3분 읽기
- 미국 원산지 서부 귀뚜라미 개구리는 동물계에서는 가장 작은 생물로 길이가 3cm 정도
- 수족관에서 움직이는 개구리 5마리와 물에서 움직이는 개구리 5마리를 고속 카메라로 촬영
- 개구리가 실제로 물 위를 걷는 것이 아니라, 점프할 때마다 수면 아래로 가라앉는다
- 개구리 점프 물리학을 기반으로 새로운 로봇과 수상 오토바이를 개발하는 데 영감

개구리가 물 위를 걸을 수 있나요?
귀뚜라미 개구리는 수면에서 뛰어내릴 수 있다는 가정을 반박한다.

개구리 중 몇몇 종은 물 표면에서 공중으로 직접 뛰어오르는 것처럼 보인다. 생물학자들은 이제 귀뚜라미 개구리를 이용해 이것이 어떻게 가능한지 더 자세히 조사했다. 놀랍게도 이 개구리들은 점프할 때 완전히 물속에 잠기고, 그런 후에야 돌고래 점프처럼 공중으로 튀어 올라간다는 사실이 밝혀졌다. 사람들이 생각하는 것과는 달리 이 개구리는 물 위를 걷거나 뛸 수 없다. 

▲ 연구원의 손 위에 있는 북부 귀뚜라미 개구리(Acris crepitans). © 사진은 Jake Socha 제공

미국이 원산지인 서부 귀뚜라미 개구리(Acris crepitans)는 동물계에서는 가장 작은 생물로 길이가 3cm 정도지만, 특별한 능력이 있는데, 가라앉지 않고 여러 번 연속으로 물 표면에서 뛰어오를 수 있다는 것이다. 그것은 마치 납작하게 던져진 돌처럼 물 위를 "뛰어 넘는다". 귀뚜라미 개구리는 이러한 점프 기술을 구사할 수 있는 11종뿐인 두꺼비와 개구리 종 중 하나다.

개구리가 슬로우모션으로 점프하다

개구리는 어떻게 그렇게 할 수 있을까? 그는 정말 가라앉지 않고 물 표면으로 올라올 수 있을까? 버지니아 공과대학과 주립대학(버지니아 공대)의 탈리아 바이스가 이끄는 팀은 이제 귀뚜라미 개구리의 점프가 어떻게 세부적으로 작동하는지, 그리고 그렇게 하는 데 필요한 해부학적 특성이 무엇인지 조사했다.

이를 위해 연구진은 테라리움이나 수족관에서 움직이는 개구리 5마리와 물에서 움직이는 개구리 5마리를 고속 카메라로 촬영했다. 카메라는 수족관 유리를 통해 초당 최대 500장의 이미지를 녹화했다. 그런 다음 생물학자들은 이를 느린 동작으로 평가했다.

초고속 돌고래 점프

이 영상은 놀랍게도 개구리가 실제로 물 위를 걷는 것이 아니라, 점프할 때마다 수면 아래로 가라앉는다는 것을 보여주었다. 연구팀은 그들의 발뿐만 아니라 몸 전체가 물에 잠긴다는 사실을 발견했다. 서부 귀뚜라미 개구리는 물 위로 뛰어오르지 않고, 배를 흔들며 깊이 뛰어든 후 물 밖으로 솟아올라 다시 공중으로 올라간다. 이러한 움직임은 다이빙 후 공중으로 뛰어오르는 물개와 돌고래의 움직임과 비슷하다.

하지만 이 움직임은 개구리의 경우 너무 빠르기 때문에 우리 눈에는 수면 위에서만 일어나는 것처럼 보인다. 버지니아 공대의 수석 저자인 존 소차는 "우리가 빠른 동물의 움직임에 얼마나 쉽게 속을 수 있는지 정말 흥미롭다"고 말했다. "여기서 우리는 점프하는 돌처럼 보이는 개구리에게 속았는데, 실제로는 여러 번 연속으로 점프하고 다이빙한다.“

점프 기술이 중요하다.

그런데 왜 귀뚜라미 개구리는 다른 개구리들이 하지 못하는 돌고래와 같은 점프를 반복적으로 할 수 있을까요? 점프 동작을 자세히 살펴보면, 무엇보다도 개구리의 몸과 수면 사이의 올바른 각도가 중요하다는 것을 알 수 있다. 이렇게 하면 개구리가 물속에서 균형을 잡을 수 있다.

올바른 점프 기술 또한 물론 중요하다. 귀뚜라미 개구리는 먼저 뒷다리를 수면 바로 아래로 뻗은 다음 앞다리를 몸에 대고 약 50도 각도로 대각선으로 앞으로 그리고 위쪽으로 공중으로 솟구쳐 오른다. 이는 스키 점프 선수와 비슷하다. 날 때 개구리는 앞다리를 앞으로 뻗고 평평한 각도로 날다가 배를 땅에 대고 다시 물속으로 뛰어든다. 그런 다음에야 그는 다리를 다시 위로 올리고 다음 점프를 위해 구부린다.

수상 점프는 육상 점프와 다르다

연구진은 이 전체 과정이 걸리는 시간은 약 360ms(밀리초)에 불과하며, 최대 8번 연속으로 발생한다는 것을 관찰했다. 즉, 물속으로 뛰어드는 시간은 개구리가 땅에서 뛰어드는 시간보다 불과 몇 밀리초 더 길다는 의미다. 점프 단계와 거리도 비슷하다. 물에서나 땅에서나 개구리는 약 15cm 정도 점프한다. 그러나 물속에서는 귀뚜라미 개구리가 약 2cm 더 높이 뛰어오르고 두 번의 점프 사이에 약간 더 긴 휴식을 취한다.

"개구리가 다리를 수축하는 데 필요한 시간 때문에 실제로 수면에서만 움직일 수 없는 것일 수도 있다"고 바이스와 그녀의 동료들은 추측하고 있다. 그러므로 한계는 점프력이 아니라 반응속도다. 돌고래나 다른 동물과는 달리, 개구리는 이전 점프에서 얻은 에너지를 이용해 더 멀리 점프할 수 없다.

개구리 기술을 탑재한 양서류 드론?

이번 발견은 생물학 분야에서만 흥미로운 것이 아니라, 앞으로 엔지니어들이 개구리 점프 물리학을 기반으로 새로운 로봇과 수상 오토바이를 개발하는 데 영감을 줄 수도 있다. 예를 들어, 귀뚜라미 개구리를 모델로 한 수륙 양용 드론이 미래에 수역을 탐험할 수 있을 것이라고 연구팀은 밝혔다.
(Journal of Experimental Biology; 2025; doi: 10.1242/jeb.249403)
출처: Virginia Polytechnic Institute and State University (Virginia Tech)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]