공학·과학

물고기 거울 테스트, 통과는 했지만 뜻은 갈린다

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침팬지·돌고래·까치 같은 동물은 거울 테스트에서 거울 속 자기를 알아본다고 보고됐다. 작은 물고기 청소놀래기는 목에 갈색 표식을 주사하자 거울 앞에서만 그 자리를 바닥에 긁었다. 그런데 처음 실험한 연구진은 이 긁기가 자기를 안다는 증거라고 주장하지 않았고, 해석은 지금도 갈려 있다. 거울로만 보이는 표식을 건드리는지 보는 거울 테스트의 이 절차를 표식 시험(mark test)이라고 한다.

목에 갈색 표식을 한 작은 물고기가 거울과 마주 보고, 거울 속 모습에도 같은 자리에 표식이 비친다. 물고기 아래 바닥에는 목을 긁은 자국이 나 있다.

수조 한쪽 벽에 거울을 대 주면, 작은 물고기가 거울 속 물고기에게 달려들어 입을 맞대고 싸운다. 연구진은 이 싸움을 거울 속 모습을 같은 종의 경쟁자로 여긴다는 신호로 읽었다. 그렇다면 물고기도 거울 속 자기를 알아볼까? 2019년 논문이 적은 바로는, 그 전까지 거울 테스트를 통과한 척추동물은 포유류 밖에서 새 한 종뿐이었다. 청소놀래기는 거울을 보며 몸의 표식 자리를 긁는 행동을 보였지만, 그 행동이 「거울 속이 나다」를 안다는 뜻인지는 연구자들 사이에 아직 결론이 나지 않았다.

거울 테스트는 거울로만 보이는 곳에 표식을 한다

거울 테스트는 동물이 거울 속 모습을 자기로 알아보는지 보는 시험이다. 원조는 고든 갤럽(Gordon G. Gallup Jr.)이 1970년에 보고한 침팬지 실험이다. 갤럽이 함께 쓴 2002년 서술에 따르면, 따로 지내던 침팬지들에게 우리 밖에 세운 전신 거울을 10일 동안 보여 주었다. 그다음 침팬지를 마취해 잠든 사이에 한쪽 눈썹 위와 반대쪽 귀 윗부분에 붉은 표식을 했다. 깨어난 침팬지가 거울 앞에서 그 자리를 만지는지가 관찰 대상이었다.

1970년 논문 초록은 붉은 표식을 한 침팬지가 거울 속 자기를 알아보는 증거를 보였고, 원숭이는 그런 능력이 없어 보였다고 적었다. 원숭이는 거울을 3주 동안 본 뒤에도 거울로 표식을 살피지 않았다(같은 2002년 서술). 2022년 청소놀래기 논문의 요약으로는, 원래 연구에서 거울을 본 적 없던 침팬지 2마리도 처음 30분 동안은 표식을 살피지 않았다.

이 절차를 표식 시험(mark test, 마크 테스트)이라고 부른다. 거울을 봐야만 보이는 자리에 표식을 하고, 거울을 볼 때 그 자리를 건드리는지 본다. 눈썹 위나 귀 윗부분은 자기 눈으로는 볼 수 없는 자리다. 그래서 거울 앞에서만 그 자리를 만지면, 거울 속 모습과 자기 몸을 이어서 보았다고 읽는다.

물고기는 손이 없다. 대신 많은 물고기가 피부에 붙은 이물이나 기생충을 떼려고 바닥에 몸을 긁는다. 2019년 청소놀래기 연구는 이 긁기를 물고기의 「만지기」로 삼았다. 거울 테스트가 직접 관찰하는 것은 거울로만 보이는 자리를 건드리는 행동이고, 마음은 그 행동을 보고 거꾸로 짐작한다. 행동을 보는 시험이라서 손이 없는 물고기에게도 같은 시험을 걸어 볼 수 있다.

다만 물고기에게 시험을 옮기면 「만지기」의 무게가 조금 달라진다. 물고기의 긁기는 피부에 무언가 붙었을 때 평소에도 하는 동작이다. 그래서 물고기 시험에서는 긁었는지보다, 거울이 있을 때 표식 자리를 긁었는지를 따로 가려 세는 일이 중요해진다.

물고기 거울 테스트는 목을 긁은 횟수를 센다

청소놀래기의 정식 이름은 청줄청소놀래기(Labroides dimidiatus)다. 다른 물고기 몸에 붙은 기생충을 잡아먹고 사는 작은 물고기다. 일본 오사카 메트로폴리탄 대학(옛 오사카 시립대) 연구진이 2019년 『PLoS Biology』에 이 물고기의 거울 시험을 보고했다. 학술지는 논문 머리에 「이 짧은 보고는 전문가 심사에서 긍정적인 평과 부정적인 평을 함께 받았다」는 편집자 노트를 붙였다. 미국 과학 잡지 『Quanta Magazine』은 2018년에 이 연구를 다뤘다. 그 기사에 따르면 연구진이 이 논문을 싣기까지 3년 넘게 걸렸다.

거울 시험은 표식을 하기 전에 세 단계를 먼저 본다. 거울 속 모습을 남처럼 대하는 반응, 거울을 향해 낯선 몸짓을 되풀이하기, 거울 속 모습을 자주 들여다보기다. 연구진이 내놓은 결과는 이 앞단계 셋을 하나씩 밟았다고 볼 만한 행동이다.

거울을 처음 본 직후 10마리 중 7마리가 거울 속 모습을 공격했다. 싸움이 줄어들자 거꾸로 뒤집혀 거울로 다가가기, 거울을 따라 빠르게 내달리기처럼 평소에 거의 안 하는 몸짓이 이어졌다. 내가 움직이면 저것도 움직이나 확인하는 몸짓으로 읽히는 행동이다. 그 뒤로는 거울 앞에 오래 머물며 거울 속 모습을 들여다봤다.

표식은 피부 밑에 주사한 1 mm × 2 mm 크기의 갈색 젤이고, 거울로만 보이는 목이나 뺨에 놓았다. 실험은 조건을 하나씩 바꿔 가며 비교하도록 짰고, 이렇게 비교용으로 둔 조건을 대조 조건이라고 한다. 먼저 표식 없이 거울만 보여 주고, 다음에는 색소 없는 가짜 표식을 놓았다. 색소 없는 가짜 표식은 흰 젤 또는 색소를 넣지 않은 젤로, 갈색 표식과 같은 주사 느낌만 주는 표식이다. 그다음 거울을 가린 채 갈색 표식을 놓고, 마지막에 거울을 다시 보여 주었다.

목을 바닥에 긁는 행동은 갈색 표식과 거울이 함께 있는 마지막 기간 밖에서는 어느 물고기에게서도 한 번도 나오지 않았다. 그래서 연구진은 목 긁기 횟수만 셌다. 보충 자료에 따르면 긁기는 매번 물고기가 목의 표식을 거울에 비추는 자세를 취한 직후, 평균 2초가 안 되어 나왔다. 그 자세가 늘 긁기로 이어지지는 않았다. 긁는 자리도 물고기마다 달라서, 한 마리는 모래 바닥의 좁은 곳에서만 긁었고 다른 두 마리는 대부분 수조 구석의 바위에 긁었다.

답은 여기서 이미 선다. 거울 시험이 직접 보는 것은 거울 속 모습과 제 몸을 잇는 행동이다. 자기 인식은 그 행동 뒤에 자기를 아는 마음이 있다는 더 큰 주장이다. 처음 보고한 연구진부터 이 둘을 떼어 놓았고, 논문 결론부에 이렇게 적었다.

We do not consider, even if our observations are taken as successful behavioural responses to all phases of the mark test, that this should be taken as evidence of self-awareness in the cleaner wrasse.

우리의 관찰을 표식 시험의 모든 단계에 성공한 행동 반응으로 받아들인다 해도, 이것을 청소놀래기가 자기를 인식한다는 증거로 보아서는 안 된다고 우리는 생각한다.

Kohda 외, PLoS Biology (2019)

같은 호에는 이 논문의 담당 편집자였던 프란스 드 발(Frans de Waal)의 해설이 실렸다. 드 발은 행동이 모호하고 몸을 자극하는 표식을 썼기 때문에 이 결과가 거울 속 자기를 알아보는 수준에는 못 미친다고 적었다. 그가 본 청소놀래기의 거울 이해는 유인원보다 원숭이 쪽에 가까운 중간 수준이다. 물고기 거울 테스트의 「통과」는 거울 앞 목 긁기를 센 판정이고, 그 판정이 무엇을 뜻하는지는 첫 논문이 나온 날부터 따로 다퉈졌다.

흔히 「물고기가 표식을 지웠다」고 옮겨지지만, 표식은 피부 밑에 주사한 젤이라 긁어도 지워지지 않는다. 연구진이 센 것은 바닥에 목을 긁은 횟수다. 「지우려 했다」는 그 행동에 대한 연구진의 해석이다.

2019년 실험의 통과는 목 표식 4마리 중 3마리다

실험은 10마리로 시작했다. 색소 없는 가짜 표식으로 쓴 흰 젤이 피부에 비쳐 보인 2마리는 뺐다. 색 표식을 받은 8마리 중 머리(뺨)에 표식한 4마리는 판정에서 뺐다. 이 4마리도 거울 앞에서 표식 자리를 긁는 횟수가 늘었지만, 그중 3마리가 표식 전에도 얼굴을 긁었기 때문이다. 남은 목 표식 4마리 중 3마리가 거울 앞에서 목을 긁었고(그림 1), 횟수는 15번·16번·6번이었다. 나머지 1마리는 한 번도 긁지 않았다.

2019년 실험은 10마리로 시작해 흰 가짜 표식이 비친 2마리를 빼고, 색 표식 8마리 가운데 머리에 표식한 4마리를 판정에서 뺐다. 판정까지 남은 목 표식 4마리 중 3마리가 거울 앞에서 목을 긁었다(15·16·6번).
그림 1. 10마리로 시작해 판정까지 남은 물고기는 4마리다. Kohda 외(2019) 『PLoS Biology』 본문 표와 공개 자료(S1 Data)를 마리 단위로 다시 셌다. 머리 표식 4마리는 그중 3마리가 표식 전에도 얼굴을 긁어 저자 규칙으로 판정에서 빠졌다. 「통과 3마리」의 분모는 목 표식 4마리다.

그래서 2019년의 통과는 「목 표식 4마리 중 3마리」다. 분모를 처음 10마리로 바꿔 적으면 다른 숫자가 된다. 저자들은 이 비율을 아시아코끼리 3마리 중 1마리, 까치 5마리 중 2마리가 통과한 것과 비슷하다고 적었다.

앞단계를 잘 밟지 않은 3마리도 실험에서 빠지지 않고 표식을 받았다. 본문은 「앞단계를 다 거친 3마리가 목을 긁었다」고 쓰지만, 앞단계 행동을 적은 표 1과 겹쳐 세면 2마리다. 긁은 물고기 하나는 표 1에 없고, 표 1에 있는 목 표식 물고기 하나는 긁지 않았다. 본문 문장과 표가 서로 다른 기준으로 센 셈이다.

통과의 분모는 판정까지 남은 4마리이고, 그 4마리에 이르는 길에 저자가 정한 규칙 두 개가 들어 있다.

주사 느낌과 거울로 본 갈색의 조합은 대조 조건으로 떼어 내지 못한다

같은 연구실은 2022년(새 실험자, 새 물고기)과 2023년에 같은 시험을 다시 했다. 수조는 모든 시험에서 45 × 30 × 28 cm였고, 거울은 수조 한쪽 벽 전체를 덮었다. 센 행동은 모두 목 긁기이고, 시험마다 달라지는 것은 비교한 조건이다. 시험별 조건은 아래 표에 모았다.

시험 물고기 관찰 시간 센 행동 대조 조건(목 긁기 0)
2019 목 표식 4마리 기간 전체(물고기마다 다름) 목 긁기 표식 없음+거울 · 색소 없는 가짜 표식+거울 · 갈색 표식+거울 가림
2022 실험 1 새 물고기 8마리 조건마다 2시간 목 긁기 위와 같은 세 조건
2022 실험 2(색) 6마리(파랑·초록은 5마리씩) 조건마다 2시간 목 긁기 표식 없음 · 파랑 표식 · 초록 표식(모두 거울 있음)
2022 실험 3(깊은 주사) 6마리 조건마다 2시간 목 긁기 거울 없음 — 이 칸만 0이 아니다(6마리 모두 긁음)
2023 거울 10마리 조건마다 2시간 목 긁기 표식 없음+거울 · 갈색 표식+거울 가림
2023 자기 사진 다른 8마리 1시간 목 긁기 표식 없는 자기 사진 · 표식 있는 아는 물고기 사진

대조 조건은 하나씩 다른 설명을 지운다. 표식 없이 거울만 보여 주면, 거울 자체가 목 긁기를 부른다는 설명이 빠진다. 색소 없는 가짜 표식은 주사 따끔함만으로 긁는다는 설명을, 거울을 가린 갈색 표식은 보지 않아도 느껴져서 긁는다는 설명을 지운다. 파랑·초록 표식은 아무도 긁지 않았고 갈색은 6마리 모두 긁었다. 기생충 같은 갈색이어야 긁는다는 조건이 여기서 드러났다.

2022년 실험 1에서 몸과 얼굴 긁기는 어느 조건에서나 8마리 모두에게 2시간에 평균 7회 남짓 나왔다. 조건에 따라 달라진 것은 목 긁기뿐이다. 표식을 거울 없이도 느껴질 만큼 깊게(약 3 mm) 주사하면, 거울이 없어도 6마리 모두 목을 긁었다. 느낌만으로도 긁는 길이 실제로 있다.

남는 설명이 하나 있다. 주사 느낌과 거울로 본 갈색이 함께 있을 때만 긁는다는 설명은 어느 대조 조건으로도 따로 떼지 못했다. 2019년 저자들도 시각과 촉각 단서의 결합을 배제할 수 없다고 적었다. 반면 같은 연구진은 2023년에 청소놀래기가 이 표식을 느끼지 못한다고 썼는데, 앞선 자기 연구들에 기댄 주장이다. 대조 조건의 목 긁기는 모두 0으로 깨끗했지만, 그 깨끗함으로도 지우지 못한 조합이 하나 남는다.

거울 시험을 거친 물고기는 자기 얼굴 사진을 덜 공격한다

2023년 『PNAS』 논문은 거울 대신 사진을 썼다. 거울 표식 시험을 통과한 10마리는 5분 동안 자기 사진을 평균 1.4번, 낯선 물고기 사진을 20.2번 공격했다. 10마리 모두 자기 사진을 덜 공격했다. 자기 얼굴에 남의 몸을 붙인 사진은 2.1번, 남의 얼굴에 자기 몸을 붙인 사진은 19.0번이었다. 공격을 가른 것은 몸보다 얼굴이었다. 거울을 보기 전에는 두 사진을 비슷하게 공격했고, 2마리는 자기 사진을 더 공격했다.

거울만 1주 보고 거울 표식 시험은 거치지 않은 다른 8마리에게는, 목에 갈색 점을 그린 자기 사진을 보여 주었다. 물고기 몸에는 표식이 없는데도 8마리 중 6마리가 목을 긁었다. 표식 없는 자기 사진과 목에 점을 그린 아는 물고기 사진 앞에서는 한 마리도 긁지 않았다.

저자들은 이 결과를 청소놀래기가 자기 얼굴 모습을 머릿속에 갖고 있다는 증거로 해석했다. 알랭 모랭(Alain Morin)은 같은 해 같은 학술지에 서한을 냈다. 그는 이 보고에 결론을 의심하게 하는 한계가 여럿 있다고 적었다. 물고기가 그런 이미지를 만들어 썼다는 객관적 증거는 없고, 잰 것은 긁기와 공격하지 않기라는 지적이다. 저자들은 어떤 실험에든 할 수 있는 주장이며 시험해 볼 대안 가설을 기다린다고 답했다. 2023년 연구는 사진이라는 새 시험을 세웠고, 그 해석은 지금도 반론과 짝을 이루고 있다.

통과 판정은 한 번 긁은 물고기도 똑같이 센다

2023년 논문은 자기 사진 시험의 통과를 「표식이 있는 자기 사진을 볼 때만 목을 긁음」으로 정했다. 이 글이 다시 센 다섯 시험(2019 목 표식, 2022 실험 1·2, 2023 거울·자기 사진) 모두 대조 조건의 목 긁기가 0이다. 그래서 통과한 물고기는 표식과 거울(또는 사진)이 함께일 때 한 번 이상 긁은 물고기와 같다. 통과율 3/4·14/14·10/10·6/8은 긁은 물고기의 비율을 다르게 부른 것이다(14/14는 2022년 두 실험을 합친 값).

그러면 남는 물음은 통과한 물고기가 몇 번 긁었느냐다. 2019년 목 표식은 6번·15번·16번이었고, 2023년 거울 시험은 2시간에 1~9번이었다. 2023년 자기 사진 시험은 1시간에 1·1·1·2·3·14번으로, 통과한 6마리 중 4마리가 1~2번이었다. 한 번도 긁지 않은 2마리는 저자 표에 「아니오」 대신 「분명하지 않음」으로 적혔다.

연구진 기준(한 번 이상 긁음)으로는 2019 목 표식 4마리 중 3마리, 2022 실험 1 8마리 전부, 2023 거울 10마리 전부, 2023 자기 사진 8마리 중 6마리가 통과이고, 기준을 2번·3번으로 올려도 거울 시험은 거의 그대로지만 사진 시험은 3마리·2마리로 준다.
그림 2. 통과로 셀 최소 횟수를 1번·2번·3번 이상으로 바꿔 보는 그림이다. 기본으로 보이는 것은 연구진 기준인 1번 이상이고, 이때 2019 목 표식 3/4, 2022 실험 1 8/8, 2023 거울 10/10, 2023 자기 사진 6/8이 통과다. 출처는 Kohda 외 2019 S1 Data, 2022 S1 Data 실험 1, 2023 Dataset S1, 2023 본문 표 2. 관찰 시간이 시험마다 달라(기간 전체·2시간·1시간) 같은 「2번」도 무게가 다르다. 자기 사진 시험에서 0번인 두 마리는 저자 표기로 「분명하지 않음」이다.

기준을 「2번 이상」으로 잡으면 자기 사진 시험 통과는 8마리 중 3마리, 「3번 이상」으로 잡으면 2마리가 된다(그림 2). 이 두 기준은 이 글이 가정해 본 것이다. 「3번 이상」을 거울 시험에 그어도 2019년은 3마리 그대로, 2022년 실험 1은 8마리에서 7마리, 2023년 거울은 10마리에서 9마리다. 거울 시험의 통과는 기준을 올려도 거의 그대로지만, 관찰이 1시간뿐인 사진 시험의 통과는 한 칸만 올려도 절반으로 줄 만큼 덜 단단하다.

찾아본 범위에서 다른 연구실의 재현은 없다

이 연구들을 인용한 문헌 목록과 웹 검색으로 찾아본 범위에서, 청소놀래기에게 이 거울 시험을 다시 해 본 다른 연구실은 아직 없다. 2022년 실험 1은 새 실험자가 표식·촬영·영상 판독을 맡았고 예전 팀은 실험에 손대지 않았다. 다만 같은 연구실이고, 촬영한 영상은 2019년 논문의 첫 저자가 다시 확인했다. 2019년과 2022년을 합쳐 18마리 중 17마리가 통과했다는 숫자도 같은 연구진 안에서 쌓인 것이다. 2022년 논문이 공개한 심사 기록에도, 표식 전에 자기 몸을 향한 뚜렷한 행동이 없어 저자들의 주장이 약해진다는 심사평이 남아 있다.

갤럽과 제임스 앤더슨(James R. Anderson)은 2020년에, 한 종이 표식 시험을 통과했다고 말하려면 세 조건을 함께 채워야 한다고 제안했다. 2022년 논문의 요약에 따르면 그 조건은 여러 연구실(가능하면 다른 연구실)의 반복, 충분히 많은 통과 개체, 거울 관련 행동의 다른 설명을 배제하는 추가 실험이다. 첫째 조건인 반복 연구는 같은 연구실에서만 나왔다(2022·2023·2025년). 다른 연구실의 반복은 아직이다. 둘째는 같은 연구실 안에서는 쌓였고, 셋째는 앞에서 본 결합 설명 하나가 남았다.

저자들 스스로도 물음을 시험 쪽으로 돌렸다. 2022년 논문은 실험 하나하나는 거울 속 자기 알아보기 없이도 설명될 수 있다고 인정했다. 다만 쌓인 증거는 앞선 연구보다 무시하기 어렵다고 적었다. 그리고 청소놀래기는 생태적으로 의미 있는 표식일 때만 통과하므로, 동물의 자기 인식에 대한 생각이든 거울 시험의 타당성이든 고쳐야 한다고 결론지었다.

표식을 칠하지 못하고 주사해야 한다는 한계도 저자들이 직접 적었다. 물고기에서는 이를 바꿀 방법을 모르겠다는 것이다. 거울 속 자기 알아보기가 자기 인식과 어떻게 이어지는지도 답할 수 없다고 덧붙였다. 2019년 논문의 공동 저자 한 사람은 그보다 앞선 2018년 『Quanta Magazine』 기사에서 「거울 테스트는 아마 자기 인식을 재는 시험이 아닐 것」이라고 말하기도 했다.

2022년 논문에서는 거울을 본 적 없는 9마리에게 표식을 먼저 놓은 뒤 거울을 보여 주자, 5마리가 2시간 안에 목을 긁었다. 저자들은 이 결과가 찬성과 반대 양쪽 근거로 다 쓰일 수 있다고 적었다. 같은 연구진은 2024년에 자기 몸 크기를 사진으로 가늠하는지 본 실험(15마리)을 냈다. 2025년에는 거울을 처음 보는 9마리에게 먼저 표식을 했더니 6마리가 2시간 안에 목을 긁었다고 보고했다. 이 물고기들은 야생에서 잡아 온 몸길이 56~72 mm의 개체였다. 2022년 『Animal Cognition』에 실린 리뷰는 물고기 자기 인식 연구가 학계에서 논쟁 중이라 반복 연구가 필요하다고 정리했다.

2019년 저자들이 남긴 물음은 지금도 그대로다. 이 행동을 다른 동물에서처럼 자기 인식의 증거로 받아들일 것인가, 아니면 자기 인식이 아닌 다른 인지 과정에서 나온 행동으로 볼 것인가. 청소놀래기가 거울 앞에서 목을 긁었다는 관찰은, 물고기에 대한 답보다 먼저 거울 시험이 무엇을 재는 시험인지를 다시 묻게 한다.

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