메타물질로 처리되어 있는 나방의 스텔스 날개 : 창조 설계-동물 [한국창조과학회 자료실]

메타물질로 처리되어 있는 나방의 스텔스 날개

미디어위원회

2022-08-29

메타물질로 처리되어 있는 나방의 스텔스 날개

(The Passive Stealth Wing of the Moth)

by Frank Sherwin, D.SC. (HON.)

아름다운 나비(butterfly)는 고맙지만, 성가신 나방(moth)은 고맙게 생각하지 않는다. 하지만 두 생물체의 날개 구조는 놀랍다, "나방과 나비의 날개는 복잡한 모양과 조각된 나노구조를 보여주는 인편(scales, 작은 비늘)으로 촘촘히 덮여 있다."[1]

덧붙여 먹이인 나방을 찾기 위해서, 어둠 속에서 비행하며 사냥하는 박쥐(bat)의 놀라운 능력에 대한 많은 연구들이 수행되어왔다.

박쥐는 어둠 속에서 먹이를 찾기 위해서, 믿을 수 없을 정도로 복잡한 형태의 반향정위(echolocation)를 사용한다. 박쥐들은 빠르게 날아가며, 끊임없이 초음파를 방출하고 감지하여, 움직이는 대상(나방과 같은)들의 위치를 정확하게 파악한 다음, 공중에서 빠르게 낚아채서 먹는다. 박쥐가 내보내는 초음파의 주파수는 30,000~100,000 Hz로 측정되었다. 이에 비해 사람이 들을 수 있는 주파수의 상한은 20,000 Hz이다.[2]

그러나 박쥐의 초음파만큼 효과적으로, 야행성 나방(예: 산누에나방, Chinese silk moth, Antheraea pernyi)의 일부 종은 날개에 있는 인편 때문에, 박쥐의 매우 정교한 추적 시스템을 피할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

과학자들은 나방 날개의 표면이 메타물질(metamaterial)이라고 불리는, 놀라운 흡음 표면(sound-absorbing surface)으로 설계되었다는 것을 발견했다. 그들은 이것이 자연에서 발견된 최초의 음향 메타물질이며, 실제로 "박쥐의 반향정위에 대항하는 음향 위장"을 만들어낸다고 믿고 있었다.[1] "나방의 날개 표면은 날개 막을 장식하는 수많은 공명 인편(resonant scales)들의 작용을 통해 효율적인 흡음기로 기능한다."[3]

과학자들은 극도로 미세한 구조들로 인해 놀랄 수밖에 없었는데, 날개는 다른 크기(나노 수준)의 인편들로 덮여 있고, 다른 공명 주파수를 갖게 되어, 광대역 음향 흡수를 제공한다. 즉, 다시 반사되는 맥동과 반대로, 인편은 박쥐의 초음파를 흡수하고 붙잡는다.

나방의 날개는 다양한 크기의 인편들로 장식되어 있으며, 각각은 자신의 공명 주파수를 갖고 있다. 각 인편은 주 공진 모드의 주파수에서 소리를 흡수한다. 크기가 다른 수많은 인편들로 인해 공명 주파수가 날개 막을 덮을 때, 결과는 깊은 하위파장(deep-subwavelength) 영역에서 광대역 음향 흡수가 일어난다.[3]

박쥐의 음파 탐지기는 완전히 독특한 방법으로, 사실상 모든 단계(약 3옥타브의 소리)에서 초음파를 흡수하여, 나방은 사실상 박쥐에게 보이지 않게 된다!

어떻게 이런 놀라운 음향 위장(acoustic camouflage)이 이 나방들에서 생겨났을까? 무작위적인 우연한 돌연변이들로 어쩌다가 생겨났는가? 창조론자들은 진화론자들이 '진화해왔다'와 같은 문구가 사용할 때, 위축될 필요가 없다. 센(Shen) 등은 "나방 날개의 인편은 박쥐에게 되돌아가는 메아리를 줄이도록 진화했다"고 말했다.[1] 그러나 이 말보다 "나방 날개의 인편은 박쥐에게 되돌아가는 메아리를 줄이도록 설계되었다"라고 말하는 것은 더 과학적이다.

더 나아가 "아마도 이 자연의 메타물질은 수천만 년의 진화를 통해 조각되어 왔다..."와 같은 말 대신에, "아마도 이 자연의 메타물질은 창조주의 손으로 조각되었다..."라고 말해야 할 것이다."

놀라운 일도 아니지만, "연구자들은 차세대 첨단 메타물질을 설계할 실마리를 찾기 위해서, 자연을 살펴보고 있으며, 생물에서 영감을 받은 메타물질에 대한 관심이 증가하고 있다"는 것이다.[3] 과학자들은 이러한 초미세 나노공학을 높이 평가하고 있으며, 자연이 아니라 하나님이 불과 수천 년 전에 나방에 설계해 놓으신 것을 모방하려고 시도하고 있는 것이다.

References

1. Shen, Z. et al. Biomechanics of a moth scale at ultrasonic frequencies. PNAS. Posted on pnas November 12, 2018, accessed August 17, 2022.

2. Tomkins, J. Complex Creatures Engineering Requires a Creator. Creation Science Update. Posted on ICR.org July 31, 2019, accessed August 17, 2022.

3. Neil, T. et al. 2022. Moth wings as sound absorber metasurface. Proceeding of the Royal Society A. 478:2262.

4. Cassella, C. 2020. Moth Wings Have Evolved a Rare 'Metastructure' We've Been Trying to Make in The Lab. ScienceAlert. Posted on sciencealert November 28, 2020, accessed August 17, 2022.

*Dr. Sherwin is Research Scientist at the Institute for Creation Research. He earned an M.A. in invertebrate zoology from the University of Northern Colorado and received an Honorary Doctorate of Science from Pensacola Christian College.

*참조 : 경탄스런 나방 날개의 디자인 : 날개에 포유류의 안면 모습이 무작위적 돌연변이로?

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