물고기 아가미 주름 배열 간격 같은 이유 규명

김호영 교수팀, 유체역학 해석 산소 최적화

왼쪽부터 김호영 서울대 교수, 김원정 서강대 교수, 서울대 박근환 박사과정 연구원

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 물고기 아가미의 주름이 산소교환 효율을 극대화하기 위해 최적화된 구조라는 것을 밝혀냈다.

서울대 공대는 김호영 기계항공공학부 교수와 김원정 서강대 기계공학과 교수의 공동연구팀이 물고기 아가미 주름 모양의 비밀을 규명했다고 2일 밝혔다.

연구팀은 전세계 75종, 개체 수 250마리의 물고기 아가미 실측자료를 수집해 분석했다.

그 결과 물고기 아가미의 가장 기초가 되는 구조인 새판, 즉 주름의 배열 간격이 물고기 종류나 크기에 관계없이 일정하게 유지된다는 점에 주목해 관계를 밝혀냈다.

연구결과 물고기 아가미의 주름은 흘러가는 물과 접촉하는 표면적을 증가시켜 산소 교환이 원활히 일어날 수 있도록 하지만 주름 사이가 너무 좁으면 아가미에 물이 지나가기 어려워 산소교환 효율을 극대화하기 위해서는 주름 배열이 적당히 촘촘해야 한다.

물고기들이 저마다 최적의 주름 형태로 진화해 왔음이 수학적으로 밝혀진 것이다.

이번 연구는 기존의 해부학적인 접근과 달리 유체역학 해석과 미세유동채널을 활용한 실험을 통해 규명해 평가 받고 있다.

연구 결과는 미국국립과학원회보(PNAS) 지난달 20일자 온라인판에 게재됐다.

공동연구팀의 박근환 연구원은 “그동안 물고기 아가미에 대한 많은 연구가 있어 왔으나 이번 연구는 유체역학적 분석을 시도했다는 점에서 의의가 있다”며 “아가미의 산소교환 최적화 전략은 채널 배열이 존재하는 각종 기계 장치에서 열과 물질전달 효율을 높이는 데 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

물고기 아가미 그림 (a)는 우럭의 옆모습. 물고기는 구강의 양쪽에 아가미가 있다. (b)는 아가미의 일부분으로 연골로 구성된 뼈에 혈관이 들어있는 얇은 판들이 촘촘히 붙어 있다. (c, d)는 얇은 판의 전자 현미경 사진. (c)는 현미경 사진이고 (d)는 얇은 판에 주름이 일정한 간격으로 배열되어 있는 것을 알 수 있다. (e)는 아가미로 물이 지나가는 흐름에 대한 개념도로 얇은 판 위에 배열된 주름사이로 구강으로 들어온 물이 지나가면서 모세혈관에 산소를 공급한다