기본 콘텐츠로 건너뛰기

음파 총알을 쏘는 딱총 새우




 딱총 새우 (pistol shrimp  혹은 snapping shrimp) 는 갑각강 (crustacea), 십각목 (Decapoda) 딱총 새우과 (Alpheidae) 에 속하는 해양 무척추 생물로써 이 과에 38 속 이상, 600 여종의 새우가 알려져 있습니다. 이 과에 속하는 대부분의 새우는 수 cm 정도 까지 자라며 성체의 크기 범위는 20 - 70 mm 이내 입니다. 그러나 2 cm 에 불과한 딱총 새우는 바다에서 가장 큰 소리를 내는 동물 가운데 하나입니다. 이 녀석은 그 작은 크기에도 향유 고래나 흰돌고래와 경쟁이 가능할 정도의 소음을 발생시킵니다.


 이 딱총 새우가 상세히 연구된 중요한 이유도 이 소음 때문인데 특히 잠수함의 음파 탐지기를 교란 시키는 등 문제가 있었기 때문에 그 메카니즘에 대한 연구가 상당히 진행되어 있습니다. '딱' 하는 딱총같은 소리을 내는 것은 한쪽으로 비대하게 커진 집게발 덕분인데 이 소리는 일종은 음파 총알로써 먹이를 기절 시키거나 혹은 죽이는데 사용됩니다.


 그 메카니즘은 큰 집게발의 독특한 메카니즘 덕분입니다. 이 집게발은 위아래로 움직일 수 있는 가동지 (Movable dactyl) 과 움직이지 않는 부동지 (immovable dactyl) 가 있습니다. 그리고 이들이 서로 맞물리면서 가동지의 튀어나온 부분인 플런저 (plunger) 가 부동지에 깊게 파인 구멍에 부딪히면서 소리가 나는 것으로 생각됩니다. (아래 동영상 참조) 





 위의 영상에서 실제 집게발에서 강력한 음파가 발생되어 먹이를 잡는 장면이 상세하게 찍혀있습니다. 또 참고로 더 읽을 수 있는 네이버 캐스트도 참고하실 수 있습니다. 


 딱총 새우의 몸집이 워낙 작기 때문에 사실 생기는 에너지 자체는 작지만 수중에서 음파가 잘 전달되는 특징때문에 이 소리는 1 km 밖에서도 들을 수가 있다고 합니다. 집게를 이용해서 발생시키는 소음은 기포형 공동 현상 (Cavitation bubble) 을 일으키며 4 cm 떨어진 지점에서는 80 kPa 의 높은 음압을 순간적으로 발생시킵니다. 이 버블의 속도는 시속 97 km 에 달하기 때문에 작은 먹이는 가까운 거리에서 이를 피할 방법이 없습니다. 이 거리에서 소음의 크기는 218 dB re 1 μPa 에 이릅니다. 다만 지속시간이 1 ms (밀리 세컨드) 정도로 짧기 때문에 전체 에너지는 작습니다. 그래도 먹이를 잡는데는 문제 없죠.  


 이 음파 총알에서 만들어지는 공동 현상은 음파발광(sonoluminescence) 이라는 현상을 일으키며 수중에서 순간적으로 고온을 만들어 냅니다. (과거 음파 발광 기술은 초음파를 이용한 상온 핵융합 이라는 (결국 아닌 것으로 드러난) 기술에서 이슈가 된 바 있습니다) 이 딱총 새우가 만드는 음파 발광에서 온도는 순간적으로 5000K (즉 섭씨 4700 도) 까지 오를 수 있습니다. 


 물론 아주 잠간 동안 매우 좁은 영역에서 발생되는 온도고 이로 인해 주변 바닷물이 끓어오르거나 하진 않습니다. 또 그 때 생기는 빛도 얼마 안되서 육안으로 빛을 관찰 할 수도 없습니다. 딱 하는 소리만 멀리까지 전파될 뿐이죠. 그럼에도 딱총 새우는  갑각류중 가장 큰 소음을 발생시키는 동물일 뿐 아니라 가장 높은 온도를 만들어내는 독특한 생명체 입니다.  


 딱총 새우는 주로는 바다 밑바닥의 은신처에서 살면서 주변에 먹이가 오기를 기다렸다가 자신의 음파 총알을 이용해서 먹이를 잡습니다. 이 음파 무기는 사실 에너지 자체는 크지 않기 때문에 자신 보다 훨신 큰 물고기 등 포식자에서 딱총 새우를 지켜주지는 못합니다. 따라서 은신처가 필요합니다. 



(딱총 새우과의 하나인 Alpheus distinguendus  인공 은신처에 단면도    CCL 에 따라 복사 허용  저자 표시   저자 OpenCage  )


 딱총 새우의 또 다른 독특한 특징은 새우 종류이면서 사회적 동물이라는 점입니다. 이들은 병정 새우, 여왕 새우 하는 식으로 집단을 형성해서 각자의 역할을 분담합니다. (자세한 내용은 네이버 캐스트 참조) 


 또 다른 재미있는 특징은 망둥이 (goby) 와의 공생입니다. 종종 바다 밑에서 이 둘은 척추 동물과 무척추동물이라는 거의 문 (phylum) 수준의 차이를 넘어서는 우정을 보여줍니다. 즉 비슷한 크기의 작은 동물들이 서로 협력하는 것인데 망둥이는 넓은 좌우 시야와 좋은 시력으로 적을 관찰하고 딱총 새우는 자신의 은신처를 공유합니다. 딱총 새우는 더듬이를 이용해서 망둥이와 교신을 유지합니다. 



(딱총 새우의 하나의 Alpheus randalli 와 Amblyeleotria 속의 망둥이. 이들은 서로 협력해서 험한 바다에서 살아나간다. 딱총 새우의 더듬이 한쪽이 망둥이에 닿아 있는 점을 주목.  CCL 에 따라 복사 허용 저자 표시   저자   Steve Childs )  


 딱총 새우는 수 cm 에 불과한 작은 갑각류이지만 꽤 재미있는 특징을 가지고 있는 녀석이라고 하겠습니다. 



 참고 




라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

통계 공부는 어떻게 하는 것이 좋을까?

 사실 저도 통계 전문가가 아니기 때문에 이런 주제로 글을 쓰기가 다소 애매하지만, 그래도 누군가에게 도움이 될 수 있다고 생각해서 글을 올려봅니다. 통계학, 특히 수학적인 의미에서의 통계학을 공부하게 되는 계기는 사람마다 다르긴 하겠지만, 아마도 비교적 흔하고 난감한 경우는 논문을 써야 하는 경우일 것입니다. 오늘날의 학문적 연구는 집단간 혹은 방법간의 차이가 있다는 것을 객관적으로 보여줘야 하는데, 그려면 불가피하게 통계적인 방법을 쓸 수 밖에 없게 됩니다. 이런 이유로 분야와 주제에 따라서는 아닌 경우도 있겠지만, 상당수 논문에서는 통계학이 들어가게 됩니다.   문제는 데이터를 처리하고 분석하는 방법을 익히는 데도 상당한 시간과 노력이 필요하다는 점입니다. 물론 대부분의 학과에서 통계 수업이 들어가기는 하지만, 그것만으로는 충분하지 않은 경우가 많습니다. 대학 학부 과정에서는 대부분 논문 제출이 필요없거나 필요하다고 해도 그렇게 높은 수준을 요구하지 않지만, 대학원 이상 과정에서는 SCI/SCIE 급 논문이 필요하게 되어 처음 논문을 작성하는 입장에서는 상당히 부담되는 상황에 놓이게 됩니다.  그리고 이후 논문을 계속해서 쓰게 될 경우 통계 문제는 항상 나를 따라다니면서 괴롭히게 될 것입니다.  사정이 이렇다보니 간혹 통계 공부를 어떻게 하는 것이 좋겠냐는 질문이 들어옵니다. 사실 저는 통계 전문가라고 하기에는 실력은 모자라지만, 대신 앞서서 삽질을 한 경험이 있기 때문에 몇 가지 조언을 해줄 수 있을 것 같습니다.  1. 입문자를 위한 책을 추천해달라  사실 예습을 위해서 미리 공부하는 것은 추천하지 않습니다. 기본적인 통계는 학과별로 다르지 않더라도 주로 쓰는 분석방법은 분야별로 상당한 차이가 있을 수 있어 결국은 자신이 주로 하는 부분을 잘 해야 하기 때문입니다. 그러기 위해서는 학과 커리큘럼에 들어있는 통계 수업을 듣는 것이 더 유리합니다. 잘 쓰지도 않을 방법을 열심히 공부하는 것은 아무래도 효율
댓글 4개
자세한 내용 보기

150년 만에 다시 울린 희귀 곤충의 울음 소리

  ( The katydid Prophalangopsis obscura has been lost since it was first collected, with new evidence suggesting cold areas of Northern India and Tibet may be the species' habitat. Credit: Charlie Woodrow, licensed under CC BY 4.0 ) ( The Museum's specimen of P. obscura is the only confirmed member of the species in existence. Image . Credit: The Trustees of the Natural History Museum, London )  과학자들이 1869년 처음 보고된 후 지금까지 소식이 끊긴 오래 전 희귀 곤충의 울음 소리를 재현하는데 성공했습니다. 프로팔랑곱시스 옵스큐라 ( Prophalangopsis obscura)는 이상한 이름만큼이나 이상한 곤충으로 매우 희귀한 메뚜기목 곤충입니다. 친척인 여치나 메뚜기와는 오래전 갈라진 독자 그룹으로 매우 큰 날개를 지니고 있으며 인도와 티벳의 고산 지대에 사는 것으로 보입니다.   유일한 표본은 수컷 성체로 2005년에 암컷으로 생각되는 2마리가 추가로 발견되긴 했으나 정확히 같은 종인지는 다소 미지수인 상태입니다. 현재까지 확실한 표본은 수컷 성체 한 마리가 전부인 미스터리 곤충인 셈입니다.   하지만 과학자들은 그 형태를 볼 때 이들 역시 울음 소리를 통해 짝짓기에서 암컷을 유인했을 것으로 보고 있습니다. 그런데 높은 고산 지대에서 먼 거리를 이동하는 곤충이기 때문에 낮은 피치의 울음 소리를 냈을 것으로 보입니다. 문제는 이런 소리는 암컷 만이 아니라 박쥐도 잘 듣는다는 것입니다. 사실 이들은 중생대 쥐라기 부터 존재했던 그룹으로 당시에는 박쥐가 없어 이런 방식이 잘 통했을 것입니다. 하지만 신생대에 박쥐가 등장하면서 플로팔랑곱
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

9000년 전 소녀의 모습을 복원하다.

( The final reconstruction. Credit: Oscar Nilsson )  그리스 아테나 대학과 스웨덴 연구자들이 1993년 발견된 선사 시대 소녀의 모습을 마치 살아있는 것처럼 복원하는데 성공했습니다. 이 유골은 그리스의 테살리아 지역의 테오페트라 동굴 ( Theopetra Cave )에서 발견된 것으로 연대는 9000년 전으로 추정됩니다. 유골의 주인공은 15-18세 사이의 소녀로 정확한 사인은 알 수 없으나 괴혈병, 빈혈, 관절 질환을 앓고 있었던 것으로 확인되었습니다.   이 소녀가 살았던 시기는 유럽 지역에서 수렵 채집인이 초기 농경으로 이전하는 시기였습니다. 다른 시기와 마찬가지로 이 시기의 사람들도 젊은 시절에 다양한 질환에 시달렸을 것이며 평균 수명 역시 매우 짧았을 것입니다. 비록 젊은 나이에 죽기는 했지만, 당시에는 이런 경우가 드물지 않았을 것이라는 이야기죠.   아무튼 문명의 새벽에 해당하는 시점에 살았기 때문에 이 소녀는 Dawn (그리스어로는  Avgi)라고 이름지어졌다고 합니다. 연구팀은 유골에 대한 상세한 스캔과 3D 프린팅 기술을 적용해서 살아있을 당시의 모습을 매우 현실적으로 복원했습니다. 그리고 그 결과 나타난 모습은.... 당시의 거친 환경을 보여주는 듯 합니다. 긴 턱은 당시를 살았던 사람이 대부분 그랬듯이 질긴 먹이를 오래 씹기 위한 것으로 보입니다.   강하고 억센 10대 소녀(?)의 모습은 당시 살아남기 위해서는 강해야 했다는 점을 말해주는 듯 합니다. 이렇게 억세보이는 주인공이라도 당시에는 전염병이나 혹은 기아에서 자유롭지는 못했기 때문에 결국 평균 수명은 길지 못했겠죠. 외모 만으로 평가해서는 안되겠지만, 당시의 거친 시대상을 보여주는 듯 해 흥미롭습니다.   참고  https://phys.org/news/2018-01-teenage-girl-years-reconstructed.html
댓글 쓰기
자세한 내용 보기