접착제 가공에 대해 해양 생물들이 가르쳐 줄 수 있는 것

만약 우리가 태풍이 부는 젖은 해안가 위에서도 꼼짝하지 않는 홍합이나 굴, 따개비 같은 해양 생물들의 부착 능력을 이용할 수 있다면 어떻게 될까요? 이들만의 접착제나 접합제를 만드는 놀라운 동물들의 세계로 과학자 조나단 윌커와 함께 빠져보세요 -- 그리고 이들의 접착 물질 생성 방식으로부터 우리가 배울 수 있는 놀라운 것들을 구경하세요.

저와 함께 현장 학습을 같이 가시죠.

여러분 모두를 바다에 데리고 가서

바다의 공기와 소금의
물보라를 즐기고 싶어요.

그리고 물가 쪽에 가서

파도 때문에 제자리에
계속 머물러 있기가

정말 힘든 걸 알게 될 거예요.

하지만 이제 밑을 보면,

그 자리에

계속 머물러 있는 모든 종류의
해양 생물로 덮인

바위들을 볼 수 있을 겁니다.

그리고 이 힘든 환경에서 살아 남으려면

여러분의 존재 여부는

부착 능력에 달렸다는 걸 알 수 있죠.

이제 우리 이야기의 영웅들
일부를 소개해 드릴게요,

몇 개만요.

이들은 홍합인데요.

바위 위를 덮고 있는 게 보이시죠.

홍합들은 접착 성분을 만들어

바위에 달라 붙어 있는데

사실은 서로에게도 붙어있어요.

이렇게 홍합들은 모여
자리 잡고 있습니다.

이 사진은 굴 암초와
굴들의 근접 사진인데 엄청납니다.

이들은 서로 붙어

크고 광범위한
암초 시스템을 만드는데요.

수 킬로미터 만큼 길거나 깊습니다.

또, 해양 연안 생태계의 보전에

단언컨대 가장
주요한 영향을 끼치는데요.

이들이 물을 꾸준히 정화시키고,
모래와 진흙을 그 자리에

고정시키는 역할을 하기 때문입니다.

사실, 이 암초들엔
다른 종들도 존재해요.

또, 혹시 태풍이 오면
어떻게 될지 생각해 보면

태풍이 먼저 수십 마일에
달하는 암초들을 먼저 쳐야해서

이 암초들 뒤에 있는
해안은 보호될 거예요.

이렇게 영향력이 꽤 큰 존재들이죠.

만약 세계 어디에서나 암초가
많은 아무 바다나 가보셨다면,

따개비가 어떻게
생긴지 알고 계실 거예요.

이 생물들이 무슨 일을 할까요.

많은 일들을 하지만 세 가지만 봅시다.

먼저 접착 성분을 만들어
서로 바위에 붙습니다,

이렇게 공동체를 생성함으로써

이들이 얻는 많은 이점들이 있는데요.

그 중 하나는 이들
하나하나가 서식지의 난류와

모든 피해 요소들로부터
영향을 덜 받는다는 것입니다.

그래서 이렇게 모여있는 것이죠.

또한 수 많은 안전 이점이 있는데요.

포식자들로부터 보호할 수도 있는데

만약 갈매기가 그들을
따거나 먹으려고 한다면

다 같이 붙어 있는게
더 유리하기 때문입니다.

또 다른 이점은 번식효율에
도움이 되는 것입니다.

만약 따개비씨나 따개비양이

“좋아, 아기 따개비를 가질 시간이야”

어떻게 번식하는진 말하지 않을게요.

아무튼 이렇게 결심할 때,

이들이 함께 모여있다면

번식이 훨씬 쉽고
효율성이 높기 때문입니다.

저희는 이 방식과
부착 방식을 이해하려 합니다.

저희도 아직 연구 중이라
자세하게는 말해 드릴 수 없지만

저희가 하려는 것들을
조금 알려드릴게요.

이 사진은 저희 실험실의
아쿠아리움 장치 중 하나입니다.

사진에 보이는 모든 것들은
이 장치의 일부이며,

저희가 하고 있는 것은

유리 탱크 밑쪽에 홍합
뭉치들이 있는 게 보이시죠,

이 장치로 냉수, 순환 하는 빛과

난류를 만드는데

물이 난류일 때 생물들이
더 많은 접착 성분을 만들기 때문입니다.

이렇게 유도하고 모아서 연구합니다.

이 아쿠아리움은 인디애나에 있는데요.

자신들의 생각으론 2월의 해양에 있으며

꽤 행복해 보입니다, 저희가 보기엔요.

저희는 굴도 연구하고 있는데요.

위 사진의 사우스 캐롤라니아의
작은 암초를 보세요.

가장 흥미로운 것은
어떻게 이들이 서로 붙어

연결됐는지 보는 거예요.

아래의 사진을 보시면

두 개의 굴들이 붙어있는 게 보이시죠.

저희가 궁금한 건 그 사이의 것입니다,

그래서 이것들을 여러 번
잘라 살펴 봤어요.

그리고 밑의 나열된 사진들을 보시면

보시다시피 두개의 껍질들이 있는데요.

굴 한 개와 또 다른 굴의 껍질,

그 사이에 접착물이 있습니다.

그리고 오른쪽 사진을 보시면

아마 보실 수 있는 건

각각 생물의 껍질 안 구조입니다.

하지만 이 접착물은 다르게 보이죠.

그래서 저희는 껍질 안 속을
이해하기 위해 모든 종류의

일류 화학과 생물 기기들을
사용 중입니다,

저희가 연구 중인 것은 구조들의 차이와

화학 성질의 큰 차이인데
정말 흥미로워요.

이 사진을 보시면요.

이게 뭔지 말해드리기 전에

“매직 스쿨 버스”란 만화를 아시나요?

혹은 만약 나이가 더 있으시다면,
"바디 캡슐”을 아시나요?

그리고 그 등장 인물들이

초소형 수준으로 작아진 다음

소용돌이 치며 들어가
이런 생물학 구조 주변을

수영하거나 날던 걸 기억하세요?

이 사진을 그렇게 보시면 돼요,
이 경우엔 현실이지만요.

보시면 저희는 서로 붙어 있는
두개의 굴을 준비했어요.

그 사이 공간은 보통은
접착 물질로 꽉 차있는데요.

저희는 이 접착물이 수 많은
성분들을 가지고 있지만

대략 말씀 드리면 단단하고
끈적 하지 않은 부분이 있고,

부드럽고 끈적한 부분이 있어요.

그리고 실제 접착물을 확인하기 위해

끈적하지 않은 부분들을 제거했습니다.

그리고 이런 끈적한 접착 성분이
이들을 부착하는 걸 발견했죠.

이 사진은 좋은 예시예요,

저 속으로 날아가는
상상을 할 수 있잖아요.

그래서 어떻게 해양 활동이
이런 물질들을 만드는지

이해하기 위해 저희가
연구하고 있는 게 있습니다.

근본적인 시각에서 보면,
배우기 정말 흥미로워요.

하지만 저희가 이 정보로
뭘 하고 싶은걸까요?

보시면 생물들의
활동을 통해 이용 가능한

기술 응용 프로그램들이 많이 있습니다.

예시를 하나 들어보죠.

집에서 가장 좋아하는 조각상이나

컵 같은 걸 깨뜨렸다고 상상해 볼까요?

조각들을 다시 붙이고 싶겠죠.

그럼 어디로 가야 하죠?

동네에서 가장 좋아하는 곳인

철물점의 접착제 통로로 갑니다.

여러분이 밤에 어디서 노는지 알아요.

여러분 모두 힙하고,
멋있고, 여기 있잖아요.

그리고 술집이나 콘서트도 가니까요.

제가 매일 밤 이렇게 놀아요.

어쨌거나, 제가 하고싶은 건

선반 위 모든 종류의 접착제를

집에 가져오는 거예요.

근데 조각들을 붙이기 전에요.

이걸 물 양동이 안에서
붙이려고 해보세요.

붙지 않을 거예요, 맞죠?
다 알고 있죠.

당연하지만 해양 생물학이 해결했죠.

이제 이들을 따라하는
방법을 찾아야 해요.

그리고 그 문제들 중 하나는

이 물질을 바다에서
그냥 얻는 게 아니란 거죠.

엄청나게 많은 홍합들을 따서

그 접착 물질을 얻으려고 해도

엄청 조금만 얻을 수 있기 때문이에요.

그래서 무엇을 하기엔
충분치 않아 보기만 할 수 있겠죠.

규모를 확대해보죠.

위 사진에는 한 종류의
분자가 있는데요.

생물들이 접착제를 만드는데 사용됩니다.

길이가 긴 분자로
단백질이라 불리는데요,

이 단백질 안에는 접착 성분을 만드는

상당히 특이한 분자가 있습니다.

저희가 하고 싶은 건 이러한
화학적 성질을 이용하여

이것을 저희가 대규모로 얻을 수 있는

다른 긴 분자들에 넣는 건데요.

플라스틱이나 고분자를 아시죠.

이것들이 하는 일들을 단순화 시켜

큰 분자들 안에
접착 화학 성질을 넣는 거예요.

그렇게 저희는 많은 종류의
접착 구조를 개발해 냈습니다,

그리고 접착제를 만들어 보면
꽤 괜찮아 보이죠.

이제 어떻게 할까요?

실험실 안에서 아무거나 붙였어요.

아주 조금의 접착제로
철 두 개를 붙였어요.

그랬더니 철에 뭘 달고 싶더라고요,

그래서 산 홍합이 든 냄비를
매달고 매우 똑똑하다고 생각했죠.

(웃음)

물론 주로 저희는 이것에
관해 훨씬 양적이에요.

그래서 저희는 상업적
접착제들을 벤치마킹하여

이젠 강력접착제 보다
더 강한 물질들도 개발했어요.

제가 보기엔 정말 대단해요.

실험실의 좋은 날이죠.
강력접착제보다 강력하다니요.

또 저희가 할 수 있는 게 있습니다.

여기에 바닷물 탱크가 있죠.

이 주사기 안엔
접착 물질이 들어 있어요.

그리고 이걸 물속에 완전히 잠겨 있는

철 조각 위에 짰어요.

그리고 다른 철 조각을
붙거나 연결 되도록

그 위에 올려놨어요.

그래서 이것들이 붙도록 놔두고,
조금 시간을 뒀어요.

그리고 무거운 걸 그 위에
올렸어요, 별거 아니에요.

그냥 납덩이가 든 튜브를 올려놨어요.

그리고 서로 붙도록 꽤 기다렸죠.

공기 없이 완전히 물속에서만요.

그리고 들어보면요.

무슨일이 일어날까요.

전 이 부분에서 항상 긴장해요.

들어보면…

여기 붙어있죠.

저한텐 엄청난 일이에요.

저희가 수중 접착제를 만든 거예요.

아마, 제일 강력하거나

제일 강한 것들 중 하나일 거예요.

심지어 동물 생산품보다 강력해요.

그래서 저희에겐 엄청난 거예요.
정말 대단해요.

이걸로 저희가 하고 싶은 게 뭘까요?

우리에게 친숙한 제품들을 생각해 봐요.

핸드폰, 노트북, 구조물
대부분에 있는 합판,

차 내부, 신발, 전화번호부 등이요.

이것들은 접착제로 고정되어 있는데,

이 접착제들에는
두 가지 주요 문제들이 있습니다.

첫째는 독성입니다.

이 중 독성이
가장 나쁜 건 합판입니다.

합판, 가구들, 혹은
바닥의 나무 코팅을 보시면

이들의 주요 접착 성분은
포름알데히드인데요.

아마 들어보신 합성 물질일 거예요.

가스이며, 발암 물질이기도 하죠.

보통은 이 물질로 많은
구조물들이 만들어면서

우리는 많은 발암 물질들을
마시고 있습니다.

당연히, 아주 좋지 않죠. 그렇죠?

심지어 이것들은 모두 영구적이에요.

신발, 자동차, 혹은
노트북조차 수명을 다했을 때,

혹은 필요가 없을 때, 뭘 하시나요?

대부분은 쓰레기 매립지로 버려집니다.

그리고 거기엔 저희가
꺼내서 재활용하고 싶은

많은 귀중한 자재들이 있죠.

그렇지만 이것들이

영구적으로 붙어있다면
재활용이 불가능해요.

이걸 해결하기 위한
접근 방식이 있습니다.

저희는 옥수수에서 얻을 수 있는

긴 분자를 하나 더 얻어

그 분자에 홍합에서 얻은

화학적 부착 성질을 넣었어요.

그래서 저희가 옥수수와
홍합을 합쳤기 때문에

서프앤 터프 고분자라고 불러요.

이것들은 붙습니다. 진짜 잘 붙어요.

매우 강력합니다.

생물 기반 물질로 아주 좋죠.

더 엄청난건 분해도 가능합니다.

아주 쉬운 조건에서도
물에서 분해가 가능해요.

그래서 저희가 이것들을

원할 때 강력하게 붙이고

다시 뗄 수 있다는 것이죠.

이게 저희가 연구 중인 거예요.

주로 사람들이 가고 싶은 장소가 있죠.

사실 이런 경우에는
저희가 가고 싶지 않은 곳이 있죠,

그러나 바꾸고 싶은 게 있어요.

봉합, 스테이플러, 나사.

부상이나 수술을 받았을 때
다시 고정시키는 방법이죠.

끔찍해요, 아프죠.

봉합의 경우에는 잡아서 모아야 하니

기계적 압력도 엄청나요.

수술 자리에 감염될 확률도 높죠.

건강한 조직에
구멍도 생기고, 좋지 않죠.

또 뼈를 합치기 위해 뼈판이 필요하다면

한 곳에 얼마나 구멍을
뚫어야 하는지 보세요.

끔찍해요.

제가 보기엔 중세 고문 방에서나
존재할 거 같지만

사실은 저희의 현대적 수술이죠.

이런걸 이 접착제로 대체할 수
있다면 정말 좋을 거예요.

저희도 연구하고 있긴 하지만
정말 쉽지 않습니다.

이런 경우에 어떤 접착제가 필요할까요.

무엇보다도 축축한 환경에서도

고정되는 접착제가 필요하겠죠.

여기 바보 같은 작은 그림을 보시면

우리 몸은 60% 정도 물로 차있어요,

축축한 환경이죠.

이건 제가 왜 화가가 아닌
과학자인지 설명도 해주죠.

저는 저의 부름을 무시하지 않았어요.

좋은 의학 접착제를 위해선
또 필요한 것들이 있어요 :

먼저 강한 접착력, 물론이죠.

그리고 독성이 없어야 해요.

환자를 아프게 하고 싶진 않잖아요.

이 두 개는 이제까지
많이 되어 와서 꽤 쉬워요.

하지만 요구 사항 세 개 모두를
충족시키는 것은 아닙니다.

정말 어려워요.

외과의들과 얘기해보면, 꽤 까다로워요.

"사실은 수술과 같은 시간대에
고정 가능한 접착제가 좋아요."

혹은, “조직이 부위를 재생성하게
분해할 접착제가 필요합니다.”

그래서 상당히 어렵습니다.
아직 연구 중이에요.

이 사진을 보세요.

저희가 모든 종류의 뼈, 피부,

부드럽고 딱딱한 조직을 모아
가끔씩 망치로 치는데요.

보통은 정교한 조각으로 잘라서

다시 붙이는 일을 해요.

좋은 결과로 몇몇 강한 물질인

독성이 없고, 젖은 상태에서도

굳는 물질을 찾았지만,

젖은 상태에서도 고정되는 건 아니에요.

아직 해결하지 못했지만,

계획에 있는 일입니다.

저희가 더 성과를 보고 싶은 일이죠.

그리고 만약 이 접착제가 있다면
좋을 다른 일들도 많아요.

뭐가 좋을지 상상해 보세요.

심지어 화장품도요.

사람들이 많이 하는 가짜 손톱이나
속눈썹 연장을 생각해 보세요.

여기에 무엇이 사용될까요?

엄청나게 독성이 강한
접착제가 사용돼요.

이게 대체가 된다면 완벽하죠.

이런 게 저희가 원하는 겁니다.

그리고 또 있어요.

자동차나 비행기를 생각해봐요.

더 가볍게 만들수록,

연료를 더 아낄 수 있죠.

우리가 리벳과 용접이 필요 없고

이 접착제를 사용할 수 있다면

미래 세대의 운송 수단도
더 나아지겠죠.

이제 우리는 다시 바닷가로 돌아옵니다.

그리고 주위를 보며 궁금해합니다,
“이 해양 생물들은 어떻게 붙어있는 걸까?

이걸 기술로 어떻게
이용할 수 있을까?”

그럼 생물과 자연에서 배울 게
정말 많다는 걸 알려드릴 거예요.

제가 하라고 추천드리고 싶은 건

재활용 불가능한 노트북과
핸드폰을 내려놓고

자연에 나가 둘러보고 탐험하며

자기 자신에게 질문을
시작하는 것입니다.

감사합니다.

(박수)