진화론 이야기 - 로봇의 날개

지난 글에서 날개의 기원에 대해 현재까지 밝혀진 몇 가지 가설을 살펴보았습니다.
그런데 생물학과는 전혀 관련없는 분야에서 '날개의 진화'를 뒷받침할 만한 기사를 발견했습니다.

Winged Robots Hint at the Origins of Flight

캘리포니아대학교 버클리캠퍼스의 공학자, 로날드 피어링(Ronald Fearing)과 케빈 피터슨(Kevin Peterson)은 DASH(Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod)라는 작은 곤충형 로봇을 연구하고 있었습니다. 문제는 이 작은 곤충로봇이 속도도 느리고 경사로를 오르기가 힘들다는 것이었죠.

문제해결의 한가지 방법으로 이 곤충에 날개를 달아 봤습니다. 여러가지 형태의 날개를 달아 시험해본 결과, '펄럭이는 날개(a pair of flapping wings)를 달아줬을 때 가장 높은 주행성과 경사등반능력을 가지게 되었으며 또한 활공능력까지 대폭 향상되었다는 사실을 발견했습니다(결과논문).

또한, 펄럭이는 날개를 달았을 때도 비행에 필요한 만큼 속력이 오르지 않는 것으로 볼 때, 지상설보다는 수상설(나무 위에서의 활공을 먼저 시작)에 힘을 실어주는 로봇이라고 할 수 있겠습니다. 다만, 로봇이 아닌 새의 조상의 경우에는 달리는 속도가 더 빨랐을 가능성이 있기에 지상설을 폐기해 버리기에는 이르죠. 오히려 새의 조상의 경우에는 강력한 앞발근육으로 날개(깃털 뭉치)를 휘저을 수 있기에 더 강한 추진력을 얻을 수 있을 수도 있습니다.

이 영상은 여러가지 종류의 날개를 달고 달리는 로봇의 모습입니다. 여기에서도 나타나지만, 펄럭이지 않는 날개 - 곤충의 늘어진 외피 등 - 도 약간이지만 속도증가를 보이고 있습니다. 즉 창조론자들이 말하는 50%의 날개(짧은 깃털로 덮인, 날지 못하는 새의 날개)나 20%의 날개(흔들지도 못하는 곤충의 외피조각)도 달리기를 도와줄 수 있다는 - 자연선택을 받을 수 있다는 - 말이 됩니다
.

좀 더 다양한 실험(여러가지 크기와 모양의 날개를 여러가지 부위에 붙인 실험)이 아쉽기는 하지만, 어쨋든 날개의 기원(특히나 곤충날개의 기원)에 대한 한가지 근거가 될 만한 실험으로 보입니다.

물론 창조론자들의 눈에는 '그렇군, 그래서 창조자는 곤충에게 날개를 달아줬군'으로 보이겠지만 말입니다.

진화론 이야기 - 곤충의 크기

고생대 석탄기 지층에서는 거대한 곤충화석이 나오곤 합니다.다음과 같이 날개길이 65cm가 넘는 거대한 잠자리처럼 말입니다.

그러나 석탄기를 끝으로 이러한 거대한 곤충들은 자취를 감추게 됩니다. 그 이유는 다음 그래프, 그리고 곤충의 호흡기와 관련되어 있습니다.

곤충은 오른쪽 그림과 같은 숨관으로 호흡을 합니다. 어류처럼 아가미로 물을 보내는 근육도, 육상동물처럼 허파로 공기를 빨아들이는 근육도 없습니다. 기껏해야 배의 근육을 움직여 숨관 안의 공기를 환기시키는 정도입니다. 숨관과 모세숨관을 통해 외부의 산소가 몸속까지 확산되도록 할 뿐입니다.

산소의 농도가 35%에 달하는 석탄기에는 숨관에 의한 산소의 확산만으로 큰 몸을 지탱할 수 있습니다.
그러나 그 후 산소농도가 급격하게(15%까지) 떨어집니다. 이렇게 되자 숨관을 이용한 산소의 확산만으로는 그 큰 몸집을 지탱할 수 없게 됩니다. 그때문에 작아지는 쪽으로 진화가 일어난 것이죠.


1. 산소농도가 급격하게 줄었다고 하지만, 지질학적 시간단위로 봤을때 '급격하게'입니다. 실제로는 수십만년, 수백만년에 걸쳐 서서히 산소량이 줄어든 것입니다.

2. 또 착각하기 쉬운 것이, 산소량이 줄어들어 커다란 곤충은 질식해 죽고 작은 곤충만 남았다는 식의 생각일 겁니다. 1번에서도 말했지만, 실제로 산소농도가 떨어진 것은 수십만년에 걸쳐서였습니다. 당시 옅은 산소에 질식해서 죽은 곤충들은 없습니다. 단지 움직이면 조금 빨리 지칠 뿐이었죠.
거대한 곤충들은 질식해서 멸종한 것이 아니라, 빨리 지치는 바람에 생식기회를 놓치기 쉬워서 멸종한 것입니다.

3. 창조론자들이 흔히 하는 질문이, '그렇다면 왜 곤충들은 작아지는 방향으로 진화가 일어났냐, 어류에게 허파가 생기는 것처럼  새로운 호흡기관이 생겼다면 큰 몸집을 유지할 수 있었을 것 아니냐'입니다.
그러나 사실 이것은 전혀 의미없는 이야기일 뿐입니다. 마치 동전을 던졌는데 '왜 앞면이 나오지 않고 뒷면이 나왔냐' 정도의 의미없는 물음이죠. 만약 정말로 새로운 호흡기관이 생겨서 지금도 독수리만한 잠자리가 날아다닌다면 '그렇다면 왜 곤충들은 작아지는 방향으로 진화가 일어나지 않았냐? 그러면 구태여 새로운 기관을 만들 필요도 없었을 텐데'라는 질문이 나왔을 겁니다.

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