두더지는 스테레오로 냄새를 맡을 수 있다.
(Moles Can Smell in Stereo)
by Brian Thomas, Ph.D.
대부분의 사람들에게 '스테레오 사운드(stereo sound, 입체음향)'라는 말은 친근하지만, ‘스테레오 시각(stereo vision)’이라는 말은 친근하지 않다. 생물들이 입체적으로 듣고 보는 것은 땅 위에서 살아가는 데에 도움을 주고 있다. 그러나 두더지(moles)는 다른 장비를 가지고 있었다. 밴더빌트 대학(Vanderbilt University)의 생물학자 케네스 카타니아(Kenneth Catania)는 미국 동부의 장님 두더지가 ‘스테레오 후각(stereo smell)’을 갖고 있는지를 알아보기 위해서 세 가지 현명한 실험을 실시했다.
첫 번째 실험에서, 그는 반원의 바퀴살처럼 두더지의 중심 출입구로부터 바깥쪽으로 이어지는 여러 통로들을 가진 방을 만들었다. 그리고 통로의 한쪽 끝에 두더지가 좋아하는 지렁이를 놓아두었다. 각 통로들에 대해 먼저 두더지는 머리를 앞뒤로 움직이면서 냄새를 맡았고, 먹이를 향해 똑바로 이동했다. Nature Communications 지는 그 결과를 게재했다.[1]
두 번째 실험에서, 그는 두더지의 왼쪽 콧구멍을 막았다. 이것은 두더지의 추적 정확성을 지속적으로 왼쪽으로 왜곡되게 했다. 오른쪽 콧구멍을 막았을 때도 비슷한 결과를 나타냈다.
마지막 실험으로, 그는 두 콧구멍 안으로 튜브를 삽입했지만, 튜브를 교차시켰다. 그래서 각 콧구멍은 다른 콧구멍으로 들어오는 냄새에 노출되게 했다. 이것은 두더지를 완전히 혼란하게 만들었다. ”놀라운 일이었습니다. [두더지]는 5초 이내에 먹이를 발견했습니다. 그리고 거의 매번 먹이를 찾아 똑바로 나아갔습니다. 그들은 고도로 민감한 후각을 가지고 있었습니다.” 카타니아는 벤더빌트 연구 뉴스에서 말했다.[2]
스테레오 후각은 신경계가 각 콧구멍으로 들어오는 냄새의 강도 차이를 감지할 수 있는 경우에만 작동될 수 있다. 콧구멍 사이의 작은 거리를 고려해볼 때, 두더지가 가지고 있는 이 생물화학 탐지기의 정밀도와 소형화는 믿기 어려운 놀라운 수준의 것이었다.
인식하든 인식하지 못하든, 언제나 경이로운 설계 뒤에는 지적설계자의 향기를 느낄 수 있다. 그리고 이 장님 두더지는 확실히 설계의 향기를 발산하고 있는 것이다.
References
1.Catania, K. C. 2013. Stereo and serial sniffing guide navigation to an odour source in a mammal. Nature Communications. 4 (2).
2.Salisbury, D. Evidence moles can smell in stereo. Vanderbilt University news. Posted on news.vanderbilt.edu February 5, 3013, accessed February 12, 2013.
번역 - 미디어위원회
링크 - http://www.icr.org/article/7302/
출처 - ICR News, 2013. 2. 27.
계속되는 생체모방공학의 성공
: 반딧불이, 나무, 피부, DNA, 달팽이처럼 만들라.
(Make Like a Firefly)
David F. Coppedge
생체모방공학(biomimetics)은 ”나무처럼 만들라”라는 말에 새로운 의미를 더해주고 있다. 그렇다. 나무, 달팽이, 피부, DNA, 조직, 반딧불이처럼, 그리고 수천의 다른 생물들이 하고 있는 것처럼 물건을 만들라. 그러면 사람들의 삶이 풍요로워질 수 있다.
다음의 생물들이 가지고 있는 것들을 살펴보라 :
반딧불이 : 반딧불이(fireflies)에서 영감을 얻은 한 새로운 LED(light-emitting diode, 발광다이오드)는 55% 더 효율적이라고 PhysOrg (2013. 1. 8) 지는 보도했다. 연구팀의 리더는 ”지식과 영감의 새로운 원천을 탐구하면서, 자연세계의 위대한 다양성을 계속해서 개척해 나갈 것”이라고 말했다.
*참조 : Firefly lanterns inspire LED lenses
http://creation.com/firefly-lanterns-led-lenses몸에서 '빛' 뿜어 먹이 잡는 자체발광 심해어 (2017. 2. 14. 인사이트)
http://www.insight.co.kr/newsRead.php?ArtNo=93832어둠 속 빛의 생태계, '생물 발광' 능력 상상 초월 (2016. 3. 6. MBC)
https://www.youtube.com/watch?v=J3iloJp686k
피부 : 당신의 피부가 발전기(generator)의 설계에 영감을 줄 것이라고 어느 누가 생각을 했겠는가? MIT와 하버드 대학의 과학자들이 그 일을 해냈다. Science (2013. 1. 11) 지에서 그들은 ”물의 기울기로 움직여지는 생체 영감된 폴리머 합성 작동기와 발전기(Bio-Inspired Polymer Composite Actuator and Generator Driven by Water Gradients)”에 대하여 기술했다. 그들은 물로 작동되는 폴리머 필름을 설계해 왔는데, 그것은 ”27 메가파스칼(megapascals)로 수축응력을 만들 수 있고, 자신보다 380배 더 무거운 물건을 들 수 있으며, 10배나 더 무거운 짐을 운반할 수 있다”는 것이다. 그들은 ”동물 진피(dermis)의 네트워크 구조에서 영감을 받았는데, 거기에서 강인한 콜라겐 섬유는 튼튼하고 유연한 재료를 합성하는 엘라스틴 미세섬유의 탄성 네트워크를 강화시킨다”고 말했다.
조직 : Science Daily (2013. 1. 10) 지에 따르면 사람의 조직(tissue)은 조직 수선을 위한 3-D 비계(3-D scaffolds)의 제작에 영감을 주었다는 것이다. 한 국제적 병원 연구팀은 줄기세포(stem cells)를 필요한 부위에 위치시킬 수 있도록 하는 신축성 폴리머를 디자인 했다. Tissue Engineering 지에 게재된 그 논문의 요약 글은 ”간엽 줄기세포의 증식, 정렬, 그리고 근발생 분화를 위한 폴리(ɛ-Caprolactone) 필름의 단일축 늘림에 의한 생체 모방된 3차원의 비등방성 기하학”으로 표제를 달면서, ”여기에서, 우리는 줄기세포 정렬 제어를 실현하기 위해 생체흡수 필름에 비등방성 지형도를 통합한 단일축 확장을 통하여 간단하며, 용매제가 없는, 재생 가능한 새로운 방법을 야심차게 개발했다”고 밝혔다.
DNA : Science 지는 디지털 정보의 DNA 저장에 대한 새로운 기록을 보고했는데, DNA 1g 당 2.2 petabytes (1 petabyte는 1,000 terabyte 또는 백만 gigabyte 이다)의 정보를 저장할 수 있다는 것이다. ”성취된 저장 밀도에서, 1g의 DNA는 220만 기가바이트 정보를 또는 약 468,000개의 DVD를 저장할 수 있다”고 그 논문은 말했다. DNA를 ”완벽한 저장매체”로 부르면서, 닉 골드만(Nick Goldman)과 연구팀은 셰익스피어 작품 모두를 포함하여, 사진, 음성, 교재 등을 저장했다. 연구팀은 그것이 전기나 혹은 계속된 유지보수 없이도 수천 년 동안 안정적으로 유지될 것이라고 믿고 있었다. 연구팀은 또한 저장시킨 정보를 100% 완벽하게 복원시킬 수 있었다. BBC News, Nature News, PhysOrg 지를 보라. DVD ‘생명의 신비를 밝히다(Unlocking the Mystery of Life)’에서 케뇬(Dean Kenyon) 박사가 말했던 것처럼, 독자들은 자연이 먼저 안정적인 비주기적 분자를 이용하여 mm3 당 1 exabit (10^18 bits, 1,000 petabites)의 정보를 저장할 수 있었음에 주목해야할 것이다.
*참조 : 모든 영상물 한 컵의 DNA에 ‘쏙’ (2013. 1. 24. 경향신문)
https://m.khan.co.kr/article/201301242109185#c2b
전세계 모든 비디오 한컵 분량 DNA에 저장 (2013. 1. 24. ZUM 뉴스)
https://news.zum.com/articles/5332360?c=08
달팽이 : 달팽이(snails)는 이빨이 있을까? 있다. 키톤(chiton)이라 불리는 해양 달팽이는 이빨이 있다. 그리고 앞으로 태양전지 판은 달팽이에게 감사해야 할 것이다. Science Daily (2013. 1. 16) 지는 커다란 키톤의 이빨을 보여주면서, 그들의 치아 피부에 의한 ”태양전지와 리튬이온 배터리를 개선하기 위해 적은 비용과 더 효율적인 나노 크기의 재질”을 개발하고 있었다. 어떻게 그것이 가능할까? 글쎄, 이 해양 달팽이는 ”입속에 70-80개의 평행하게 줄지어 나있는 ‘치설(radula)’이라 불리는 긁는 구조를 이용하여 마치 컨베이어 벨트처럼 바위에 자라고 있는 조류를 먹는다. 앞이빨은 떨어져나가는 속도와 같은 속도로 가장 단단한 광물중 하나로 알려진 자철광(magnetite) 물질로 지속적으로 대체된다. UC 리버사이드 대학의 데이비드(David Kisalius)는 그것은 놀라운 일이라고 말하면서, ”차세대 공학적 산물과 재료를 디자인하기 위한 영감을 자연에서 얻고 있다”고 논문은 밝혔다. 그는 키톤이 이렇게 가장 효과적인 도구를 어떻게 상온에서 유용한 재료물질로부터 만들 수 있었는지를 보고 놀랐다. 그 과정을 분석한 그의 논문에는, 엔지니어가 동일한 원리를 적용한다면 ”상당히 낮은 온도에서(그것은 매우 낮은 저비용을 뜻한다) 나노크리스탈로부터 도구를 만들 수 있을 것”이라는 것이다.
*참조 : 태양 전지와 배터리를 개선하는 해양달팽이의 이빨
http://blog.naver.com/jopd64?Redirect=Log&logNo=10158541106
촉매제 : 세포들은 느린 화학반응을 환상적인 빠른 속도로 촉매시켜주는 ‘효소(enzymes)’라 불리는 분자기계들로 가득 차 있다. Science 지(2013. 1. 8)의 한 논문은 ”역으로 생체모방의 패러다임”을 보여주는 ”리엔지니어링 자연의 촉매제”에 대해서 논의하고 있었다. 즉 ”자연의 가장 다재다능한 생촉매제(biocatalysts) 하나의 기능을 변경시켜, 합성화학자들이 꿈꿔왔던 실행 가능한 형질변환을 이끌게 되었다”는 것이다. 실제로, 그것 역시 직접적인 생체모방공학인 것이다. 당신이 어떤 아이디어를 가지고 있다면, 자연이 어떻게 그것을 해결하는지를 바라보면 되는 것이다.
논문에서 저자는 ”이러한 목적을 성취했던 가장 성공적인 방법 중 하나는 지시된 진화(directed evolution)이다. 이러한 방법은 실험에 기초한, 자연 진화의 가속화된 버전(version)”이라고 주장했다.
연습 : 우리가 당신에게 말하기 전에, 마지막 문장에서 오류를 밝혀보라.
생체모방공학이라는 놀라운 분야는 빠르게 발전하고 있다. 이것은 오늘날 일어나고 있는 생체모방공학 혁명의 또 하나의 사례들이다. 다윈의 진화론 이후, 우연, 피흘림, 약육강식, 적자생존으로 묘사된 자연세계는 ‘눈먼 시계공(a blind watchmaker)’으로 의인화되었다. 그리고 이 눈먼 서투른 땜장이는 주변에 있는 부품들로 생존을 위협하는 문제들에 대한 어설픈 해결책을 강구해왔다는 것이었다. 그러나 생물들에서 보여지는 이러한 정교한 설계들을 보라. 그것들은 너무도 훌륭해서, 세계에서 가장 뛰어난 과학자들도 만들어낼 수 없는 것들이다. 새로운 관점에서 바라보는 자연은 경외심을 불러일으킨다. 전 세계적으로 생체모방공학 연구소들이 새롭게 생겨나고 있고, 학술지들은 최근의 새로운 발견들을 게재하기에 바쁘다.
과학자들은 식물이 상온에서 질소를 고정할 수 있음에 놀라고 있다. 도마뱀붙이(geckos)는 원자의 힘으로 유리를 기어오를 수 있으며, 잠자리는 초고속 컴퓨터보다 더 빠르게 시각 정보를 처리할 수 있다. 그러한 것들은 공학자들이 도달하고자 꿈꾸고 있는 것들이다. 오늘날은 ‘정보의 세기(Information Century)’이고, 정보는 지성으로부터 나온다. 진화론은 이 새로운 시대를 역행하는 족쇄이다. 실험실에서 이루어진 가속화된 선택이 자연선택과 같다는 주장은 완전히 잘못된 것이다. 그것은 정반대이다. 그것은 지적설계(intelligent design)인 것이다. 진화론자들은 마음속에 하나의 목적을 가지고 있다. 그리고 무작위적 실험 결과 중에서 자신들이 원하는 결과만을 선택한다. 자연 진화(Natural evolution)는 근시안적이고, 눈이 멀었고, 부주의한 것이다. 그것은 심지어 생존에 대해서도 무관심하다. 왜냐하면 그것은 아무 것도 신경쓰지 않기 때문이다. 따라서 '지시된 진화(directed evolution)”라는 말은 어마어마한 모순어법(oxymoron)인 것이다. 만약 세속의 과학자들이 정말로 지속가능한 기술로 더 좋은 세상을 만들기 원한다면, 아버지 다윈의 영정을 조용히 끌어내려야할 것이다.
*참조 : 생체모방공학
번역 - 문흥규
링크 - http://crev.info/2013/01/make-like-a-firefly/
출처 - CEH. 2013. 1. 24.
새들의 합창
(Carol of the Birds)
David F. Coppedge
새들이 당신을 행복하게 만들 수 있을까? 일부 과학자들은 그렇게 생각한다. 왜 그럴까?
자연 서식지에서 보이는 새들과 사람의 행복감 간에는 어떤 관련이 있는 것처럼 보인다고 Science Daily(2012. 12. 17) 지는 보도했다. 그것의 사실 여부는 새의 환경기능과 종류에 따라 달라질 수 있으나(말똥가리, 타조는 아마도 설경 속의 홍광조 만큼 높은 등급은 아닌 것 같다), 리딩 대학(University of Reading)의 나탈리 클락(Natalie Clark)은 그러한 관련을 확신하고 있었다 :
우리 대부분은 정다운 울새(robin)가 크리스마스 때에 정원을 방문해주거나, 연못에서 수영하는 오리들을 보는 것과 같은, 우리 주변에서 야생의 조류를 보는 것을 매일 즐기고 있다. 그러나 그들의 존재가 얼마나 소중하고, 그들이 우리의 전반적인 행복에 얼마나 기여하는지에 대해서는 거의 생각하지 못하고 있다.
그러한 생각은 열렬한 조류 관찰자 이상으로, 정원에서 새집이나 모이통을 설치하는 여러 사람들에 의해 강화되었다. 달콤한 새들의 노래, 그들의 눈에 보이는 아름다움, 그들의 놀라운 비행의 힘이 없다면, 세상은 메마른 곳이 될 것이다.
새들의 합창(Carol of the Birds)”이라는 제목의 여러 크리스마스 캐롤이 있었다. 가장 오래되고 잘 알려진 것은 아마도 전통적인 카타로니아 캐롤(Catalonian carol)로 그것의 가사는 HymnsAndCarolsOfChristmas.com에서 볼 수 있다. 종종 마음에 떠오르는 그 아름다운 멜로디는 유튜브에서 들을 수 있는데, 1992년 바르셀로나 올림픽의 폐막식 공연에서 연주된 것으로, 첼리스트 루이스 클라렛(Luis Claret)과 협연한 Victoria de Los Angeles의 노래이다.
Illustra Media를 전하는 작은 새의 지저귐은 2013년 봄에 출시될 새들의 경이로움에 대한다큐멘터리에서 듣게될 것이다. 만약 그것이 Illustra Media의 최근 DVD인 나비의 ‘변태(Metamorphosis)’와 같은 것이라면, 당신은 그것을 소장할 가치가 있다는 것을 알게 될 것이다.
번역 - 문흥규
링크 - http://crev.info/2012/12/carol-of-the-birds/
출처 - CEH, 2012. 12. 24.
개, 올빼미, 딱정벌레, 먹장어, 말미잘, 거미, 벌을 모방하라
: 생체모방공학은 우리의 삶을 증진시킬 것이다.
(Make Like a Dog, Owl, or Beetle
: How Biomimetics Will Improve Our Lives)
David F. Coppedge
의학 및 공학 분야에서 매우 획기적인 발전이 가까이 다가오고 있다. 최근 생체모방공학(biomimetics) 분야에서 일어나고 있는 14가지의 매우 고무적인 이야기를 소개한다.
개 바이러스로부터 인간 백신의 획기적 발전 : Medical Xpress(2012. 11. 27) 지는 당신이 강아지를 예뻐해야 할 또 다른 이유를 발표했다. ”흔한 개 바이러스(canine virus)가 사람의 치명적 질병들에 대한 새로운 백신 개발을 이끌 수 있다”고 표제는 시작하고 있었다. ”조지아 대학의 연구자들은 개에서 흔히 발견되는 바이러스가 차세대 인간 백신 개발의 혁신적인 토대로 기능할 것임을 발견했다”. 그 바이러스는 인체에서 질병을 일으키지 않기 때문에, 인간의 면역계에 도달되기 어려운 곳에 백신을 전달하는 벡터(운반체, vector)로 사용될 수 있다. ”이러한 시도는 백신의 희석이나, 약화 및 병원균의 사용이 불필요하기 때문에 백신의 완전한 노출을 보장할 뿐만 아니라 훨씬 더 안전하다”는 것이다.
올빼미처럼 무소음 비행 날개를 만들라 : Scinece Daily(2012. 11. 19) 지는 깃털을 펼치고 침묵의 비행을 하는 큰 올빼미(owls)의 아름다운 사진과 함께 멋있는 이야기를 전하고 있었다. 올빼미의 특별한 깃털은 소음을 감소시키고, ”무소음의 스텔스 사냥”을 가능하게 한다고 그 논문은 밝혔다. 그것이 바로 영국 캠브리지 대학의 연구자들이 올빼미의 날개구조를 보다 잘 이해하기위한 연구를 하는 이유이다. 올빼미의 날개 구조는 소음을 줄여서 기존의 항공기 설계에 응용할 수 있다는 것이다. 공항 근처에 살면서 비행기 소음으로 고통당했던 주민들이 기뻐할 소식이다. 놀랍게도, 이것에 관하여 알려진 것이 거의 없다는 것이다. ”어떻게 올빼미가 이 방음의 스텔스를 수행하는지는 누구도 모르고 있었다. 이러한 발견을 하게 된 동기는 올빼미 깃털과 비둘기 같은 시끄러운 새들의 깃털을 생리적으로 비교함으로서 이루어졌다”. 이것은 순수한 연구 동기를 부여하는 생체모방공학의 좋은 사례가 되고 있다. 비행기의 날개는 소용돌이 회오리 바람을 만들기 때문에 시끄럽다.
그러나 올빼미는 그들의 침묵비행 능력에 기여한다고 생각되는 세 가지 이상의 독특한 물리적 특성을 가지고 있다 : 날개의 전연(leading edge)을 따라 나있는 뻣뻣한 깃털 빗(a comb of stiff feathers), 날개 위의 부드러운 솜털 물질, 그리고 날개의 후연(trailing edge, 뒷전)의 유연한 술(flexible fringe) 등이다. 현재, 이것들이 단독으로 소음 감소의 근본 원인이 되는지, 혹은 조합으로 기여하는지는 모르는 상태이다.
*관련기사 : 올빼미 날개, 풍력발전 소음해결 열쇠 될까 (2017. 7. 18. 한국에너지)
https://www.koenergy.co.kr/news/articleView.html?idxno=91117
부엉이 깃털에 소음 억제 ‘스텔스’ 기능 장착 (2015. 8. 18. ScienceTimes)
올빼미과 조류 비행을 모사한 항공기 날개 소음 저감기술 개발(2017. 11. 4. 고려대학교)
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchReport.do?cn=TRKO201700009221
유용한 소음 : 소음(noise)이 실제로 기계를 움직이는 에너지가 될 수 있다는 것이다. Science Daily (2012. 11. 22) 지는 어떻게 세포의 분자 기계들이 열운동(thermal motion)의 소음을 유용한 일로 이용할 수 있는지에 관심을 가지고 있는 베를린 자유대학(Free University of Berlin) 연구팀을 소개했다. 만약 지적으로 설계되었다면, 무작위적 변동(fluctuations)은 귀찮은 것이 되지 않는다. ”이러한 소음은 에너지의 한 원천이며, 어떤 일을 수행하기 위해 소음을 활용하는 것은, 자연이 어떤 경우에서 가능할 수 있음을 보여주는 하나의 전형적인 사례가 되고 있다”. 어떤 일방향 톱니바퀴 장치(ratcheting device)의 설계로, 소음은 수소 분자로 하여금 수소보다 1천만 조(ten million trillion) 배 더 큰 질량의 지렛대를 움직이도록 만든다.
생분해되는 실크 스캐너 : 질병을 검사하기 위해 당신의 몸속에 이식될 수 있는 생분해성 실크로 만들어진 소형 거울을 상상해 보라. 그것은 인체에 무해하게 용해되어 없어지기 때문에, 더 이상의 관리가 필요 없다. Science Daily (2012. 11. 28) 지는 터프(Tufts) 대학의 연구결과를 보도하고 있었다. 그리고 그것이 놀라움의 전부가 아니다 : ”몸속에 이식 가능한 실크 광학 다기능 임무: 용해성 미세 거울은 이미지, 열처리, 약물 운반과 모니터링을 향상시킨다.” 여기에서 중요한 시사점은 ”그것이 환경친화적 일회용 사용이라는 것이며, 재흡수 장치는 종양과 같은 관심 있는 부분을 이미지화 할 수 있어서, 필요한 치료에 응용할 수 있고, 치료과정(진행사항)을 모니터링 할 수 있다”는 것이라고 한 연구자는 설명했다.
딱정벌레처럼 대기 중에서 물을 얻는 방법 : 대기로부터 물병에 물을 채우는 일이 가능할 수 있을까? 1년에 단지 13mm만 비가 내리는 매우 건조한 지역에 살고 있는 나미부 사막의 딱정벌레(beetles)는 이러한 비법을 수행할 수 있다. PhyOrg (2012. 11. 25) 지는, ”생체모방기술은 지속 가능한 기술에 대한 영감을 자연으로부터 얻는 것으로 정의되며, 한 젊은 벤처 기업이 나미브 사막의 딱정벌레를 모방하여, 저절로 물이 채워지는 물병 시제품을 만들어 생체모방기술의 대열에 합류했다”고 쓰고 있었다. 이것이 정말일까? 물을 채우는 데에 오랜 시간이 걸리는 것은 아닐까? 아니다. ”그 제품은 딱정벌레처럼, 공기로부터 물을 모아서 물병을 채울 수 있다”고 그들은 말했다. ”그들의 자가 충전 물병은 매시간 마다 3리터를 채울 수 있다고 말한다”. 그것은 사막에서 도보 여행자(hiker)에 필요한 물을 충분히 공급할 수 있을 것이다. 그 회사는 신기술에 대한 검증 절차에 들어갔는데, 오래잖아 시장에 나올 것으로 기대했다. 그것이 전부는 아니다. 그들은 다음과 같은 항목에서 전 세계 시장을 생각하고 있었다 : 가정용 제습기의 개량, 군사작전을 위한 휴대용 물, 식물 생장을 위한 온실의 수분 공급, 제 3세계 국가에서 식수 공급 등이다.
*관련기사 : 사막 공기에서 물을 짜내는 딱정벌레가 가뭄 해결한다? (2012. 6. 29. 동아사이언스)
https://www.dongascience.com/news.php?idx=-5498507
공기 중 수증기에서 물방울 모으는 방법 개발 / YTN 사이언스 (youtube 동영상)
https://www.youtube.com/watch?v=fl05ptYIG8Y
물고기 인도자 : 이것은 물고기에게 득이 되도록 물고기를 모방하는 생체모방공학의 한 새로운 방식이다. Science Daily (2012. 11. 20) 지는 소리를 내며 움직이는 제브라 물고기의 꼬리를 모방한 로봇 물고기에 관한 뉴욕 폴리텍 대학의 연구를 보도했다. 그들은 이 ”생체 영감된 로봇이 결국 위험에 빠진 살아있는 동물이나 해양생물을 안내할 수 있을지를 시험 중에 있다”는 것이다.
눈처럼 빠른 화면 : 당신의 눈이 얼마나 빠르게 밝음과 어두움 사이에서 적응할 수 있는지 생각해본 적이 있는가? 당신의 스마트폰이나 태블릿 화면이 계속 보일 수 있다면 좋지 않겠는가? Science Daily (2012. 11. 29) 지는 ”수학은 휴대폰과 태블릿 화면이 밝은 곳에서 그늘진 곳으로 이동될 때 눈의 적응 능력에 도움을 준다”고 말하고 있었다. 이것은 눈(eye)이 어떤 좋은 수학을 알고 있음을 암시하는 것처럼 보인다. 그 새로운 유동(흐름) 기술은 게임에서 보안까지 애플리케이션에 ”엄청난 혜택”을 제공할 수 있을 것이다. 워릭대학(University of Warwick)의 연구원들은 ”단순하게 태양이 구름 뒤에서 움직이는 것처럼, 현실 세계에서 유례없이 빠르게 변화하는 빛의 세기에 대처하는 우리 자신의 눈의 능력에 필적하는 HDR(High Dynamic Range) 비디오를 발전시켜 왔다.”
크리스마스에 우아한 먹장어 가운을 그녀에게 선물하라 : 구역질난다고 말하지 말라 : ”나일론, 케블라, 기타 합성직물은 옆으로 비켜라. 만약 새로운 과학적 연구가 완성되면, 미래에 사람들은 먹장어(hagfish)로 불리는 생물체에서 유래된 역겨운, 초강력 점액(super-strong slime)으로 만들어진 섬유제품의 스포츠 셔츠, 블라우스, 다른 의류 등을 입게 될 것이다”. 믿거나 말거나 이다. Science Daily (2012. 11. 28) 지는 ”미래의 천연직물의 모델로서 먹장어의 점액(Hagfish Slime)”을 소개하고 있었다. 분명 먹장어는 수초 안에 다량의 점액을 만들 수 있는데, 그것은 미래의 소재로써 거미줄과 경쟁하고 있다. ”그 점액은 수 만의 매우 강한 미세한 실들로 구성되어 있는데, 각각은 사람의 머리카락보다 100배나 더 얇다”고 그 논문은 밝혔다. 여자 친구는 그것이 어디에서 왔는지 알 필요가 없을 것이다.
*관련기사 : 먹장어 점액 바이오패브릭 개발(2017. 2. 6. 국제섬유신문)
http://www.itnk.co.kr/news/articleView.html?idxno=52159
‘끈끈이 그물’로 상어 퇴치, 먹장어 점액 무기의 비밀.
방출 직후 1만배 팽창, 실타래서 나온 실과 엉겨 포식자 질식 (2019. 1. 18. 한겨레)
https://www.hani.co.kr/arti/animalpeople/ecology_evolution/878971.html
제2의 피부 같은 직물 : 보호를 위해 피부보다 더 섬세한 것이 있을 수 있을까? 그것은 숨을 쉬고, 냉각되고, 습기를 흡수하거나 방출하여 조절한다. 아담과 이브 같은 사람을 위해 만들지 않았지만, 애머스트 대학과 다른 연구소의 연구자들은 의류계에 혜택을 줄 수 있는 ”제2의 피부(second skin)” 직물을 개발하고 있었다. PhysOrg 지는 그것이 미래의 군복에 크게 기여할 것이라고 말했다. 그것은 화학적 생물학적 인자들을 격퇴하는 나노튜브에 기초한 직물로써 안락함과 보호기능 모두를 제공할 수 있다는 것이다. 국방 예산으로 지원해야할 분야가 생겼다.
연구자들은 그 직물이 외부제어 시스템의 필요 없이 환경위협 하에 반응하여 고도 통기성의 상태에서 보호기능 상태로 가역적으로 전환할 수 있다고 말했다. 보호기능 상태에서, 그 균일한 소재는 좋은 통기성을 유지하면서 화학적 위협을 차단할 것이다. ”그러한 균질성은 환경에 반응하는 똑똑한 제2의 피부가 될 것 같다”고 프란체스코(Francesco Fornasiero)는 말했다.
말미잘을 이용한 곤충기피제 : 말미잘(sea anemones)이 곤충기피제(insect repellants) 개발에 영감을 줄 것이라고 어느 누가 생각했겠는가? 말미잘은 강력한 독소(toxin)를 만들어낸다고 벨기에의 과학자들의 조사결과를 Science Daily(2012. 11. 27) 지는 보도하고 있었다. 독소는 친구인가 혹은 적인가? 이러한 독소를 더 많이 이해하면 할수록, 그것은 적이 아닌 친구가 될 수 있다고, 연구의 공동 저자는 말했다. 그 논문은 가능한 유익함을 이렇게 설명했다. ”이러한 독소는 통증과 염증을 중재하는 이온 채널을 무력화시키기 때문에, 고통, 심장장애, 간질과 발작장애, 그리고 다발성 경화증과 같은 면역질환에 사용할 수 있는 약물 개발에 박차를 가할 수 있다”는 것이다.
*관련기사 : 홍합·말미잘·해조류…해양생물은 바이오·IT `신기술 보고`(2021. 10. 1. 매일경제)
https://www.mk.co.kr/news/it/10045417
거미집을 이용한 곤충기피제 : 곤충기피제로 재료 물질만이 이야기되고 있지만, 거미집(spider web)을 보여주는 것만으로도 곤충을 겁나게 하여 쫒아내기에 충분할 수 있다는 것이다. Live Science (2012. 11. 30) 지는 오하이오 마이애미 대학의 연구결과를 보도했는데, 연구자들은 거미줄이 그 지역에 자연적으로 생기지 않음에도, 거미줄이 곤충에 의해 탐지되었을 때, 현장에서 식물 피해가 상당히 감소됨을 발견했다. 자연 물질로도 곤충을 쫒아낼 수 있다면, 왜 사람들은 인공적으로 살충제를 합성하여 뿌려대는 것일까?
DNA 조립 이야기 : 크기(scale)를 늘려보자. 그것은 장난감 블록, 루빅 큐브, 또는 장난감 우주선처럼 보이지만, DNA로 만들어진 것이다. Science (2012. 11. 30) 지는 하버드대학 연구팀이 마음대로 여러 가지 형태로 정렬할 수 있는 DNA 단편 조각으로 만들어진 레고와 같은 구조물 그림을 보여주었다. 그 이유는 무엇일까? 아이들에게는 미안하지만, ”그 방법은 생물물리학, 의학, 나노전자공학에 응용 가능한, 초정밀 손님분자(guest molecules) 배치를 위한 접속가능 주형으로 기능할 수 있는 복잡한 자가 조립되는 (3D) 나노구조로 가는 새로운 길을 열었다”는 것이다.
벌침 의학 : ”꿀벌(honeybees)은 계속 우리를 놀라게 한다”고 PhysOrg (2012. 11. 27) 지의 논문은 시작하고 있었다. 이제, ”꿀벌의 침(봉침)은 천연마취제를 포함하고 있다”. 자연이 이미 생산하고 있는 것을 왜 다시 발명하려고 할까? 왜냐하면 벌침의 마취는 인간과 동물에 무독하기 때문이다. ”이 천연물질은 의학과 수의학에 수많은 적용 가능성이 있는 것처럼 보인다”.
딱정벌레가 주는 또 하나의 영감 : Sciene Daily (2012. 11. 29) 지는 테네시 대학의 연구자들이 물매암이(whirligig beetle) 딱정벌레를 모방하기를 원한다고 보도했다. 왜일까? ”그 종의 추진력 효율성은 동물계에 있는 측정된 추진력 발생장치 중에서 가장 효율적인 것 중 하나라고 문헌에서 주장되어 왔다”고 연구자는 말했다. 그 딱정벌레는 ”수륙양용 자동차와 로봇의 개발을 위한 에너지 효율성 추진 메커니즘의 개발에 영감”을 준다는 것이다. 그 딱정벌레의 비밀은 고속카메라가 세 쌍의 다리 각각이 서로 다른 기능을 한다는 것을 발견할 때까지 미스터리로 내려왔었다. 연구자인 장민정(Mingjung Zhang)은 ”나는 자연이 어떻게 이 작은 생물체에 이러한 일을 수행했는지 항상 놀라고 있다”고 말했다.
장의 연구팀은 공학 분야의 영감을 얻기 위해 자연을 살펴보고 있다. 물매암이 딱정벌레의 움직임을 연구함으로써, 그 팀은 자연의 원리를 수영하고 다이빙하는 생물 영감된 로봇에 응용하고 있는 중이다. 그는 2011년도에 수상한 '젊은 연구자 프로그램'을 통해 해군연구소를 위해 로봇을 디자인하고 있다. 그 상으로 그는 매년 170,000$을 지원받고 있다.
학생들은 보고 있는가? 로봇은 멋이 있을 뿐만 아니라, 생체모방공학을 통해 돈이 되고 있다.
생체모방공학이 과학 분야에서 가장 뜨거운 관심 분야로 대두되고 있음은 분명하다. 진화가 이러한 발전에 기여한 것이 어떤 것이라도 있는가? 전혀 없다. 그 이야기의 대부분은 진화라는 단어조차 사용하지 않았다. 언급을 했을 때라도, 특히 다윈주의와 같은 진화론은 이 이야기에서 전혀 중요하지 않은 것이었다. 여기에 DNA 레고에 관한 이야기에서 사용된 진화 단어의 예가 있다 : ”DNA 나노기술은 1980년대 씨이만(Seeman)의 주기적 DNA 격자와 생물전자 장치를 만들기위한 부동의 DNA 연결을 이용하는 선구자적 아이디어에서 진화되었다.” 두말할 필요도 없이 그것은 진화론이 아니다. 그것은 지적설계(intelligent design)인 것이다.
우리가 이러한 소식을 즐겨 보도하는 것처럼, 독자들이 좋은 과학의 이러한 진실된 사례들을 즐기시기를 희망한다. 생체모방공학은 진화론의 어두운 시대로부터 과학을 벗어나게 하며, 모든 사람에게 혜택이 돌아갈 수 있는 영감되고 흥미롭고 유용한 연구의 황금시대를 열고 있는 것이다. 과거에 그러했던 것처럼, 과학의 위대한 각성에 동기를 부여하고 격려하기 위해서 이러한 이야기들을 사용하라. 자연의 이해는 세상 사람들에게 유익을 주기 위한 것이다.
*참조 : 생체모방공학
번역 - 문흥규
링크 - http://crev.info/2012/11/how-biomimetics-will-improve-our-lives/
출처 - CEH, 2012. 11. 30.
어떻게 몇몇 곤충들은 독이 있는 식물을 먹을 수 있을까?
(How Some Insects Can Eat Poisonous Plants)
길가에 흔히 있는 금관화(milkweed) 식물의 잎은 사람과 대부분의 다른 생물에게 독성이 있다. 많은 다른 식물과 마찬가지로, 그 식물의 잎 조직은 자연 방어물질로서 카르데놀라이드(cardenolide)라는 독성물질을 가지고 있다.
그러나 많은 곤충들은 독이 있는 식물을 먹어도 죽지 않는다. 제왕나비(monarch butterfly)의 유충 또한 금관화 잎을 먹는다. 무엇이 그것을 가능하도록 했을까? 그리고 어떻게 그 곤충들은 그러한 특성을 처음에 얻게 되었을까?
몇 가지 답을 찾기 위해, 과학자들은 카르데놀라이드를 만드는 식물에 살고 있는 18종의 서로 다른 종류의 곤충들에 대한 유전학적 생화학적 연구를 심도 깊게 실시했다. PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) 지에 발표된 그들의 결과는 놀라운 것이었다.
저자들은 동물(곤충을 포함하여) 세포들이 늘 사용하는 한 단백질 펌프 위의 특별한 결합 주머니(binding pocket) 안으로 카르데놀라이드가 삽입됨으로써 손상이 일어난다고 쓰고 있었다. 일단 결합을 하면, 그 작은 화학물질은 펌프를 무력화시키고, 기능을 못하는 펌프는 세포를 손상시키기에 충분했던 것이다. 그러나 독성식물을 먹을 수 있는 생물들은 특정 돌연변이가 일어나 결합 주머니의 모양이 변경되었고, 그 결과 카르데놀라이드가 배출된다는 사실을 연구자들은 발견했다.
과학자들은 정밀한 실험을 통하여 18종의 곤충들 모두는 세포 펌프를 암호화하는 유전자의 111과 122번 위치가 변경되어 대치된 어떤 아미노산들을 가지고 있음을 발견했다. 변경은 이 유전자의 극히 적은 부위에서만 일어난 변경이었다. 대대적인 변경은 생물체의 중요한 효율성을 감소시키거나 중단시킬 것이지만, 그러한 매우 작은 변화에는 생물체가 견딜 수 있었던 것이다.
그러면 서로 다른 곤충들이 어떻게 모두 이 유전자의 정확한 위치에 일어난 DNA 염기 변화를 가지고 있는 것일까 ?
PNAS 지에서 연구 저자들은 그것을 '수렴진화(convergent evolution)'의 탓으로 돌리고 있었는데, 그 말은 동일한 유전적 치환이 3억년의 과정에 걸쳐 곤충 집단에서 우연히 '적어도 네 번'은 독립적으로 발생했다는 것이다[1]. 그러나 어떻게 그러한 일이 우연히 여러 번 일어날 수 있었는지에 대한, 그 어떠한 설명이나 이론도 그들은 제시하지 않았다.
수렴진화를 받아들인다 하더라도, 연구자들이 그것을 실제 발견할 수 없다면, 그것은 과학적으로 의미가 없는 것이다. 그리고 이들 과학자들이 주장하는 것처럼 수렴진화의 탓으로 돌리는 것은 정당한 이유 없이 문제를 회피하는 것이다. 바꾸어 말하면, 연구의 저자들은 어떻게 이 놀라운 특별한 DNA 차이가 발생했는가에 대한 모든 비진화론적 설명을 무시하고 있는 것이다.
아마도 DNA의 차이는 직접 창조된 차이이거나, 또는 창조 이후 어떤 시점에서 일어난 잘 설계된 세포시스템일 수 있다. 첫 번째 가능성은 과학적 실험으로 불가능한 것이다. 그것은 과거를 직접 조사할 수 없기 때문이다. 두 번째 가능성에 대해서 어떠한 과학적 실험도 입증하지 못했다. 그러나 수렴진화에 의해 발생했다는 것 또한 실험적으로 보여주지 못했다.
연구자들은 자신들의 명성을 위해 엄격한 연구를 수행했다. 그러나 어떠한 과학적 이유도 없이, 적어도 동일하게 타당할 수 있는 하나의 기원 가능성을 배제하고 있었던 것이다.
Reference
1. Dobler, S. et al. 2012. Community-wide convergent evolution in insect adaptation to toxic cardenolides by substitutions in the Na,K-ATPase. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (32): 13040-1304.
번역 - 문흥규
링크 - http://www.icr.org/article/7089/
출처 - ICR News, 2012. 10. 29.
구분 - 3
옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=5520
참고 : 5443|4066|4153|2365|2998|5372|5357|5253|5135|5000|4642|4545|4991|4917|4581|4569|4061
물총고기는 물리학을 이용해 곤충을 사냥한다.
(Archer Fish Amplifies Muscle with Physics)
David F. Coppedge
물을 쏘아 곤충을 잡는 물총고기(archer fish)의 강력한 분사 비밀이 마침내 발견되었다. 그것은 강력한 근육 때문이 아니었다.
물 밖 나뭇잎이나 가지에 있는 곤충에 물을 발사하는 물총고기는 물리학을 사용하고 있다고, PLoS ONE(2012. 10. 24) 지에 실린 한 논문은 보고하고 있었다. 물리학을 이용해 물 밖으로 발사된 물의 운동량을 증폭시킴으로써, 그 물고기는 자신의 근육이 내뿜을 수 있는 것보다 6배나 더 강한 타격을 가할 수 있었다. Nature News(2012. 10. 25) 지는 물총고기의 비디오를 게재해 놓고, 작동되는 원리를 설명하고 있었다 :
연구자들은 물고기의 입을 떠난 물의 첫 번째 부분은 2m/sec로 날아감을 발견했다. 그러나 물고기가 물을 계속 발사하면서, 물줄기의 후미 부분이 앞부분보다 속도가 빠르도록 조절한다. 따라서 목표지점에서 후미 부분의 물은 먼저 분사된 물의 앞부분에 합쳐져, 더 많은 물과 강한 운동량을 제공하게 된다. 그 결과 발사된 앞부분의 물은 증가된 타격을 가할 수 있게 되는 것이라고 논문의 저자는 설명했다.
바일라티(Vailati)와 연구팀은 이것이 잉크젯 프린터에서 사용하는 메커니즘과 비슷하다는 것을 발견했다. 생물모방공학(biomimetics) 분야에서, 프린터기 공학자들은 물총고기가 어떻게 그러한 일을 수행하고 있는지를 연구함으로써, 그들의 설계를 개량할 수도 있을 것이다.
Nature News 지는 논문 저자들의 진화론적 주장을 인용하고 있었다 :
”물총고기의 전략은 진화론적으로 영리했다. 물총고기는 기계적 에너지를 저장하는 고도의 전문적 내부기관을 갖추는 데 필요한 진화적 비용을 들이지 않고도 곤충 사냥을 가능하도록 진화했다.” 저자들은 쓰고 있었다.
또한 PhysOrg(2012. 10. 25) 지를 참조하라. Source: Vailati A, Zinnato L, Cerbino R (2012) How Archer Fish Achieve a Powerful Impact: Hydrodynamic Instability of a Pulsed Jet in Toxotes jaculatrix. PLoS ONE 7(10): e47867. doi:10.1371/journal.pone.0047867.
진화는 현명하지 않다. 진화는 발전 비용을 계산하지 못한다. 진화는 기계적 에너지를 저장하는 고도의 전문적 내부기관을 설계할 수 없다. 진화의 주 메커니즘은 생각도 없고, 뇌도 없고, 목적도 없고, 방향성도 없는, 무작위적인 돌연변이 아닌가? 다시 한번, 우리는 진화론이 1800년대의 흔적기관과 같은 종류의 이야기를 지적설계에 대해서 하고 있음을 보게 된다.
물총고기는 무디 과학연구소의 초기 영상물에서 지적설계의 한 사례로 제시됐던 생물이다. 그들은 근육을 사용하는 능력보다 훨씬 큰 능력들을 가지고 있다. 물총고기는 수면 아래에서 굴절 없이 대기 중 목표물을 정확하게 보고, 높이를 계산하고, 곤충을 떨어뜨리는데 필요한 에너지를 알고 있다. 이 모든 것들이 작동되어야만 이 물고기는 식사를 할 수 있다. 우연히 이러한 능력들을 발생시킨 돌연변이들이 모두 일어날 때까지, 얼마나 많은 물총고기들이 죽었을까? 현실을 직시하라. 이것은 지적설계를 가리킨다.
*참조 : 물총고기의 물 밖 곤충사냥 비밀 250년 만에 밝혀져 (2012. 10. 29. 한겨레)
http://ecotopia.hani.co.kr/61509
물총고기 사냥 능력은 물리학 덕분 (2012. 10. 25. 연합뉴스)
https://www.yna.co.kr/view/AKR20121025215200085
번역 - 미디어위원회
링크 - http://crev.info/2012/10/archer-fish-amplifies-muscle-with-physics/
출처 - CEH, 2012. 10. 25.
과학자들은 개미의 인터넷을 발견하였다.
(Scientists Discover the 'Anternet')
Brian Thomas Ph.D
개미는 전 세계에 분포하며 살아가는 것으로 보인다. 개미들이 군집을 이루며 성공적으로 살아가는 데에는 많은 일하는 개미들의 타고난 능력에 의존한다. 수확개미(harvester ants)의 능력 중 하나는 먹이를 찾는 빈도수를 제어하는 알고리즘(algorithm)에 의존하고 있다는 것이다. 그것은 인터넷 데이터 관리 알고리즘과 유사하게 작동되고 있었다.
수확개미들은 씨앗들을 찾아 나서고, 각 개미들은 한 번에 하나의 씨앗을 운반하여 집으로 돌아온다. 만약 너무 많은 개미들이 씨앗을 운반해온다면, 개미의 자원은 낭비될 것이고, 개미집은 과도한 먹이로 비좁아질 것이며, 먹이의 과잉저장 문제가 발생할 것이다. 그것은 개미들에게 재난이 될 수 있다. 반대로 충분한 먹이 확보에 실패한다면, 개미들은 굶게 될 것이다. 그렇다면 어떻게 개미들은 이 중요한 문제를 정확하게 조절할 수 있는 것일까? 연구자들은 수확개미가 중앙행정기관 없이 이 일을 수행하는 방법에 대해 궁금해 했다.
답은 각각의 개미들이 이 상황을 이해하고 먹이를 운반한다는 것이다. 생물학자들은 수확개미들을 실험했는데, 많은 수의 개미들이 먹이를 찾아 집을 떠났을 때, 개미는 그것을 알고 먹이를 가지고 천천히 집으로 돌아간다는 것을 발견했다. 또한, 많은 수의 개미들이 먹이를 가져와 저장고가 빠르게 채워지면, 적은 수의 개미들이 먹이를 찾아 떠난다는 것을 알게 되었다.
이제 스탠포드 대학의 생물학자와 공학자들이 협력하여, 일반적으로 웹 트래픽(web traffic)과 데이터 스트림(data streams) 조절에 흔히 사용되는 알고리즘과 수확개미가 수확 트래픽을 조절하기 위해 사용하는 알고리즘이 일치하는지를 조사해보았다. 그리고 그 결과를 온라인 저널 PLoS Computational Biology 지에 발표했다.[1]
그들은 개미 뇌에 있는 알고리즘은 네 개의 변수를 사용하는 것으로 판단했다. 하나는 먹이를 찾아나가는 개미의 비율이고, 다른 하나는 되돌아올 개미와 함께 증가될 먹이의 량, 또 다른 하나는 그 비율로 이한 먹이 탐색 개미 수의 감소량을 기술하고 있었다. 연구의 저자들은 이들 매개변수들을 사용하여 두 공식을 만들었다 :
개미들이 이토록 똑똑할 줄 누가 알았겠는가?
물론, 수확개미들은 더 많은 것을 알고 있다. 예를 들어, 그들은 먹이를 찾아 나설 때 어떤 온도 범위가 건강에 해롭지 않은지 알고 있다. 개미들은 그들이 살아가는 미국 서부 사막의 매운 뜨거운 시기에 대해서 잘 알고 있다. 태양이 내리 쬐는 날은 수확개미들은 보통 오전 11시 이전에 일을 끝낸다. 그리고 온도가 118-125°F까지 떨어져야 다시 시작한다.[2] 이것은 개미 내부에 온도계가 있으며, 그 온도계는 행동결정 센터와 연결되어 있음을 의미한다.
분명히 개미는 학교에 다니지 않았고, 수학을 배우지 못했다. 따라서 개미들은 그들의 지혜를 외부 근원으로부터 주입받았음에 틀림없는 것이다.[3]
References
1. Prabhakar, B., K. N. Dektar, and D. M. Gordon. The Regulation of Ant Colony Foraging Activity without Spatial Information. PLoS Computational Biology. 8 (8): e1002670.
2. Moody, J.V. and D.E. Foster. 1979. Notes on the Bionomics and Nest Structure of Pogonomyrmex maricopa(Hymenoptera: Formicidae). In Genoways, H.H. and R.J. Baker, eds. 1979. National Park Service Proceedings and Transactions Series. Biological Investigations in the Guadalupe Mountains National Park, Texas. 4: 115-121.
3. Thomas, B. Ant Algorithms Argue against Evolutionary Origins. ICR News. Posted on icr.org, February 17, 2009, accessed September 5, 2012.
*참조 : 英서 개미 1천마리에 전자태그 부착 (2012. 9. 3. 연합뉴스)
http://www.yonhapnews.co.kr/economy/2012/09/03/0303000000AKR20120903098600009.HTML?template=5566
사막 개미의 길찾기 비결…알고보니 ‘생체 나침반’ (2018. 5. 1. 나우뉴스)
http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20180501601005&wlog_tag3=naver
번역 - 미디어위원회
링크 - http://www.icr.org/article/7052/
출처 - ICR News, 2012. 9. 14.
해파리를 만드는데 필요한 것은?
(What Does It Take to Make a Jellyfish?)
by Brian Thomas, Ph.D.
해파리(jellyfish)들은 대부분 투명하다. 그들은 단순하게 움직이며, 상호작용하는 적은 수의 기관을 가지고 있는 것처럼 보인다. 그러므로 그들은 인공 부품으로 쉽게 만들어질 수 있을 것처럼 보인다. 그러나 최근 생체공학자들이 해파리를 모방하여 쥐의 심장 세포가 부착된 실리콘 프레임을 만들려고 했을 때 그렇지 않음이 발견됐다.
미국의 한 연구팀은 외부 전기 충격에 의해서 작동되는, 물탱크에서 해파리처럼 수축하고 이동하는 구조물을 만들었다. Nature News는 움직이는 그들의 구조를 보여주는 동영상을 올려놓았다.[1] 연구팀이 적절한 결과를 얻기 위해서 극복한 장애물은 무엇이었는가?
Nature Biotechnology 지에 게재된 논문에 따르면, ”생체공학자들은 근육 펌프를 모방하기 위한 체계적인 설계 전략을 사용하였다. 그들은 또한 ‘해파리 모양체(medusoids)’라는 이름의 그 구조물이 구조적 설계, 타격 운동학, 유체 상호작용의 정량적인 모방에 의해서, 해파리의 추진력 및 먹이 성능의 주요 결정 요소들과 일치하도록 컴퓨터 시뮬레이션과 실험을 실시 설계하였다.”[2]
결국 과학자들은 해파리가 그렇게 단순하지 않음을 발견했다는 것이다. 사람에 의해서 고도로 설계된 인공 해파리 모양체도 살아있는 해파리에 비해서 훨씬 열등하였다. ABC News 지는 썼다. ”예를 들어, 과학자들이 만들어낸 인공 해파리는 실제 해파리보다 훨씬 단순했다. 살아있는 해파리는 물을 조종하며 나아갈 수 있다. 그러나 인공 해파리 모양체는 단지 똑바로만 나아간다.”[3] 그리고 어떠한 생체공학자라도 스스로 수선하며, 번식하는 해파리 모양의 구조물을 만들어내지 못할 것이다.
이것이 시사하는 점은 분명하다. 사람이 만든 해파리 모양체보다 진짜 해파리를 설계하기 위해서는 훨씬 더 탁월한 지혜가 필요하다는 것이다. 살아있는 해파리가 무작위적인 복제 오류인 돌연변이들에 의해서 우연히 생겨날 수 있었을까?
References
1. Yong, E. Artificial jellyfish built from rat cells. Nature News. Posted on nature.com July 22, 2012, accessed July 26, 2012.
2. Nawroth, J. et al. A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion. Nature Biotechnology. Published online before print July 22, 2012.
3. Potter, N. Artificial Jellyfish, 'Medusoid,' Made From Rat Heart Cells.ABC News. Posted on abcnews.go.com July 23, 2012, accessed July 26, 2012.
번역 - 미디어위원회
링크 - http://www.icr.org/article/6948/
출처 - ICR News, 2012. 8. 10.
연어에서 발견된 정교한 나침반 세포
(Salmon Use Sophisticated Compass Cells)
by Brian Thomas, Ph.D.
연어(salmon)는 크고 넓은 바다에서 수백 마일 멀리 떨어져 있는, 자기가 태어난 작은 강을 어떻게 찾아가는 것일까? 이전 연구에 의하면, 연어는 그들의 코에 특정 화학물질을 감지할 수 있는 화학수용기 세포(chemoreceptor cells)가 있어서 항해 시에 후각을 사용하는 것이 밝혀졌다. 다른 연구는 연어와 다른 동물들은 또한 내부 나침반(internal compass)을 사용하는 것을 밝혀냈다. 연구자들은 마침내 그것을 발견했던 것이다.
연어의 나침반은 너무도 작기 때문에, 발견하기 어려운 일이었다. 개별 세포들은 휴대용 나침반에서 사용되는 것과 동일한 광물인, 미세한 자철광 결정(magnetite crystals) 덩어리를 포함하고 있었다. 과학자들은 연어 코의 조직 세포에서 그것을 분리했고, 현미경으로 관찰했다. 조직 주변에 큰 자기장의 회전은 동시에 자기세포(magnetic cells)의 회전을 일으켰다. 그들은 PNAS 지에서 썼다. ”그 세포는 외부 자기장의 구동 주파수와 동일한 주파수에서 회전되는 것이 관측되었다.”[1]
분명히, 자철광 함유 세포의 주변 세포는 회전 데이터의 각도를 감지해서, 연어의 뇌로 연결된 감각신경에게 전송한다. 뇌는 화학물질, 자기장, 다른 정보들을 종합하여, 성공적으로 고향을 찾아가는 항해를 할 수 있도록 해준다.
덧붙여서, 연어의 비강 조직세포 10,000개 중 단지 하나가 자철광을 함유하는 자기수용체(magnetoreceptors) 였다. 연구의 수석 저자인, 뮌헨에 루드비히 막시밀리언 대학(Ludwig-Maximilians-University)의 마이클 빈크로퍼(Michael Winklhofer)는 Live Science 지에서 말했다. ”만약 망막에 있는 광수용체 세포(photoreceptor cells)처럼, 또는 내이에 있는 유모세포(hair cells)처럼, 그 세포들이 가까이에 근접해있다면, 그들은 서로 강하게 간섭할 것이다. 왜냐하면 그들의 내부 나침반 바늘은 국소적으로 강한 자기장을 만들어내어, 이웃한 자기 세포들에 영향을 끼칠 것이기 때문이다. 그러한 근접성은 자기력 감지 능력을 떨어뜨릴 것이다.”[2] 이 탁월한 미세 나침반 세포들이 연어에서와 같이 주변 세포들 사이에 위치하는 것처럼 배치되어 있지 않았다면, 작동되지 않았을 것이다!
회전하는 바늘과 함께 모든 부품들이 우연히 생겨나고, 완전히 기능을 하는 하나의 나침반이 우연히 정렬 조립되어 생겨날 수 있을까? 노스 캐롤라이나 대학의 생물학자이며 동물 자기장 행동의 전문가는 Live Science 지에서 말했다. ”다른 동물(비둘기, 철새, 거북이, 박쥐 등)들도 역시 나침반에 의한 자기장 정보로 항해하는 것으로 나타나기 때문에, 그들도 연어와 유사한 내부 나침반을 가지고 있음에 틀림없다.” 그러므로 그는 자기수용체와 같은 것이 독립적으로 각기 여러 번 진화했을 수 있다고 제안하고 있었다.
그러나 이에 대한 증거는 없다. 그것은 언제나처럼 진화론이라는 기존의 믿음체계에 기초한 주장이다. 나침반이 진화했다는 주장은 나침반 기능을 정지시킴 없이 핵심적인 나침반 부품들이 결여되거나 수정될 수 없다는 사실을 무시하는 것이다. 진화론은 우연한 돌연변이들이 축적되어 기능을 하는 하나의 기관이 생겨났다고 주장한다. 그러나 하나의 부품이라도 부족하다면, 기능을 할 수 없다. 이것은 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성’으로 알려져 있다. 자철광 결정, 자기수용체 세포, 자기수용체 세포의 배치, 자기장 정보를 뇌로 전송하는 수단 등 모든 나침반 부품들이 동시에 모두 존재해야만 했다. 그리고 이러한 초정밀 나침반 부품들과 조립을 이끈 기가 막힌 우연한 돌연변이들이 여러 동물들에서 독립적으로 여러 번 일어날 수 있었을까? 연어의 고도로 정밀한 초미세 나침반은 초월적 지성의 설계자에 의해서 창조되었음을 가리키는 것이다.
References
1. Eder, S. et al. Magnetic characterization of isolated candidate vertebrate magnetoreceptor cells. Proceedings of the National Academy of Sciences. Published online before print on pnas.org July 9, 2012.
2. Wolchover, N. Likely Source of Animals' Magnetic Sense Identified. Live Science. Posted on livescience.com July 9, 2012, accessed July 17, 2012.
*관련기사 : 연어, 지구자기장을 나침반 삼아 태어난 고향 찾는다 (2013. 2. 8. 조선일보)
https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2013/02/07/2013020702684.html
나침반 들고 다니려면 불편하지 않니? (2008. 10. 3. 한겨레)
https://www.hani.co.kr/arti/PRINT/313909.html
"무지개송어 주둥이엔 천연나침반 달려있다" (1997. 12. 30. 조선일보)
https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/1997/12/30/1997123070359.html
지구 자기장 GPS로 고향가는 연어...민물 가둬도 능력 이어져 (2018. 10. 10. 중앙일보)
https://www.joongang.co.kr/article/23032688#home
물고기 코에 들어 있는 자석 (2022. 8. 29. 중앙일보)
https://www.joongang.co.kr/article/25097682#home
번역 - 미디어위원회
링크 - http://www.icr.org/article/6930/
출처 - ICR News, 2012. 7. 30.
차세대 리더는 식물과 동물이다!
: 연꽃 잎, 나비 날개, 전자 코, 거미줄, 오징어 모방 옷
(Follow the Leader: Plants and Animals)
David F. Coppedge
공학적 문제에 대한 해결책이 필요한가? 당신 주위의 식물과 동물을 살펴보면 될 것이다. 그것이 바로 점점 더 많은 과학자들이 하고 있는 일이다.
효과적인 물의 제거 : 연꽃 잎(lotus leaves)과 도마뱀붙이 발가락(gecko toes)은 매우 효과적으로 물을 떨어내기 때문에, 깨끗하고 건조한 상태를 늘 유지한다. 그들은 나노미터 크기의 구조를 지니고 이것을 수행한다. BBC News(2012. 4. 26)는 호주의 화학연구 팀이 연꽃 잎과 도마뱀붙이 발을 모방해서 어떻게 '물에 젖지 않는' 초소수성 표면(super-hydrophobic surface)을 만들 수 있었는지를 보도하고 있었다. 짧은 비디오 클립은 어떻게 물이 표면에서 구슬처럼 떨어지는 지를 보여주고 있다. 이 기술은 성능 좋은 우의(raincoat)와 스스로 세탁되는 직물의 제조를 이끌 수 있을 것이다.
나비의 청색날개의 모방 : Nature News(2012. 5. 2)는 한국의 연구팀이 몰포나비(Morpho butterfly) 날개의 미세구조를 성공적으로 모방하여, 곤충이 날아갈 때 여러 각도에서 볼 수 있는 동일하게 빛나는 청색을 만들 수 있었다고 보도했다. 그 나비는 규칙적 간격의 마루(ridges)와 임의성을 조합하여 사용하고 있었다 : ”그 마루의 촘촘한 반-임의적인(semi-random) 배열은 나비의 날개가 광범위한 시야 각도에 걸쳐서 밝게 보이도록 한다”는 것이다. 한국의 연구팀은 ”실리카 마이크로스피어(silica microspheres)를 표면에 침전시키고, 다음에 그 위로 이산화티타늄(titanium dioxide)과 이산화규소(silicon dioxide)의 분무 층을 만들었다. 그 결과 필름(film)은....균일한 청색을 만들어내는 규칙성과 무질서의 적절한 혼합을 가지게 되었다”고 Nature 지는 밝혔다.
전자 코 : 미국 물리학 연구소(American Institute of Physics)의 연구 결과에 의하면 전자 코(electronic nose)의 실현이 가까워 오고 있다. 그들은 전기를 전도하는 탄소 나노튜브(nanotubes)에서 특정 화학물질에 반응하도록 DNA 분자를 특별히 설계하여 위치시켰다. PhysOrg (2012. 5. 2) 지는 ”연구자들의 다음 관심은 후각수용체로서 동일한 역할을 수행하는 많은 개개의 DNA에 기초한 센서들로 구성된 실제적 전자 코와 유사한 것을 만드는 것”이라고 말했다. 생물학적 코에서는 다양한 화학물질들이 (암호를 통해 입력신호들이 확장 압축되어) 단일 회로에 의해 분화될 수 있다. 전자 코는 1:1 형식의 신호를 사용하는 것으로 나타났다.
스파이더맨 : 정원의 거미(spiders)가 만들어내는 드레그라인 거미줄(dragline silk, 그물망을 지지대에 묶는 거미줄)은 그것을 정말로 모방하고 싶어하는 과학자들을 계속 당황시키는 재료가 되고 있다. 문제는 그 거미줄의 약 10%는 질서정연하고, 90%는 무질서하기 때문이다. 아르곤 국립연구소(Argonne National Lab)의 연구원들은 단서를 찾기 위해 그 무질서한 부분을 조사하였고, ”거미줄의 미스터리를 해결했다”고 PhysOrg(2012. 5. 3) 지는 보도했다. 한 연구자는 그 거미줄의 ”무정형 부분은 매우 복잡한 단백질들로 구성되어 있었다”고 말했다. 또 다른 연구자는 ”실크를 만들 때, 인간은 그 재료의 질적인 측면에서 자연보다 훨씬 뒤떨어져 있다”고 밝혔다. 거미 실크의 미스터리를 해결함으로써, 신축성과 강도를 지닌 놀라운 신제품을 시장에 내놓을 수 있을 것이라는 것이다. 다른 연구팀은 또 다른 ‘이상적인’ 재료를 얻기 위해 누에(silkworms)를 연구하고 있다고 PhysOrg(2012. 5. 3) 지는 밝혔다. 그 장점을 생각해 보자 : ”거미와 곤충에 의해 만들어지는 자연의 실크는 온화한 조건 하에서 만들어진다. 일상적인 온도, 일상적인 압력, 용매로서 물의 이용 등이다. 이것은 확실히 미래의 섬유를 디자인하고 만들 때, 우리가 반드시 모방해야하는 것이다.”
오징어를 모방한 옷 : 색깔이 빠르게 변하는 옷을 입는다면 멋지지 않을까? 오징어, 문어, 갑오징어는 이러한 기술을 쉽게 사용하고 있다. 브리스톨 대학(University of Bristol)의 엔지니어들은 ‘그것을 만들고 있다’고 Science Daily(2012. 5. 2) 지는 보도했다. 그들은 오징어와 제브라피시(zebrafish)처럼 놀라운 위장술을 가진 동물들을 모방하여, 스위치로 색깔이 변환될 수 있는 인공근육을 만들었다는 것이다. 오징어와 제브라피시에 있는 색소체(chromatophores)를 모방하여, 연구팀은 전기회로에 연결된 폴리머로 구성된 인공 옷을 개발했다. 이것은 자연의 위장술을 흉내낼 수 있는 ”현명한 옷'을 만들어서, 미래의 언젠가는 군인들이 변화하는 환경 속으로 보이지 않게 할 수도 있다는 것이다. 연구팀의 리더인 조나단 로시터(Jonathan Rossiter)는 ”우리는 자연의 디자인으로부터 영감을 얻어, 동일하게 시각적 효과를 인상적으로 변환시킬 수 있는 인공근육을 개발하고 있다”고 말했다.
철로 위를 걷기 : 영국의 과학자들은 미세소관(microtubules)을 따라 짐을 운반하는 세포내 분자기계로부터 영감을 받아, 분자선로와 그것을 따라 움직일 수 있는 두 다리의 '보행보조기” 분자를 개발해 왔다. ”그것은 실제 기계와 비교하면 막대기 모양으로 어색합니다. 그러나 이제부터 시작입니다”라고 PhysOrg(2012. 4. 27) 지는 보도하고 있었다.
만약 과학자들이 지적설계(intelligent design)를 사용하여 생물에 들어있는 것을 모방한 물질과 기계들을 만들어냈다면, 인공적인 것보다 뛰어난 생물의 기관과 구조들이 어떻게 지적이지도 않고, 목적도 없고, 방향도 없는, 지시되지 않은, 무작위적인 과정들에 의해서, 우연히 어쩌다 생겨날 수 있었겠는가? 대신에 그것들은 지적설계의 산물이라고 추론하는 것은 합리적이지 않겠는가?
이들 논문의 어디에도 진화에 대한 어떠한 언급도 없었다. 이것은 급격히 발전하는 생체모방공학(biomimetics) 분야에서 진화론은 쓸모가 없는 것임을 다시 한번 보여주고 있었다. 다윈의 ‘만물 우연의 법칙’이 인류에 공헌한 것이 있다고 말할 수 있는 사람이 누가 있겠는가?
*참조 : 생체모방공학
번역 - 문흥규
링크 - http://crev.info/2012/05/follow-the-leader-plants-and-animals/
출처 - CEH, 2012. 5. 7.
