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어떻게 ‘상자’가 수영을 하는가?
: 놀라운 거북복의 유체역학적 안정성
(How does a ‘box’ swim?)
David Catchpoole

   상자 모습(boxy shape)을 가지고 있으며, 가시가 있는 단단한 등껍질로 몸의 대부분이 덮여 있는 거북복(boxfish)은 다른 대부분의 물고기들과 비교할 때 꽤 어색해 보인다. Science 지가 최근에 논평한 것처럼, 'boxfish 라는 이름은 적절한 것처럼 보인다. 그리고 헛간이 날아다니는 것처럼, 그 물고기는 수영할 것이라고 생각할 수도 있다.” [1]

실제로는 거북복은 상당히 유연하게 수영할 수 있다. 이것은 그들이 살아가는 장소가 매우 거칠고 예측할 수 없는 물이 흐르는 암초들이 있는 곳이라는 것을 고려해볼 때 더욱 현저하다. 심지어 소용돌이치는 물 흐름에 의해 지속적으로 괴롭힘을 당하고 있을 때에도, 거북복은 눈에 보이지 않는 소용돌이와 난류를 정정함으로서, 수영 경로로부터 단지 약간의 벗어남만을 허용한 채 나아갈 수 있다. 

그렇다면 이 꼴사나워 보이는 물고기를 그토록 안정되고 조종 가능하도록 만드는 것은 무엇일까? 어떻게 그들은 소용돌이치고 밀려오는 물결들 속에서 그들의 수영 궤적을 그렇게 효율적으로 유지할 수 있을까?

최근 연구에 따르면, 상자형 모습은 그들의 ‘유체역학적 안정성(hydrodynamic stability)’을 위한 하나의 주요한 이유라는 것이다 [3]. 거북복류인 Lactophrys triqueter (흔히 smooth trunkfish로 알려져 있음) 모델을 수갱(water tunnel)에 적용시켜, 연구자들은 모델이 기울여짐에 따라, 그 상자형 모습이 역회전 흐름(counter-rotating currents, 소용돌이)을 만들면서 물의 흐름을 바꾸는 것을 발견하였다. 이것은 스스로 수정하는 힘(self-correcting forces)을 만들어내어서, 물고기가 자동적으로 안정화되도록 효과적으로 작용하였다. 기본적으로, 흐름이 거북복을 위쪽으로 경사지게 한다면, 위쪽에서 만들어진 소용돌이는 그것을 바로잡는데 도움을 주는 것이었다 [1]. 이러한 발견은 연구자들을 흥분시켰다. 왜냐하면 이것과 똑같은 현상이 콩코드 여객기와 우주왕복선과 같은 델타-날개 항공기(delta-wing aircraft)의 특징이었기 때문이었다 [4].

연구자들은 상하요동(pitch) 또는 좌우흔들림(yaw)을 변경하여도 결과는 같다는 것을 발견하였다. 즉 거북복 몸체 주변에서 발달된 스스로 수정하는 소용돌이가 그 물고기의 평정(unflappability)의 비결이라는 것이다. 명백하게 이 스스로 수정하는 특성은 거북복이 많은 에너지를 절약할 수 있도록 해줄 뿐만이 아니라, 지느러미를 사용하여 그들의 위치를 수정하는 것보다 훨씬 더 빠르게 나아갈 수 있게 한다. 효율적인 해저 로봇(undersea robots)을 연구하고 있는 해군 엔지니어들은 이것에 대해 많은 관심을 보이고 있다 [1].

단순히 상자처럼 보이는 그러한 모습이 산호들과 움푹 파여진 곳과 암초들 사이를 흐르는 소용돌이치는 거친 물 속에서 일생을 보내야하는 한 물고기에게 적합할 것이라고 누가 알 수 있었겠는가? 오직 하늘과 땅과 바다와 그 가운데 모든 것을 만드신(출 20:11) 창조주 하나님 외에는 누가 그것을 알 수 있었겠는가?


*Dr. David Catchpoole, B.Ag.Sc.(Hons.), Ph.D., has worked as a plant physiologist and science educator, specializing in tropical agriculture and horticulture. He works full-time for Answers in Genesis in Australia.


References and notes

1. Boxy swimmers, Science 299(5608):817, 2003.
2. Tilley, S., Smoothly does it, The Journal of Experimental Biology 206(4):637, 2003.
3. Bartol, I.K., Gharib, M., Weihs, D., Webb, P.W., Hove, J.R. and Gordon, M.S., Hydrodynamic stability of swimming in ostraciid fishes: role of the carapace in the smooth trunkfish Lactophrys triqueter (Teleostei: Ostraciidae), The Journal of Experimental Biology 206(4):725–724, 2003.
4. In fact, ‘Lift coefficients of boxfish models were similar to lift coefficients of delta wings, devices that also generate lift through vortex generation.’ Ref. 3.


 

*참조 :

1. 놀라운 해마
    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2733

2. 투구게는 이티를 만나는가?
    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2371

3. 경이로운 도마뱀 발바닥의 설계
    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=1896

4. 캥거루 쥐
     http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2396

5. 나비가 펄럭거리는 이유는?
     http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2393

6. 경이로운 벌레들
     http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2318

7. 첨단레이더 '박쥐 초음파'
     http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=384

8. 제왕 나비의 장거리 항해를 도와주는 내부 시계
     http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=1099

9. 불가능한 곤충들 : 위장술의 대가 대벌레(또는 잎벌레)
     http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2603

10. 놀라운 모터를 가지고 있는 세균
     http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2676

11. 반딧불의 비밀, 마침내 밝혀지다!
     http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2604


 

출처 : Creation 25(3):56, June 2003
URL : http://www.answersingenesis.org/creation/v25/i3/swimming.asp
번역자 : IT 사역위원회

관련 자료 링크:

1. 생물에서 발견되는 경이로운 기술들 : 나비 날개의 광흡수, 소금쟁이의 부양성, 생물학적 배터리 (From Wonders of Nature to Wonders of Technology)
2. 식충식물이 R&D 수상을 이끌다 : 생체모방공학의 새로운 기술들 (Pitcher Plant Inspires R&D Award)
3. 단풍나무 씨앗을 모방한 소형 비행 로봇 (Maple to the Rescue)
4. 식물의 광합성은 양자물리학을 이용하고 있었다. (Photosynthesis Uses Quantum Physics)
5. 문어의 차가운 물에 대한 놀라운 적응력. (Octopus Cold Adaptation Surprises Scientists)
6. 생체모방공학을 통한 강렬한 희망 1 : 계속 발견되고 있는 생물들의 경이로운 능력들 (Living Surprises, Living Hopes)
7. 생체모방공학을 통한 강렬한 희망 2 : 계속 발견되고 있는 생물들의 경이로운 능력들 (Living Surprises, Living Hopes)
8. 비둘기와 제왕나비는 위성항법장치를 가지고 있다. (Animals Have Biological GPS)
9. 상어 비늘과 골프공은 설계를 가리킨다. (Speedy sharks and golf balls)
10. 차세대 리더는 식물과 동물이다! (Follow the Leader: Plants and Animals)
11. 거미줄이 강한 이유가 밝혀졌다. (Scientists Decode Key to Spider Web Strength)
12. 새우 껍질은 새로운 생분해성 재료에 영감을 주고 있다. :생체모방공학의 또 하나의 사례 (Shrimp Shells Inspire New Biodegradable Material)
13. 도마뱀붙이의 발바닥 오염을 제거하는 슈퍼소수성 인지질. (Scientists Discover New Clue to Geckos' Climbing Ability)
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31. 놀라운 보석 딱정벌레 (The Amazing Jewel Beetle)
32. 가장 밝고 하얀 곤충 (This Bug Is Whiter than White, Brighter than Bright)
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35. 아름다운 파란색의 딱정벌레, 새, 그리고 나비들 (Blue-t-ful Beetles, Birds, `n Butterflies)
36. 작은 물고기는 수마일 밖에서도 냄새를 맡는다. (Tiny Fish Smell for Miles)
37. <리뷰> 발광다이오드는 나비들이 최초로 발명했다 (Butterflies Invented LEDs First)
 
 
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