자유로운 물속생활, 어류의 부유기작

서론

수영을 처음 배우다 보면 물에 뜨기가 쉽지 않게 느껴진다. 몸에 힘을 빼면 물에 뜬다고 하지만 무서운 마음에 몸이 잘 따라 주지 않는다. 해양에서 생활하는 생물들은 어떻게 물에 떠 있는 것일까? 이번에는 해양 생물 중 어류의 부유기작에 대해 알아보자.

 

유영생물의 부력 조절을 위한 적응기작

먼저 유영생물이란 바닷물 속에서 자유롭게 헤엄치고 다니는 생물체의 집합이다. 이들은 부레, 지방축적, 체액 조정, 지느러미 활용 등을 통해 물속에서 자유로이 움직일 수 있다.

1. 부레 : 부레를 통한 부력을 얻는 어류는 무관표 어류와 유관표 어류로 나눌 수 있다. 무관표 어류는 기체 확산을 통해 부유하게 되는데 가스 샘에서 가스 분비 후 난원샘을 이용하여 가스를 확산하여 부레로 가스를 이동시키고 이후 부레 내 가스를 난원샘을 이용하여 혈액으로 흡수한 뒤 아가미로 이동하면서 부유하게 된다. 유관표 어류는 들이마심으로써 부유하게 되는데 소화관과 부레 사이에 기도로 연결되어 있어 표층 공기를 이용해 부레에 채워 부유하게 된다.

2. 지방축적 : 지방은 가벼워 물에 잘 뜨기 때문에 부유기작에 굉장히 중요한 요소가 된다. 더불어 지방은 열 손실방지, 에너지 저장, 유선성 증대에 도움을 준다. 부레로는 급격한 수직 운동을 감당할 수 없어서 지방축적은 여러 어류에게 중요한 부유기작이 된다.

3. 체액조절 : 체액 조절을 통해 부유기작을 할 수 있다. 체내에 있는 무거운 이온들을 가벼운 이온으로 바꾸면서 삼투조절을 하여 부유성을 얻게 된다. 부유하기 위해 가벼운 이온을 받아들이면 가벼운 이온은 낮은 밀도를 가지며 체액이 증가하게 되고 유영 능력이 감소하게 된다.

4. 지느러미 : 가슴지느러미 등으로 유체 역학적 상승수류를 만들어 부유하는 방법이다.

어류에게 미치는 영향력

물의 저항 종류

수영을 하다 보면 물을 헤쳐나가야 앞으로 나아갈 수 있는데 이렇게 앞으로 나아가는 것을 방해하는 것을 물의 저항이라고 한다. 물의 저항에는 표면, 마찰, 형태, 조파저항이 있다.

1.표면, 마찰 저항 : 흐르는 물속에 잠겨 있는 어류는 유체의 점성과 난류에 의한 표면마찰 때문에 유체의 저항을 받게 된다. 이때 흐름 방향으로 작용하게 되는 저항을 표면저항, 마찰 저항이라고 한다.

2. 형태저항 : 물속에 잠겨있는 어류는 어류의 형상에 따라서 저항을 받게 된다. 물의 속도가 빠르고 어류의 크기가 흐름 방향과 직각 방향으로 크게 되면 레이놀즈수가 커지게 되고 이는 압력의 불균형으로 어류의 후면에 압력저하가 발생하게 되고 어류를 흐름 방향과 반대방향으로 잡아당기게 되는데 이를 형태저항이라고 한다.

3. 조파저항 : 어류가 움직이게 되면 어류 주변에 규칙적인 파도가 일어나게 되는데 이 파동을 일으키는데 소요되는 에너지 손실을 조파저항이라고 한다.

 

물의 저항을 최소화 하려는 어류의 적응

높은 추진력을 얻기 위해 좁은 꼬리자루를 가지거나 몸 전체를 이용한 척추 파상운동, 꼬리로 갈수록 진폭이 증대시키게 된다. 저항 감소를 위해서는 단면적이 구 형태를 만들어 마찰 저항을 최소화시키거나 유선형 체형을 통해 형태저항을 최소화시키는 방법도 있다. 또한, 돌출부 조절, 제거를 통해 난류저항을 줄이는 방향도 생각해 볼 수 있다.