Is the Backwards Human Retina Evidence of Poor Design? (#388)

by Various Authors

뒤로 향하는 인간 망막이 빈약한 설계인가?

Abstract

Research by ophthalmologists has clearly shown why the human retina must employ what is called the "inverted" design. An inverted retina is where the photoreceptors face away from the light, forcing the incoming light to travel through the front of the retina to reach the photoreceptors.

By Jerry Bergman, Ph.D. and Joseph Calkins, M.D.*

서론(Introduction)

The so-called backwards retina is an example of an argument against creationism long ago disproved. Nonetheless, it is one of the most common arguments used by Darwinists to argue that life was not designed. For example, one of the leading American Darwinists, Brown University Professor Kenneth Miller, claimed that a prime example of "poor design" is the fact that light in the human eye has to travel through the neuron layers before it reaches the retina photoreceptors. He argues that this design reflects poorly on an Intelligent Designer and, to Miller, provides clear evidence that no designer exists. Rather, it demonstrates to him that the eye evolved by mutations and natural selection and was not designed. In the words of Miller, an Intelligent Designer would not have placed the neural wiring of the retina on the side facing incoming light. This arrangement scatters the light, making our vision less detailed than it might be, and even produces a blind spot at the point that the wiring is pulled through the light-sensitive retina to produce the optic nerve that carries visual messages to the brain (1999, p. 101).

소위 뒤로 향하는 망막은 창조론에 반하는 논쟁점 중의 한 가지 예로 오래 전에 틀렸음이 증명되었다. 그럼에도 불구하고, 생명은 설계되지 않았다라고 주장하는 다윈주의자들에 의해 가장 흔하게 사용되는 논쟁점들 중의 하나이다. 예를 들면, 미국의 주도적인 다윈주의자 중의 한 사람인 브라운 대학교수, 케네쓰 밀러(Kenneth Miller)는 ‘빈약한 설계’에 대한 주요한 예로 인간 눈 내에서 빛이 망막의 광수용체(photoreceptors)에 도달하기 전에 신경층을 가로질러서 지나간다는 사실이 있다고 주장했다. 그는 이러한 설계는 지적 설계자에 대해 제대로 반영하지 않으며 밀러 자신에게는 어떠한 설계자도 존재하지 않는다는 명백한 증거를 제공한다고 주장한다. 도리어 그것은 그에게 눈은 돌연변이와 자연선택에 의해서 진화되었으며 설계된 것이 아니라는 것을 보여준다는 것이다. 밀러의 말에 따르면, 지적 설계자가 빛이 들어오는 쪽으로 향하는 면에 망막의 신경배선(neural wiring)을 두지 않았어야만 한다는 것이다. 이러한 배열은 우리의 시력을 덜 세밀하게 만들면서 빛을 산란시키며 심지어 배선이 시각 정보를 뇌로 운반하는 시신경을 만들기 위해서 빛에 민감한 망막을 가로질러 당겨지는 부분에 맹점(blind spot)이 만들어진다는 것이다(1999, p. 101).

The blind spot does not reduce vision quality for several reasons. Special tests are normally required to even notice it because the other eye fills in the gap. Furthermore, the brain only uses information from the retina to construct an image and does an excellent job of dealing with other "blind spots" such as shadows, reflection problems, dim light, and dirt on a person's glasses. Shermer claims that the human eye is not just "poorly designed" but the anatomy of the human eye shows that it is anything but "intelligently designed." It is built upside down and backward, with photons of light having to travel through the cornea, lens, aqueous fluid, blood vessels, ganglion cells, amacrine cells, horizontal cells, and bipolar cells, before reaching the light-sensitive rods and cones that will transduce the light signal into neural impulses (2005, p. 186).

하지만, 맹점은 여러 가지 이유로 시각의 질을 감소시키지 않는다. 그것을 알아내기 위해서조차도 특별한 검사들이 대개 필요한데, 그것은 다른 눈이 갭을 메우기 때문이다. 게다가, 뇌는 이미지를 구성하기 위해서 망막으로부터 온 정보를 사용할 뿐이며 그림자, 반사문제, 흐릿한 빛, 그리고 어떤 사람의 안경에 있는 먼지와 같이 다른 ‘맹점’을 처리하는데 있어서 뛰어나게 일을 수행한다. 셔며(Shermer)는 인간의 눈은 단지 ‘볼품없이 설계된’것이 아닐 뿐만 아니라, 인간 눈의 해부학적 구조는 명백히 ‘지적으로 설계된’ 것임을 보여준다고 주장한다. 그것은 빛 신호를 신경자극으로 변환하는 빛에 민감한 간상세포와 원추세포에 도달하기 전에 각막, 렌즈, 수양액(aqueous fluid), 혈관, 신경절세포(ganglion cells), 무축삭세포(amacrine cells), 수평세포(horizontal cells), 그리고 이극성 세포(bipolar cells)를 가로질러 빛의 광자가 지나가도록 아래위가 바뀌어서 그리고 뒤쪽으로 향하도록 만들어져 있다(2005, p. 186).

Williams adds that not only human eyes, but those of "all other vertebrates, have the functionally stupid upside-down orientation of the retina" and that the "functionally sensible arrangement is in fact what is found in the eye of a squid and other mollusks" (1997, pp. 9-10). An evaluation of this argument reveals it is not only naive, but grossly erroneous.

윌리암즈(Williams)는 인간의 눈뿐만이 아니라, ‘다른 모든 척추동물의 눈도 기능적으로 쓸모없을 것처럼 보이는 위아래가 바뀐 망막의 방향성을 가지고 있으며’, ‘오징어와 다른 연체동물(mollusks)의 눈에서 발견되는 것은 사실상 기능적으로 뛰어난 배열을 가지고 있다’고 덧붙였다(1997, pp. 9-10). 이러한 논쟁에 대한 평가는 그것이 단순할 뿐만 아니라 철저하게 틀렸다는 것을 보여준다.

연구결과 (The Findings of Research)

Research by ophthalmologists has clearly shown why the human retina must employ what is called the "inverted" design. An inverted retina is where the photoreceptors face away from the light, forcing the incoming light to travel through the front of the retina to reach the photoreceptors. The opposite placement (where the photoreceptors face the front of the eye) is called a "verted" design. One of the many reasons for the inverted design is, behind the photoreceptors lies a multifunctional and indispensable structure, the retinal pigment epithelium (Martínez-Morales 2004, p. 766). This monolayered tissue contains the black pigment melanin that absorbs most of the light not captured by the retina. This design has the very beneficial effect of preventing light from being reflected off the back of the eye onto the retina, which would degrade the visual image.

  안과의사(ophthalmologists)의 조사에서는 명백히 인간의 망막은 ‘전도된(inverted)’ 설계라고 불리는 것을 사용해야만 하는 이유를 보여줬다. 전도된 망막은 들어오는 빛이 망막의 앞부분을 가로질러 광수용체에 도달하도록 하면서 광수용체들이 빛으로부터 멀리 떨어져 있는 곳이다. (광수용체들이 눈앞에 있는) 반대 배치는 ‘전향된’ 설계라고 불린다. 전도된 설계에 대한 많은 이유들 중의 하나는 광수용체 뒤에 다기능적이고 필요불가결한 구조인 망막색소 상피세포(retinal pigment epithelium)가 놓여있다는 것이다(Martínez-Morales 2004, p. 766). 이러한 단층조직(monolayered tissue)은 망막에 의해 붙잡히지 않은 대부분의 빛을 흡수하는 검은 멜라닌 색소(black pigment melanin)를 함유하고 있다. 이러한 설계는 빛이 눈의 뒤쪽으로부터 망막으로 반사되는 것을 막아주는데 매우 유용하며, 만약 이러한 설계가 아니라면 시각 이미지의 선명도가 떨어지게 될 것이다.

The photoreceptors (rods and cones) must also face away from the front of the eye in order to be in close contact with the pigment epithelium on the choroid, which supplies the photoreceptors with blood. This arrangement allows a "steady stream of the vital molecule retinal" to flow to the rods and cones without which vision would be impossible (Kolb 2003, p. 28). The verted design, claimed by Miller to be superior, would place the photoreceptors away from their source of nutrition, oxygen, and retinal (the choroid). This design would cause major problems because rods and cones require an enormous amount of energy for their very high metabolism required in functioning, maintenance, and repair. In addition, because of phototoxicity damage, the rods and cones must completely replace themselves approximately every seven days or so.

  광수용체(간상세포와 원추세포)는 또한 광수용체에 혈액을 공급하는 맥락막(choroid) 위에 있는 색소 상피세포와 가까이 접하도록 하기 위해서 눈의 앞쪽으로부터 멀리 떨어져서 향해야만 한다. 이러한 배열은 ‘매우 중요한 분자인 레티날(retinal--비타민 A 변형체)의 지속적인 흐름’을 간상세포와 원추세포로 흘러가도록 허용함으로써 볼 수 없게 되는 일이 없도록 한다(Kolb 2003, p. 28). 밀러에 의해 뛰어난 것으로 주장된 전향된 설계는 광수용체를 그것들의 영양, 산소, 그리고 레티날의 근원(맥락막)으로부터 떨어진 곳에 두어야 할 것이다. 이러한 설계는 커다란 문제들을 유발할 수 있다. 왜냐하면 간상세포와 원추세포는 기능, 유지 및 교정에 있어서 매우 높은 대사(작용)를 위해 엄청난 양의 에너지가 필요하기 때문이다. 게다가, 광독성(phototoxicity) 손상 때문에 간상세포와 원추세포는 대략 약 7일마다 완전히 교체되어야만 한다.

The photoreceptors and retinal epithelium absorb an enormous amount of light on a continuous basis when the eyes are open. Because the light is converted largely into heat, the retina must have a very effective cooling system, again provided by the choroidal blood supply directly behind the pigment epithelium. If the pigment epithelium tissue were placed in front of the retina, sight would be seriously compromised. Reversing the retina so that it faces away from the pigment epithelium would also compromise sight to the degree that sight would be impossible because the photoreceptors must be embedded in the retinal pigment epithelium to obtain the nutrients required to function.

  광수용체와 망막 상피세포(retinal epithelium)는 눈이 떠져있을 때 지속적으로 엄청난 양의 빛을 흡수한다. 빛은 대개 열로 바뀌기 때문에, 망막은 색소 상피세포 바로 뒤에서 맥락막의 혈액공급에 의해 다시 제공되는 매우 효과적인 냉각시스템을 가지고 있어야만 한다. 만약 색소 상피세포 조직이 망막 앞쪽에 위치해 있다면, 시각은 심각하게 손상될 것이다. 또한 색소 상피세포로부터 망막을 멀리 향하도록 하기 위해서 망막을 뒤집어놓게 되면 광수용체가 기능에 필요한 영양분을 얻기 위해서 망막의 색소 상피세포 속에 끼워져 있어야만 하기 때문에 하나도 볼 수 없는 정도로까지 시각을 손상시킬 수도 있다.

This design is extremely critical because the retina requires a high metabolism level due to the continual replacement of the photoreceptors required for vision. Consequently, the retina uses more oxygen and nutrients than almost every other part of the body, requiring an ample blood supply. The verted design would not allow the rods and cones to function properly because of the blood supply required for their high rate of metabolism. If the photoreceptors were in front of the neurons, the blood supply would have to be either directly in the light path of the receptors, or on their side, which would significantly reduce the number of photoreceptors used for sight.

  이러한 설계는 망막이 시력에 요구되는 광수용체의 계속적인 재배치로 말미암아 높은 대사 정도가 필요하기 때문에 너무나 중요하다. 결과적으로, 망막은 풍부한 혈액 공급을 필요로 하면서 몸의 다른 거의 모든 부분보다도 더 많은 산소와 영양분을 사용한다. 전향된 설계는 높은 대사율에 필요한 혈액공급 때문에 간상세포와 추상세포가 적절하게 기능하도록 허용하지 않을 수도 있다. 만약 광수용체가 신경의 앞쪽에 있다면, 혈액 공급은 수용체의 빛이 지나가는 길에 바로 있어야 하든지 아니면 그쪽 면에 있어야만 한다. 그렇게 되면, 시각에 사용되는 광수용체의 숫자가 현저하게 줄어들게 될 것이다.

Importantly, placing the retina neural components in front of the photoreceptors does not produce an optical handicap for several reasons. One reason is the neural elements are separated by less than a wavelength of light. Consequently, very little or no scattering or diffraction occurs, and the light travels through this area as if it was at near-perfect transparency. Secondly, when viewed under the microscope, most cells are largely transparent (and it is for this reason stains, such as Eosin-Y and Hematoxylin 2, are needed to better visualize the various cell parts). Consequently, the thin layer of cells in front of the retina rods and cones have a negligible light blocking effect.

  무엇보다도, 망막신경성분을 광수용체 앞쪽에 위치해 있는 것은 몇 가지 이유로 시각적 장애를 만들어내지 않는다. 한 가지 이유는 신경요소가 빛의 하나의 파장보다 짧게 떨어져 있다는 것이다. 결과적으로, 산란이나 회절이 매우 작거나 거의 일어나지 않으며, 빛은 마치 거의 완벽하게 투명한 것처럼 이 영역을 가로질러 지나간다. 두 번째로, 현미경 하에서 관찰하면 대부분의 세포는 대개 투명하다. (이러한 이유로 다양한 세포부분을 잘 볼 수 있도록 하기 위해서 에오신-Y(Eosin-Y)와 헤마톡실린 2(Hematoxylin 2) 염색법이 요구되는 것이다.) 결국, 망막 앞쪽에 있는 얇은 간상세포와 원추세포 층은 무시해도 좋을 광 차단효과(light blocking effect)가 있을 뿐이다.

In the retina region which has the highest resolution, the central retina (the fovea and, in particular, the foveola), the neurons in front of the photoreceptors are shifted to the side so that light has a direct pathway to them, resulting in the least distortion where it matters most. The high resolution macula also uses cones that are more tightly packed to achieve high resolution color vision. The peripheral retina has lower resolution and consists of mostly rods for black and white vision.

  해상도이 가장 높은 망막 영역에서, 광수용체 앞부분에 있는 신경인 중심망막(중심와(fovea), 그리고 특히 중심소와(foveola))은 빛이 원추세포에 바로 도달하도록 하기 위해서 옆쪽으로 이동되어 있어서 가장 중요한 곳에서의 왜곡을 최소화하도록 한다. 고해상도를 가지는 황반(macula)은 또한 높은 해상도와 색깔 시각을 얻도록 촘촘하게 밀집되어있는 원추세포를 사용한다. 망막 주변부는 해상도가 낮고 대부분 흑백시각을 위해 대부분 간상세포로 구성되어 있다.

This design is a highly effective method to accurately transmit enormous amounts of data along the optic nerve in a method analogous to the zipping and unzipping of a computer file to facilitate computer file transmission. To function, the transmission must be very rapid because the image needs to be refreshed continuously like a pixel TV image. The eye's design actually appears to be optimized around the physical limits of the visible light spectrum (Calkins 1986).

  이러한 설계는 컴퓨터 파일 전송을 용이하도록 하기 위해서 컴퓨터 파일을 압축하고 푸는 것과 유사한 방식으로 뇌신경을 따라 엄청난 양의 데이터를 정확하게 전달하기 위해 가장 효과적인 방법이다. 기능을 하려면 전달이 매우 빨라야만 한다. 왜냐하면 이미지는 TV 이미지의 화소(pixel)처럼 지속적으로 새로 공급되어야 하기 때문이다. 눈의 설계는 사실상 가시광선 스펙트럼의 물리적 한계 주변에서 최적화되어 있는 것으로 보인다(Calkins 1986).

The pigment epithelium tissue performs numerous other functions critical for retina viability and activity. One is that it phagocytosises ten percent of the mass of each photoreceptor outer segment on a diurnal schedule, and constantly restores the chromophore to 11-cis-retinal from its all-trans configuration, permitting visual pigment synthesis and regeneration (Dowling 1987, p. 198). It also is part of the outer blood-retinal barrier, helps maintain water and ion flow between the neural retina and the choroid, protects against free radical damage, and regulates retinoid metabolism (Martínez-Morales, et al., 2004, p. 766).

  색소 상피세포조직은 망막의 생존과 활동에 중요한 수많은 다른 기능을 수행한다. 한 가지는 그것이 주간에 각각의 광수용체 바깥 부분의 10% 정도의 양을 식균작용(phagocytosis)하고, 지속적으로 발색단(chromophore)을 그것의 모든 변형배열로부터 11-시스-레티날(11-cis-retinal--비타민A 산화물)로 회복시킴으로써 시각 색소의 합성과 재생을 허용하는 것이다(Dowling 1987, p. 198). 그것은 또한 외부의 혈액-레티날 장벽(blood-retinal barrier)의 일부분이고, 신경망막과 맥락막 사이의 물과 이온 흐름을 유지하도록 도우며, 유리기 손상(free radical damage)으로부터 보호해주며, 레티노이드(retinoid) 대사를 조절한다(Martínez-Morales, et al., 2004, p. 766).

This short review covers only a few of the many reasons for the superiority of the existing design of the mammalian retina. Our knowledge now shows that the retina design is superior to what we understood even just a few short years ago. Gratitude rather than impertinence seems the more appropriate response to its ingenious design.

  이 짧은 논평에서는 단지 포유류의 망막에 존재하는 설계의 우수성에 대한 많은 이유들 중의 몇 가지만을 다루고 있다. 현재 우리의 지식은 망막의 설계가 단지 수 년 전에 이해했던 것보다 더 뛰어남을 보여준다. 정교한 설계에 대한 반응으로 뻔뻔함보다는 감사함이 더 적절한 것처럼 보인다.