What Do Insects Do When Nature Calls? | Saad Bhamla | TED

번역: Jeong-han Kim 검토: Hansol Ryu

I love bugs.

저는 곤충을 정말 좋아해요.

I think of them as nature’s tiny engineers

제 생각에 곤충들은 자연의 작은 공학자들이에요.

because they come up with the most extraordinary and incredible solutions

왜냐면 곤충들은 삶 속에서 가장 독창적이고 놀라운 문제 해결 방법을

to life’s problems.

생각해 내거든요.

And I just love observing them

저는 곤충들을 관찰하는 걸 너무 좋아해요.

because they're so full of surprises and curiosities.

곤충들은 놀랍고 흥미로운 점 투성이거든요.

During my career, I studied spiders that use their webs as a slingshot

저는 일을 하면서 아마존 열대우림에서 먹잇감을 사냥하기 위해

to capture prey deep in the Amazon rainforest,

거미줄을 새총처럼 사용하는 거미를,

worms that tangle up with each other

하수구나 동굴 등 혹독한 환경 속에서 살아남으려

and form knots to form these shape-shifting blobs

서로 뒤엉켜서 이렇게 다양한 모양으로 변하는 덩어리를

to survive in harsh environments such as sewers and caves,

만들어내는 벌레들을,

and tiny aquatic beetles that bring their own scuba gear when they dive,

그리고 잠수할 때 엉덩이에 스쿠버다이빙 장비를 달고 들어가는

on their butts.

조그만 수생 딱정벌레들을 연구했습니다.

But today, I'm going to tell you a story

하지만 오늘은 자연 속 가장 뛰어난

about one of nature's most extraordinary engineers

한 공학자 이야기를 들려드릴 텐데

that pushes the limits of fluid mechanics and bioengineering

그들은 유체 역학 및 생명 공학의 한계를 확장시키며

and, arguably, solves their number one problem --

가장 중요하다고 할 수 있을 바로 이 문제를 해결하고 있죠.

how insects pee.

‘곤충은 어떻게 오줌을 싸는가?’

A few years ago, my student, Elio Challita, and I

몇 년 전, 제자 엘리오 찰리타와 저는

observed this tiny insect having a private moment

이 조그만 곤충이 볼일을 보는 모습을

in our own backyards in Atlanta,

아틀란타에 있는 저희 뒤뜰에서 관찰했습니다.

and we couldn't believe our eyes.

두 눈을 믿을 수가 없었어요.

This insect was peeing for hours,

이 곤충은 몇 시간 째 오줌을 싸고 있었는데,

and it was so quick we could barely see it.

너무 빨라서 잘 보이지도 않을 정도였어요.

And we were blown away -- we had never seen anything like this.

완전 충격받았죠. 이런 건 한 번도 본 적이 없었거든요.

We had never seen an insect pee.

한 번도 곤충이 오줌을 싸는 걸 본 적이 없었어요.

So today, I'm going to tell you how insects pee,

그래서 오늘은 곤충들이 어떻게 오줌을 싸는지,

why they pee so much and in this way,

왜 오줌을 그렇게나, 이런 식으로 싸는지,

and finally, why you should care about insect pee.

마지막으로 왜 여러분이 그걸 아셔야하는지 말씀드리겠습니다.

(Laughter)

(웃음)

So sit back and relax -- you're in for a treat.

자 편안하게 앉으세요, 좋아하실 걸요.

(Laughter and applause)

(웃음, 박수)

(Laughs) So one of the first things we had to discuss

(웃음) 저희가 가장 처음 논의해야 했던 것 중 하나는

is "Wait a second -- insects pee?"

‘잠깐, 곤충들도 오줌을 싼다고?’라는 질문입니다.

And it turns out that almost all insects pee,

알아보니 대부분의 곤충이

in one form or another.

어떤 형태로든 오줌을 쌉니다.

It's a closed system -- what goes in must come out.

곤충은 닫힌 계예요. 들어간 것은 나와야만 합니다.

But the protagonist of today's story, Homalodisca vitripennis,

하지만 오늘 이야기의 주인공, 호말로디스카 비트리펜니스

or a glassy-winged sharpshooter --

혹은 유리 날개 샤프슈터는,

isn't it gorgeous?

아름답지 않나요?

You can see where it gets its name from, it's got these transparent wings.

이름이 어디에서 왔는지 보실 수 있죠. 날개가 투명하죠.

This insect specializes in feeding on xylem fluid from plants.

이 곤충은 식물 목질부 수액을 빨아먹는 데 최적화되어 있습니다.

It’s a sapsucker.

딱따구리처럼 수액을 먹어요.

But I think of it as a plant's mosquito.

저는 이 녀석을 식물 세계의 모기라고 생각해요.

And just after a mosquito sucks your blood,

모기는 피를 빨고 나서

it leaves behind a parting gift --

우리에게 선물을 하나 남겨주고 가죠.

so do these sharpshooters

샤프슈터 역시 마찬가지인데

that spread bacteria into these plants,

박테리아를 번식시켜

and it causes devastating and deadly diseases in plants,

파괴적이고 치명적인 병을 일으켜

killing them.

결국 식물을 죽이고 맙니다.

This is a huge problem in agriculture, including here in California,

농업에 커다란 골칫거리이죠, 여기 캘리포니아에서도

where it caused millions of dollars in damage to vineyards.

샤프슈터들은 포도 농가에 수 백만 달러 손실을 초래했습니다.

And you can appreciate what they lack in size,

그리고 보시다시피 크기가 작은 대신

they make up in numbers.

샤프슈터는 숫자로 승부해요.

This is what millions of insects feeding and peeing looks like.

샤프슈터 수백만 마리가 먹이를 먹고 오줌을 싸는 모습은 이렇습니다.

If only this woman knew where that water was coming from.

여성 분이 물의 정체를 알았더라면 어땠을까요.

(Laughter)

(웃음)

Now, don't worry, this insect's pee is just water.

자, 걱정하지는 마세요, 샤프슈터의 오줌은 그냥 물입니다.

And so for the first time, I'm going to show you this behavior,

자 그럼 최초로 곤충이 오줌을 싸는 모습을

slowed down with our high-speed cameras,

슬로모션으로 보여드리겠습니다.

and this is what we discovered.

저희가 발견한 건 다음과 같습니다.

We realized that this insect forms a droplet of pee,

저희는 샤프슈터가 조그만 오줌 방울을 만들어낸 뒤

and then it flings them at extreme accelerations,

중력 가속도의 40배에 달하는 엄청난 속도로 튕겨낸다는 사실을

of 40 g-forces.

깨달았습니다.

That's 40 times faster than the sprint of a cheetah.

치타의 전력 질주보다 40배 빠르죠.

These insects are really packing a punch from their butts.

이 녀석들 엉덩이에 엄청난 힘을 숨기고 있군요.

And we wanted to under-- (Laughs)

그리고 저희는 이해하고 싶...(웃음)

We wanted to take a closer look at this flicker,

저희는 이 튕기는 기관을 더 자세히 보고 싶었기 때문에,

so we put this insect and took a look under a microscope at its business end,

샤프슈터를 두고 현미경을 통해 은밀한 부위를 관찰했어요.

and this beautiful structure has a scientific name:

아름다운 이 기관은 생물학 용어로

it's called a butt flicker.

‘엉덩이 떨이’라고 합니다.

(Laughter)

(웃음)

And this is what we discovered.

저희가 발견한 것은 다음과 같습니다.

We realized that this insect had evolved springs and latches,

저희는 이 곤충이 용수철과 걸쇠를 진화시켰음을 알아냈습니다.

just like a catapult, so that it could efficiently hurl its droplets of pee,

투석기 같은 구조로, 조그만 오줌방울을 효과적으로 던져낼 수 있죠.

repeatedly, at these high accelerations.

반복적으로, 이 엄청난 가속도로요.

Now, we wanted to measure the speed at which this flicker was moving,

여기서 저희는 이 기관이 움직이는 속도를 재 보고 싶었어요.

and the droplets,

오줌 방울 속도도요.

so we measured the speed of both the droplets and the flicker.

그래서 오줌 방울과 기관의 속도를 모두 측정했어요.

And this is where we made a puzzling observation.

그런데 여기서 이해하기 힘든 것을 발견합니다.

The speed of the droplets in the air was faster than the flicker.

날아가는 물방울의 속도가 기관이 움직이는 속도보다 더 빠른 거예요.

So if you take a ratio of that, we were expecting it to be 100 percent,

그러니까 비율로 계산해보면 100퍼센트라고 예상하고 있었는데

but turns out that the speed of the droplets

알아보니 물방울의 속도가

are about 150 to 200 [percent] faster than the flicker itself.

튕기는 기관의 약 150에서 200퍼센트 더 빨랐단 거죠.

This is why this is counterintuitive:

이 사실이 왜 직관적이지 않냐면,

imagine a Yankees baseball player throwing a ball at 100 miles an hour.

뉴욕 양키스 야구 선수가 공을 시속 100 마일로 던진다고 상상해보세요.

At some point during that throw,

공을 던지는 중 어느 시점에서는

their hands and fingers are moving at 100 miles an hour.

그 선수의 손과 손가락은 시속 100 마일로 움직이겠죠.

Say an amateur ballplayer throws a ball at 50 miles an hour,

한 아마추어 야구 선수가 공을 시속 50 마일로 던졌다고 해 보죠,

and if you measure the speed of the ball

그 공이 날아가는 속도를 재 보니

and it's 100 miles an hour in midair,

시속 100 마일이었다는 겁니다.

we’d be surprised -- where would that extra speed come from, right?

다들 놀라겠죠, 추가 속도가 대체 어디서 나온 거지?

This is exactly what these insects are doing.

그게 이 곤충들이 하고 있는 일이라는 말이죠.

So to solve this puzzle, we went back and looked at our videos.

이 수수께끼를 풀기 위해서, 저희는 다시 영상을 봤습니다.

And we’ll play this a couple of times --

그리고 몇 번이고 다시 영상을 돌려 봤습니다.

see if you can figure this out.

여러분도 한번 잘 관찰해보세요.

Did you catch it?

눈치채셨나요?

Let me grab a frame.

정지 화면으로 보여드릴게요.

We realized that unlike a baseball that’s rigid ...

저희가 알아낸 건, 딱딱한 야구공과는 달리

due to surface tension, these tiny droplets are squishy,

이 물방울들은 표면장력 때문에 찌그러질 수 있다는 거였어요.

and we had an “aha” moment.

그리고는 ‘아하’ 하고 깨달았죠.

We were wondering if this insect is storing energy

저희는 샤프슈터가 발사 직전 표면 장력을 이용해

due to the surface tension just before launch.

에너지를 저장하는 건 아닐까 생각했어요.

And to test this, we did, naturally, what any of us would do --

그걸 실험하기 위해, 저희는 당연히, 누구라도 그렇게 하듯이,

we converted our kitchen tables into a lab to test this.

저희 집 식탁을 이렇게 실험실로 개조했어요.

So now, we're going to place droplets on a speaker,

조그만 물방울을 빠른 속도로 찌그러뜨리기 위해

to squish them at high speeds,

스피커 위에 올려뒀습니다.

and this is what we discovered.

저희가 발견한 사실은 다음과 같습니다.

We realized that water that flows in our faucets like a liquid,

물이 수도꼭지에서는 평범한 액체로 흐르더라도

at these tiny scales, due to surface tension,

이렇게 조그만 크기일 때는 표면 장력을 이용해

with the right timing, can get a kick, store energy,

타이밍을 잘 맞춰 튕기면 물방울에 에너지를 저장할 수 있어요.

and if you time it just right,

타이밍을 잘 맞추면 물방울을

you can launch these off at extremely high speeds,

엄청나게 빠른 속도로 날려보낼 수 있다는 겁니다.

just like a child on a trampoline.

트램펄린 위에서 뛰는 아이처럼요.

And to test this idea of timing, we even built a catapult.

이 타이밍이라는 아이디어를 실험하려고 저희는 심지어 투석기를 만들었습니다.

Our should I say a "cata-pee"?

아니, 차라리 ‘투뇨기’라고 해야 할까요?

(Laughter)

(웃음)

And it reinforced this idea: too slow, the droplets don’t go off,

직접 만들어보니 더 확실해졌죠. 너무 느리면 물방울이 날아가지 않았고,

and then if you move at the right speed, you've flung this.

적절한 속도로 움직인다면, 이렇게 날아갑니다.

So I've told you today

지금까지 말씀드린 건

how these insects use this catapulting structure

어떻게 샤프슈터들이 새총 모양 기관을 가지고

to store energy and surface tension

에너지와 표면 장력을 저장해

and throw these droplets at record-breaking speeds

물방울을 세계 기록을 세울 속도로 쏘는지에 관해서였습니다.

to be, really, number one ...

일등 중에서도

at number one.

일등을 할 수준으로요.

(Laughs) But why have these insects evolved this remarkable ability?

(웃음) 그런데 왜 샤프슈터들은 이런 놀라운 능력을 가지게 됐을까요?

And there are two reasons for this.

두 가지 이유가 있습니다.

Number one is they are on a zero-calorie diet.

첫 번째는 이 녀석들이 0칼로리 다이어트 중이라는 겁니다.

These tiny bugs are feeding from the xylem fluid

샤프슈터들은 흙에서 출발해 뿌리를 거쳐 올라와

that comes up through the roots, through the soil,

식물 전체로 뻗어나가는

and goes to the rest of the plant.

목질부 수액을 먹고 삽니다.

It's very, very poor in nutrients --

목질부 수액은 영양 성분이 아주 형편없죠.

it's just water and some minerals.

물과 무기질 조금이 다거든요.

This is unlike the phloem fluid, which is rich in sugar,

목질부 수액은 잎에서 광합성을 통해 생산돼

coming through photosynthesis at the leaves

식물의 나머지 부분으로 향하는,

and going through the rest of the plant.

당분이 풍부한 체관 수액와는 다릅니다.

This is akin to a human

마치 사람이

purely sustaining themselves on a diet of diet lemonade.

다이어트 음료만 먹으며 살아가는 것과 비슷합니다.

Very low energy source --

정말 비효율적인 에너지원이에요.

you'd have to constantly drink, but you'd have to constantly pee as well.

그래서 계속해서 마셔야 하고, 동시에 계속 오줌을 싸야 할 겁니다.

This still doesn't explain why these insects pee in droplets,

그럼에도 여전히 왜 이 곤충들이 저희처럼 물줄기 형태가 아니라

and not in jets, like you and I would,

조그만 물방울 형태로 오줌을 싸는지

if you were to take a bio break.

설명이 안 됩니다.

Let's take a look at cicadas.

매미를 한번 봅시다.

These are the cousins of these sharpshooters.

샤프슈터들의 사촌뻘인 곤충입니다.

They're also xylem fluid feeders ...

매미 역시 목질부 수액을 먹고 살아가는데,

and they pee in jets.

물줄기 오줌을 싸죠.

(Laughter)

(웃음)

I love this video.

제가 너무 좋아하는 영상이에요.

This shows cicadas doing two of their favorite things

겨울잠에서 깬 매미들이 제일 좋아하는 두 가지 일을

when they come out of hibernation --

하고 있는 모습이거든요.

singing at the top of their lungs and peeing in the wind.

목청이 터져라 노래를 부르고 바람에 오줌을 흩날리는 거요.

(Laughter)

(웃음)

And the second reason why these insects pee in droplets is size --

이 곤충이 물방울 오줌을 싸는 두 번째 이유는 크기 때문입니다.

these things are tiny, they're smaller than my pinky.

이 곤충은 작거든요, 제 새끼 손가락보다도 작아요.

In fact, the surface tension that enables them to store energy

사실, 표면 장력이 있어서 물방울에 에너지를 저장해서

in these droplets to launch

발사할 수 있지만

is actually an impediment,

표면 장력은 실제로는 장애물입니다.

because gravity doesn't matter,

왜냐하면 중력은 상관 없고,

and surface tension sticks these droplets to their bodies.

표면 장력 때문에 물방울들이 몸에 붙거든요.

So they actually have to flick these droplets away --

그래서 이 곤충은 물방울을 튕겨 내야 합니다.

it's actually very difficult for these tiny bugs to pee.

사실 이 조그만 곤충들이 오줌을 싸는 건 정말 어려워요.

And that's why I just love studying bugs.

그래서 저는 벌레를 연구하는 것을 좋아합니다.

This tiny engineer has figured out how to survive on barely just water

여기 조그만 공학자들은 목질부에 있는 수액 속 수분만으로 생존하는 법을

through the xylem fluid.

알아냈어요.

And it’s figured out to do so, it has to drink a lot,

결국 방법을 찾아냈죠, 엄청 마시고

and pee a lot.

엄청 싸는 겁니다.

In that sense, it's not so different from other engineers I know

그런 점에서 금요일 밤 술집에 있는

on a Friday night at a bar.

제 동료 공학자들과 크게 다르지 않네요.

(Laughter)

(웃음)

But to do so,

하지만 그렇게 하기 위해서

it’s figured out it had to evolve this catapulting structure

여기 있는 투석기 구조를 발전시켜

and fling these droplets at high speeds.

빠른 속도로 물방울을 날려야 한다는 사실을 깨달았습니다.

And that’s why I always tell my students when we explore new bugs,

그래서 저는 새로운 곤충을 탐구할 때 항상 학생들에게 이렇게 말합니다.

"It's not a bug, it's a feature."

“버그(오류)가 아니야, 기능일 뿐이야.”

(Laughter)

(웃음)

(Applause)

(박수)

OK, so why should you care about insect pee,

그럼 왜 여러분이 곤충 오줌에 관심을 가져야 하느냐고요?

and what’s the practical application of this work?

그리고 이 연구를 어디에 적용할 수 있냐고요?

Maybe, maybe one day,

어쩌면, 어쩌면 언젠가

these ideas, these principles could help us design

이런 아이디어가, 이런 원리가 스마트폰, 손목시계,

more efficient water-ejector systems

보청기에 들어갈 더 효율적인

for our smartphones, our watches and hearing aids.

수분 배출 시스템을 설계할 때 도움이 될지도 모르겠어요.

But I have to be honest,

하지만 솔직하게 말씀드리자면

that's not really why I've obsessed over insect pee

제가 지난 4년 간 곤충 오줌에 집착한 이유가

for the last four years.

그런 것 때문은 아니에요.

I do this because when I share my work with kids,

제가 이 연구를 하는 이유는 아이들에게 제 이야기를 들려줄 때

it ignites their curiosity.

호기심을 자극하기 때문이에요.

When I talk about insect pee, it makes their eyes light up.

곤충 오줌에 대해 얘기하면 아이들 눈이 초롱초롱 빛납니다.

They laugh, they run around in their backyards,

웃으면서 뒤뜰로 가서 뛰어다니며

looking at bugs and asking questions.

곤충들을 관찰하고 질문을 하죠.

It reminds them and us that we can discover marvelous in the mundane,

아이들과 우리는 거기서, 일상 속에서도 놀라운 발견을 할 수 있음을 배웁니다.

even in our own backyards.

심지어 집 뒤뜰에서도요.

We just have to look closely.

조금 더 주의 깊게 봐야 할 뿐인 거죠.

Thank you so much.

정말 감사합니다.

(Cheers and applause)

(환호성, 박수)

I've got to go pee.

오줌 누러 갑니다.