남아메리카 아마존 영역에 서식하는 전기뱀장어는 최대 몸 길이가 2.5m입니다. 강력한 전압을 생성하는데요. 여기서 전압은 V(볼트)로 단위를 나타내는 전기의 압력을 나타냅니다. V 앞의 숫자가 커지면 커질수록 배전되는 전기에 높은 압력이 가해진다는 뜻인데요. 무려 650V의 전압을 만든다고 합니다.
전기뱀장어는 전기 신호를 다방면으로 활용합니다. 시력이 매우 나빠 전기를 레이더로 이용해 이동합니다. 악어처럼 덩치가 큰 동물조차 기절시킬 수 있죠. 전기뱀장어는 Electrophorus electricus라는 학명으로 오직 한 종만 있다고 알려져 있었는데요.
<Nature Communications>에 게재된 논문에 따르면 미국 스미소니언 자연사 박물관의 동물학자 Richard P. Vari와 브라질의 연구소 Museu Paraense Emílio Goeldi의 연구원 Wolmar B. Wosiacki의 연구진이 새로운 두 종의 전기뱀장어를 발견했다고 합니다. 그 중 하나는 최대 860V의 전압을 낼 수 있다고 합니다.
전기뱀장어의 전기 생산 비결
전기뱀장어의 몸 안에는 줄이 있는데요. 5,000여개의 전기 세포가 연결된 줄입니다. 이게 약 140개 있습니다. 각각의 전기 세포가 건전지 역할을 해 0.15V를 만들어냅니다. 이 때문에 직렬로 연결된 5,000여개의 전기 세포는 최대 750V에 해당하는 큰 전압을 만듭니다.
또한 각각의 전기세포가 저항을 0.25Ω씩 만들어내기 때문에 직렬로 연결된 5,000개의 세포는 약 1,250Ω의 저항을 만들 수 있습니다. 하지만 전기세포를 연결하는 줄 140개는 병렬로 연결돼 있는데요. 때문에 전기 세포로 인한 전체 저항은 1,250Ω/140인 8.93Ω으로 감소합니다. 여기에 물의 저항 800Ω을 더하면 전체 저항은 약 809Ω이 됩니다. 전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례하는데요. 주어진 전압과 저항으로 계산하면 전기뱀장어의 몸에는 약 0.93A의 전류가 흐른다는 걸 알 수 있습니다.
연구에 따르면 인체 내에 0.05A의 전류가 흐르면 치명적인 손상을 입고 0.1A의 전류가 흐르면 목숨을 잃는다고 합니다. 전기뱀장어의 몸에는 0.93A의 저항이 흐르는데요. 전기뱀장어는 어떻게 살아남는 걸까요? 전기뱀장어의 몸 속에는 전류가 140개의 전기세포줄에 고루 나뉘어 흐릅니다. 덕분에 각각의 전기세포에는 0.93A/140인 0.0066A의 전류만 흐르죠. 그래서 전기뱀장어가 엄청난 세기의 전기를 가져도 살아남을 수 있습니다.
연구진이 발견한 전기뱀장어, 어느 수준일까
연구진은 6년간 아마존 유역에서 수집한 107개의 DNA를 분석해 2종의 전기뱀장어를 새로 발견했습니다. 연구진은 각각의 전기뱀장어를 Electrophorus voltai와 Electrophorus varii로 명명했습니다.
Electrophorus varii는 연구진이 2016년에 사망한 런던 자연사박물관의 생태학자 Richard Peter Vari의 공헌을 기리기 위해 명명했습니다. Electrophorus varii는 기존에 알려진 전기뱀장어 Electrophorus electricus와 공통적으로 브라질 마라조섬의 Goiapi 강에서 서식한다고 합니다. Electrophorus voltai는 연구진이 최초의 전지인 '볼타전지'를 발명한 이탈리아의 물리학자 알레산드로 볼타의 공헌을 기리기 위해 명명했습니다. Electrophorus voltai는 브라질 알메이림(Almerim)에 위치한 이피팅가 강에 서식한다고 합니다.
Electrophorus voltai는 최대 860V의 전압을 기록했다고 합니다. 기존 전기뱀장어보다 200V 높은 기록을 세웠는데요. 어느 수준일까요? 전기차에 빗대 설명해보겠습니다. 기존 전기차에는 직류 350V~400V의 전압 배터리를 사용합니다. 최근 공학자들은 800V 전압 배터리를 탑재한 전기차를 발명하고 있습니다. 올해 9월 4일 포르쉐는 800V 시스템 전압을 사용한 전기 스포츠카 '타이칸(Taycan)'을 소개하기도 했죠.
800V의 전기차가 발명된다면 최대 200~400kW까지 충전 용량이 증가합니다. 그 결과 10분 충전에 300km 주행이 가능한 초급속 충전이 가능해집니다. 이번에 연구진이 발견한 Electrophorus voltai는 800V 전기차 이상의 에너지를 갖고 있는 셈입니다.
연구진 중 한 명이자 논문의 제1저자인 C. David de Santana는 "전기뱀장어의 전기 만큼이나 충격적인 발견"이라며 "수백 만년 전 공유된 조상으로부터 지역적 환경에 맞게 각각 진화했을 것"이라고 말했습니다. Santana는 "인간이 지난 50년간 아마존 열대우림에 영향을 줬는데도, 우리는 여전히 이처럼 신종 뱀장어처럼 거대한 어류를 발견할 수 있다"며 연구의 의의를 밝혔습니다.
##참고자료##
- de Santana, C. David, et al. "Unexpected species diversity in electric eels with a description of the strongest living bioelectricity generator." Nature communications 10.1 (2019): 1-10.
- 정재승 <있다면? ? 없다면!>
- 김성태, 김재진, 심언 <전기차 사용자가 전해주는 전기차 이야기>
