전기뱀장어 (Electric eel)의 위력 및 원리

전기뱀장어는 몸의 꼬리 쪽 근육 안쪽 전기생산세포로 이뤄진 특수 조직에서 최대 전압 600~800V, 전류 1A(암페어)의 전기를 일으킨다(위 그림 참조). 이 조직 안에는 전극 판처럼 생긴 전기생산 신경세포(뉴런)가 일정한 간격을 두고 배열돼 있고 사이 사이 빈 공간에는 체액이 흐른다. 전기생산 뉴런 안쪽의 양끝에는 특정 이온만 통과시키는 이온 채널인 나트륨(Na+) 채널과 칼륨(K+) 채널이 있다. 뉴런의 신호 자극으로 채널이 닫히거나 열리면서 안팎의 이온 농도차가 생기면 양(+)극과 음(-)극이 형성되면서 전하의 흐름(전류)이 생긴다. 이 양극과 음극 간 에너지 차이가 전위차, 즉 전압이 된다.
 
연구진은 이런 전기뱀장어의 전기생산 원리를 모방해 서로 다른 농도의 소금물(NaCl)을 번갈아 배치하는 방식으로 발전 패드를 만들었다. 3D 바이오프린터를 이용해 농도가 2.5M(몰농도)인 소금물과15mM(밀리몰농도)인 소금물, 다시 2.5M인 소금물을 일정 간격을 두고 물방울처럼 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 형태로 얇은 플라스틱 패드 위에 인쇄했다. 고농도와 저농도 용액 사이에는 이온 채널 역할을 하는 양이온 친화 겔과 음이온 친화 겔을 인쇄해 배치했다.

출처: 동아사이언스

 

 

 

 

 

전기 장어에는 3 개의 전기 생성 기관인 삭스 오르간, 헌터 오르간 및 메인 오르간이 있으며, 이는 몸의 약 80 %를 구성한다. 장기는 각각 강력한 전기 충격으로 생성되는 전위차를 생성하여 현대식 배터리와 같은 기능을하는 전기 세포로 구성된다.

뱀장어는 ‘막투과 수송’이라는 독특한 현상을 일으킨다. 특수 전기생산 조직은 수천개의 병렬로 된 칸으로 이뤄져 있는데, 여기에는 포타슘(칼륨)이나 소듐(나트륨) 이온들이 채워져 있다. 이 칸들은 막으로 분리돼 있는데 뱀장어가 휴식을 취할 때는 두 이온이 분리돼 있다가 전기를 생산할 때는 막이 두 이온의 이동을 허용하고 이로 인해 전력이 뿜어져 나온다.

전기뱀장어는 ‘칼고기(knifefish)’로 알려진 남미 물고기 한 그룹의 일원이다. 그들 모두는 전기정위 능력을 가지고 있다.

아프리카의 은상어(elephantfish, 코끼리물고기, family Mormyridae) 역시 전기정위 능력이 있으며, 그들의 남미에 사는 친척(김노투스 목)과 함께 이 능력을 진화시켜 왔다고 말해진다. 사실, 진화론자들은 어류의 전기기관들이 8번에 걸쳐 독립적으로 진화했다고 주장해야만 한다. 전기발생 기관의 경이로운 복잡성을 감안해볼 때, 8번은 고사하고, 한 번 우연히 진화했다고 것도 믿기 힘든 일이다. 남미의 칼고기와 아프리카의 은상어 모두 그들의 전기기관을 위치 파악과 의사소통을 하는 데에 사용하고 있으며, 다양한 타입의 서로 다른 종류의 전기수용기(electroreceptors)들을 사용하고 있다. 또한 두 그룹 모두 다양하고 복잡한 파형(waveforms)의 전기장을 만드는 종들을 포함하고 있다.

출처: 한국창조과학회