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| 제목 : '굴절의 법칙'을 체득한 물총고기 |
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물총고기(Archer fish)의 곤충 사냥 기술
: "굴절의 법칙(스넬의 법칙, Snell's law)을 체득하여 정확하게 조준하고 물 위로 떠올라 강력한 물줄기를 발사한다."
물총고기 사냥 기술을 250년 만에 밝혀냈다고 합니다. 이 물고기의 학명은 ‘궁수(활쏘는 사람)’란 의미입니다. 물 밖의 먹이를 탐내는 욕심쟁이입니다. 나비, 거미 등의 곤충을 발견하면 먹이감의 바로 아래에서 한치의 오차도 없는 정확한 물줄기를 발사하여 그들을 나뭇가지 아래로 떨어트립니다. 첨부파일의 첫번째 이미지에서는 물줄기가 수면과 45° 가량의 각도를 형성했지만, 두번째 사진처럼 물줄기가 수면과 이루는 각이 90° 에 가까울수록 사냥 성공율이 높아집니다. 목표물과의 거리가 가장 가까운 수직방향에서 발사할 때 충격을 극대화시킬 수 있습니다.
< 첨부파일의 이미지를 참고하세요. >
굴절의 법칙(스넬의 법칙)에 따르면, 빛이 서로 다른 굴절률을 지닌 두 매질의 경계면을 통과할 때 그 성질이 달라집니다. 이동하는 방향이 굴절되거나 속도가 달라집니다. (여기서는 굴절현상만을 고려합니다.) 경계면을 통과하기 전후의 각도가, 입사각과 반사각이, 다릅니다. 물총고기는 물 속에서 물 밖의 먹이를 관찰하기 때문에, 시선이 수면과 이루는 각도가 기울어질수록 먹이의 실제 위치에 대해 왜곡된 정보를 얻게 됩니다. 아래의 그림에서 입사각(θ1)이 30°라면 출사각(θ2)는 40°가 됩니다. 즉 물총고기에게 보이는 먹이감은 실제보다 10°만큼 굴절된 방향의 가짜 위치에 있습니다. 물 속에서 관찰했던 가짜 위치에 비해 실제로는 더 가까운 곳에 존재하는 것입니다. 그런데 빛이 수직으로 통과할 때에는 각도가 유지됩니다.
< 첨부파일의 그림을 참고하세요. >
놀라운 점은 물총고기가 잘못된 정보에 속지 않고 적절하게 대처한다는 것입니다. 잠수함이 잠망경의 렌즈로 수면 위를 보는 것과 유사하지만, 물총고기는 물 속에서 눈(렌즈)을 수면과 평행한 각도가 아닌 90도 방향으로 향하여 수면 위의 먹이감을 탐색합니다. 빛이 굴절되지 않는 위치에서 곤충을 조준한 후에 그대로 물 위로 떠올라 물대포를 쏘는 것입니다. 굴절현상에 의해 발생하는 오조준 문제를 극복한 것입니다. 물과 공기라는 서로 다른 세상 사이에 존재하는 시각차를 극복할 수 있는 유연한 사고를 지닌 물총고기입니다. 새로운 세상을 바라보는 방법을 체득한 영리한 물고기입니다.
< 첨부파일의 사진을 참고하세요. >
입 안의 물을 밀어내서 곤충에게 분출하는 사냥 기술을 지녔습니다. 구강의 형태가 물총처럼 생기진 않았지만, 물의 흐름을 조절하여 유속을 높이고 수면 위 50cm ~ 200cm 높이에 있는 곤충을 타격할 수 있다고 합니다. 이들의 사냥 기술을 1764년에 발견하였지만, 그 원리는 250년이 지난 최근에야 밝혀졌습니다.
이탈리아 밀라노대학 연구팀은 학술지 플로스원 저널에 발표한 논문에서 "고무 피스톤을 압축해 물총을 쏘는 것처럼, 물총고기가 입 속의 물을 압축함으로써 물줄기를 쏜다", "특별한 내부 기관을 필요로 하지 않고도 수력학적인 사냥 기술을 익혔다는 점이 주목할 만하다"고 설명했습니다.
곤충이 나뭇가지를 잡고 있는 힘은 몸무게의 10배 이상이지만, 물총고기가 쏜 물대포의 파괴력은 이를 제압합니다. 구강 내부의 근력을 이용하여 물의 압력을 증대시킵니다.
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