왜 이렇게 생겼고 왜 이렇게 할까? 얼룩말의 줄무늬는 왜 있는 것이고, 고양이는 개와 달리 왜 물을 얌전하게 마실 수 있을까? 〈개와 고양이의 물 마시는 법〉은 세상에 존재하는 온갖 동식물들의 사냥, 서식, 짝짓기 심지어 물 마시는 법에도 응용되는 과학적인 사례들을 통해, 우리가 미처 몰랐던 지구상 다른 존재들의 영리한 과학을 선보인다.
이 책은 유체역학을 공부하고 유체역학을 대중들에게 소개하는 책을 써온 저자가 액체와 인간 세상을 지나 동식물의 유체역학을 공부하며 쓴 책이다. 놀랍게도 우리는 이미 동식물들로부터 많은 모티브를 얻고 있다. 상어의 날렵한 측면부에서 비롯된 수영복, 늘 적정한 온도를 유지하는 흰개미 집을 모티브로 한 건축물 등, 동식물들이 이 세상을 슬기롭게 살아가는 방식은 대담하고 재치 있고 그래서 매혹적이다. 이 책을 읽는 독자들은 동식물들의 별나고도 아름다운 생존 방식에 새롭고도 흥미로운 생각거리를 얻을 수 있을 것이다.
물 마시는 고양이의 혀에는 비밀이 있다!
대담하고 때론 슬기로운, 별난 동식물들의 과학
개와 고양이가 물을 마신다. 갈증이 났는지 허겁지겁 물을 핥는 개의 물그릇 주변은 이미 물로 흥건하다. 반면 얌전하게 미동도 없이 물을 음미하면서 마시는 듯한 고양이의 물그릇 주변은 깨끗하다. 왜 개가 물을 마실 때는 물방울이 튀고, 고양이는 그렇지 않을까? 개는 활달하고 고양이는 얌전해서일까? 대부분의 사람들이 깊게 생각하지 않았을 이 두 귀여운 생물의 물 마시는 법을 골똘히 관찰한 과학자가 있다. 과학자는 자신의 애완 고양이를 관찰하여 고양이가 혀 끝을 물에 살짝 대면서 작은 물기둥을 만들어 마신다는 사실을 알아냈다. 한편 개가 물 마시는 법에 관심 있던 다른 과학자는 초고속 카메라까지 동원해 물 마시는 개 혀의 움직임을 분석하기까지 한다. 이 연구를 통해 개들은 고양이에 비해 물에 닿는 혀의 면적과 속도 그리고 그 모양 때문에 더 많은 물을 마시고 물이 많이 튈 수밖에 없음을 밝혀냈다.
어쩌면 누군가에겐 “뭐, 알아야 하나?” 싶은 이야기일 것이다. 사실 과학이 ‘대단한 학문’이라는 것은 알지만 그렇다고 과학의 모든 영역이 ‘꼭 알아야 하는 것’은 아니라고들 생각한다. 농담쯤으로라도 유체역학을 알지 못하는 우리 집 고양이는 잘도 물을 마시고, 내가 유체역학을 안다고 해서 유체처럼 흐느적거리는 고양이를 효율적으로 잡을 수 있게 되거나, 바람에 날리는 민들레 씨앗의 착지 지점을 예측하는 데에 도움이 되진 않는다. 하지만, 알지 못하면서 잘하는, ‘그냥 잘하는’ 이 동식물들을 보자면 재미있지 않는가? 이 책은, ‘유체역학’이라는 과학적 관점을 통해 얻을 수 있는 재미와 호기심에서 출발한다.
유체역학을 공부한 저자는 세상 만물을 유체역학이라는 돋보기로 들여다 본다. 앞서 두 권의 책에서 휘몰아치는 액체들의 이야기(〈커피얼룩의 비밀〉) 그리고 사람 사는 세상이 돌아가는 이치(〈이렇게 흘러가는 세상〉)를 살펴보았다면, 이번엔 지구의 다른 주인공들인 동식물들에게 초점을 옮긴다. 개와 고양이의 물 마시는 법 같은 소소한 재치가 있는 테마부터, 인간에게 영감을 주는 동물들의 집 짓기, 나아가 미스테리한 얼룩말 줄무늬의 비밀까지 다양한 동식물들의 과학이 풍부하게 소개된다.
먹고, 사냥하고, 움직이면서 과학을 ‘하는’ 동물
그들의 먹고 사는 법에서 우리가 배우는 것들
우리 인간에게 과학은 ‘아는 것’이라고 생각하지만 사실 (인간을 포함한) 동식물들에게 과학은 ‘하는 것’이다. 그래서 이 책 속의 과학은 단지 어떠한 설명이라기보다 역동적이고 대담한 동식물들의 이야기로 읽힌다. 단순하고 당연하게 생각했던 동식물들의 모습과 행동들이 가진 슬기가 책 곳곳에 드러난다. 물론 유체역학과 물리학을 이해하기 위해선 수식과 설명이 필수다. 하지만 저자는 너무 복잡하게 이 책을 꾸려 나가지 않는다. 그래서 수식과 설명에 막힐 수도 있었을 수많은 놀라운 사례들을 독자들은 재미있게 읽을 수 있다.
그냥 읽어도 재미있는 이 동식물의 이야기는 독자들에게 새로운 궁리까지 선물한다. 저자는 물 마시기의 기술을 설명하면서 “이 기술은 단순히 물을 삼키기만 하는 행위가 아니라 오랜 진화의 과정이자 결과”임을 강조한다. 이런 과정과 결과 속에서 흑등고래가 공기방울을 내뿜고 물총고기가 물줄기를 쏘게 된 것이다. 이 책이 소개하는 동식물들의 생활 안에는 독특함이 주는 매력도 있지만 결국 생존에 필수적인 ‘먹고 사는 법’을 최적화하며 개발해 온 지구상의 모든 존재들에 대한 경이도 불러일으킨다.
인간은 이 경이를 ‘실용’으로 잘 바...꾸고 있다. 건축가 안토니 가우디의 말을 조금 바꿔 보자면 ‘자연은 신이 만든 과학이며, 인간의 과학은 그것을 배워야 한다’. 우리는 흰개미집에서 일정한 내부 온도를 유지하는 법을 배워 건축물을 지었고, 상어의 모양새에서 전신수영복을 개발해냈다. 동식물들에게 과학은 ‘하는 것’이라고 앞서 말했지만 다시 인간에게 과학은 ‘하면서 또한 알고 배우는 것’이다. 우리는 과학을 통해 새로운 시각을 얻고, 거기서 재미와 호기심을 가지며 또 새로운 궁리와 실용을 찾아내는 존재다. 지구상 생물들이 익힌 이 슬기로운 생존을 우리는 앞으로도 계속 따라하고 배우며 더 나은 길을 찾아나갈 수 있을 것이다. 저자의 말처럼 “자연은 인류의 영원한 스승이자 친구”로 있을 것이며 “이 관계를 오래 지속 가능하도록 노력해야” 할 것이다.
들어가며
1.물 마시기의 기술
개와 고양이의 물 마시는 법
세상에서 가장 작은 새
목이 길어 슬픈 기린
2. 사막에서 살아남기
물구나무 서는 딱정벌레
얼룩말 줄무늬의 비밀
식물들의 생존 분투기
3. 함께, 다 함께
흐르는 개미떼
함께 가면 더 멀리
이기적 물고기
하등과 고등 사이
자동차도 함께 달리면
4. 씨앗의 여행
씨앗, 하늘을 날다
불의 축제
발사에서 발아까지
5. 잔혹한 식물들
세상에서 가장 잔인한 이슬
달콤한 함정
파리지옥에 갇히다
식물을 흉내낸 로봇
6. 동물의 집 짓기
자연의 건축 장인
공중의 건축가
흰개미집에서 배우다
정육각형의 미학
베짜기새의 아파트 둥지
물속에 집 짓기
7. 사냥의 기술
공기 방울을 쏘다
물속의 명사수
독가스 살포자
자연의 다이빙 선수들
소리 없이 나는 새
바다의 스텔스기
8. 물속 그리고 물 위에서
거북복을 닮은 자동차
남다르게 헤엄치기
상어와 전신 수영복
물 위에 사는 동물들
9. 바람을 타고 더 멀리
자그마한 날갯짓
커다란 새는 천천히
그리고 날 수 있는 또 다른 것들
맺으며
참고 자료
수천 년에 걸쳐 찬란한 문명을 이룩한 인류는 세상을 정복하였지만, 한편으로는 지구상에 존재하는 수백만 종의 생물 중 하나에 불과하다. 또한 아직도 풀리지 않은 자연의 신비는 언제나 우리의 상상력을 자극한다. 이 책에서 자세히 소개한 유체역학이라는 하나의 창을 통해 자연을 이해하고 배운다면 세상을 색다른 관점에서 바라볼 수 있고, 우리의 삶도 그만큼 더 풍요로워질 것이다.
_들어가며
고양이의 앙증맞은 혀 놀림에 주목한 괴짜 과학자가 있다. 미국 MIT 토목환경공학부 로만 스토커 교수는 어느 아침, 집에서 함께 지내는 8살짜리 고양이 ‘쿠타쿠타’가 혀를 내밀어 우유 마시는 모습을 살펴보다가 문득 그 원리가 궁금해졌다. 평상시 생명체와 유체 사이의 다양한 상호 작용에 대해 연구하던 스토커는 고양이가 혀로 우유를 핥아 마시는 방식에 물리적으로 복잡한 현상이 숨어 있음을 알아챘다.
_1장 물 마시기의 기술
인간을 포함한 모든 동물에게 물을 마시는 행위는 가장 원초적이면서 동시에 매우 복합적인 메커니즘을 가진다. 또한 생명 유지의 근간이 되는 필수불가결한 요소이기도 하다. 사람은 평생에 걸쳐 약 30톤의 물을 마시는데, 매일 여러 번 반복하는 일상이어서 별 의미를 두지 않는다. 하지만 앞서 살펴보았듯이 손가락만 한 벌새부터 그의 100배에 달하는 기린에 이르기까지 동물들은 놀랍게도 저마다 각자의 신체 구조에 맞춰 물 마시는 방식을 최적화하였다. 이 같은 물 마시기의 기술은 단순히 물을 삼키기만 하는 행위가 아니라 오랜 진화의 과정이자 결과인 것이다.
_1장 물 마시기의 기술
대부분의 식물들은 씨앗을 널리 퍼트리기 위해 동물이나 바람과 같은 자연의 힘을 활용한다. 이때 씨앗은 무게, 크기, 형태, 성분 등에 따라 이동하는 방식이 다르다. 예를 들어 동물의 먹이가 되는 열매의 씨앗은 밀도가 높아도 되지만 대신 껍질이 단단해야 한다. 반면 바람을 타고 하늘을 날아야 하는 씨앗은 반드시 작고 가벼워야 한다.
_4장 씨앗의 여행
흰개미와 마찬가지로 집단 생활을 하는 꿀벌 역시 거주 공간의 계획적인 설계가 필요하다. 정육각형의 벌집은 수학적으로 가장 효율적인 공간 중 하나다. 정다각형 중 동일한 모양으로 평면을 빈틈없이 채울 수 있는 도형은 정삼각형, 정사각형, 정육각형뿐이며, 정오각형이나 정칠각형 이상의 정다각형 그리고 원형은 불가능하다. 이러한 이유로 벽면에 붙이는 타일 역시 대다수가 정삼각형, 정사각형, 정육각형이다. 이 중 정삼각형이나 정사각형과 비교하여 정육각형이 갖는 장점은 동일한 테두리 길이로 가장 넓은 면적을 확보할 수 있다는 점이다. 다시 말해 각각의 면적이 동일한 경우 정육각형의 둘레가 가장 짧음을 의미하고, 이는 벌집을 지을 때 재료가 가장 적게 소모된다는 뜻이기도 하다.
_6장 동물의 집 짓기
바닷속 여러 지점들은 물로 구성되어 있다는 점만 동일할 뿐 천편일률적인 환경이 아니다. 가령 수심이 깊은 곳은 수압이 높고 수면 근처는 상대적으로 수압이 낮다. 또한 물살이 유난히 센 곳이 있는 반면 잔잔하여 물의 흐름이 거의 없는 곳도 있으며, 바닷물의 온도도 제각각이다. 이런 다양한 환경과 암초 및 물풀 같은 지형지물은 물고기들의 체형과 행동 양식에 많은 영향을 준다. 오래전 한 개체에서 파생되었지만 현재의 물고기들이 각기 다른 체형을 가지고 있는 이유다.
_8장 물속 그리고 물 위에서
송현수 [저]
세상의 다양한 현상을 수학적 또는 과학적 관점으로 바라보고, 서로 연관 없어 보이는 사건들 사이의 숨은 연결고리를 찾는 일을 즐긴다. 평소 미식과 술, 책과 글쓰기, 공간과 사람에 관심이 많으며, 하고 싶은 일을 하고, 하기 싫은 일을 하지 않으려 노력한다. 공부든, 일이든, 책이든, 인생이든, 무엇이든 즐겁고 재미있어야 한다는 단순한 생각으로 산다. 1982년 대전에서 태어나 서울대학교 기계항공공학부를 졸업하고 2012년 동 대학원에서 미세 유체역학 연구로 공학박사 학위를 받았다. 지은 책으로 음료와 술 속에 숨은 유체역학적 원리를 설명한 〈커피 얼룩의 비밀〉과 우리가 살고 있는 이 세상에 유체역학이 어떻게 활용되는지 이야기한 〈이렇게 흘러가는 세상〉이 있다.
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