부였죠.
여기서 진화의 실마리가 잡힙니다. 바로 광세포의 위치와 구조. 광세포가 평평하게 배열되면 어느 방향에서 빛이 들어오는지 파악할 수 없습니다. 하지만 평면을 휘어 곡면을 만들고, 암막을 한쪽에 배치하면요?
👁️ 바로 오목한 눈이 등장합니다! 갯지렁이나 대합처럼 말이죠. 이 구조는 빛의 방향을 어느 정도 감지할 수 있게 해줍니다. 하지만 단점도 있어요.
⚠️ 주의: 오목한 눈은 여전히 ‘하나의 상’을 맺지 못합니다. 빛이 여러 방향에서 들어오면 망막이 여러 개의 상으로 뒤덮이거든요.
그래서 자연은 다음 단계로 진화합니다. 빛의 유입구를 좁히는 방향으로요. 그 이야기는 다음 섹션에서!
👉 독서 비문학 만점 전략 보러가기 👈바늘구멍 눈과 도립상의 원리
오목한 눈에서 진화한 형태가 바로 바늘구멍 눈입니다. 핵심은 빛의 유입구를 계속 좁히는 것인데요, 그렇게 하면 여러 방향에서 빛이 들어오는 걸 막고, 망막에 단 하나의 상이 맺히게 됩니다.
💡 TIP: 이 단계에서는 상이 상하로 뒤집힌 도립상이 생기는데, 이는 광학 원리에 따른 자연스러운 결과입니다.
앵무조개의 눈이 바로 이 바늘구멍 눈의 대표적인 예죠. 이 구조는 확실히 정확한 상을 하나 맺는 데 성공했지만, 또 다른 문제가 생깁니다.
너무 좁다 보니, 빛이 충분히 들어오지 않아서 아주 밝을 때만 보인다는 점입니다. 거기다 빛은 파동이기 때문에 좁은 구멍을 통과할 때 회절되어 상이 흐릿해지기도 하고요.
광자 경제학: 빛의 양과 회절의 딜레마
빛을 많이 받으면 상이 겹치고, 빛을 적게 받으면 어두워서 잘 안 보이고... 이 딜레마가 바로 광자 경제학의 핵심입니다.
경제학이 양면의 장점 모두를 취할 수 없는 상황을 다룬다면, 광자 경제학도 넓은 유입구의 장점(밝기)과 좁은 유입구의 장점(정확한 상)을 동시에 얻을 수 없는 상황이죠.
그래서 진화는 고민에 빠집니다. ‘이 문제, 어떻게 해결할 수 있을까?’
해결책은 렌즈! 빛을 더 많이 받으면서도 하나의 선명한 상을 얻는 길, 바로 다음 섹션에서 밝혀집니다.
수정체 눈의 등장과 초점 조절 방식
자연은 놀라운 방식으로 광자 경제학의 딜레마를 해결해냅니다. 그것이 바로 수정체 눈의 등장입니다!
빛의 유입구를 넓히면서도, 상을 흐릿하게 만들지 않기 위한 해법은 바로 볼록 렌즈 형태의 수정체를 유입구 뒤에 배치하는 것이었죠.
💎 핵심 포인트:
수정체는 빛을 굴절시켜, 빛의 유입량은 충분히 확보하면서도 선명한 상을 맺게 합니다.
이로써 어두운 환경에서도 또렷한 시야를 확보할 수 있게 되었죠!
이 눈은 척추동물 대부분의 눈에서 발견되며, 초점 조절 방식도 다양합니다.
- 어류·파충류:
수정체의 위치를 이동시켜 초점을 조절합니다.
- 조류·포유류:
수정체의 두께를 변화시켜 초점을 조절합니다.
연립상 겹눈의 구조와 개념 비교
마지막으로 보기는 연립상 겹눈이라는 특수한 구조를 설명합니다. 주로 곤충이나 갑각류에게서 나타나죠.
연립상 겹눈은 오목한 눈과 바늘구멍 눈의 원리를 변형해 결합한 구조입니다. 겉은 볼록하지만 내부 구조는 굉장히 정밀해요.
관측 대상의 작은 부분만 인식하는 낱눈들이 빽빽하게 방사형으로 모여 있고, 각 낱눈은 투명한 렌즈와 광세포로 구성되어 있습니다.
하나하나의 낱눈은 도립상을 만들 수도 있지만, 전체적으로는 상하가 뒤바뀌지 않은 정립상을 인식하게 되는 원리죠.
💡 TIP: 이 구조는 각 낱눈의 상을 무시하고 빛의 양만 통합해 전체 상을 파악하기 때문에 바늘구멍 눈과 개념적으로는 유사하지만, 감지 방식에서는 큰 차이가 있어요!
Q1. 도립상은 왜 생기는 건가요?
도립상은 빛이 좁은 구멍(바늘구멍 눈)을 통과할 때 빛의 경로가 교차되면서 생기는 자연스러운 현상입니다. 이는 볼록 렌즈를 사용할 경우에도 그대로 나타나며, 수정체 눈에서도 도립상이 맺히는 건 동일하죠.
Q2. 시험에 꼭 나오는 개념은 무엇인가요?
광자 경제학 개념은 시험에 반드시 등장합니다. 유입구 넓이, 빛의 양, 회절, 상의 선명도 간의 상호 관계를 묻는 문제는 변형에서도 자주 출제되며, 수능에서도 고난도 문항으로 다뤄질 가능성이 큽니다.
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