거미 중에는, 상승 기류나 정전기, 또는 그 둘의 양력을 얻어, 풍선처럼 하늘을 나는 것이 있다.
이번, 캘리포니아 대학 로스앤젤레스교(UCLA), 노트르담 대학 루이즈(NDU, 레바논)의 연구팀은, 거미가 하늘을 나는 프로세스를 보다 자세하게 이해할 수 있도록, 새로운 레벨로의 시뮬레이션을 실시.
그 결과, 복수의 거미줄에 작용하는 전하의 중요성에 대해 잘 알게되었다는 것.
연구의 자세한 내용은, 2022년 3월 4일자 과학잡지 "Physical Review E"에 게재되었다.
■ 거미의 "풍선화"를 시뮬레이션
거미가 풍선처럼 부유하는 구조는, 주로 두 가지로 분류된다. 하나는 햇빛에 데워진 공기가 상승할 때, 거미줄이 그 기류를 받아들여 양력을 얻는다는 것.
다른 하나는, 약하면서도 대기 중에 항상 존재하는 수직 전장이, 실의 정전하에 작용하여 양력을 얻는다는 것이다.
이것들은 모두 실에 작용하는 힘을 가정하고 있다.
전문가들은 지금까지, 이 두 가설을 실험을 통해 검증해 왔지만, 기류나 전기장이 가늘고 작은 거미줄에 미치는 영향을 관찰하는 것은 어려웠다.
UCLA의 칼리드 조드 씨는(과거 연구의)시뮬레이션은, 실이 여러 개 있으면 큰 효과를 볼 수 있는데도 한 가닥의 실만을 상정했다고 말한다.
예를 들어, 정전 메커니즘의 역우, 양력은 전하의 공간 분포에 강하게 영향을 받을 것이며, 그것은 공간에서의 여러 실의 배치에 의해 결정된다.
그래서, 조드 씨와 NDU의 샤벨 하부치 씨는, 컴퓨터 그래픽스 업체에서 개발된 알고리즘을 사용하기로 했다. 이 알고리즘은 "호빗"이나 "혹성탈줄"과 같은 할리우드 영화에서 모피와 머리카락을 사실적으로 재현하기 위해 응용됐다.
이것을 사용하면, 거미와 각 실을 구부리거나 늘리거나 비틀거나 자유롭게 움직일 수 있는데, 이번 시뮬레이션에서는, 거미 몸을 폭 2mm 구체로 가정하고, 그 상부에 실을 달아 처음에는 수직 상태로 두었다.
거미줄의 조건은, 2개, 4개, 8개의 3가지 패턴으로 실시.(아래의 시뮬레이션 동영상은, 4개의 경우)각각의 실은 전하로 덮여 있고, 중력이나 대기의 전장(높이에 따라 감소), 실에 걸리는 공기 저항등도 고려했다.
시뮬레이션에서는 먼저, 지면에 정지해 있는 거미가 전기장을 통해 상승하게 된다. 그러면, 대전된 실은 처음에는 곧은 상태였지만, 상호 반발에 의해서, 시간과 함께 서로(부푸는 듯이)멀어져 갔다.
그러나, 거미가 위쪽으로 가속하면, 아래쪽의 저항이 커지고, 또한 거미 자체의 무게도 더해져 결국 양력은 지워진다는....
이 상승력과 하강력의 경쟁이 거미의 최종적인 상승 속도를 결정하고 있었던 것이다.
연구팀은, 여러 개의 실이 대전되어 있으면, 전하나 전장이 없을 때처럼 실이 서로 얽히는 일이 없고, 질서 있는 배치를 유지한다고 결론짓고 있다. 하부치 씨는 다음과 같이 말하는데....
"최소한 작은 거미의 경우는, 상승기류의 도움없이 전기장을 통해 풍선화할 수 있을 것으로 보입니다. 하지만, 더 큰 거미의 경우는, 전장 외에 상향 기류를 통한 뒷받침이 필요합니다"
팀은 또한 전하가 실 전체에 골고루 분포하는 경우와 실 끝에 국소적으로 분포하는 경우에도 시뮬레이션 했다.
그 결과, 어느 조건에서도 거미를 들기에 필요한 힘을 발생시킬 수 있는 것으로 나타났다.
본 연구의 성과에 대해서, 하부치 씨는, "생물학에 머무르지 않고, 환경 과학의 분야에서도 새로운 디바이스의 개발에 응용할 수 있다"고 언급.
팀은 향후, 시뮬레이션이 아니고, 실제의 자연 환경에 있어서의 거미의 비상에 대해 연구하고 싶다는....
