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생명은 어디까지 커질수가 있을까?

(Caution : 나는 좆 학부생이라서 대학원 지식까진 못 다룸)


 대다수의 사람이 흥미로워할 주제 같은데, 원래 인간은 커다란 유기체를 좋아하지 초등학생들은 거대한 공룡을 좋아하고, 상상속의 동물도 보면 용같이 커다란 동물이 많아. 그래서 생물이 지구상에서 과연 얼마만큼 커질 수가 있을까에 대해 궁금해하는 사람들이 많을것같다.


생물계 전체로 멀리 보기전에 일단 제일 가깝고 또 우리가 속해있는 종인 인간을 먼저 보자구
일반적인 사람은 유전적인 요인으로 키가 결정될수도 있고 환경적인 요인으로 커질수가 있어
하지만 사람들의 키가 다양하다고는 하지만 어느것이 제일 많이 보이는 크키인가로 평균을 어린짐작할정도로 편차는 그리 크지 않은편이야 ( 다른 생물도 마찬가지 겠지만)

비정상적으로 커진 개체라고 탁 느낄수있는 개체가 있는데 다들 뇌하수체이상으로 생긴  거인증이나 소인증을 한번쯤은 들어봤을거라 생각한다.
일단 뇌하수체에서 분비되는 성장 호르몬 이상 때문에 이런 증상이 발생하는데
성장기에 호르몬 이상이 나타나면 거인증이 나타나고, 성장이 끝나고 나서 일어나면 끝부분의 크기가 커지는 말단 비대증이 일어나.(내가 본 자료에는)
이 사람들은 크기가 크니깐 힘이 강할거라 생각하는데....음 절반은 맞는 사실이야
뭐 전체 힘은 일반인 보단 강하지 그러나 키가 2배 크다고 그만큼의 힘은 내는건 또 아니기 때문에, 이런 사람들은 자기 몸무게를 지탱하기 위해서 지팡이나 그런 보조기구를 써야되고, 격렬한 운동을 하기란 거의 대부분 불가능하지(그래서 장애에 해당 되)
그럼 여기서 알수 있는 중요한 사실이 하나 있지 인체라는 몸 형태 그대로 놔두고 크기를 키우는 건 지구에서 자연적으로 살기에는 부적합 하다는 것을 이 증상을 통해 알수가 있지


 그럼 자연에 가장 적합한 크기는 우리가 보는 동물들 정도 인가?라고 물으면 이 사례들을 보고 갸우뚱거릴수 밖에 없어 (현생동물중에 큰동물이 없다는 말은 아니고.)
  군함새는 날개를 쫙 펼지면 2m정도이고 날개가 상당히 크다는 알바트로스는 약 3m의 너비를 가지지, 그러나 비슷한 생태적지위에 있는 멸종된 익룡을 보자면 너비가 11~12m정도가 되지
 기린은 발굽에서 머리끝까지 재면 5.1m~5.4m정도이고, 몸무게는 약 900kg정도야 그러나 옛날로 가면 비슷한 생태지위에 잇는 브라키오사우루스(Brachiosaurus)는 25m의 몸길이를 가졌고 40t정도라 하고, 디플로도쿠스는 키는 낮을지 모르나 몸길이 27m에 약 10t정도의 몸을 가졌지
 중생대까지 갈 필요 없이 신생대까지만 가봐도 옛날에 살던 뱀은 15m의 몸길이를 가진 놈이 존재했지 지금의 가장 큰뱀이라는 아나콘다도 10m이상을 잡아오면 현상금을 주겠다고 하는데 아직 잡아온 사례가 없으니깐 얼마나 큰지는 알겠지
 척추동물은 크기가 큰걸로 알고 있지만 호주에사는 세상에서 제일 작은 척추동물은 길이가 겨우 7mm정도야 
 또 세균중에서 눈으로 볼수 있는 초거대 세균이 존재하고, 세균보다 더 큰 초거대 바이러스도 존재를 해(세균이 다죽었는데 이거만 살아있어서 보니깐 바이러스였지) 

 그럼 무엇이 이런것을 결정할까? 어찌되서 이정도 까지 커질수가 있을까?



 17세기의 사람인 갈릴레오 갈릴레이(그래도 지구는 돈다라고 말한 그 사람 맞음)는 Dialogus concerning Two New Sciences라는 그의 저서에서 생물의 크기에 관해 썰을 풀어 놓은 글이 있어.(밑의 글은 축약한거야)
  ' 궁전,건물은 그 크기에서 재료를 그대로 놔두고 크게만 만들면 붕괴될 가능성이 높다. 또 덧붙여 아주 큰 나무는 자체의 무게를 이기지 못하고 가지가 부러져 버리는 것과 같이 비상식적으로 큰 유기체는 나올수가 없다.'
 '키가 커질려면 뼈의 크기가 커져야 된다. 그래서 그 존재는 형태와 외형이 괴물이라고 할정도의 존재가 되어야 한다.'
 ' 작은 개는 자기 만한 개를 두마리 내지 세마리정도 등에 지닐수는 있지만 말은 자기와 똑같은 크기의 말을 한마리도 싣고 다닐수는 없다.'
그럼 고래는 크기가 왜 큰가에 관해도 말하는데
'뼈와 근육이 가벼워 졌고 자신의 무게를 지탱할 힘이 많이 필요없기 때문에 고래는 거대한 것이다.'하는 등의 명쾌한 해답을 하고 있지


p.s 여담으로 이 책은 이탈리아로 여행온 Lowis Elzevir가 갈릴레오의 부탁으로 네덜란드에서 추판한 책이야 그 유명한 천동설,지동설문제때문에 이탈리아에서는 출판을 금지당했기 때문에 자유로운 네덜란드에서 출판하게 된거지 이책은 세사람이 4일간 담론을 가지는 형태의 소설과 비슷한 형식의 논문이지 ㅇㅇ 옛날 그 당시는 현재와 같은 논문형식으로 나온게 아니라 essay형태로 1인칭 소설과 같은 형식으로 집필했거든 내가 알기론 다윈의 종에 변화에 대해 최초로 기록한   그 유명한 Red Notebook도 이런형태로 지어진 것으로 알고 있다.(이건 일기장이라해야되나..?) 


그럼 간단한 물리학적으로 접근해 보자고 

 무게는 3차원적이라고 할수가 있어 논리적으로 따져보면 3차원인 생물의 크기가 크다>>무게가 많이 나간다.이거든  크기의 가로,세로,높이의 3차원에 따라 무게는 3차원의 요소라고 하자고,
 지탱하는 힘은 2차원적요소라고 할수가 있어 생물의 다리를 예로 들면 다리의 단면적의 넓이가 넓으면 넓을수록 지탱하는 힘은 커지게 되지
그렇다고 가정하면 이런 결과가 나와

" 지탱하는 힘(F)는 무게(m)^(2/3) 으로 비례한다." [(A^2)^3 = (B^3)^2 를 생각하면 되겠지..]

 갈릴레이가 저서에서 한말 같이 고래등의 해양생물들은 부력의 영향으로 중력으로 인한 크기의 제한이 없는 예외가 있긴 있어, 또 수중생물뿐만 아니라 선택하는 방향이 다른것 때문에 크기가 커진것은 사례가 많은데  대표적으로 수박같은 생물은 땅위에서 열매를 여무는 것으로 중력의 영향에서 벗어나 크게 여물수가 있어(여담으로 사과,배같은 종류는 인위적으로 돌연변이만을 선택한 것으로 자연상태에서는 절대로 나올수가 없어 버틴다고해도 나무입장에서는 불이익이 상당하지)

 물론 이 식은 중력의 영향을 많이 받는 거시적 세계에서 통한다고 볼수가 있어 세균정도 까지 갈필요없이 개미정도까지 봐도 중력보다는 분자들의 결합력등의 영향이 아주 크지
작은 유기체가 사는 세계(분자력)는 큰 유기체(중력)가 사는 세상하고는 너무 다르지, 이를 관련된 수가 있는데 레이놀즈수(Reynold's numbers)라고 해서 이수가 작으냐 크냐에 따라, 여기에서 미시적 생물의 세계, 거시적 세계의 생물로 갈려  기본공식은 이와 같은데

" 레이놀즈 수 = 관성력/환경의 점성력 "


가장 극명하게 보여주는 예로는 고래와 세균이 있겠지 세균은 나노너비의 편모를 가지고서 이동하지 고래는 지느러미를 이용해서 이동하고 말이야 구조도 다르고 가는방식도 다르지, 또 fairy fly라는 기생벌종류는 0.5mm의 엄청 작은 몸집을 자랑하는데 이 곤충의 날개는 잠자리,파리같은 판 형태가 아니라 실로 되어 있어 책에 나온 대로라면 공기를 헤엄치듯 간다고 하더구나


 표면적은 2차원적인 평면으로 정의 된다고 말할수가 있어(넓이니깐 2차원인게 당연하지)
무게는 아까 말한 논리대로 3차원이라 가정하면 되겠지


이와같은 논리로 이런 결과가 나와

" 표면적(S)는 무게(m)^(2/3) 로 비례한다."


비례하는것에 보충설명을 하자면 말이야, 우선 공모양으로 된 생명체 두마리를 가정해 보자고, A,B이렇게해서 A라는 생명체는 B라는 생명체보다 크다고 가정을 해보고,간편하게 산소가 필수적이라고 가정해 보자고

B는 A보다 산소가 크기가 작아서 구의 중심까지 확산이 잘되, 그래서 물질교환이 빨라, 생화학반응자체에 유리하지 그러나 A는 B보다 크기가 크기 때문에 산소가 구의 중심까지 산소가 도달하는 시간이 늦어지지 모든세포에 산소가 도달하는게 늦어지면 죽을수도 있어, 그래서 나온 해결방법이 관을 중심까지 통하게 하면 되지, 도넛 튀기는 시간이 일반 빵보다 빠르고 또 고르게 익는 것 처럼 큰 생명체는 이런 해결방법을 만들었지 표면적을 넓히는 방향으로 말이야    


이와 같은 예시로는 장에 존재하는 융털로 화학반응을 좀더 빠르게 할려고 하는것, 폐에 나와있는 폐포로 표면적을 넓히려하지, 모세혈관도 표면적을 넓힘으로서 모든세포에 영양분을 전달할려는 노력이라고 볼수가 있어 (어케 그렇게 정해지냐고? 자연선택으로)

 커다란 동물은 몸집이 크기 때문에 에너지가 많이 필요해, 하지만 단위무게당 열량으로 따지면 코끼리의 사용량은 쥐보다 훨씬 작아 세포하나당 물질대사가 덜 활발 한거지


 가만히 보면 이전글하고의 모순점이 나오는데 표면적의 증가가 부피의 증가가 비례관계라면 동물의 크기에 상관없이 물질대사속도는 비슷해야 되는거 아냐?라는 의문을 가질지 몰라


하지만 현실은 달라


Y(물질대사율)은 X(body mass 질량)^a(상수)에 비례한다 하고,
로그를 씌우면 log Y 는 a log X 라고 나오지


그리고 이걸 실제 관찰값과 연계해 보면 (X축,Y축은 로그값을 따름)
1930년에 Max Kleiber가 밝혀낸 mouse-elephant curve라는 유명한 그래표가 나와 대부분의 포유동물은 이선안에 분포하고 있다고 해도 무방해 
(그림올리기가 안되서 여기에 포탈 http://levenspiel.com/octave/dinosaurs.htm)



여기서 나온 도표애서 기울기가 0.734정도이고, 여기에서 알수있는게 표면적의 증가가 부피의 증가를 따라가지 못한다는 것을 알수가 있어 (따라갈수
있다면 기울기가 1에 가깝겠지 거의 1:1비례라는 뜻이니깐)

자연선택의 결과인데 코끼리가 쥐세포만큼의 효율을 보이게 되면 힘은 강해지겠지만  열이 많이 발생하게되, 그리고 엄청 많이 먹어놔야 겠지 또 그만큼 빨리 배고파지겠지(덧붙이는 말로 뒤쥐는 3시간동안 밥안먹음 죽는다.) 하지만 이건 낭비고 생존에 치명적이라서 일부러 물질대사속도를 낮추는 방향으로 진화했다고 볼수가 있지
 
이외에도 여기까지가 물리적으로 그야말로 정말 "대충" 본 동물의 크기를 정하는 방법이야, 다른 행성에 가더라도 정말로 일반적인 생물은 여기에서 크게 벗어나진 않겠지(내가 말해놓고 일반적이란 것의 정확한 정의를 모르겠네;;)


물론 이외에도 약 50여가지의 생물의 크기가 정해지는 방법이 있어 또 고래,수박같이 어딜가나 예외는 있기 마련이고 ㅇㅇ


 추운지방의 사는 동물은 더운곳보다 열을 잘 보존하기 위해 크기가 큰 경향성을 보이게 되지 그리고 체외 밖으로 튀어 나오는 기관들이 작아져 북극곰이 곰중에서 가장 크다는것, 사막여우와 북극여우의 형태차이를 보면 되겠지

하지만 변온동물poikilotherm(외부효과로 체온이 변화)에서는 반대로 작용하는데 낮은온도에로 인해 반응도가 떨어지기 때문데 열대지방에 있는것이 더크다는 경향성을 보이게 되지

 산소농도의 영향도 받는데(거의 대다수의 다세포생물은 산소밖에 이용못한다. 최근에야 황화수소를 산소대신 이용하는 다세포생물이 발견되엇지) 고생대에 살았던 잠자리(70cm정도)가 대표적이겠지 


이외에도 정말 많지만 걍 '크기의 과학' 이란 책을 읽기를 추천한다. 아님 구글링으로 직접해보든지


p.s 바빠서 올리는게 늦은건 미안하다  다음번은 생명의 탄생에 대해 썰을 풀어볼려고
p.s2 이외에도 정말 많지만, 책한권 적어야 겠더라고;

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