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동물들이 혹한의 추위에도 견딜 수 있는 이유는?
: 펭귄이 물에 젖어도 얼어붙지 않는 비밀이 밝혀지다.
(How Animals Keep Warm in Freezing Wetness)
CEH

    사람이 외투와 신발 없이 눈길을 걸어간다면, 얼마나 춥겠는가? 그러나 산토끼, 다람쥐, 새들은 완벽하게 편안해 보인다. 그 비밀은 무엇일까?

비밀은 털과 깃털에 공기를 가두고, 물을 털어낼 수 있는 재료를 사용하고 있기 때문이다. Science Daily(2015. 11. 23) 지의 기사는 털(hair)과 깃털(feathers) 내에 갇혀진 공기가 어떻게 이상적인 절연체(insulator)로 작동되고 있는지를 설명해주고 있었다. MIT의 과학자들은 그들 외피의 덮개 작용이 사람이 만든 제품보다 얼마나 효율적으로 작동되고 있는지, 그 이유를 살펴보고 있었다.

털의 특성(털의 길이와 간격 같은)이 표면의 젖음에 미치는 영향을 조사하기 위해서, 연구자들은 털 길이, 털 간격, 유체 점도, 뛰어듦 속도 등을 포함하여 여러 변수들에 대해 실험했다. 그리고 털 표면의 기하학이 중요한 역할을 하는 것을 발견했다. 특별히 털 배열의 치밀도가 높을수록 표면의 방수 효과가 컸다.

또한 연구팀은 란다우-레비치 코팅(Landau-Levich coating)으로 불려지는 고전적인 침지법(dip coating) 보다 털 구조가 훨씬 많은 양의 공기를 가두는 것을 발견했다. 그렇게 함으로, 침지법의 증강된 버전을 만들고 있었다. 그러나 고전적인 란다우-레비치 코팅과 같지 않게 수생 동물 털과 관련된 질서 정연한 균형은 점도 스트레스와 물의 정수압 사이에 있었다. ”이러한 발견은 코팅기술의 발전에 잠재적인 기술을 제공할 것으로 희망한다”고 나스토(Nasto)는 말했다. 

깃털도 역시 극도로 잘 작동되고 있었다. 한 극도의 사례가 펭귄(penguins)이다. Science Daily(2015. 11. 23) 지에 게재된, ”펭귄의 동결 방지(anti-icing) 기술”이라는 또 다른 기사는 물에 저항하고, 공기를 가두는, 펭귄깃털의 여러 요소들을 기술하고 있었다.

남극의 펭귄은 –40℃에 이르는 온도와 초속 40m의 강풍이 부는 매우 혹독한 환경에서 살아간다. 펭귄들은 그렇게 추운 곳에서 차가운 물속과 밖을 드나들고 있지만, 그들의 깃털은 물에 젖어 얼어붙지 않는다.

이제 연구자들은 펭귄의 깃털을 자세히 조사했다. 그리고 펭귄의 동결 방지 기술을 알게 되었다. 그것은 나노구조(nanostructures)와 특별한 오일의 조합으로, 남극펭귄의 깃털에 슈퍼소수성(superhydrophobic)의 울트라 방수기능을 만들어낸다. 깃털 위의 물방울들은 구슬 모양이 되서, 얼어붙기 전에 굴러 떨어진다.

그것은 정말 멋지다. 그리고 펭귄을 따뜻하게 해준다. 또한 그 깃털은 웨델 바다표범(Weddell seals)에서도 작동되고 있음에 틀림없다. 왜냐하면 그들은 마치 따뜻한 바하마에서 수영하고 있는 것처럼. 펭귄들이 살아가고 있는 혹독한 곳에서 같이 수영하며 살아가고 있기 때문이다.

말할 필요도 없이, UCLA의 과학자들은 이러한 기술을 배우고 싶어 한다. 심지어 비행기에서 얼음을 제거하는 기술에도 적용될 수 있을까?

펭귄의 결빙방지 해결책은 얼음에 관한 몇몇 문제를 해결하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 비행기의 날개와 방향타 위에 쌓여진 얼음 등은 비행기의 항공 역학적 특성을 변경시킬 수 있으며, 심지어는 충돌의 원인이 될 수도 있다. 항공사들은 추운 겨울 동안에 비행기 위의 얼음을 화학적으로 제거하기 위하여 많은 시간과 돈을 쓰고 있다. 펭귄에서 영감을 얻은 초소수성 표면은 매우 값이 싸며, 지속적이며, 또한 환경 친화적이다.

”날 수 없는 새가 날아다니는 비행기의 안정성에 도움을 줄 수 있다는 것은 약간의 아이러니이다”라고 카베포어(Kavehpour)는 말했다.

이 동물들에게 이러한 기술은 어떻게 생겨났는가? 이들 새들과 동물들은 지구 환경의 모든 곳에서 견뎌낼 수 있다. 예를 들어, 일러스트라의 필름 ‘비행(Flight)’에서 보여준 것처럼, 극제비갈매기(arctic terns)는 많은 온도 차이가 나는 지구의 여러 곳을 비행한다. 더군다나 그들은 모든 위도에서 물속으로 뛰어들어 그들의 먹이를 잡는다. 코요테는 더운 사막에서부터 추운 옐로우스톤의 겨울 눈 속에서도 살아간다. 각 동물들이 이러한 광범위한 서식지에서 살아갈 수 있다는 것은 정말로 놀라운 일이다. 

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이것에 대해 생각해보라. 그러한 놀라운 일이 일어나기 위해서는, 재료물질이 만들어지는 것뿐만 아니라, 많은 지적설계가 필요함이 분명하다. 털과 깃털이 적절히 작동되기 위해서는, 정확한 길이, 치밀도, 오일 등이 필요하다. 그들은 적절하게 층을 이루고 있어야만 한다. 그들은 가장 취약한 부분들은 덮고 있어야만 한다. 그리고 동물이 불편하지 않게 움직일 수 있도록 해주어야 한다. 그리고 그러한 기술이 다음 세대에도 생겨날 수 있도록 DNA 속에 암호로 들어가 있어야한다. 이러한 것들은 어떤 체계적 지적설계의 증거임이 분명하다. 방향도 없고, 목적도 없는, 무작위적인 돌연변이들에 의한 자연선택으로는 설명될 수 없다. 물론 살아있는 동식물들은 모든 면에서 뛰어난 지적설계를 보여주고 있다. 그것이 오늘날 생체모방공학(biomimetics)이 각광받고 있는 이유이다.

하나님은 사람에게 털과 깃털을 주시지 않았다. 그러나 사람에게는 그것을 이해할 수 있는 뇌를 주셨다. 최초의 사람들은 동물의 가죽을 빌려서 옷으로 입었다. 그리고 그것이 의복이 될 수 있는 우수한 재료라는 것을 이해했다. 그것이 사람들이 북극, 남극, 사막, 춥고, 열악한 모든 곳에서 살아갈 수 있는 이유이다. 대부분의 온화한 환경에서 사람의 피부는 방수 기능과 증발에 의한 냉각 기능을 가지고 있다. 그래서 우리는 감사해야할 놀라운 피부를 가지고 있는 것이다. 우리는 동물들로부터 많은 것을 배운다. 사람이 만든 인공재료보다, 지속적이며, 환경 친화적이고, 기능적으로 우수한, 수많은 재료들과 설계들이 생물계에 널려있는 것이다.

 

출처 : CEH, 2015. 11. 25.
URL : http://crev.info/2015/11/how-animals-keep-warm/
번역자 : 미디어위원회

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