Water-holding feathers of Namaqua sandgrouse
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Artifact
나미비아·보츠와나·남아프리카공화국의 건조 지대에 사는 나마쿠아사막꿩의 어린 새는 태어난 뒤 약 한 달 동안 물웅덩이까지 날아갈 수 없다. 수컷은 대신 먼 물가에서 배를 물에 담그고 깃털을 부풀린 뒤, 젖은 배를 달고 둥지로 돌아온다. 새끼는 아버지의 배깃털 끝에서 직접 물을 마신다.
1967년 관찰과 실험은 수컷의 배깃털이 약 25밀리리터, 몸무게의 약 15퍼센트에 해당하는 물을 담을 수 있음을 보였다. 일부 물은 비행 중 증발하지만, 수십 킬로미터 떨어진 둥지까지 남은 물을 전달하기에는 충분하다. 대부분의 새 깃털이 물을 튕겨 내는 방향으로 조직된 것과 반대다.
Observation
2023년 Jochen Mueller와 Lorna J. Gibson은 주사전자현미경, 마이크로 CT, 젖음 영상을 함께 사용해 이 배깃털의 구조를 다시 보았다. 깃털 안쪽 구역의 미세한 깃가지, 즉 barbule은 밑동이 나선형으로 감겨 있고 끝은 곧게 뻗어 있다. 마를 때에는 깃판에 거의 눕지만 물에 닿으면 나선이 풀리며 깃판에 수직인 방향으로 회전한다.
이때 수많은 가는 섬유가 작은 숲처럼 일어서고, 표면장력이 유연한 끝을 눈물방울 모양의 고리로 휘어 물을 붙잡는다. 안쪽의 굵고 뻣뻣한 깃가지는 변형의 바닥을 제공한다. 더 가느다란 바깥 구역의 깃가지와 깃털술은 안쪽으로 말려 젖은 중심을 감싼다. 하나의 재료 안에 지지하는 부분, 휘는 부분, 덮는 부분이 강성 차이로 나뉘어 있다.
Multiple Lenses
물이 닿자 표면이 부피가 되었다
마른 깃털은 얇은 면에 가깝다. 젖는 순간 그 면에서 수천 개의 미세구조가 수직으로 일어나 두께와 빈 공간을 만든다. 물을 담는 용량은 이미 비어 있던 주머니보다, 젖음이 새로 만든 삼차원 배열에서 생긴다.
벽 대신 계면이 물을 붙잡았다
금속병처럼 막힌 벽은 없다. 물은 섬유 사이의 좁은 틈과 굽은 끝, 물과 공기의 경계에서 생기는 표면장력에 의해 머문다. 저장 장치의 일부가 고체가 아니라 액체 자신의 계면인 셈이다.
같은 깃털이 비행과 급수를 오갔다
배깃털은 새의 몸을 덮고 비행 중 공기와 맞닿는 표면이면서, 물가에서는 흡수 구조가 되고 둥지에서는 새끼가 마시는 급수원이 된다. 기능 전환을 위해 부품을 교체하지 않는다. 젖고 마르는 상태 변화와 수컷의 행동 순서가 같은 구조의 역할을 바꾼다.
부드러움은 지지부가 있을 때 작동했다
모든 부분이 유연하면 물의 힘에 함께 무너질 수 있다. 안쪽의 뻣뻣한 축이 기준을 잡고 그 주변의 가는 깃가지가 크게 휘기 때문에, 작은 표면장력이 반복 가능한 큰 형상 변화로 번역된다. 강성과 유연성은 반대 성질이 아니라 한 장치의 분업이다.
Twist
처음 보면 수컷이 깃털을 스펀지처럼 적셔 물을 묻혀 오는 이야기처럼 보인다. 그러나 이 깃털은 이미 열려 있는 구멍에 물을 빨아들이는 고정 다공체가 아니다. 마른 상태의 구조는 물을 저장할 때의 구조와 다르다.
물을 담는 행위가 곧 물을 담을 공간을 만든다. 나선이 풀리고 섬유가 일어서며 바깥술이 감싸는 동안, 액체는 수동적인 화물이 아니라 용기의 형상을 완성하는 힘이 된다. 사막꿩이 운반하는 것은 깃털 안에 갇힌 물이지만, 그 물을 붙잡는 그릇은 물이 닿은 뒤에야 나타난다.
Core Question
마른 때에는 몸을 덮는 얇은 깃털이 젖으면 미세구조를 일으켜 물을 붙잡는 운반 용기로 바뀐다면, 기능은 깃털 자체에 저장된 성질일까 재료·물·표면장력·행동이 함께 조립하는 일시적 구조일까?
Related Works / Creative Bridges
투명한 상자는 방의 기후를 내부에 기록했다
한스 하케의 Condensation Cube(1963–65)는 밀폐된 투명 상자 안에서 물이 증발하고 다시 벽에 응결하는 과정을 작품으로 삼는다. 사막꿩의 깃털이 외부의 물과 만날 때 잠시 저장 구조가 된다면, 하케의 상자는 전시장 온도와 빛에 반응해 매번 다른 물방울 지도를 만든다.
안개는 바람과 함께 조각의 경계를 바꿨다
나카야 후지코의 *Fog Bridge 72494(2013)는 수백 개 노즐로 물을 미세한 안개로 바꾸고, 바람이 그 형상을 계속 다시 그리게 한다. 깃털이 계면을 모아 물을 붙잡는다면, 이 작업은 같은 물을 공기 속으로 흩어 보이지 않던 흐름을 드러낸다.
천은 호수 위에서 임시 지면이 되었다
크리스토와 잔클로드의 The Floating Piers(2016)는 폴리에틸렌 부유체 위에 황금빛 천을 펼쳐 이세오호의 수면을 16일 동안 걸을 수 있는 길로 바꿨다. 배깃털이 젖을 때만 용기가 되듯, 이 천도 물·부력·고정 장치·사람의 보행이 결합한 동안에만 지면이라는 역할을 얻었다.
Further Reading
- Mueller & Gibson, Structure and mechanics of water-holding feathers of Namaqua sandgrouse — 주사전자현미경·마이크로 CT·젖음 영상으로 구조와 강성 차이를 분석한 2023년 연구
- Royal Society, How the Namaqua Sandgrouse defies the desert — 젖을 때 안쪽 미세구조가 일어서고 바깥 구역이 감싸는 과정을 연구자들이 설명한 글
- MIT News, Scientists uncover the amazing way sandgrouse hold water in their feathers — 1967년 관찰과 2023년 현미경 연구를 잇는 해설
- Cade & Maclean, Transport of Water by Adult Sandgrouse to Their Young — 수컷의 급수 행동과 보유량을 검증한 1967년 연구
- Wikimedia Commons, Namaqua Sandgrouse male — 4,320×2,592 사진과 CC BY-SA 2.0 권리 정보