📌 먼치 POINT

새의 날개에 숨겨진 비행의 신비를 탐구하는 이상임 교수의 연구 이야기입니다.
생명체가 수백만 년의 진화를 통해 완성한 비행 능력은 어떻게 만들어졌을까요? 새와 곤충의 비행 원리는 비슷해 보이지만 진화적 기원은 완전히 다릅니다.
기계공학과 생물학이 만나는 생체모방공학을 통해 자연의 해결책을 이해하고, 진화에 대한 잘못된 인식을 바로잡으며, 본능과 학습이 조화를 이룬 아름다운 비행의 세계를 만나보세요.

들어가기 전에

디지스트 뉴바일로지 학과에서 까치와 곤충의 행동과 생태를 연구하는 이상임 교수는 새의 비행과 곤충의 도약에 대한 흥미로운 이야기를 들려줍니다.
이러한 행동들이 얼마나 적응적인 측면을 갖고 있는지, 굉장히 오랫동안 생명체가 진화 역사를 거쳐오면서 그것이 어떻게 만들어질 수 있었는지에 대해 연구하고 있습니다.
만들어진 적응의 산물을 우리가 어떻게 관찰할 수 있는지에 대해서도 구체적인 연구 사례를 제시합니다.

생체모방공학으로 탐구하는 비행의 세계

생명체와 기계가 비슷한 환경에서 작동하기 때문에 흥미로운 연구가 가능합니다.
새는 공기 중에서 날고 비행기도 공기 중에서 나며, 돌고래나 물고기는 물에서 바다에서 움직이고 배나 잠수함도 물에서 움직입니다.
이렇게 유체와 상호작용을 어떻게 하느냐를 연구할 때 생물학자들이 하는 것은 한계가 있어서 기계공학적인 도구들을 사용하게 됩니다. 기계공학과 협업을 하면 그 현상들을 보다 잘 이해할 수 있게 됩니다.

🐦 진화로 만들어진 비행의 비밀

새가 갖고 있는 날개나 움직임 같은 것이 어느 날 하나의 돌연변이에서 만들어질 수는 없습니다.
그렇지만 그 하나하나 돌연변이 효과가 누적되어 날개와 그것을 움직이는 현상들이 하나의 세트로 진화할 수 있는 것은 여전히 돌연변이의 결과로 볼 수 있습니다.
돌연변이가 발생하고 이 돌연변이의 산물이 자연선택에 의해서 선택되면 그것이 적응으로 만들어질 수 있습니다. 이것들의 효과가 누적되어 만들어지는 것이 날개라든지 아니면 비행과 같은 현상입니다. 새의 비행과 곤충의 비행이라는 현상은 비슷하지만 진화적인 기원은 완전히 다릅니다.
곤충의 날개는 다리를 둘러싸고 있는 조직의 일부가 날개로 진화한 것으로 이해되고 있습니다. 반면 새의 날개는 우리와 같은 앞다리입니다.
똑같은 해결책이기는 하지만 이 해결책에 도달한 방법이 진화적인 역사가 완전히 다르기 때문에, 예를 들어서 곤충이 날개가 4개가 있다고 해서 새보다 더 비행을 잘한다거나 그런 것은 전혀 아닙니다.
둘 다 사는 환경에서는 충분히 조정력을 갖고 양력을 발생시킬 수 있는 해결책을 갖고 있다고 보시면 됩니다.

새와 비행기 날개의 근본적 차이

사실 도움닫기가 아예 없는 것은 아닙니다. 새가 날 때 다리 힘 없이 처음부터 날 수 있는 것은 아니고, 먼저 다리로 땅을 차고 올라가면서 날개를 움직여서 납니다.
새의 날개와 비행기의 날개에 가장 큰 차이는 비행기의 날개는 형태가 정해져 있고 우리가 그것을 움직일 수 없는 그런 구조지만, 새 날개는 위아래로 움직이고 각도 변화도 줄 수 있는 굉장히 유동적인 구조입니다.
어떻게 움직이느냐에 따라서 어느 방향으로 힘을 어떻게 만들어낼 것인가가 결정되기 때문에 날개를 움직일 수 있는 새와 비행기의 비행은 다를 수밖에 없습니다.
새 중에서도 날개가 굉장히 뾰족해서 치는 것만으로는 양력을 충분히 발생시킬 수 없는 그런 새들도 있습니다. 예를 들면 알바트로스 같은 새들은 까치처럼 날개를 저어서 위로 올라올 수 없기 때문에 그런 새들은 도움닫기가 필요합니다.

진화에 대한 오해와 진실

진화의 미래에 대한 질문들을 굉장히 안 좋아하는데, 왜냐하면 진화라는 과정이 뭔가 우리가 예측할 수 있는 과정이 아니기 때문입니다.
많은 사람들이 갖고 있는 진화에 대한 오해가 무엇이냐면 마치 진화가 어떤 방향성이 있는 것처럼, 단순한 생명체에서 복잡한 생명체가 나오는 방향이 있는 것처럼 생각하기 쉬운데 그런 것은 우리가 생각할 수가 없습니다.
어떻게 보면 지금 단세포 생물들이 지금도 살아가고 있는 것이 그만큼 우월하기 때문에 그럴 수도 있으니까요. 그래서 그런 방향성이 없다는 것을 감안하면 지금 새가 더 분화해서 다른 어떤 종이 될지 상상하는 것은 굉장히 어렵고 별로 하고 싶지도 않습니다.

🎯 최적화된 적응의 원리

생명체가 갖고 있는 선택은 늘 최적입니다. 지금 무엇을 갖고 있고 내가 해결해야 되는 문제가 무엇이냐에 따라서 이 생명체가 갖고 있는 형질이 어떻게 변화할지 어떻게 움직일지, 그것에 따라서 적응이 만들어지는 것이기 때문입니다.
실제로 우리가 기계를 만들 때는 처음부터 굉장히 효율적인 기계를 만들고 싶어 합니다. 그 과정에서 생명체를 들여다보는 것이 아주 즉각적인 해결책을 줄지는 어려울 수도 있어요.
하지만 비슷한 환경에 놓인 생명체들은 비슷한 해결책을 만들어내고 공통으로 갖고 있는 그 해결책을 우리가 아이디어를 따올 수 있다면 그러면 우리가 훨씬 더 효율적인 생체모방 공학을 할 수 있다고 생각합니다.
본능과 학습에 대한 질문을 굉장히 많이 하는데, 늘 드리는 답은 본능만으로도 되는 것은 아니고 학습만으로도 되는 것이 아닙니다. 어떤 환경에서 어떻게 행동할지는 그때그때 반응을 해야 되는 것이기 때문입니다.
본능적으로 구조라든지 이런 근육 같은 것은 타고나지만 그것을 어떻게 움직이느냐는 내가 어떤 환경에 노출되고 어떤 환경에서 오래 살았느냐에 따라서 충분히 학습될 수 있습니다. 그래서 본능과 학습이 다 같이 만들어낸 그런 산물입니다.

비행 연구의 아름다움

까치의 비행이라고 생각하는데, 까치를 굉장히 오랫동안 연구했지만 모든 새의 행동은 모든 새의 움직임은 굉장히 아름답습니다. 까치라는 종을 굉장히 오랫동안 연구하면서 그 깃털 하나하나가 움직이는 것이 굉장히 매력적이라고 생각했습니다.
근육의 구조를 보면 새는 깃털 하나하나를 자기 마음대로 움직이지는 못합니다. 이것을 그냥 펼치고 아니면 접고 이것만 하는데 그 깃털 하나가 어떻게 휘어지느냐는 순전히 이 깃털의 재료와 공기의 흐름에 의해서 만들어지는 산물입니다.

💫 완벽한 조화로 만들어지는 비행

날개가 휘어지고 이런 것들이 없으면 새가 제대로 비행을 하지 못하게 됩니다. 그래서 그냥 단순히 새가 내가 날개를 어떻게 움직여야 하는지뿐만 아니라 이렇게 움직였을 때 공기가 어떻게 흘러가서 날개가 좀 편한지 이런 것까지 다 이루어져야 나타나는 그런 비행이라는 것이 만들어지기 때문입니다.
까치뿐만 아니라 어떤 새든 비행은 굉장히 아름답다고 생각합니다. 사실 까치는 늘 우리 주변에 있어서 매일매일이 행복합니다.

마무리하며

수백만 년의 진화 과정을 통해 완성된 새의 비행은 단순한 이동 수단이 아닌 자연의 예술작품입니다.
돌연변이와 자연선택의 누적된 효과로 만들어진 날개는 기계적 완벽함을 추구하는 인공 비행체와는 근본적으로 다른 유연성과 적응력을 보여줍니다. 본능과 학습이 조화를 이룬 비행 능력은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 까치 한 마리의 우아한 움직임 속에서도 발견할 수 있습니다.

Created by 카오스 사이언스
CC BY 라이선스 | 교정 SENTENCIFY | 에디터 최선화