생물들의 정교한 공학기술과 최적화. : 박쥐, 말벌, 물고기, 꿀벌, 개미, 얼룩말과 생체모방공학

미디어위원회

창조설계-동물

2014-07-10

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생물들의 정교한 공학기술과 최적화.

: 박쥐, 말벌, 물고기, 꿀벌, 개미, 얼룩말과 생체모방공학

(Life Shows Exquisite Engineering and Optimization)

David F. Coppedge

공학자들은 동물들의 경이로운 능력에 경탄하고 있다. 어떻게 무작위적인 돌연변이와 자연선택이 이러한 완벽하게 구현되는 첨단 공학기술들을 만들어낼 수 있었단 말인가?

박쥐 날개의 제어 기술 : 박쥐 날개에 있는 작은 근육은 뻣뻣한 상태로 유지되어, 그들의 비행을 미세하게 조정하고 있음을 브라운 대학(Brown University, 2014. 5. 23)의 연구자들은 발견했다. ”박쥐들은 비행 동안에 날개의 경직성과 곡률(curvature)을 조정하기 위해서, 본질적으로 늘어진 날개의 피부막 내에 묻혀있는 거의 머리카락 두께의 얇은 근육 네트워크를 가지고 있다”고 보도 자료는 말했다. 근육은 이전의 생각처럼 수동적이 아니라, 능동적이었고, 또한 동시에 작동하고 있었다. 브라운 대학의 공학자들은 그 날개를 모방하기 위해서, 이것을 배우기 원하고 있었다. 그들은 공학기술에 영감을 얻기 위해서 생물학을 사용하고 있었고, 생물학에 영감을 얻기 위해 공학기술을 사용하고 있었다. (즉 생물학에 대한 이해를 고취하기 위해 역-설계를 시도하고 있었다). 박쥐 비행의 고도로 느리게 움직이는 짧은 영상물은 박쥐 날개의 우아한 동작을 잘 보여주고 있었다.

말벌의 산란관에 장착된 드릴 : 말벌(wasp)의 산란관(ovipositor, 알을 낳는 도구) 끝은 전자현미경 사진에 의하면 매우 복잡한 구조를 가지고 있었는데, 아연(zinc)으로 끝이 씌워진 톱니 모양의 가장자리(serrated edges)를 가지고 있었다고 BBC News(2014. 5. 29)는 말했다. 강화된 첨단을 가지고 있는 미세 드릴과 같은 이러한 디자인은 말벌이 알을 저장하기 위해 과일에 구멍을 뚫는 것을 용이하게 해주고 있었다. 알이 통과하는 중앙 통로를 포함하여 산란관은 사람의 머리카락보다도 더 가늘다. (직경은 15마이크로에 불과하지만 길이는 무려 7~8mm에 이른다고 PhysOrg(2014. 5. 28) 지는 말한다). 그러나 아직 설익은 무화과 열매의 단단한 목질성 껍질에 구멍을 뚫기에 충분히 강하다. 뿐만 아니라 산란관은 말벌의 알들을 위한 최고의 자리를 감지할 수 있는 감각기를 포함하고 있다. 또한 그 구조는 실질적으로 부러지지 않고 구부러진다. 아연 때문에 산란관 끝부분의 강도는 치과 임플란트에 사용되는 아크릴 시멘트에 비교될 수 있다. ”연구자들은 무화과 말벌(fig wasp)의 알을 낳는 기술은 미세수술을 위한 새로운 도구 개발에 영감을 줄 수 있을 것으로 생각하고 있었다.” 그러나 과학자들은 실용적 가치보다 자연이 어떻게 작동했는지를 보는 것에 흥미로워하고 있었다.

물고기 아가미의 최적화된 간격 : PNAS (2014. 5. 20) 지의 새로운 한 논문은 물고기 아가미(fish gills)는 최대 산소 전달을 위한 최적의 간격을 가지고 있음을 밝혀냈다. ”물고기 아가미에 있어서 최적의 층상 배열”에서, 한국의 3명의 과학자들은 그 구조의 효율성을 시험했다. 이 경우에서 자연의 최적화는 잘 정의되어 있다고 그들은 말했다. 그러나 연구자들은 그것을 진화의 특성으로 돌리고 있었다. ”생물학적 데이터와 우리 이론의 비교는, 물고기의 아가미는 산소 전달을 극대화하기 위한 최적의 층간 공간 거리를 형성하도록 진화했다는 가설을 지지한다.” 물고기에 작용했다는 몇몇 신화적인 '진화의 압력'이란 말들 외에, 그들은 무작위적인 돌연변이들과 자연선택이 어떻게 어떤 것의 최적화를 달성할 수 있었는지에 대해서는 아무런 말도 하지 않고 있었다. 그들은 단순히 물고기가 그것을 진화시켰다고 네 번이나 주장했다.

물고기와 꿀벌의 충돌 경고 전략 : 물고기와 꿀벌은 모두 충돌 회피 시스템(collision-avoidance systems)을 가지고 있다. 그러나 물고기는 서로 충돌할 가능성이 더 높다고 룬드 대학(Lund University)의 과학자들은 주장했다. 그 이유는 무엇일까? 두 생물 모두 광학적 흐름(optic flow)을 사용하고 있지만, 물고기는 다른 필요성을 가지고 있다. 꿀벌은 공중에서 충돌을 피하려는 것에 의미를 두지만, 물고기는 ”자신의 혼탁한 환경에서 물체로부터 멀리 떨어져 수영하는 것을 꺼린다. 왜냐하면 자신의 주변에 은폐물이 없는 상황 하에서는 자신이 발견될 수 있는 위험이 있기 때문이다.” 그래서 물고기의 행동에는 이유가 있었고, 과학자들은 그것을 연구하기 원하고 있었다 : ”동물의 충돌 경고 시스템에 대한 연구는 동물에 대한 기초 지식뿐만 아니라, 자동조정(automatic steering) 장치와 같은 기계공학 분야에서도 흥미로운 영역이다.”

개미의 먹이 탐색 전략 : Science Daily(2014. 5. 26) 지에 게재된 ”혼돈에서 질서로: 개미가 먹이를 탐색하는데 최적화된 방법”이라는 글에서, 포츠담 연구소의 연구자들은 미래의 현명한 운송시스템(transportation systems)에 도움을 줄 수도 있는 유용한 기술을 개미로부터 배우고 있는 중이라고 말했다. 개미가 무작위적인 보행으로 먹이를 발견했을 때, 길을 따라 냄새를 남김으로 경로를 표시한다. 다른 개미도 동일한 작업을 수행하지만, 가장 짧은 경로는 가장 강한 냄새를 낼 것이다. 이 ”놀라운 고효율성 자기 조직화 방법”으로, 개미 집단은 가장 효율적인 경로를 이동하여 낭비적인 방황을 피한다. 어린 개미는 지식과 경험을 배우고, 늙은 개미는 그것에 능숙하게 된다. ”확실히 독자적 개미는 현명하지 않다. 집단적 활동을 통해서 개미는 더 많은 지식을 축적하게 된다”고 연구자는 말했다. 그 전략은 전체 집단에 유익을 주고, 결과적으로 최적화될 수 있었다는 것이다. 이 논문은 PNAS 지에 게재되었다.

얼룩말의 이동 : 최적화 및 생명공학 이야기뿐만이 아니라, 이 뉴스는 확실히 주목할 만하다. 아프리카 육상동물 중에서 가장 긴 이동(migration) 동물이 결정됐다. 그 상은 영양(wildebeest)이 아니라, 얼룩말(zebras)에게 돌아갔다. 세계 야생동물보호협회(World Wildlife Fund, 2014. 5. 27) 지는 최근에 이것을 발견했다. 1천 마리에 이르는 얼룩말들이 매년 480km를 이동한다. 그들이 통과하는 지역은 나미비아, 보츠와나, 짐바브웨, 잠비아, 앙골라에 확장되어 있다. 이러한 ”인내력의 예기치 않은 발견”은 세계를 점령한 인간의 교만을 책망하고 있다고, 기사는 지적한다. 그것은 생물들을 ”보존하기 위한 지속적인 과학과 연구의 중요성을 강조해주고 있다”는 것이다. 그러한 놀라운 업적을 이루기 위해서 내장된 좋은 항법장비가 필요하다는 것에 모두가 동의하고 있었다.

생체모방공학은 승승장구하고 있다 : 캘리포니아 공과대학의 공학 및 과학 잡지(Caltech’s Engineering and Science magazine)에 게재된 기사들은 생체모방공학(biomimetics)의 전성기가 계속되고 있음을 보여주고 있었다. 한 기사는 해파리의 움직임을 모방하기 위해서 3년 반 동안 노력한 한 공학자의 고생과 성공을 다루고 있었다. '자연에서 영감을'이라는 또 한 기사에서, 생물학과, 생물공학과, 새로운 의료공학과 등은 생체모방공학의 잠재력으로 인해 수백만 달러의 보조금을 재단 및 정부로부터 받고 있다는 것이다. 제브라피시 심장((zebrafish hearts)으로부터 흰개미 집(termite mounds)과 사람 항체에 이르기까지, 캘리포니아 공과대학에서 연구되고 있는 ”자연으로부터 영감된' 주제들은 인간의 건강과 복지에 중요한 돌파구를 약속해주고 있다는 것이다.

‘진화’라는 단어는 이들 이야기 주변에서 사용되고 있지만, 쓸모없는 것이다. Caltech E&S 지의 글에서 한 의공학자의 말이 전형적인 예이다 : ”우리 몸이 어떻게 작동되고 있는지를 연구하는 동안, 나는 종종 인간이 만든 공학적 장치와 자연에서 진화된 장치들 사이에 많은 유사성을 발견한다. 그것들은 잘 설계되어 있었고, 인간이 만든 장치보다 최적화되어 있었다.” 당신은 이 같은 말을 들었을 때, 한탄의 한숨이 절로 나오지 않겠는가? 이 가련한 과학자는 진화론에 철저히 세뇌 당해, 모순점을 볼 수 없는 것이다. 그는 연구 주제를 만들어주신 창조주에게 감사해야 한다. 그 대신 눈앞에 있는 놀라운 공학기술이 생각도 없고, 목적도 없고, 방향도 없고, 계획도 없고, 지성도 없는, 무작위적인 돌연변이들에 의해서 생겨난 것으로 생각하고 있었다. 진화론은 생체모방공학이 발전하는 데에 있어서 족쇄이다. 과학자들도 모방하려고 하는 최첨단 공학기술들이 모두 우연히 생겨났단 말인가? 생물학자들이여, 사람이 만든 장치보다 더 정교하고 최적화되어 있는 공학기술들이 한 두 개도 아니고 모두 무작위적인 과정으로 우연히 생겨날 수 있다고 정말로 생각하는가?

번역 - 미디어위원회

링크 - http://crev.info/2014/05/life-shows-exquisite-engineering-and-optimization/

출처 - CEH, 2014. 5. 29.

울퉁불퉁한 전갈 외피의 비밀 딱따구리, 혈액응고, 분자모터를 모방한 생체모방공학

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