드래곤 피쉬의 이빨이 단단한 비결
드래곤 피쉬의 이빨이 단단한 비결
  • 강지희
  • 승인 2019.06.09 15:40
  • 조회수 2335
  • 댓글 0
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가즈아 심해로~~~. 출처: pixabya
가즈아 심해로! 출처: pixabay

심해에는 알려지지 않은 수많은 생물과 자원들이 있습니다. 과학자들은 심해에서 알려지지 않은 해양 자원을 찾으려고 노력하고 있는데요. 심해의 자원은 양이 매우 풍부하지만 4,000m 이상의 심해에 접근하고 연구 시료를 추출하는 건 매우 어려운 작업입니다. 연구 또한 어렵죠.

 

특히 심해동물의 생물학을 다루는 물리학은 복잡하고 어렵다고 합니다. 심해동물의 진화와 심해동물의 특징에 영향을 준 심해를 연구하려면 주변 빛이 부족한 상황과 저온, 그리고 고압과 같은 극한 환경을 연구해야 하기 때문이죠.

 

심해동물의 이빨은 다른 동물들과 다른 독특한 특징을 갖고 있습니다. 단단하고 투명하죠. 미국 샌디에고 캘리포니아대학 재료 과학 및 공학 연구원 마크 A. 메이어스(Marc A. Meyers) 박사는 미국 샌디에고의 스크립스 해양대학에서 생물 발광을 연구하는 Dimitri Deheyn박사와 협업해 심해 생물 중 하나인 드래곤 피쉬(Dragon fish, Aristostomias Scintillans)의 이빨을 연구했습니다.

 

연구 결과 연구진은 드래곤 피쉬의 이빨을 구성하는 물질이 독특한 구조를 가진 덕분에 투명하고 단단할 수 있다는 점을 발견했다고 합니다.

 

드래곤 피쉬

드래곤 피쉬. 출처: 유튜브/Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI)
드래곤 피쉬. 출처: 유튜브/Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI)

드래곤 피쉬는 동물 분류 중 Stomiidae과에 속하는 심해동물로 작은 샛비늘치목 어류를 먹으며 삽니다. 드래곤 피쉬는 '느슨한 턱(loose jaw)'으로 불리는 턱을 갖고 있습니다. 이름 그대로 턱 근육이 느슨해 입을 크게 벌릴 수 있는데요. 덕분에 커다란 먹이를 효과적으로 섭취할 수 있죠. 

 

드래곤 피쉬는 턱 근육이 약하기 때문에 크고 단단한 송곳니로 먹이를 뚫고 씹어 포식을 합니다. 드래곤 피쉬의 치아와 잇몸은 턱보다 커서 바깥으로 드러날 정도라고 하는데요. 하지만 심해어의 이빨은 투명하거나 투명에 가까운 반투명 특성을 갖기 때문에 심해에서 알아보기 힘들다고 합니다.

 

심해어의 이빨

연구진이 관찰한 드래곤 피쉬의 이빨. 출처: Matter
연구진이 관찰한 드래곤 피쉬의 이빨. 출처: Meyers

메이어스의 연구진은 드래곤 피쉬의 이빨의 구조, 구성 그리고 기계적인 특성을 면밀히 관찰했습니다. 스펙트럼으로 이빨을 관찰한 결과 이빨은 환경에 따라 빛 투과율이 점점 변화를 보였다고 합니다. 드래곤 피쉬의 이빨이 공기 중에 있을 때는 32~35%의 투과율을 보였지만 해수를 포함한 물 속에 있을 때는 38~73%의 투과율을 보였다고 합니다.

 

장소에 따라 이빨의 빛 투과성이 차이를 보이는 이유는 굴절률 때문이라고 합니다. 정확히는 치아를 구성하는 물질과 공기, 물과 같은 외부 매질 사이의 굴절률 때문인데요. 치아를 구성하는 물질이 공기보다 물 속에 있을 때가 공기 중에 있을 때보다 굴절률의 차이가 작아 빛이 덜 회절돼 이빨이 더 투명해보인다고 합니다.

 

연구진은 드래곤 피쉬의 치아 물질의 배열 구조가 이빨의 투명도에 기여했다는 사실을 발견했습니다. 드래곤 피쉬의 이빨은 구성 물질들이 5~20nm의 작은 결정 입자들 구조로 배열돼 있는데요. 이 나노 결정체 구조들이 이빨을 얇게 구성한 덕분에 레일리 산란을 감소시켜 투명도가 증가한다고 합니다. 

 

여기서 레일리 산란은 빛을 산란시키는 매질의 입자 크기가 파장에 비해 대단히 작은 기체 또는 액체 분자들에 의한 광 산란 현상이라고 합니다. 하늘이 푸르거나 노을진 하늘이 붉은 것도 레일리 산란이 원인이라고 합니다. 

피라냐, 이 얌전한 얼굴에 속지 마십시오. 출처: fotolia
피라냐, 이 얌전한 얼굴에 속지 마십시오. 출처: fotolia

이 나노 결정체 구조는 드래곤 피쉬의 이빨의 단단함에도 기여했다고 합니다. 드래곤 피쉬의 치아는 에나멜과 유사한 물질을 가졌다는 점에서 피라냐와 백상어의 치아와 비슷합니다. 하지만 드래곤 피쉬의 이빨을 구성하는 상아질이 빽빽한 결정체 구조로 이루어진 덕분에 광물화 작용이 잘 돼있어 드래곤 피쉬의 이빨은 피라냐보다 더 단단하다고 합니다. 

 

메이어스는 "생체 모방은 공학에 많은 기여를 했으며 드래곤 피쉬의 이빨도 훌륭한 예시가 될 것"이라고 말하며 "우리의 연구는 심해동물의 특수한 치열을 더 잘 이해하기 위해 재료과학적인 방법으로 접근했으며 심해생물과 생태계의 알려지지 않은 특성을 탐구할 수 있다"고 말했습니다. 

 

또한 노스캐롤라이나 주립대학교에서 자연 기반의 나노 구조를 연구하는 Chih-Hao Chang은 연구 결과를 바탕으로 "생체 모방을 연구하는 바이오미메틱스(biomimetics)는 공학에 수많은 영감을 줬다"며 "드래곤 피쉬의 이빨에 있는 나노 구조가 투명하고 강한 신소재를 만드는데 도움이 될 것"이라고 말했습니다. 

 

##참고자료##

 


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