고압의 전기 뱀장어끼리 싸우면 무슨 일이 발생할까?

전기뱀장어는 순간적으로 최대 860V 이상의 전기를 내뿜을 수도 있다고 합니다. 최근 유튜브의 한 채널은 전기뱀장어와 악어의 싸움을 촬영했는데 이 영상에서 뱀장어를 물고 의기양양하던 악어가 잠시 후 감전되서 몸이 경직되는 것을 볼 수 있습니다.

@gfycat

이를 보면 전기뱀장어는 모든 동물에게 상당히 위협적인 존재임을 알 수 있죠. 그런데 여기서 한가지 의문이 생깁니다. 이렇게 위협적인 전기뱀장어가 서로 싸움을 하게 되면 어떤 일이 발생하는 것일까요? 서로 감전를 감전시켜 치명적인 상처를 입히거나 죽이게 되는 것일까요?

 

위의 의문에 대한 답을 찾기 위해서 먼저 전기 뱀장어가 어떻게 자신이 발생시키는 전압에 감전이 되지 않는지 확인해보도록 하겠습니다. 모든 생물은 전기뱀장어만큼은 아니더라도 일정 수준의 전기를 만드는 것으로 알려져 있는데 이는 생물의 몸속의 이온들 때문에 나타납니다.

Zum 백과사전, http://study.zum.com/book/14739

보통의 생명체는 세포막을 기준으로 세포 내에는 칼륨 이온(K+)이 많고, 세포 밖에는 나트륨 이온(Na+)이 많이 분포하고 있습니다. 평상시에 세포막은 칼륨 이온을 잘 통과시키는 경향이 있는데 양전하인 칼륨 이온이 세포막 밖으로 나가게 되면 세포 안쪽의 양전하가 감소하게 되죠. 반면에 세포 바깥쪽은 이동한 칼륨이온 때문에 안쪽보다 양전하가 많아지게 되어 수십 mV 정도의 전위차가 발생하게 됩니다.

 

그러나 신경이나 근육이 흥분하게 되면 세포막의 성질이 변하여 세포 바깥쪽에 있던 나트륨 이온이 세포막을 잘 통과할 수 있게 되어 세포막의 밖에서 안쪽으로 많은 양이 들어오게 됩니다. 그러면 세포막을 경계로 전위가 일반적일 때와 반대로 나타납니다. 이렇게 전위차가 발생하면 전류가 흐르게 되는 것이죠.

전기뱀장어 공격!, @gfycat

전기뱀장어가 전기를 만들어 내는 원리도 위와 매우 유사합니다. 다만 전기뱀장어는 전기를 만드는 특정기관을 따로 가지고 있는데 전기 뱀장어의 긴 꼬리에 있는 전기판이 바로 그것입니다. 전기뱀장어의 발전기관 역할을 하는 이 전기판은 5,000개정도가 꼬리에 있는데 이 판들은 대략 140개 정도의 줄로 병렬로 연결되어 있죠.

NIST & Yale University

각각의 전기판들은 건전지 역할을 해 대략 0.15V 정도를 만들어내는 것으로 알려져 있는데 이런 전기판을 대략 5000여개를 보유한 전기뱀장어는 이런 많은 전기판 덕분에 0.15 V * 5000 = 750 V, 대략 600~860V(전기판의 개수에 따라)에 해당하는 큰 전압을 만들수 있는 것입니다.

 

앞서 언급했듯이 전기판을 연결하는 줄 140여개는 모두 병렬로 연결되어있죠. 그리고 이는 전체 저항이 크게 줄어든다는 것을 의미합니다. 예를 들어 아래와 같이 직렬저항 회로의 경우 전체저항은 모든 저항의 합이됩니다. 즉, R= 6Ω

이 되는 것이죠. 반대로 병렬로 연결이 되는 경우 1/R=1/R1 + 1/R2 + 1/R3 ... 이 되는데 이런 이유로 병렬일 경우 저항

은 감소하게 되는 것입니다.

 

이를 전기뱀장어에 대입해 보겠습니다. 전기세포 5000개(저항 0.25Ω / 개)가 직렬로 연결되어 있으니 총1,250Ω(0.25*5000) 의 저항이 되지만 전기세포를 연결하는 줄이 병렬로 연결되어 있어 전체 저항은 1,250Ω/140인 8.93Ω으로 감소하게 됩니다. 여기에 민물의 저항 대략 200 [Ohm]임을 고려해 보면 전체 저항은 대략 230[Ohm]이 됩니다.

물의 저항: https://www.aquaread.com/need-help/resistivity/

이를 이용해서 전류를 계산해 보면 전기뱀장어의 몸에는 약 3.26A의 전류가 흐른다는 걸 알 수 있습니다.

인체에 통과하는 전류크기에 따른 증상

위의 표에서 볼 수 있듯이 전류의 크기에 따라 인체에 미치는 영향은 달라지는데 보통 50mA 이상에서 우리 몸에 치명적인 영향을 줄 수 있다고 알려져 있죠. 즉, 전기뱀장어의 3.26A는 사람이라고 본다면 치명적인 수치가 되는 것입니다.

 

그러나 이렇게 높은 전류도 전기뱀장어에게 큰 영향을 끼치지 못하는데 이는 전류가 전기뱀장어에 병렬로 연결된 140개의 전기세포줄에 고루 나눠져서 흐르기 때문입니다. 즉, 병렬연결된 전기세포에는 3.26A/140인 0.023A의 전류만 흐르는 것이죠.

이제 오늘의 주제로 돌아와 보겠습니다. 전기뱀장어끼리 싸우면 최대 860V까지 전류를 뿜어 낼 수 있겠죠. 그러나 전기뱀장어는 병렬구조의 전기판을 이용해 외부에서 받아들여지는 전류를 원래의 양보다 적게 받아들이기 때문에 치명적인 수준의 전류가 흘러도 상대적으로 적은 충격만을 입게 됩니다.

 

뿐만 아니라 물속에서는 전기가 물에서 사방으로 분산되며 더불어 전기뱀장어의 두꺼운 지방질의 몸은 절연체 역할을 해주어 외부의 전기충격을 상대적으로 감소시켜주기 때문에 실제로 받는 충격은 이보다 더 적게 됩니다. 이 때문에 전기뱀장어끼리 고압의 전기로 싸운다고 하더라도 서로에게 어느정도의 충격은 줄지언정 치명적인 상처를 주기는 힘들 것으로 보입니다.

※ 참고자료·논문자료·자문 등 도움

1. 흥분의 전도 : http://study.zum.com/book/14739
2. What is resistivity in water? : https://www.aquaread.com/need-help/resistivity/
3. 전기뱀장어의 충전과 방전 (한국과학기술 정보연구원) : http://gift.kisti.re.kr/data/IAC/files/KISTI-200512-YKS-electric_eel.pdf
4. 전기뱀장어의 놀라운 능력은 진화를 거부한다 (한국창조과학회) : http://www.kacr.or.kr/library/print.asp?no=6324
5. 전기뱀장어가 전기를 어떻게 만드나? : http://www.edunet.net/nedu/contsvc/viewWkstCont.do?contents_openapi=google&clss_id=CLSS0000000361&menu_id=87&contents_id=0e111609-e4c5-4804-b39c-1c5777fb3e4a
6. National Institute of Standards and Technology : https://www.nist.gov/news-events/news/2008/10/models-eel-cells-suggest-electrifying-possibilities