[비센의 재미있는 과학 이야기]

 

전기 뱀장어가 만든 전압, 600 볼트 넘어 - 이것을 활용한 발전기도 불가능하지 않아

 

1800년 2월 남아메리카 대륙을 탐험중이던 19세기의 가장 유명한 탐험가 알렉산더 폰 훔볼트(Alexander von Humboldt, 1769-1859)는 드디어 학창 시절부터 호기심을 갖고 있던 동물의 신체에 흐르는 전기에 관한 실험을 할 수 있는 좋은 기회를 갖게 됩니다.

 

아마존 지역을 탐험하던 중 전기뱀장어를 발견한 것입니다. 훔볼트의 부탁에 의해 원주민들이 말을 미끼삼아 전기뱀장어를 잡는 장면은 후에 그의 학술지에 자세히 설명되었고, 이는 후에 자주 삽화로 이용될 정도로 유명한 장면이 됩니다.

 

현재도 훔볼트에 대한 위인 전기에는 빠짐없이 그림으로 소개되는 장면 소개에 따르면, 원주민들이 말과 노새들을 얕은 흙탕물에 풀어놓자 전기뱀장어들이 물위로 뛰어오르며 말과 노새들을 감전시켰고, 끝내 두 마리 말이 감전되어 쓰러져 익사될 정도의 전기를 사용한 뱀장어들이 심하게 방전되어 더이상 강한 전기를 내지 못하고 지쳐있을 때 손쉽게 뱀장어를 건져올렸다고 묘사되고 있습니다.

 

하지만, 훔볼트의 설명은 당시를 극적으로 설명하기 위한 과장된 표현일 뿐, 정확한 사실 묘사는 아닐 것이라는 것이 지난 200여년간 과학계의 해석이었습니다. 

 

왜냐 하면 전기뱀장어가 상대방을 감전시킬 수 있는 것은 전기가 통할 수 있는 물속에서의 일일 뿐, 물밖에서는 쉽지 않을 것이라는 것이 중론이었습니다.

 

이러한 의구심은 훔볼트의 주장을 증명해줄 만한 증거도 딱히 발견되거나 실험적으로 증명된 적이 없었기 때문입니다. 적어도 지난 6월 21일에 발표된 미국의 반더빌트 대학교(Vanderbilt University) 생물학과의 케니스 카타니아(Kenneth C. Catania)교수 연구팀의 전기뱀장어에 대한 이색 연구결과가 알려지기 전까지는 말입니다.

 

연구진의 발표에 따르면 뱀장어는 물위로 뛰어오르지만 꼬리 끝부분은 물속에 머무르고 있는 상태를 유지하고 공격상대도 몸의 일부분이 물속에 머무르고 있기 때문에, 뱀장어의 몸, 공격대상의 신체 일부분, 그리고 물이 연결되어 하나의 전기회로를 완성할 수 있고, 그로 인해서 물에서 뛰어오르는 전기뱀장어가 말의 다리부분을 공격했다는

 

훔볼트의 목격담이 진실임을 뒷받침할 수있는 연구결과를 확인하게 된 것입니다. 뿐만 아니라 물밖으로 올라와 상대를 공격했을 때, 방출되는 전기를 집중시킬 수 있어, 사실상 더 강한 감전충격을 만들어 낼 수 있다는 것도 알게 되었다고 연구팀은 논문에서 설명하고 있습니다.

 

그럼 도대체 전기뱀장어는 어떻게 전기를 만들어 낼 수 있는 것일까요?

 

전기뱀장어는 생김새가 뱀장어와 비슷하여 전기뱀장어라고 불리지만, 뱀장어와는 아예 ‘과’가 다른 김노투스과(Gymnotidae)에 속한 담수어로 김노투스과에 속한 물고기들은 모두 전기를 방출할 수 있는 능력이 있습니다. 

 

그 중 전기뱀장어는 현존하는 생물중 가장 강한 전압의 전기를 만들어 낼 수 있는 종으로 알려져 있습니다.

 

사실, 동물 세포에서 전기가 만들어지는 것은 이들만의 특성이 아니라 모든 동물세포에서 가능한 일반적인 현상입니다. 동물세포에는 많은 양의 전해질, 즉 이온(ion)들이 포함되어 있고, 이들 이온들의 분포가 세포막을 경계로 차이가 나게 되면 약 수십 밀리 볼트(mV)정도의 적은 전위차가 만들어지게 됩니다. 그래서 일반적인 동물도 자체적으로 전기를 발생시키지만  전기뱀장어와는 비교 할 수 없을만큼 작은 전압의 전기를 발생시키는 것 뿐입니다. 즉 전기뱀장어에 대한 학술적 가치는 전기를 만들 수 있는 능력에 있는 것이 아니라, 어떻게 ‘높은’ 전압의 전기를 발생시킬 수 있는가에 있다고 보는 것이 옳습니다.

 

전기뱀장어의 몸통은 대부분 1미터를 넘으며 종종 2미터가 넘을 정도로 긴 특성을 갖고 있습니다. 이 몸통의 약 4분의 3에 해당하는 부분이 모두 꼬리로, 이 꼬리는 횡문근(橫紋筋,힘줄과 살이 가로줄로 나란히 연결된 근육으로 주로 척추동물의 뼈를 움직이는 근육)이 변화된 납작한 형태의 세포들이 규칙적으로 나열되어있는 구조를 갖고 있습니다. 이는 건전지를 일렬로 연결시킨 직렬연결과 유사한 형태로 각 세포들에서 만들어진 전위차가 세포가 나열 된 만큼 쌓여 전체적으로 매우 강한 전기를 만들어 낼 수 있는 것입니다. 

 

이때 연결되는 전기판세포는 약 5 천여 개가 넘으며, 이렇게 만들어진 전압은 최대 600볼트(V)가 넘기 때문에, 사람이나 심지어 소와 같은 커다란 동물도 감전으로 죽게 만들 수 있는 강력한 무기가 되는 것입니다.

 

더욱 흥미로운 점은 이렇게 강한 전압을 만들어내 상대방에게 큰 피해를 주지만, 정작 자기 자신은 전기회로의 일부분이 됨에도 불구하고 전혀 감전되지 않는 다는 것입니다. 이는 뱀장어의 전기판세포가 모두 일렬로 연결되어 있는 것이 아니라 140여개의 나누어진 갈래구조, 즉 병렬구조로 이루어져 있어서 자신의 몸속에는 밖으로 내보내는 전력의 1/140정도의 전기 충격만이 전달되기 때문입니다.

 

그렇다면, 이렇게 전기를 발생시키는 전기뱀장어들을 가두어 기르면서 이들이 방출하는 전기를 발전기처럼 사용할 수는 없을까요? 결론부터 말씀드리자면, 이론적으로 불가능한 바는 아니지만, 현실적으로 시행하기에는 어려움이 많습니다.

 

우선, 전기뱀장어 잡는 방법에서 설명드렸듯이 전기 뱀장어는 지속적으로 동일한 양의 전기를 만들어 내지 못합니다. 몸속에 충전하고 있는 전기를 사용해 버리면, 다시 충분한 양의 전압을 만들어내는 대에는 상당한 시간이 걸리기 때문에 이를 일정하게 관리하는 것이 쉬운 일이 아닙니다. 

 

그러한 제어 장치가 가능하다고 하더라도 뱀장어가 방출하는 전기의 전압차 역시 매번 많은 차이를 갖기 때문에 이를 이용해서 안정적인 전기를 공급하는 것은 현재로서는 현실적으로 어렵다고 할 수 있습니다. 하지만, 이는 모두 기술적인 문제들이기에 언젠가는 전기뱀장어를 이용한 가정용 발전기라는 것이 불가능한 것은 아닐 것입니다. 

 

실제로 생체 에너지를 이용하여 전기를 만들어내고자 하는 노력은 많은 분야에서 다각적으로 진행되고 있는 가장 최첨단 연구 과제 중 하나이기도 합니다.

 

석준영(비센 학원장)