날아다니는 동물은 날개 이외에도 어떤 특징 때문에 날수있을끼

생물이 공중을 날 수 있게 된 것은 약 3억년 전으로 추정된다. 원시적 절지동물이었던 지네가 곤충으로 진화하면서 몸 표면에 ‘날개’라는 장치가 생기면서부터이다. 처음에는 단순히 헤엄치고 기고 걷던 동작이었고, 더 나아가 공중을 나는 동작이 가능해졌다.

그래서 보다 넓은 서식지를 갖게 되었고, 먹이를 구하거나 짝을 찾는 것이 쉬워졌다. 그래서 오랜 세월 생존을 영위할 수 있게 된 것이다. 생물이 비행하는 방법에는 활강과 참비행이 있는데, 날개를 가진 대부분의 곤충과 조류, 박쥐 등은 참비행을 한다.

이들은 모두 날개를 가지고 있기 때문에 스스로 날 수 있다. 날개는 기부에 붙어 있는 비상근이라는 근육을 반복적으로 수축하거나, 흉부외골격의 탄성을 이용하여 움직인다. 그 방식에 따라서 날갯짓의 속도가 달라지는 것이며, 진행 속도나 방향 역시 날개를 기울이는 정도와 상태로 조절하게 된다.

하지만 종종 날개가 없는데도 날아다니는 생물을 보게 된다. 몇몇 개구리와 도마뱀류, 날원숭이, 날다람쥐, 날치 등이 바로 그 예이다. 이들이 나는 방식은 활공이라는 방식이며, 짧은 거리의 이동이나 먹이를 잡기 위한 일종의 운동이라고 볼 수 있다.

하늘을 날아다니는 생물에는 뱀도 있다. ‘하늘 나는 뱀’으로 알려져있는 파라다이스 나무 뱀(학명 Chrysopelea paradisi)이다. 주로 동남아시아 밀림에서 하늘을 날아다니는데, 이들의 특징은 나무와 나무 사이를 날아다니는 것이다. 아래에서 위로 나는 것은 아니지만, 나무 사이를 건너뛰는 일종의 활강이다.

놀라운 것은 뱀에는 다리도 없고 날개도 없는데도 비행을 한다는 것이다. 뱀의 구조로 어떻게 비행을 하는지에 대한 원리가 밝혀지지 않아서 사실상 그동안은 베일에 쌓인 존재였다. 하지만 올해 2월 초, 미국 버지니아 공대의 제이크 소차 교수팀이 이 비밀을 밝혀냈다.

소차 교수는 상식적으로 뱀이 하늘을 나는 것은 불가능 하지만 이 뱀의 경우에는 나뭇가지 위에서 몸을 이용하여 점프를 한다고 밝혔다. 활공시 머리에서 꼬리까지 몸을 납작하게 만들어서 몸이 두배나 넓어지게 하는 것이 바로 비행 비법이라고 설명했다.

결과적으로 공기역학의 원리를 뱀이 몸을 통해 구현하는 것이다. 파라다이스 나무 뱀이 몸을 작은 비행기 날개처럼 만들어 활용하는 것이라고 설명하였다. 이번 연구를 통해 이와 유사한 로봇을 개발하는 데도 큰 도움이 될 수 있을 것으로 소차 교수는 예상하고 있다.

▲ 새들과 비행기가 편대비행을 하는 가장 큰 이유는 바로 에너지를 절약할 수 있기 때문이다. V자형으로 편대비행을 하게 되면 연료를 20~30% 절약할 수 있다는 기존의 연구 결과도 존재하고 있다. 새들 역시 이와 같은 이유로 편대비행을 한다. ⓒ연합뉴스

새들이 V자형 비행을 하는 이유

많은 생물들이 날아다니지만 그래도 가장 익숙한 풍경은 새들이 다양한 모양으로 하늘을 날아다니는 모습이다. 특히 장거리 이동을 할 때 V자형으로 날아가는 모습은 신기하다. 굳이 새들이 V자형으로 이뤄 나는 이유가 따로 있을까. 영국 런던대학교 왕립수의대 연구팀의 연구를 보면 알 수 있다.

연구팀은 올해 2월 ‘네이처’를 통해 관련 논문을 발표하였다. 연구팀은 멸종 위기에 처한 붉은 볼 따오기를 유럽으로 되돌려 보내는 프로젝트를 이용하여 실험을 실시하였다. 초경량 비행기를 이용, 사람 손에서 자란 붉은 볼 따오기들의 이동 경로를 따라가며 관찰했다.

또한 14마리의 새들에게는 데이터 기록장치가 부착되기도 하였다. 연구결과, 새들이 V자형 비행을 하는 이유로 두 가지가 밝혀졌다. 첫 번째는 에너지를 절약할 수 있기 때문이며, 두 번째는 리더를 쫓아가면 되기 때문에 비행하기가 쉽다는 것이 그 이유였다.

실제로 비행기는 V자형으로 편대비행을 하게 되면 연료를 절약할 수 있게 된다. 20~30%의 에너지가 절약된다는 기존 연구 결과도 존재하고 있다. 새들 역시 이와 같은 이유로 V자형 편대비행을 하는 것이다. 서로 띄워주는 역할을 하기 때문에 에너지를 절약하는 효과가 나타나는 것이다.

큰 날개를 가진 새들이 날개 끝의 위치를 신중히 조절하고 날갯짓을 일치시키는 것은 앞서 가는 새가 만들어 내는 상승기류를 이용하고 비행에 소용되는 에너지를 절약할 수 있기 때문이다. 바로 큰 날개를 가진 새들이 새들 무리에서 리더가 되는 것이다.

연구팀이 데이터를 분석한 결과, 기존의 공기역학적 분석에서 예측했던 것과 마찬가지로 뒤따르는 새들은 약간 옆에서 앞서 가는 새를 따라가며 상승와류에 맞추어 날개를 펄럭이는 것으로 나타났다. 날갯짓 순서를 앞, 뒤 새가 반대로 함으로써 하강기류의 영향을 최소화 하는 것이다.

비행 방법에 차이가 생기는 이유

날개를 가지고 있다고 해도 곤충과 조류이 비행할 수 있는 이유는 다르다. 먼저 곤충의 경우, 체강 속에 공기의 통로가 있어 몸에 부력이 생기기 쉽다. 또한 날개는 속이 빈 가는 파이프가 연결된 형태이기 때문에 몸무게를 지탱할 수 있을 정도로 튼튼하다.

또한 몸이 작기 때문에 공기의 저항을 적게 받는 등, 곤충은 비행에 적합한 형태를 지니고 있다. 곤충에 따라서도 날갯짓의 횟수는 달라진다. 나비는 1초에 8~12회, 잠자리가 20~30회정도인 반면, 꿀벌은 180~250회, 파리는 100~300회로 각각 차이가 있다.

조류는 곤충보다 형태학적으로 비행에 한결 더 적합한 구조를 가지고 있다. 날개면이 깃털로 되어 있어 날개넓이를 변화시킬 수 있다. 또한 날갯짓의 속도를 다양하게 바꿀 수 있는 조절기구를 지니고 있기 때문에 곤충보다는 조금 더 수월하게 비행할 수 있다.

날개의 횡단면이 유선형으로 되어있기 때문에 날개의 면을 공기 중에서 일정한 속도로 운동시켜서 무게를 이기는 양력을 꾸준히 얻을 수 있다. 또한 조류의 유선형 몸통은 공기의 저항을 최소화시키기 때문에 불필요한 에너지 소모를 막아주기 때문에, 곤충과는 다르게 장거리 비행도 가능한 것이다.

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2. 동물의 생활(8/12)

* 학생: 디지털 교과서, 교과서, 실험관찰, 날아다니는 동물, 동물 도감, 관찰기록장

1. 생각해보기 : 날아다니는 동물을 본 경험을 이야기해 봅시다. (댓글로 답하기)

2. 시작퀴즈 풀기(디교)

3. '공부할 문제' 큰 소리로 읽어보기