[Kurzgesagt] 코끼리가 고층빌딩에서 떨어진다면? 생명체와 크기 1편

 

 

초고층 빌딩에서

쥐, 개와 코끼리를 부드러운 물체 위로 던지면서

이 영상을 시작해 봅시다.

예를 들어 매트리스 위로요.

 

쥐는 떨어진 뒤 잠시 놀랐다가 몸을 털고

자신에게 일어난 이 매우 무례한 일에 대해 화를 내고는

자리를 뜰 겁니다.

 

개는 뼈가 모두 부러지지만 평범하게 죽습니다.

코끼리는 짜증을 낼 틈도 없이 폭발하여

뼈와 내장으로 이루어진 붉은 웅덩이가 됩니다.

 

쥐는 살아남는데

왜 코끼리와 개는 그렇지 못할까요?

 

답은 크기에 있습니다.

생명체의 크기는 가장 과소평가되는 조절자입니다.

크기는 우리의 생물적 특성, 내구성,

어떻게 세상을 경험하는지, 어떻게 살고 죽는지에 대한

모든 것을 결정합니다.

크기에 따라 물리적 법칙이 다르기 때문입니다.

 

생명체의 크기는 대략 일곱 등급으로 나뉩니다.

눈에 보이지 않는 박테리아부터

진드기, 개미, 쥐, 개, 인간, 코끼리, 대왕고래까지

각 크기의 세계는

서로 이웃한 우주와 같습니다.

각각 고유의 규칙, 장점 및 단점을 가지고 있죠.

 

우리는 일련의 영상으로

이 다양한 세계를 탐구할 것입니다.

 

 

이제 첫 번째 질문으로 돌아갑시다.

쥐는 어떻게 그 높이에서 떨어지고도 살았을까요?

 

크기가 바뀌면

모든 게 변하기 때문이죠.

계속 반복될 원칙입니다.

 

예를 들어

아주 작은 것들은 높은 데서 떨어져도 대체로 안전합니다.

작을수록 중력의 영향을 덜 받기 때문이죠.

 

구슬만한 크기의 동그란 동물을 상상해 보세요.

세 가지 특성이 있습니다.

길이, 피부로 덮인 표면적,

그리고 내부의 장기, 근육, 꿈과 희망 같은

모든 것을 포함하는 부피가 있습니다.

 

이 동물의 길이를 농구공 크기의 열 배로 늘리면

나머지 특성은 단지 열 배만 커지지 않습니다.

피부는 100배로 커지고, 부피는 천 배로 커집니다.

 

부피는 동물의 무게

더 정확하게는 질량을 결정합니다.

 

질량이 클수록

땅에 닿기 전에 운동 에너지가 높아지고, 충격이 강해집니다.

부피나 질량에 비해 표면적이 클수록 충격이 더 많이 분산되어 약해지며

공기 저항이 커질수록 속도가 느려집니다.

 

코끼리는 너무 커서 부피에 비해 표면적이 극히 적습니다.

그래서 많은 운동 에너지가 작은 표면에 분산되며

공기 때문에 줄어드는 속력도 거의 없습니다.

 

그래서 땅에 떨어졌을 때 엄청나게 큰 폭발을 일으키며

웅덩이가 되는 겁니다.

 

그에 비해 곤충은

작은 질량에 비해 표면적이 엄청나게 넓습니다.

그래서 비행기에서 개미를 내던져도

개미는 크게 다치지 않을 겁니다.

작은 동물의 세계에서는 추락을 무시할 수 있습니다.

 

그런데 우리에게는 무해하지만

작은 동물에는 극도로 위험한 다른 힘도 있습니다.

예를 들어

평범한 물을 곤충에게 잠재적으로 치명적인 물질로 바꾸는

표면장력이 있죠?

어떻게요?

물은 스스로 모이는 경향이 있습니다.

 

물 분자들은 응집력이라는 힘을 통해 서로 끌어당기는데

이는 일종의 보이지 않는 피부 같은 물의 표면에

장력을 생성합니다.

 

우리에게 이 물의 피부는 너무 약해서

평소에는 알아차리지도 못합니다.

물에 젖으면 약 800그램,

즉 체중의 약 1% 정도 무게의 물이 달라붙습니다.

 

젖은 쥐에는 약 3그램의 물이 달라붙습니다.

이건 체중의 10%가 넘습니다.

샤워를 마치고 나올 때

가득 찬 물병 여덟 개가 몸에 붙어 있다고 상상해 보세요.

 

곤충의 경우

물의 표면장력이 너무 강해서

물에 젖는 것이 생사의 문제가 됩니다.

 

우리가 개미 크기라면

물을 만지는 것이

마치 접착제 안으로 손을 넣는 것과 비슷합니다.

손쓸 틈 없이 물에 삼켜지고

표면장력이 너무 세서 빠져나오지 못하고 익사할 겁니다.

 

그래서 곤충은 발수기능을 갖도록 진화했습니다.

우선 그들의 외골격은 자동차처럼 얇은 왁스층으로 덮여 있습니다.

이렇게 하면 물이 잘 달라붙지 않기 때문에

적어도 부분적으로는 발수성을 갖게 됩니다.

 

또한 많은 곤충은 장벽역할을 하는 털로 뒤덮여 있습니다.

표면적을 크게 늘리고

물방울이 외골격에 닿는 것을 방지하며

물방울을 더 쉽게 제거할 수 있게 합니다.

 

표면장력을 활용하기 위해

진화의 힘은

우리보다 수십억 년 앞선 나노기술을 터득했습니다.

 

일부 곤충은 진화를 통해

매우 촘촘하고 짧은

발수성 털로 덮인 외피를 얻었습니다.

 

어떤 곤충은 제곱밀리미터당 100만 개 이상의 털이 있습니다.

이들이 물속으로 잠수하면

공기가 털 내부에 머물면서 공기막을 형성합니다.

털이 너무 작아서 물의 표면 장력이 깨지지 않아

물에 젖지 않습니다.

 

그게 다가 아닙니다.

기포에 산소가 고갈되면

새로운 산소가 주변의 물에서 기포 안으로 들어오고

이산화탄소는 바깥의 물 속으로 빠집니다.

몸 밖에 폐를 가지고 다니는 셈입니다.

표면장력 덕분에 물속에서 숨을 쉴 수 있는 거죠.

 

소금쟁이가 물 위를 걸을 수 있는 이유도 이겁니다.

매우 작은 방수 털 때문이죠.

 

 

작아질수록 환경은 더욱 이상해집니다.

어떤 시점에서는 공기조차 점점 더 단단해집니다.

 

소금알 크기의 절반 정도인

인간이 발견한 가장 작은 곤충까지 확대 해 보죠.

길이가 0.15mm에 불과한 요정파리입니다.

 

이들은 다른 곤충보다 더 이상한 세상에 살고 있습니다.

이들에게는 공기가 얇은 젤리 같습니다.

항상 몸을 둘러싸고 있는 시럽 같은 덩어리입니다.

그러니 움직이는 게 어렵습니다.

 

이 수준에서는 비행이 우아한 활공이 아닙니다.

공기를 잘 붙잡아야 합니다.

그래서 날개가 평범한 곤충 날개라기보다

크고 털이 많은 팔처럼 생겼습니다.

시럽을 헤엄쳐 건너는 작은 외계인처럼

말 그대로 공기 속에서 헤엄칩니다.

 

다양한 크기의 더 많은 우주를 탐험할수록

상황은 더 이상해집니다.

물리적 규칙이 각 크기의 우주마다 너무 달랐기 때문에

진화의 설계는 수십 억 년 동안 커진 생명체의 크기에 맞춰

계속해서 변화해야만 했습니다.

 

그렇다면 왜 말만 한 개미는 없는 걸까요?

왜 아메바만 한 코끼리는 없나요?

왜 그럴까요?

다음 파트에서 알아보죠.