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- 독수리와 참새의 비행 동작은 날개가 인간의 팔과 같은 역할
- 다양한 비행 동작을 수행하는 초파리의 7만2000개 이상의 고속 이미지 만들어
- 곤충의 비행 장치의 중심 구성 요소는 날개와 몸을 연결하는 독특하고 매우 복잡한 관절
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비디오: 곤충을 비행전문가로 만드는 것
초파리의 영리한 비행 동작 뒤에 숨은 비밀이 밝혀졌다.

파리가 나는 방법:
곤충의 비행 메커니즘은 새나 박쥐의 비행 메커니즘보다 훨씬 더 복잡하며 부분적으로만 밝혀졌다. 최근 미국 연구원들이 초파리의 비행 동작에 대한 해부학적-기계적 배경을 밝히는 데 성공했다. 그들은 곤충의 날개 관절이 흉부 근육의 움직임을 날개 움직임으로 "변환"하는 방법을 보여준다. 이는 또한 로봇 비행이 새로운 비행 기술을 습득하는 데 도움이 되었다. 

<가상 모델은 초파리의 비행 기동을 설명한다.© Johan M. Melis/Caltech/natur>

비행에 대한 인간의 꿈은 그리스 신화로 거슬러 올라간다. 이카로스와 다이달로스는 스스로 만든 날개를 가진 새처럼 공중으로 솟아오르기를 원했다. 널리 알려진 것처럼 두 사람의 시도는 비극적으로 끝났다. 다른 생물들은 호모 사피엔스보다 훨씬 쉽게 난다. 새, 나비, 박쥐는 날개 덕분에 거의 쉽게 땅에서 떨어질 수 있다. 독수리와 참새의 비행 동작은 날개가 인간의 팔과 같은 역할을 한다는 사실로 잘 알려져 있다. 해부학적 구조가 동일하기 때문이다.

매우 복잡한 플라이트 조인트(Flight joint)

날개 움직임이 직접적으로 움직이는 것이 아니라 몸통 근육의 활동에 의해 간접적으로 움직이는 곤충의 경우 상황은 다르다. 나비, 벌, 곤충의 비행 장치의 중심 구성 요소는 날개와 몸을 연결하는 독특하고 매우 복잡한 관절이다. 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 요한 멜리스(Johan Melis)와 그의 동료들은 "관절은 특수한 '힘 근육'의 작은 고주파 진동을 날개의 앞뒤 움직임으로 변환한다"고 설명했다.

▲ 나비, 벌, 곤충의 비행 장치의 중심 구성 요소는 날개와 몸을 연결하는 독특하고 매우 복잡한 관절이다.

"관절은 서로 연결돼 있고 특수한 '조절 근육'의 활동에 의해 조절되는 경판이라고 불리는 작고 단단한 구조의 시스템으로 구성돼 있다"고 연구진은 말했다. 이 매우 복잡한 시스템을 더 자세히 이해하기 위해 그들은 다양한 비행 동작을 수행하는 초파리의 7만2000개 이상의 고속 이미지를 만들었다. 또한, 작은 곤충을 유전적으로 조작함으로써 특정 비행 동작 중에 수축된 골격근도 동시에 빛을 발하는 것을 보장했다. 이것은 그들에게 개별 경판 근육이 상응하는 날개 움직임을 제어하는 ​​문제에 대한 통찰력을 제공했다.

비행 움직임의 정확한 모델

그런 다음 과학자들은 "날개 퍼덕임 모델"을 검증하기 위해 이전에 시뮬레이션만 했던 움직임을 기계적으로 수행하는 로봇 파리를 만들었다. 밝혀진 바와 같이, 과학자들의 모델은 초파리의 실제 비행 행동을 잘 반영한다. 이러한 발견을 바탕으로 그들은 알려진 모든 초파리 비행 동작과 기계적 배경을 자세히 재현하는 디지털 시뮬레이션을 만들었다.

“다양하게 가정하는 접근 방식은 아마도 자연계에서 가장 정교하고 진화론적으로 중요한 골격 구조 중 하나인 곤충 날개 관절의 기계적 제어 논리를 설명한다”며 "날개 관절에 대한 이러한 분석은 곤충 비행의 진화를 기반으로 한 생체역학적 혁신을 가능하게 할 수도 있다"고 연구원들은 요약했다.
(Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07293-4)
출처: Nature

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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