이웃집과학자

식물은 종자 산포(seed dispersal)가 잘 이뤄질 수 있도록 진화했습니다. 꿀벌처럼 수분에 도움을 주는 매개체가 필요한 식물도 있고, 바람에 씨앗을 날려 번식하는 식물들도 있습니다. 이렇게 진화한 식물은 자신의 씨앗을 되도록 멀리 보내기 위해 정교한 형태로 씨앗 모양을 진화시켰는데요. 가령, 단풍나무 씨앗은 비행기 날개나 헬리콥터의 회전날개와 비슷하게 작동합니다.

민들레 씨앗 역시, 바람에 자신들의 씨앗을 날려보내곤 하는데요. 봄 철 솜털 같이 하얀 민들레 씨앗을 불어본 경험이 다들 있으실 겁니다.

민들레 씨앗은 관모(pappus)라고 하는 씨방 위쪽에 달린 털모양의 돌기로 이뤄져 있는데요. 물리학자들은 민들레 씨앗이 어떻게 그렇게 잘 떠다니는지 지금까지도 의아하다는 반응입니다. 왜냐하면 아직까지도 민들레 씨앗의 비행에 대해 유체역학적으로 설명하지 못했기 때문이라고 하는데요.

그런데 <Nature>에 게재된 최근 연구에 따르면, 에든버러대학교 Naomi Nakayama 박사가 민들레 씨앗의 비행에 관한 수수께끼를 풀었다고 합니다. Naomi Nakayama 박사는 연구실에서 수직 바람 터널을 만들고 그 안에 민들레 씨앗을 넣어 바람에 뜨게 만들었습니다. 이후 씨앗을 통과하는 공기에 레이저 빛을 비춰 고속촬영했는데요. 그 결과 Nakayama 박사는 '분리된 소용돌이 고리(separated vortex ring)'라 불리는 기포(air bubble)를 발견합니다. 

'분리된 소용돌이 고리(separated vortex ring)'는 솜털처럼 생긴 관모 사이로 통과하며 관모 사이의 간격을 물리적으로 떨어뜨려놓는다고 하는데요. 분리된 관모들 주변으로는 공기의 경계층이 생깁니다.

하지만 이후 관모를 통과한 공기들은 오히려 소용돌이를 안정시키며 씨앗이 잘 떠있을 수 있도록 해주는데요. 이는 관모 사이의 간격으로 정확하게 조절되면서 작동한다고 합니다. 연구팀에 따르면 민들레 씨앗의 비행 메커니즘은 기존의 낙하산 디자인에 비해 4배 이상 효율적이라고 합니다. 또한, 공기의 소용돌이는 민들레 씨앗이 수직으로 비행하도록 도와주며 특히 땅에 있을 때 싹이 틀 가능성을 극대화시켜준다고 합니다.

한편, 대부분의 민들레 씨앗은 그들의 모식물체로부터 2m 이내에 있다고 합니다. 그런데, 만약 바람이 적당하고 날씨가 따뜻하면서 대기가 건조하다면, 민들레 씨앗은 훨씬 더 멀리 날아갈 수 있다고 합니다. 민들레가 속한 국화과의 씨앗은 30km 이동은 흔히 볼 수 있고, 무려 150km까지 이동하는 것도 있다고 합니다.  

민들레 씨앗에 있는 얇은 관모는 그 수를 늘리기 힘들다고 하는데요. 그래서 단풍나무 씨앗처럼 커다란 씨앗들은 날개를 이용해 종자를 산포합니다. 따라서 이번 연구는 결국, 민들레 씨앗처럼 작은 규모에서나 적용될 수 있을 것으로 보인다고 연구팀은 말하는데요. 그럼에도, 이 새로운 발견은 엔지니어들에게 영감을 불어넣어 줄 수 있을 것 같군요.  

##참고자료##

Cummins, Cathal, et al. "A separated vortex ring underlies the flight of the dandelion." Nature 562.7727 (2018): 414.