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동물이 만드는 놀라운 물질

by 찐찐마 2023. 3. 30.

코뿔소

동물들은 그들이 살아가는데 편리하도록 우리가 알지 못하는 온갖 기술로 훌륭한 물질을 만들고 있다. 깨져도 다시 자라는 코뿔소의 뿔, 간다한 재료로 복잡한 물질을 만드는 생물, 강철보다 질긴 거미줄 등으로 우리의 삶에 도움이 되는 동물이 만드는 놀라운 물질들을 알아보려고 한다.

다시 자라는 코뿔소의 억센 뿔

아프리카와 인도에 사는 코뿔소는 콧등에 커다란 뿔을 무기로 서로 싸우는 경우가 있는데, 그때 그들의 뿔은 상처를 입어 깨어져 나가기도 한다. 그러나 뿔의 상처 입은 부분은 곧 재생되어 본래의 모습으로 회복된다. 이것은 마치 자동차가 접촉 사고로 찌그러지거나 찢겨 나갔는데도, 얼마 후 저절로 본래 모습으로 수선되는 것과 다름이 없다. 코뿔소는 신비한 방법으로 뿔을 만든다. 그들의 뿔은 다른 동물의 뿔과는 달리 털의 성분이기도 한 케라틴으로 만들고 있다. 현재 코뿔소는 뿔 때문에 밀렵이 되고 있어 멸종 위기에 있다. 그 밖에도 무거운 체중을 떠받치면서 땅 위를 달려도 부서지지 않는 소나 말, 염소, 낙타 등의 발굽을 이루고 있는 물질도 신비의 대상이다. 동물의 발굽은 사람의 손톱과 발톱에 해당하는데, 뿔의 성분과 비슷한 물질로 이루어져 있다.

 

어떤 과학자는 바퀴벌레의 껍데기 성분에 대해서 연구한다. 그들의 껍데기는 석유나 휘발유가 닿아도 변질되지 않는 '레실린'이라는 단백질 성분으로 되어 있으며, 탄력성이 아주 좋다. 그래서 레실린으로 작업용 장갑을 만든다면, 기름을 늘 만져야 하는 기계 정비사들이나, 그런 작업에 종사하는 사람들의 손결이 거칠어지지 않도록 보호해 줄 것으로 생각된다.

 

사람의 미움을 받는 쥐의 이빨은 그 단단함 때문에 중요한 연구 대상이 되고 있다. 쥐는 이빨이 어찌나 단단한지 전선을 비롯하여 호두 껍질, 코코넛 껍질등 무엇을 깨물어도 다치지 않는다. 칼날처럼 날카롭고 단단한 그들의 이빨 성분은 무엇이며 어떤 과정으로 만들어지는지 궁금하지 않을 수 없다. 이빨은 도자기와 비슷한 성분이지만, 도자기와 비교가 안 될 정도로 단단하다. 최근에는 '산화티타늄'으로 이빨처럼 단단한 신소재를 개발하려고 한다.

간단한 재료로 복잡한 물질을 만드는 생물

생물이 제조하는 물질들은 세 가지 점에서 과학자들의 마음을 끌고 있다. 첫째는 크고 복잡한 공장 설비 없이 아주 간단하게 훌륭한 물질을 만든다는 것이고, 둘째는 공해 없이 물질을 생산하고, 생물이 만드는 물질은 공해물질로서 남지 않는다는 것이다. 셋째로 생물은 아주 단순한 재료로 온갖 복잡한 물질을 만든다. 그들이 쓰는 원료는 당분, 단백질, 무기염류 그리고 물이 추가될 뿐이다. 그들은 이러한 재료로 목재, 뼈, 이빨, 곤충의 외부 껍질(큐티클), 조개나 전복 껍데기 등 무엇이나 만들고 있다. 전복은 바닷물 속의 석회 성분을 이용하여 사람이 제조한 어떤 세라믹보다 2배 이상 강한 껍데기를 만들어 자기의 몸을 둘러싸고 있다. 조개껍데기를 전자현미경으로 관찰해 보면 그 축조 기술에 감탄하지 않을 수 없다. 조개껍데기는 탄산칼슘 분자로 이루어진 아주 작은 벽돌이 무수히 쌓인 것이었고, 벽돌과 벽돌 사이에는 단백질성분이 들어가 마치 시멘트처럼 서로를 단단히 결합시키고 있었다. 벽돌과 벽돌을 접착하고 있는 시멘트의 두께는 10만 분의 1mm에 불과하다. 최근 과학자들은 전복의 기술을 모방하여, 카바이드라는 물질을 벽돌로 하고, 여기에 알루미늄을 시멘트로 하여 조개껍데기처럼 결합시키는 방법으로 지금까지 만든 어떤 도자기보다 단단한 새로운 물질을 제조하는 데 성공했다. 

강철보다 질긴 거미줄

이른 아침 야외에서 풀잎 사이에 얼기설기 쳐진 가냘픈 거미줄에 어쩌면 그렇게 많은 물방울이 매달려도 끊어지지 않을까 하는 생각이 든다. 폭넓은 강 양쪽에 아름답게 드리워진 현수교는 강력한 강철 케이블에 매달려 있다. 금속 가운데 강한 것이 강철이다. 물론 강철보다 더 강력한 첨단 소재가 나오고 있지만 생산비가 너무 들어 경제적이지 못하다. 생물체는 강철을 능가하는 재료를 생산하고 있다. 벌레가 들어붙도록 쳐놓은 거미줄은 가벼우면서도 그 장력이 강철보다 5배나 강하다. 거미는 꽁무니에 있는 여러 개의 샘으로부터 거미줄을 쏟아 내는데, 각 샘에서 생산되는 줄의 화학 성분은 저마다 다르다. 예를 들어 바깥 부분 샘에서 나오는 거미줄은 강하면서 탄력이 적고, 반면에 안쪽 샘의 거미줄은 끈끈하면서 탄성이 강하다. 인공적으로 거미줄을 합성해 낼 수 있게 된다면, 가장 먼저 이용될 용도의 하나가 끊어지지 않는 낙하산줄을 만드는 것이다. 거미줄 낙하산은 안전사고를 많이 줄일 수 있게 된다. 또 한 가지는 현수교를 세울 때 다리를 떠받치는 강철 케이블 대신 거미줄 케이블을 사용하는 것이다. 거미줄 케이블은 가벼우면서 더 질기기 때문에 건설 작업을 훨씬 쉽게 하는 동시에 다리의 안전성도 높여줄 것이다. 거미줄은 나일론보다 잘 늘어나고 강력하다. 뿐만 아니라 총알을 막아 주는 방탄복 제조에 쓰는 '케블러'라는 인조섬유보다 더 가볍고 튼튼하다. 최근 거미가 숨기고 있는 신비가 조금 밝혀졌다. 즉 거미줄의 원료가 되는 액체 성분이 시계 문자판이나 노트북 컴퓨터의 모니터를 빛나게 하는 '액정'이라는 물질과 비슷한 결정 구조를 갖고 있다는 것을 알아냈다. 하지만 인공거미줄을 합성할 수 있기까지는 얼마나 더 많은 시간이 걸릴지 추측할 수 없다.

 

 

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