새 연구: 수분 이동이 근섬유 수축 속도에 미치는 영향

Seoul미시간 대학교의 연구에 따르면, 근육 섬유 내의 물의 움직임이 수축 속도에 영향을 미친다고 합니다. 연구자 수라즈 샹카르와 L. 마하데반은 모델을 통해 근육 섬유 내부의 유체 행동이 이들의 속도 한계를 결정한다는 것을 보여주었습니다. 근육은 대략 70%가 물로 구성되어 있습니다. 이전 연구들은 분자의 작용을 조사했지만, 근육 섬유의 전반적인 반응에 대해서는 다루지 않았습니다. 이번 새로운 연구는 근육 섬유를 통해 유체가 이동하며 그들의 탄성을 어떻게 변화시키는지에 대한 색다른 관점을 제시합니다.

주요 발견 사항은 다음과 같습니다.

근육 섬유 내의 유체 이동은 수축 속도에 영향을 미칩니다. 근육은 "특이한 탄성"을 가지며, 3차원 변형을 통해 힘을 생성할 수 있습니다. 이 유체 이동 모델은 작은 곤충부터 큰 동물에 이르기까지 빠른 근육 움직임을 설명할 수 있습니다. 작은 곤충의 경우 유체 흐름이 수축 속도를 제한하는 반면, 큰 동물에서는 신경 조절이 주요 역할을 합니다. 근육은 수축 과정 중 물을 이동시키는 "능동적인 스펀지"로 작용합니다. 또한 근육은 에너지 보존 법칙을 어길 수 있으며, 단순한 고무 밴드처럼 수동적으로 작용하는 대신 엔진처럼 기능합니다.

이 연구는 다양한 동물의 근육에 대해 조사합니다. 방울뱀은 신경 조절로 꼬리를 빠르게 움직이고, 모기와 같은 곤충은 근육에 있는 액체로 날개를 빠르게 움직입니다. 이러한 사실은 매우 빠른 움직임을 가진 작은 생물들이 근육에서 유체 역학에 의존한다는 것을 보여줍니다.

근육은 단백질, 핵, 세포 기관, 분자 모터로 구성되어 있으며, 이들은 모두 물로 둘러싸여 있습니다. 이 물로 가득 찬 구조는 우리가 이전에 이해했던 것과 다르게 작용합니다. 근육이 수축할 때 물을 밀어내며, 이는 근육의 움직임 속도에 영향을 줍니다.

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근육은 수축할 때 고무줄과 다르게 작동합니다. 에너지를 보존하는 대신, 형태의 지속적인 변화를 통해 에너지를 생성하는데, 이를 "기이한 탄성"이라고 합니다. 이 개념은 우리가 근육의 작용 방식을 이해하는 방식을 변화시킵니다.

이러한 통찰력은 더 나은 연성 구동기, 더 빠르게 움직이는 인공 근육, 그리고 형태가 변하는 재료를 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 현대의 인공 근육은 외부의 자극을 필요로 하기 때문에 반응이 느립니다. 근육의 유체 작동 방식에 대해 더 깊이 이해한다면, 인공 근육이 보다 빠르게 반응할 수 있을 것입니다. 또한, 근육을 단순한 부품이 아닌 복합적인 재료로 생각하는 것은 동물의 움직임을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

샹카르의 모델에 따르면 근육을 이해할 때 단순히 미세 분자로만 보지 않고, 근육의 전체적인 유동성 및 구조를 고려해야 한다고 합니다. 이러한 넓은 관점이야말로 근육의 작동 원리를 완전히 이해하고, 이를 실제로 활용하는 데 매우 중요합니다.

이 연구는 근육 작용에 대한 현재의 개념에 의문을 제기하며, 근육의 생물학과 물리에 대한 추가 연구를 촉구하고 있습니다. 이 결과에 기반한 미래 연구는 우리의 근육 기능 이해를 변화시킬 수 있으며, 새로운 기술의 발전으로 이어질 수 있습니다.