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바닷새가 물고기 잡으며 다이빙해도 죽지 않는 이유

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바닷새가 물고기 잡으며 다이빙해도 죽지 않는 이유

2016.10.09 19:08
부비새가 물속에 다이빙하는 과정을 고속카메라로 촬영한 모습. 부리를 수면에 수직으로 세우고 목 근육을 재빨리 수축해 머리와 목뼈가 다치지 않도록 보호한다. - 미국국립과학원회보(PNAS) 제공
부비새가 물속에 다이빙하는 과정을 고속카메라로 촬영한 모습. 부리를 수면에 수직으로 세우고 목 근육을 재빨리 수축해 머리와 목뼈가 다치지 않도록 보호한다. - 미국국립과학원회보(PNAS) 제공

부비새 같은 바닷새들은 물고기를 잡기 위해 수면 위를 날다 재빠르게 물속으로 다이빙한다. 시속 약 80km에 이르는 고속으로 수면에 머리를 강하게 부딪치는데도 다치지 않는다. 가는 목의 새들에게 어떻게 이런 일이 가능한 걸까.

 

써니 정 미국 조지아텍 교수팀은 바다새가 빠른 속도로 물에 다이빙해도 죽지 않는 비밀은 긴 목과 민첩한 목 근육에 있다는 사실을 밝힌 연구 결과를 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 5일자에 발표했다. 연구진은 새우가 먹이를 잡을 때 미세 물방울을 활용하는 방식, 개가 물을 마시는 독특한 방식 등 자연의 동물들에게서 나타나는 역학적 원리에 대해 연구해왔다.

 

연구진은 부비새가 다이빙하는 과정을 고속카메라로 촬영해 관찰했다. 신체 구조를 분석하는 데는 미국 노스캐롤라이나 자연과학박물관에서 보호 중인 부비새를 활용했으며, 또 미국 스미소니언연구소에서 수집한 부비새의 두개골 조각을 이용해 3D 프린팅 기술로 두개골 모형을 만들어 이용하기도 했다.

 

연구진은 유연한 소재로 부비새의 목을 만들고, 딱딱한 소재로 부비새의 머리에 해당하는 원뿔형 고깔을 3D 프린팅해 만든 뒤 이를 활용해 가상의 다이빙 실험을 했다. 목의 길이와 다이빙 속도와 수면에 닿을 때의 순간 속도, 고깔의 모서리 각도 등을 조절하면서 머리와 목에 가해지는 힘의 분포를 분석했다.

 

실험 결과 부비새가 다이빙을 할 때 일차적으로 머리에 가해지는 힘은 예상대로 다이빙 속도가 빨라질수록 커졌다. 이때 머리와 목이 위아래로 눌려 압축돼 휘는 ‘좌굴’ 현상도 나타났다. 하지만 머리의 구조와 목의 소재 특성, 수면에 부딪힐 때의 순간속도에 따라 특정 조건에서는 좌굴 현상 없이 안정적으로 다이빙할 수 있는 것으로 확인됐다.

 

연구진은 이 실험결과를 일반적인 부비새의 다이빙 속도에 적용해 비교한 결과, 뾰족한 부리와 일자 형태로 곧게 선 목이 힘을 분산시키는 것으로 나타났다. 특히 다이빙 직전에 부비새가 목뼈에 받는 힘을 줄이기 위해 스스로 목 근육을 최대한 수축하는 것도 발견했다. 본래 S자 형태로 늘어져 있던 목을 수축시켜 일자 형태로 만들어 수면에서 받는 충격을 줄인 것이다. 이는 수중에서도 마찰력을 줄여 정확하게 타깃 먹이를 잡는 데도 도움이 된다.

 

연구진에 따르면 인간은 부비새보다 튼튼해 보이지만, 다이빙에는 더 불리한 신체적 조건을 갖고 있다. 가령 사람처럼 평평한 발로 부비새처럼 빠른 속도로 물에 떨어진다면 마찰력이 큰 만큼 다리뼈가 부러지거나 떨어질 때의 충격으로 근육이 파열될 수도 있다.

 

정 교수는 “부비새는 다른 종의 새와 비교했을 때 특이한 머리 구조로 돼 있었다”며 “향후 이런 특성을 효율 높은 잠수장비 개발 등에 적용하기 위한 후속 연구를 진행 중”이라고 밝혔다.

 

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