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호모 데우스: 미래의 역사

<스케일> - 제프리 웨스트

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Chapter 3. #3. 왜 개미만한 포유류는 없을까?

왜 개미만 한 포유동물은 없을까?

이상적인 수학적 프랙털은 ‘영구히’ 계속된다. 반복되는 자기 유사성은 무한소에서 무한대까지 무한정 지속된다. 하지만 실제 생물에서는 명확히 한계가 있다. 브로콜리는 계속 쪼개다보면 결국 자기 유사성을 잃고 조직 세포, 궁극적으로 분자 성분의 기본적인 구조와 기하학이 드러난다. 이와 관련된 의문이 하나 떠오른다.

 

포유동물인 채로 얼마나 멀리까지 규모를 축소 또는 확대할 수 있을까? 다시 말해서 포유동물의 최대 크기와 최소 크기를 결정하는 것은 무엇일까? 혹시 아예 한계가 없는 것은 아닐까? 그렇다면 체중이 몇 그램에 불과한 땃쥐보다 더 작은 포유동물이나 수억 그램이 넘는 대왕고래보다 큰 포유동물은 왜 없냐는 질문이 나올 수도 있다.

 

 

222쪽에서 (오른쪽 답은 망의 미묘한 특성과 생리적 한계 사이의 상호작용에서 나온다. 생리적 한계는 구조의 최대 크기에는 한계가 있다는 갈릴레오의 논증에서 유도된다.

 

대다수의 생물학적 망들과 달리, 포유동물의 순환계는 단일한 자기 유사적 프랙털이 아니라, 혈액이 대동맥에서 모세혈관으로 갈수록 맥동하는 교류에서 맥동하지 않는 직류로 흐름이 변하므로, 두 가지 다른 프랙털 구조의 혼합체다. 혈액은 대부분 망의 위쪽 부분인 교류가 주류인 더 큰 혈관에 들어 있어서 대사율의 4분의 3제곱 스케일링 법칙을 따른다.

 

비록 분지 지점에서 한 모드에서 다른 모드로 연속적으로 변화하긴 하지만, 그 변화가 일어나는 영역은 비교적 좁고, 그 위치(모세혈관에서부터 거슬러 올라간 분지 횟수로 측정한)는 몸집과 무관하며, 따라서 모든 포유동물에게서 같다.

 

다시 말해, 모든 포유동물은 흐름이 꾸준하며 맥동하지 않는 직류가 주류인 혈관의 분지 횟수가 15회로 거의 같다. 몸집이 커짐에 따라 포유동물들에게서 달라지는 점은, 흐름이 맥동하는 교류 분지 수준의 수가 늘어난다는 것이다.

 

예를 들어, 우리는 약 7~8회 수준이지만, 고래는 약 16~17회 수준이고, 땃쥐는 겨우 1~2회 수준이다. 이 혈관들에서는 임피던스정합 덕분에 혈액을 뿜어내는 데 에너지가 비교적 거의 들지 않으므로, 이 수준들이 더 많을수록 더 낫다. 심장 박출량은 거의 다 결국은 맥동하지 않는 영역에 속한 훨씬 더 작은 혈관들로 들어가며, 그 혈관들의 수준 수는 모든 포유동물에게서 거의 같다.

 

따라서 상대적으로 볼 때, 망에서 심장이 에너지의 대부분을 쓰는 부분의 비율은 포유동물의 몸집이 커질수록 줄어들며, 이 점도 큰 포유동물이 작은 포유동물보다 더 효율적임을 보여주는 사례다. 고래는 땃쥐보다 세포 하나에 피를 공급하는 데 드는 에너지가 겨우 100분의 1밖에 안 된다.