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사하라 사막에서 사는 개미의 비결



(사하라 은색 개미.  Left: Sahara silver ants forage in the midday sun and look like droplets of mercury rolling on the desert surface. Right: The silvery appearance is created by a dense array of uniquely shaped hairs. Credit: Norman Nan Shi and Nanfang Yu, Columbia Engineering )


 뜨거운 사하라 사막에서도 개미를 비롯한 곤충들이 살아갈 수 있습니다. 더 놀라운 일은 차가운 밤이 아니라 한낮에 사하라 사막의 뜨거운 모래 위를 빠른 속도로 이동하는 개미들이 있다는 것입니다. 사하라 은색 개미(Sahara silver ants, 학명 Cataglyphis bombycina)​는 사막의 뜨거운 모래에 적응해 살아가고 있습니다.
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 낮에 태양열을 흡수한 사하라 사막의 모래는 사막의 공기보다 더 뜨겁습니다. 때때로 한낮에는 70°C 이상의 온도를 기록합니다. 그런데 이 개미가 견딜 수 있는 최대 온도는 53.6°C 정도입니다. 이것은 이 개미가 열을 내릴 수 있는 어떤 메카니즘이 있다는 것을 의미합니다.
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 컬럼비아 대학의 난팡 유 교수(Nanfang Yu, assistant professor of applied physics at Columbia Engineering)와 취리히 대학, 워싱턴 대학의 동료들은 이 개미의 비밀이 바로 털에 있다는 사실을 밝혀냈습니다.
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 사하라 은색 개미는 몸길이 10mm가 채 안 되는 작은 곤충이지만, 그 표면은 미세한 털로 덮여있습니다. 이 털을 전자 현미경으로 확대해서 보면 삼각형으로 된 독특한 단면을 하고 있는데, 놀라운 사실은 이 털이 가시광 영역과 적외선 영역에서 태양 빛을 반사한다는 것입니다.
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 그리고 더 놀라운 사실은 이 털이 태양 빛을 반사하는 데 그치지 않고 이미 흡수한 열을 중간 정도의 적외선 파장으로 열방사(thermal radiation) 한다는 것입니다.
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 이 두 가지 메커니즘을 통해서 사하라 은색 개미는 태양 에너지를 반사함과 동시에 방출할 수 있습니다. 이 사실을 검증하기 위해서 연구팀은 다양한 실험을 진행했습니다. 예를 들어 개미의 털을 제거한 다음 열 감지 카메라로 열을 측정하면 섭씨 5-10도 이상 온도 차이가 관찰할 수 있다고 합니다. 이 개미가 털이 있는 상태에서는 열을 쉽게 방출했지만, 털이 없는 상태에서는 열을 방출하지 못하는 것이 선명하게 드러났습니다.
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(개미의 털을 확대한 전자 현미경 사진.  The hairs grow parallel to the skin and are separated from the skin by a small air gap. The hairs have triangular cross-sections with two corrugated top facets and a flat bottom facet facing the ant's body. Credit: Norman Nan Shi and Nanfang Yu, Columbia Engineering )
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(털을 깎은 상태(아래)와 깎지 않은 상태(위).  The hair coating helps reduce body temperature substantially (via enhanced reflection of solar radiation and enhanced thermal radiation). Credit: Norman Nan Shi and Nanfang Yu, Columbia Engineering )
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 흥미로운 이야기지만, 이런 메카니즘은 이전에 소개한 시원한 지붕을 만들기 위한 냉각소재와 원리적으로 비슷합니다. 일단 태양에너지를 반사할 뿐 아니라 이미 흡수한 에너지는 적외선 영역으로 방출하는 소재죠. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2015/05/special-material-cooling-roof.html  참조) 자연의 진화는 인간이 꿈꾸던 일을 이미 오래전 현실로 만들었던 셈입니다.      
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 연구팀은 이 놀라운 개미가 인간에게 매우 유용한 기술을 전수해 줄 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 이 개미의 털의 구조를 분석해서 이와 유사한 섬유를 만든다면 뜨거운 태양 아래서 냉각이 필요한 여러 분야에 응용할 수 있습니다. 특히 뜨거운 태양 아래서 시원한 옷감이나 건물, 차량 등을 만드는데 말이죠. 만약 적외선 영역에서만 태양에너지를 반사하거나 열에너지를 방출하도록 하면 빛을 반사하는 시각적인 문제도 해결될 수 있습니다.
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 인간의 과학기술이 아무리 발달했다고 해도 아직 자연계에는 이를 능가하는 진화의 산물들이 있습니다. 사하라 은색 개미는 그 좋은 사례일 것입니다.
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 참고
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