수색견 습성 알면 구조시간 줄인다

실종자나 증거물을 수색할 때 종종 동물이 동원된다. 프랑스의 물리학자들은 동물이 물건을 찾을 때 걸리는 시간을 계산하는 수식을 만들었다. 동아일보 자료 사진

인도 물리학자들이 동물의 멸종 과정을 설명하는 모델을 개발했다. 멸종위기종인 사이가산양(왼쪽)과 아시아 세줄박스거북. 사진 제공 세계자연보전연맹

《생물의 몸을 구성하는 세포는 끊임없이 움직인다. 심근세포는 심장에서 피를 받아들이고 내보내기 위해 박동하며, 혈액세포는 장기에 산소를 운반하기 위해 온몸을 순환한다. 세포의 움직임을 관찰하는 연구는 주로 생물학자의 몫이라고 생각하기 쉽다. 최근 특이하게도 물리학자들이 세포뿐 아니라 동물의 행동까지 분석한 연구 결과를 잇달아 내놓았다.》

○ 세포 이동을 지배하는 힘의 변화

헝가리 외트뵈시대 발린트 서보 박사팀은 금붕어의 비늘에서 ‘케라토사이트’라는 세포를 추출해 배양용기에 담아 그 움직임을 비디오가 달린 현미경으로 기록했다. 이를 분석한 결과 연구팀은 배양용기에 담긴 세포가 적을 때는 제각기 돌아다니다가 많아지면 함께 뭉쳐서 움직인다는 것을 확인했다.

배양용기 면적 mm²당 세포가 500개를 넘자 무리를 지어 움직이는 경향이 더 뚜렷이 나타났다. 밀도가 이보다 훨씬 증가하면 배양용기의 세포 전체가 마치 하나의 소용돌이처럼 보였다.

연구팀은 이런 현상이 세포 사이에 작용하는 힘이 달라지기 때문에 생긴다고 추측했다.

연구팀은 세포 이동에 숨어 있는 물리 법칙을 정확히 알면 우리 몸에서 일어나는 생물학적 반응을 예측할 수 있을 것으로 보고 있다. 이 연구 결과는 지난해 11월 물리학 권위지 ‘피지컬 리뷰 E’에 소개됐다.

○ 인명 구조에 걸리는 시간도 계산

범인이나 증거물을 수색하거나 특이한 약초를 채취할 때 사람들은 동물을 동원하기도 한다. 프랑스 파리6대학 올리비에 베니슈 박사팀은 동물이 넓은 공간에서 물건을 찾아내는 행동에 일정한 패턴이 있다는 사실을 알아냈다.

연구팀은 동물이 물건을 찾을 때의 행동이 두 단계로 이뤄진다고 주장했다. 처음에는 일정한 경로로 빠르게 움직이다 다음에는 이곳저곳을 천천히 어슬렁거리며 새로운 위치를 신중하게 탐색한다는 것. 물건을 찾을 때까지 이를 반복한다.

연구팀은 각 단계에 걸리는 시간을 계산하는 수식을 만들었다. 이 수식으로 단계별 소요 시간을 줄이는 방법을 고안하면 잃어 버린 물건을 찾거나 재난을 당한 사람을 구조하는 데도 응용할 수 있을 것이다. 이 연구 결과는 2005년 6월 ‘피지컬 리뷰 레터스’에 실렸다.

○ 멸종 과정도 물리학으로 설명 가능

지금까지 지구에 나타난 생물 종의 약 99%가 멸종했다고 한다. 빙하기나 지구온난화, 화산 폭발, 운석 충돌, 천적, 사냥 등이 원인이라고 알려져 있다. 그러나 여러 지역에 흩어져 사는 동물들이 어떻게 짧은 기간에 한꺼번에 사라질 수 있는지는 아직까지 수수께끼로 남아 있다.

인도 아마다바드 물리연구소 라빈드라 암리트카 박사와 인도과학원 고빈단 란가라얀 박사팀은 노르웨이 들쥐 481마리에게 표지를 달아 천적에게 잡아먹힐 때까지 개체 수와 서식지 분포 등의 변화를 기록한 데이터를 통계물리학 방법과 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석했다.

그 결과 희한하게도 들쥐의 수가 서식지마다 비슷한 비율로 줄어드는 것으로 나타났다. 천적이 여러 서식지에 살고 있는 들쥐에게 동일한 영향을 미치기 때문에 단기간에 멸종이 일어날 수 있다는 얘기다. 연구팀은 들쥐의 수, 먹이 경쟁 같은 상호작용 등을 고려해 멸종이 일어나는 경향을 나타내는 수식을 개발했다. 이 연구 결과는 지난해 7월 ‘피지컬 리뷰 레터스’에 소개됐다.

임소형 동아사이언스 기자 sohyung@donga.com