강 아래 강 Rio Abajo Rio

육상에서 가장 키 큰 동물은? 누구나 쉽게 짐작하다시피 기린이다. 기린은 어느 동물보다도 월등히 크다. 아마도 공룡 이래로 가장 키 큰 동물의 지위를 계속 유지해 왔다. 기린은 새끼 때에도 타 동물 보다 역시 키가 훨씬 크다. 그래서 기린이 분만 할 때 보면 그 긴 새끼 목이 마치 떡 기계에서 가래 떡 뽑아 나오듯 스르륵 하고 서서히 빠져나오는 걸 볼 수 있다. 대부분의 동물들은 머리가 그저 툭하니 빠져 나온다.

이처럼 긴 목을 가진 기린은 여러 가지 용도로 목을 사용한다. 높은 곳에 있는 나뭇잎을 따 먹을 때 편리하게 이용하기도 하고, 짝짓기를 위한 절대절명의 순간에도 목은 중요한 역할을 한다. 기린은 일부다처제의 습성을 지녔는데 암컷을 차지하기 위한 수컷들의 싸움은 격렬해서 때론 다투다가 한쪽이 죽기도 한다. 이때 그들이 목을 번갈아 부딪치는 싸움을 ‘넥킹(necking)’이라고 한다.

사실 기린은 독특한 신체 구조 때문에 화를 내고 싶어도 절대 내서는 안 되는 동물이기도 하다. 사람들도 고혈압이 생기면 화를 죽이고 살아야 하듯 기린은 선천적으로 고혈압 환자라는 기구한 운명을 타고났다. 기린은 키가 5m가 넘고, 심장에서 머리까지 3m나 된다. 강한 압력으로 심장에서 머리로 혈액을 뿜어주는 것이다. 기린의 혈압은 160~260mmHg로 사람의 두 배나 된다. 이토록 혈압이 높게 유지되려면 가장 강해야 할 것은 물론 심장이다. 그래서 심장의 근육도 두껍고 심장 크기 또한 몸의 비율에 비해 크다. 11㎏에 달하는 기린의 거대한 심장은 강한 힘으로 펌프 운동을 하고, 뇌로 혈액을 급속히 올려 보낸다.

기린의 혈관계에는 다른 동물에서 찾아 볼 수 없는 혈압조절계라는 특수조직이 있다. 만일 이것이 없다면 기린은 물조차 마시지 못한다. 목을 숙이면 기린의 머리로 다량의 피가 몰리게 되는데, 특수조직이 조절해 주지 않으면 일시적으로 몰린 피가 뇌의 모세혈관을 전반적으로 파괴시켜 바로 뇌출혈로 사망하게 된다. 그래서 조물주는 기린에게 ‘원더네트(wonder net)’ 와 ‘정맥판’이라는 놀라운 특수혈관조직을 선물로 주었다.

원더네트는 목과 머리 사이에 동맥피와 정맥피가 얽혀있는 모세혈관 다발로 되어있다. 이 원더네트는 마치 역의 개찰구처럼 피의 뇌 입·출입을 조절한다. 심장에서 오는 동맥피는 이곳을 거쳐야 뇌로 들어갈 수 있다. 이곳을 거치는 동안 높은 혈압의 피는 정상적인 혈압으로 완충이 되어 뇌로 들어간다. 목 정맥은 정맥판을 작동시켜 뇌로 정맥피가 역류되는 것을 방지한다.

기린뿐만 아니라 펭귄도 원더네트가 있어서 극지방에서 추위를 견디는 것이 가능하다. 원더네트를 거치면서 심장으로부터 오는 따뜻한 동맥피는 적당히 차가워지고 발끝에서 올라오는 정맥피는 적당히 따뜻해진다. 발바닥 온도는 몸보다 낮은 수준에서 얼지 않을 만큼 적당한 수준을 유지하는 것이다.

특수조직이 무리하게 사용되지 않도록 기린도 목을 숙일 때 스스로 다리를 벌려 몸을 최대한 낮추어 목에 걸리는 부하를 경감시키려 노력한다. 그리고 이런 여러 가지 장치들은 가동시키는 데 준비시간이 필요하다. 그 시간 동안 포식자의 습격을 피하기 위해 기린은 물을 마실 때 항상 몇몇씩 모여 교대로 마신다. 그리고 물을 한꺼번에 많이 마신 다음 오랫동안 마시질 않는다. 몸의 수분을 최대한 아끼기 위해 오줌도 굉장히 농축시켜서 내보내고 똥도 마치 토끼 똥처럼 둥글둥글 구슬모양으로 ‘후드득’ 하고 항문에서 말 그대로 쏟아져 내린다.

이 밖에도 기린은 흥미로운 점이 많은 동물이다. 다른 동물과는 성대가 달라 소리를 못 낸다고 하지만 확실하지 않으며, 초음파를 보낸다는 설도 있다. 기린은 툴툴거리는 듯한 소리를 낼 수 있으나 매우 조용한 동물이라서 목소리를 내는 경우가 워낙 드물다.

또한, 기린에서 빼놓을 수 없는 중요한 기관 중 하나가 바로 40cm가 넘는 혀이다. 혀의 앞부분은 검고 뒷부분은 빨갛다. 검은 부분은 단단한 조직으로 되어 있어 가시가 달린 가지도 문제없이 감아 올 수 있다. 기린의 뿔은 보통 높게 솟은 두개만 보이지만 피부 위에 솟은 돌기를 모두 뿔이라고 본다면 코 위에도 뿔이 하나 있고 귀 뒤에도 각각 하나씩의 뿔이 있어 모두 5개를 가진 셈이 된다. 기린의 뿔은 별다른 기능은 없다. 다른 동물을 헤치기 위해서라면 뿔이 날카롭고 크겠지만 기린의 뿔은 작고 뿔에 살이 돋아나 있어서 싸우는 용도로도 적당치 않다.

기린은 큰 키 때문에 초원의 초식동물들에게 거의 맏형이나 같은 존재이다. 기린 주변에 여러 초식동물들이 모여 사는데 그들은 기린이 뛰면 앞뒤 안 가리고 무조건 달린다. 그건 틀림없이 위험한 동물이나 물건이 반경 2km안에 있다는 증거이기 때문이다. 기린도 위기에 몰리면 긴 다리를 이용해 주로 앞발공격을 한다. 그 발차기에 제대로 걸리면 아무리 사자라도 견딜 수 없다.

기린은 걷는 모양 역시 특이하다. 다른 동물들은 앞발이 나가면 반대쪽 뒷발이 동시에 나가는 지그재그 방식인데, 기린은 한쪽 다리가 일시에 이동하고 나서 이번에 반대쪽 다리가 이동한다. 예를 들면 왼쪽 앞·뒷다리가 동시에 이동한 다음에 오른쪽 앞·뒷다리가 동시에 이동하는 것이다. 뛸 때는 또 다르다. 앞쪽다리가 동시에 이동하고 그 다음에 뒤쪽다리가 동시에 이동한다. 기린은 참 알면 알수록 특이한 동물이다.

더구나 초원의 마지막 수호자로 불리는 기린은 자연 파괴의 ‘바로미터’가 된다. 기린이 살 수 없는 자연은 더 이상 자연이 아닐 것이다.

글 : 최종욱 광주우치동물원수의사

‘이제 업그레이드는 끝났다. 당신의 눈을 업그레이드 시켜라!’라고 외치는 영화 아이언맨이 적잖은 흥행을 올리면서 아이언맨의 갑옷 또한 세간의 화제가 되었다. 수퍼맨이나 스파이더맨 같은 기존의 수퍼 영웅들은 옷을 단순히 걸치는 용도로 사용했다. 그러나 아이언맨은 힘을 얻기 위해서 옷을 입고 옷에 전적으로 의지한다. 아이언맨의 갑옷은 방탄 효과는 물론, 미사일 등 각종 무기 발사가 가능하며 하늘도 날 수 있게 해주기 때문이다. 타고난 신체적 능력이 아닌 장비의 도움으로 초인적인 능력을 발휘하는 것이다.

아이언맨의 갑옷인 Powered Exoskeleton은 말 그대로 강화된 외골격이라는 뜻이다. 즉, 로봇은 스스로 움직이지만 강화복은 인간의 몸에 둘러져서 능력을 향상시키고 보호하는 장비이다. 군사 무기상이었던 주인공이 천재적인 두뇌를 사용해 만든 강화복을 부러움에 가득 찬 눈빛으로 바라보면서 생각했다. 과학적으로 가능한 걸까?

강화복은 현대 기계공학의 정수라고 불릴 만큼 기계공학 기술이 집결된 결과물로, 크게 민간용과 군사용으로 나눌 수 있다. 아이언맨의 갑옷이 그러했듯이 군사용 강화복 위주로 과학적 필요조건을 생각해보자. 우선, 총탄이나 폭발에 안에 들어있는 사람이 다치지 않아야 하고, 작동 불능 상태에 빠지지 말아야 한다. 또한 화생방전에서의 보호 능력도 갖춰야 한다. 이런 보호 기능이 없다면 보통 인간 병사를 쓰는 것보다 나은 점이 없다.

이러한 기본 요건을 만족시켰다면, 그 다음은 보통 성인 남성의 근력을 훨씬 상회하는 힘을 갖추어야 한다. 특히 아직까지 초기 단계에 머물고 있는 강화복의 형태로 볼 때 더욱 그렇다. 임무 수행 중에도 무거운 물건을 드는 등의 일에 힘이 필요하지만 강화복의 무게 자체가 사용자의 에너지를 소비하기 때문이다. 이상적인 강화복이란 사용자가 근력을 거의 쓰지 않고도 임무를 수행하게 해줘야한다. 사실 강화복 연구의 대부분은 이 부분에 집중되고 있다.

힘을 내기 위해서는 두 가지 요소, 동력과 제어가 필요하다. 강화복의 경우는 동력을 자체 내장해야한다. 현재의 강화복들은 자체 동력기관, 전기 배터리, 연료 전지 등을 동력원으로 고려하고 있다. 제어부분은 다른부분보다 더욱 정밀한 기술이 필요하다. 강화복은 엄밀한 의미로 조종하는 것이 아니라 인간의 행동에 자연스럽게 따라 움직여야 하는 것이기 때문이다. 그러기 위해서 컴퓨터로 관절부의 움직임, 근육의 변화, 신경에서 근육으로 흐르는 전류 등을 감지하고 이를 실시간으로 작동부에 전달한다. 현재는 모터, 유압장치 등을 사용하여 힘을 내는데, 전기활성 고분자 (EAPs : Electroactive Polymers)를 이용하는 연구도 진행 중이다. 전기활성 고분자란 전기 자극으로 형태가 변하거나 최초의 상태로 돌아갈 수 있는 물질을 말한다. 즉 컴퓨터 제어부에서 전기 자극을 보내면 그에 맞춰 움직이는 일종의 인공근육을 제작할 수 있는 것이다.





마지막으로, 각종 전자장비와 조화를 이뤄야 한다. 통신 장비, 관측 장비, GPS 등을 모두 강화복에 내장하는 것이다. 광대역전력증폭기, 야시경, 적외선 탐지기, 망원경을 모두 겸한 디스플레이는 물론 거기에 GPS를 결합하면 임무지의 상황을 한눈에 파악할 수 있어 작전에 더 효율적으로 임할 수 있다. 더 나아가서는 이 시스템과 무기를 결합하여 더 효과적인 화력 운용이 가능하다. 또한 강화복의 표면에 주변의 환경에 따라 바꿀 수 있는 전자 위장 장비를 부착한다면 작전 수행 능력도 월등해진다. 전자 장비는 외부의 환경 인식 뿐 아니라 사용자의 신체 조건을 감지하고 내부의 온도, 습도 등을 조절하는 데에도 필수이다. 또한 사용자의 심장 박동, 혈압, 체온 등을 항상 기록하여 군인의 경우 상부가 상시 대처할 수 있다.

강화복 기술은 군사용뿐만 아니라 민간용으로도 널리 사용될 수 있다. 점점 고령화 사회가 되고 질병과 사고로 인해 장애를 갖는 사람이 증가하는 상황에서 인공근육 기술은 더욱 중요해지고 있다. 예를 들어 장애인의 의수를 만들 때 손가락이나 손목을 구성하기 위해서나 근육이 퇴화한 노인을 위해서도 인공근육이 유용하게 쓰일 것이다. 이 외에도 각종 전자장비를 갖춘 강화복은 건강 상태를 수시로 확인해 주기 때문에 장거리 등반이나 탐험을 하는 일반인들에게 큰 도움이 된다.

SF소설 혹은 만화에서나 볼 수 있었던 강화복은 이제 현실로 성큼 다가왔다. 2000년대 초반부터 미국을 포함한 여러 나라의 각종 연구 재단 등이 강화복 연구를 본격적으로 시작했다. 캘리포니아-버클리 대학에서 개발 중인 강화복 블릭스(BLEEX)는 팔이나 다리에 부착하는 강화장비를 이용해 약 4.5kg의 등짐을 져나를 수 있는 체력으로 약 90kg의 중량을 나를 수 있다. 일본은 군사용보다는 노약자 도움용으로 강화복 연구를 하고 있다. 일본의 초고성능 CPU개발로 유명한 회사 사이버다인은 할(HAL)이라는 이름의 강화복을 개발 중이다. 할은 피부의 표면에서 내부의 생체신호를 감지해 기계부를 제어하고, 모터로 손발의 움직임을 도와 고령자의 보행을 가능하게 한다.

미국 국방성은 기존의 랜드워리어(Landwarrior) 계획을 미래 병사 계획으로 개명하고 더욱 본격적으로 군사용 강화복 개발에 나섰다. 이 미래 병사 계획은 앞에서 언급한 거의 모든 요소를 전반적으로 포함한다. 즉, 머리 부분에 적용되는 디스플레이 및 통신 시스템, 무기와의 연동, 자체 동력, 근력 강화 기능 등이 개발 계획의 세부에 모조리 포함되어 있다. 이 계획은 앞서 얘기한 BLEEX 연구팀이나 메사추세츠 공과 대학의 군용 나노기술등도 연계되어 있다. 또한 미 국방성의 하위 기관인 미국방고등연구기획청(DARPA : Defense Advanced Research Projects Agency)는 사르코스(Sarcos) 연구 재단과의 협력 하에 동력 및 제어부를 거의 완벽하게 구현한 강화복의 시범 모델을 선보이기도 했다.

더 효율적인 군사 무기의 개발이 바람직한 일은 아니겠지만, 현대 과학의 상당 부분이 무기 개발 과정에서 발전했다는 것은 부인할 수 없는 사실이다. 강화복 관련 기술은 의수, 의족 개발기술과 결합하면 장애인이나 노약자들의 삶을 획기적으로 개선할 수도 있다. 그렇게 된다면 공상의 산물이 현실로 등장해 사람들에게 행복을 느끼게 해주는 좋은 예가 될 것이다.

글 : 김창규 과학칼럼니스트

나야 나, 인어공주. 왕자와 사랑을 끝내 이루지 못해서 물거품이 되어 버린 슬픈 사랑 이야기의 주인공이지. 안데르센 아저씨가 나를 비련의 여주인공으로 써주는 바람에 모두들 나를 가냘픈 청순가련형 이미지로 알고 있을 거야. 나처럼 바다 속 공주생활을 꿈꾸는 사람도 있다더라. 사실 내 미모를 유지하면서 바다 생활을 하는 건 생각보다 힘들어. 내가 어떻게 살고 있는지 알려줄게.

먼저 난 보통 사람들과는 다른 피부를 가졌어. 세심하게 관리를 해야 하지. 목욕탕 물속에 오래 있으면 손바닥이 쪼글쪼글 해 진 경험이 누구나 있을 텐데, 나도 그래. 손바닥이랑 발바닥 피부 세포 중에서도 특히 각질부가 물을 많이 흡수해서 그렇게 된다더라. 난 손바닥뿐만 아니고 허리 아래로 물고기 몸을 제외한 나머지는 다 쪼글쪼글해져. 상상이 안 되지? 공주 피부는 매끄러울 것만 같은데 말이야. 이건 과학적으로 농도가 낮은 쪽의 물이 농도가 높은 쪽으로 옮아가는 삼투현상 때문이래. 농도가 낮은 쪽 목욕탕 물이 농도가 높은 쪽 사람 피부세포 속으로 들어와서 피부 넓이가 늘어나니까 손가락이 쪼글쪼글해지는 거지.

나도 쪼글쪼글해지는 건 마찬가지지만, 좀 상황이 달라. 난 바다에 사니까 목욕탕 맹물이랑 반대 현상이 나타난단다. 그러니까 어머니께서 김치를 담글 때 배추를 소금에 절이듯이 내 피부가 소금에 절인 것처럼 되는 거야. 맹물에 담가서 부피가 늘어나 쪼글쪼글해지는 게 아니라 소금에 절어 물이 빠져 나와서 피부가 쪼글쪼글해져. 물속에서 생활하다보니 피부가 탄력이 없어서 왕자님을 만나러 갈 때 얼마나 신경이 쓰이던지.

피부보다 더 힘든 게 있어. 이것도 삼투현상 때문이야. 민물에 사는 물고기와 바닷물에 사는 물고기가 몸 안에 물 농도를 조절하는 방법이 다르다는 거 알고 있니? 민물에 사는 물고기는 앞에서 말한 삼투현상 때문에 몸 안의 체액 농도가 물보다 진해서 몸 안으로 물이 자꾸 들어오게 되잖아. 그래서 몸 안의 수분 농도를 일정하게 하려고 아가미에서 소금 성분을 자꾸 몸 안으로 받아들여. 몸 안에 물이 많아지니까 묽은 오줌을 계속 몸 밖으로 내 보내야 된대. 민물에 사는 내 친구 물고기가 그러더라.

반대로 나처럼 바다에 사는 물고기는 가만히 있으면 몸 안의 물이 밖으로 자꾸 빠져 나가서 몸 안에 물이 부족하게 돼. 그래서 바닷물고기의 아가미에서는 소금 성분을 몸 밖으로 내 보내고 오줌도 아주 진한 오줌으로 조금만 내 보내는 거지. 명색이 공주가 오줌 얘기하니까 민망하지만 바다생활하려면 어쩔 수 없더라. 물고기들은 오줌을 만드는 기관이 아주 단순한데, 다행히 난 하체가 물고기니까 그건 편해.

한 가지 더! 잠수병이라고 들어 봤지? 깊은 물속에서 잠수를 하던 잠수부들이 급하게 수면위로 올라오게 되면 몸이 마비가 되거나 죽을 수 있는 무서운 병 말이야. 잘 모르겠다구? 그럼 좀 더 설명해 줄게. 우리 몸속에는 상당량의 질소가 들어있어. 그런데 보통 때는 미세한 기체 상태로 있던 질소가 높은 기압의 깊은 물속에 들어가게 되면 혈액 속에 녹아 들어가게 되지. 그런데 깊은 물속에서 빨리 올라오게 되면 기압이 낮아져 몸 속 질소는 다시 기체로 변하게 돼. 이때 발생된 질소 가스가 우리 혈관을 막게 되면 막히는 부분이 마비가 되거나 죽을 수 있어. 그래서 깊은 물속에 들어간 잠수부들은 매우 천천히 올라오면서 호흡을 통해 발생된 질소를 내뱉어야 한단다.

난 괜찮아. 깊이 가라앉았을 때 수압으로 인해 폐가 수축되면서 내부의 공기를 밀어내면 질소가 혈액 속으로 녹아들지 못하거든. 게다가 나에겐 몸속에 산소가 잘 달라붙게 해주는 미오글로빈 단백질이 있어. 부럽지? 미오글로빈이 뭔지 모른다구? 과학향기를 꼼꼼히 보지 않았구나. 미오글로빈이 궁금하면 여기를 클릭! 해서 읽어 보렴.

미오글로빈은 공기 중에 있는 산소와 잘 결합하고, 결합한 산소와 잘 떨어지지도 않아. 그래서 기압이 낮아져 질소들이 혈관 속에 들어오려고 해도 미오글로빈이 질소를 받아들이지 않게 해. 홍수 때문에 강물이 범람해서 지하실이 침수 되려고 할 때 만약 지하실에 물이 가득 차 있다면 범람한 물이 지하실 속에 들어오지 못하는 것과 비슷한 이치라고 보면 돼. 나처럼 깊은 물속을 오르락내리락 하는 고래도 근육에 미오글로빈이 아주 풍부하단다.

하지만 아버지는 우리들한테 아무리 급한 일이 있어도 천천히 올라가라고 당부하셔. 미오글로빈이 많은 산소를 가지고 있다 하더라도 급격한 기압의 변화는 우리에게도 무리가 될 수 있거든.

으아! 이러고 보니 바다생활이 쉽지만은 않겠지? 그렇지만 푸른 바다 속에서 생활하는 게 낭만적이긴 해. 내 미모도 꾸준한 관리 덕분이야. 내가 왕자님을 보려고 이렇게 노력하면 언젠가는 왕자님과 행복하게 살 수 있을 거라고 믿어. 너희들도 가끔 인어공주 동화가 생각나면 바다로 놀러오렴. 안녕~

글 : 김경호 공주교대과학교육과교수