학문
악어와악어새12
사막에 사는 딱정벌레 돌기가 물을 끌어당기는 원리는 무엇인가요
안녕하세요
딱정벌레 중에는 사막의 안개를 응결시켜 물을 마시는 종이 있다고 합니다 이는 등껍질의 돌기가 물을 끌여당겨서 그렇다고 하는데 원리가 무엇인가요
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 김채원 전문가입니다.
사막 딱정벌레의 등껍질 돌기는 친수성 돌기와 소수성배경의 미세구조로 이루어져 안개 속 수증기가 돌기에서 먼저 응결되고, 표면에너지 차이로 물방울이 성장, 이동합니다. 형성된 물방울은 중력과 표면장력 구배에 의해서 홈을따라 입쪽으로 운반되고, 이는 응결핵 제공과 젖음성 패턴 설계의 결합효과로 설명될 수 있습니다.
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채택된 답변안녕하세요. 박재민 수의사입니다.
사막에서 안개를 모아 물을 얻는 딱정벌레는 나미브 사막에 사는 딱정벌레로 알려져 있습니다
대표적으로 안개 딱정벌레라고 불리는 종이 이 행동을 보입니다
이 딱정벌레는 몸을 들어 올리고 바람 방향으로 자세를 잡아 공기 중 수분을 등껍질에 모읍니다
등껍질의 돌기 구조와 표면 성질 차이를 이용해 물방울을 만들고 이를 입 쪽으로 흘려보냅니다
건조한 환경에서도 생존하기 위해 진화된 특징으로 볼 수 있습니다
즉 특정한 한 종이라기보다 나미브 사막에 사는 일부 딱정벌레들이 이런 방식을 사용한다고 이해하면 됩니다
나미브 사막 딱정벌레 등껍질의 돌기는 끝부분이 물을 끌어당기는 친수성으로 이루어져 있고 주변 골짜기는 물을 밀어내는 소수성 구조로 되어 있습니다. 안개 속에 포함된 미세한 수분이 친수성 돌기 끝에 달라붙어 점차 크기를 키우며 응결되다가 일정한 무게 이상이 되면 소수성 골짜기를 타고 입으로 흘러 내려가는 방식입니다. 이러한 나노 구조의 물리적 특성 차이는 극한의 건조한 환경에서도 공기 중의 습기를 효율적으로 포집하여 생존에 필요한 수분을 확보할 수 있게 하는 핵심적인 원리입니다. 친수성과 소수성이 교차하는 표면 설계는 에너지 소비 없이도 물 분자를 응집시키고 이동시키는 자연적인 수로 역할을 수행한다고 분석됩니다.
아마 말씀하시는 딱정벌레는 '나미브 사막 딱정벌레'일겁니다.
나미브 사막 딱정벌레는 등껍질의 독특한 나노 구조를 이용해 공기 중의 안개를 물로 바꿉니다.
가장 중요한 부분은 등껍질에 솟아오른 돌기와 그 주변 골짜기의 서로 다른 성질입니다. 돌기의 꼭대기는 물을 끌어당기는 친수성이라 안개 입자를 붙잡아 물방울로 키우고, 돌기 주변의 바닥면은 물을 밀어내는 소수성 왁스로 덮여 있습니다.
그래서 안개가 낀 새벽, 딱정벌레가 엉덩이를 들면 안개 입자가 친수성 돌기에 달라붙고, 입자들이 뭉쳐 물방울이 무거워지면 돌기에서 떨어져 나옵니다. 이 물방울은 소수성 바닥을 타고 굴러 내려가 딱정벌레의 입으로 전달되는 형태죠.
참고로 이 방식은 에너지 없이도 수분을 얻을 수 있어, 물 부족 지역의 안개 포집 기술 등 다양한 생체 모방 공학에 응용되고 있습니다.
안녕하세요.
사막에 사는 딱정벌레가 안개에서 물을 모으는 현상은 표면의 미세 구조와 물리화학적 성질이 결합된 결과인데요, 이때 핵심 원리는 친수성과 소수성 패턴의 조합입니다. 딱정벌레 외골격은 온전히 동일한 성질로 이루어져 있지 않고, 물을 잘 끌어당기는 친수성 영역인 돌기 부분과 물을 튕겨내는 소수성 영역인 주변 평면이 번갈아 배치되어 있습니다. 따라서 안개 속의 아주 작은 물방울이 표면에 닿으면, 물은 에너지를 최소화하려는 성질 때문에 친수성 돌기 위에 더 잘 달라붙어 응결하는데요, 이때 공기 중의 수증기가 돌기 위에서 액체로 바뀌는 응결 핵 역할을 하는 것입니다.
또한 이 현상은 표면장력과 관련이 있습니다. 친수성 영역에서는 접촉각이 작기 때문에 물방울이 퍼지면서 달라붙고, 소수성 영역에서는 접촉각이 크기 때문에 물방울이 구형을 유지하며 쉽게 굴러갑니다. 그 결과, 물방울은 돌기에서 처음 생성되고 점점 커지다가 일정 크기가 되면 중력과 표면 에너지 차이 때문에 소수성 표면을 따라 굴러 내려가게 됩니다. 이 과정에서 물이 입 방향으로 이동하는 것입니다. 마지막은 돌기의 구조에 있습니다. 돌기의 높이와 간격, 거칠기는 물방울이 잘 맺히고 쉽게 떨어지도록 되어 있습니다. 따라서 안개 입자를 효율적으로 포획 및 배출하는데 용이합니다. 감사합니다.