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. 

http://navercast.naver.com/contents.nhn?contents_id=5764

 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 

   http://navercast.naver.com/contents.nhn?contents_id=5764

   http://news.discovery.com/earth/shrimps-claws-hot-as-the-sun-gotta-see-video-120927.html  

   http://en.wikipedia.org/wiki/Alpheidae