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어떻게 ‘상자’가 수영을 하는가?

저자:
번역자: 한국창조과학회 (creation.or.kr)

Photo by Gary Bell, www.oceanwideimages.com 190box-fish

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.2 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 (흔 히 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 

Photo by Jeff Jeffords, www.divegallery.com 190yellow-box-fish

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?

참고 문헌및 메모

  1. Boxy swimmers, Science 299(5608):817, 2003. 텍스트로돌아 가기.
  2. Tilley, S., Smoothly does it, The Journal of Experimental Biology 206(4):637, 2003. 텍스트로돌아 가기.
  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. 텍스트로돌아 가기.
  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. 텍스트로돌아 가기.