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특수하게 구성된 피지층이 얼음 형성을 방지

북극곰 털이 얼지 않는 이유
특수하게 구성된 피지층이 얼음 형성을 방지해준다.

곰의 나쁜 머리 날:
북극곰이 매일 노출되는 얼음, 눈, 북극의 차가운 공기를 고려하면 실제로는 털이 얼어야 하지만, 그렇지 않다. 연구자들은 이제 그 이유를 알아냈다. 특별히 제조된 북극곰 지방은 결빙을 방지하는 보호층 역할을 한다. 일종의 기름진 부동액이다. 미래에는 이 기름 제조법을 기반으로 지속 가능한 방빙 코팅이 개발될 수도 있을 것이다. 

▲ 북극곰의 털은 열을 차단하는 데 효과적일 뿐만 아니라, 얼음으로부터 자연스럽게 보호해준다. © Jenny E. Ross

북극곰(Ursus maritimus)은 얼음처럼 찬 물 속으로 뛰어들어 사냥을 하는 유일한 북극 육상 포유류다. 포식자가 육지로 돌아오면 기온이 영하 40도 이하로 떨어질 수 있다. 우리 인간은 이런 환경에서는 살아남기 힘들고, 피부와 머리카락은 곧바로 얼어붙을 것이다. 하지만 북극곰의 털은 보통 얼음이 없다. 동물들은 어떻게 이런 일을 할 수 있을까?

구조인가, 코팅인가?

북극곰 털의 열 절연 특성은 잘 연구되었지만, 얼음을 녹이는 능력의 이유는 아직 미스터리다. 북극곰 털의 초능력에 대해 더 자세히 알아보기 위해, 더블린 트리니티 칼리지의 줄리안 캐롤란이 이끄는 연구진은 야생 북극곰 여섯 마리의 털 샘플을 더 자세히 조사했다. 핵심 질문은 이것이다. 얼음 보호 기능이 모피의 구조와 관련이 있는가, 아니면 코팅과 관련이 있는가?

이를 확인하기 위해 연구팀은 씻은 모피 샘플과 씻지 않은 모피 샘플의 얼음 접착력을 비교했다. 동결 방지 기능이 모피의 구조에 따라 달라지는 경우 두 가지 경우 모두 그대로 유지되어야 한다. 그러나 세탁 시 제거되는 코팅이라면, 씻지 않은 모피만이 얼음으로부터 보호 기능을 제공할 가능성이 높다.

▲ 야생에서 사용되는 북극곰 털의 특성. (A) 노르웨이 스발바르 제도 스피츠베르겐 섬 샐리함나에서 눈 경사면을 미끄러져 내려가는 북극곰. (B) 노르웨이 스발바르 제도에서 FLIR E75 24o(FLIR Systems OÜ, 에스토니아)로 촬영한 북극곰 털과 주변 눈의 온도를 보여주는 적외선 이미지. (C) 성인 암컷 북극곰이 물에서 나와 해빙 위로 올라온 후 털에서 물을 털어낸다. 노르웨이 스발바르 제도의 올가스트레테트, 바렌츠해. (D) 성인 수컷 북극곰이 눈 덮인 해빙을 굴리고 문지르며 털을 닦는다. 노르웨이 스발바르 제도 북쪽, 북위 81° 부근의 북극해. 이미지 출처: (A) P. Souders, Getty Images; (B) J. Aars, Norsk Polarinstitutt; 및 (C) 및 (D) J. E. Ross, LifeOnThinIce.org.

기름진 머리카락을 열쇠로

결과:
실제로 씻지 않은 모피는 씻은 모피보다 훨씬 더 서리에 강했다. 얼음 접착력은 매끄러운 얼음과 눈 위에서도 상승이 가능하도록 스키 아랫면에 부착하는 인공적으로 제조된 "스키 스킨"의 접착력과 마찬가지로 낮았다. 이러한 특별한 능력의 이유는 북극곰 털의 특별한 코팅 때문일 것이다.

도대체 그것은 무엇으로 구성되어 있을까? 캐럴런과 그의 팀은 북극곰의 피지가 원인이라는 것을 곧바로 의심하고 지방 물질에 대한 자세한 화학 분석을 실시했다. 북극곰 기름은 주로 콜레스테롤, 디아실글리세롤, 기타 지방산으로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 하지만 인간과 바다 수달을 포함한 다양한 다른 포유류에게 일반적으로 나타나는 성분인 스쿠알렌이 부족했다.

따라서 연구팀은 이 지방 물질의 부재가 북극곰 털의 부동액 효과의 핵심이라고 추정한다. 그러나 스쿠알렌의 정확한 역할은 아직도 불분명하다.

동파방지와 소음억제를 동시에

인간과 달리 북극곰의 기름진 털은 사회적인 삶뿐만 아니라, 생존에 필수적이다. 이들의 특별한 피지는 북극곰을 서리로부터 보호할 뿐만 아니라, 바다에서 사냥을 하기 쉽게 만들어준다. 베르겐 대학의 수석 저자인 보딜 홀스트는 "북극곰의 주요 사냥 전략 중 하나는 매복 사냥으로, 바다 얼음 위의 숨구멍 옆에 움직이지 않고 누워서 물개가 나타날 때까지 기다린다"고 설명했다.

“이 조용한 사냥은 종종 '물속으로 미끄러져 들어가 먹이를 쫓는' '물속으로 미끄러지는' 방식으로 발전하는데, 얼음에 대한 그립이 적을수록 소음이 적고 미끄러짐이 더 빠르고 조용해진다"고 홀스트는 주장했다.

이누이트족도 일찍부터 북극곰 모피의 장점을 인식했다. 따라서 그들은 사냥할 때 전통적으로 이것을 사용했는데, 예를 들어 신발 밑창에 이것을 사용했다. 이런 식으로 원주민 사냥꾼들은 달릴 때 얼음 결정이 생기는 것을 막아 딱딱거리는 소리가 나는 것을 막는다. 이누이트족 역시 오래전부터 죽은 북극곰의 털이 씻겨지지 않도록 하는 것이 이 효과에 얼마나 중요한지 알고 있었던 것 같다. 여우 털 등 다른 동물의 털은 전통적으로 활석이나 마른 점토로 세척하지만, 북극곰 털은 처리되지 않은 채로 남아 있다.

▲ 주요 결빙 방지 결과 및 테스트 설정. (A) 씻지 않은(PB) 및 씻은(WPB) 북극곰 털의 얼음 접착력 측정값과 씻지 않은(HH) 및 씻은(WHH) 인간 머리카락, 레이싱(RSS) 및 비레이싱(NRSS) 스키 가죽을 비교한 결과 (B) 얼음 접착력을 특성화하기 위해 이 얼음을 제거하기 전에 북극곰 털 샘플에 틀에 넣은 2cm x 2cm x 2cm 크기의 얼음 블록 (C) 개별 PB, WPB, HH, WHH 및 불소화 탄소로 처리한 RSS 및 NRSS 샘플에 대한 물 접촉각 측정값 (D) 씻지 않은 북극곰 털에 있는 물방울의 예 (A) 및(C)의 오차 막대는 각 샘플 유형에 대한 측정값의 SD를 나타냅니다. 원시 측정값은 플롯에서 회색 마름모로 표시 (출처:관련논문 Anti-icing properties of polar bear fur / Science Advances)

새로운 얼음 차단 소재?

하지만 특수한 지방은 북극곰과 이누이트에게만 이로운 것이 아니라, 앞으로 자연에서 새로운 재료를 얻는 데에도 도움이 될 수 있다. 공동 저자인 더블린 트리니티 칼리지의 리처드 홉스는 "우리는 곰이 생산한 이러한 천연 지질 코팅이 지금까지 부동액 코팅으로 사용되어 온 PFAS와 같은 문제가 있는 '영구 화학 물질'을 대체할 수 있는 새롭고 지속 가능한 방빙 코팅을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대한다"고 말했다.
예를 들어, 위에 언급한 스키 스킨은 종종 불소탄소로 코팅된 섬유로 구성되어 있는데, 이는 자연적으로 분해되기 어렵다. 지속 가능한 대안은 아직 부족하다.
참고: Science Advances, 2025; doi: 10.1126/sciadv.ads7321)
출처: Trinity College Dublin,
American Association for the Advancement of Science (AAAS)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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