외골격

Exoskeleton

동물의 몸을 보호하고 무게를 지탱하기 위한 골격 기관으로 신체의 외부가 다양한 방식으로 몸무게를 지탱한다. 연체동물은 자신의 껍질 자체가 외골격이고, 절지동물은 키틴질로 된 표층을 갖는다.

신체에 가해지는 충격을 흡수하여 신체 내부 기관의 손상을 막는데 뛰어나지만 두 가지 단점 때문에 외골격 구조를 갖춘 생물의 크기가 제약을 받는다.

첫째, 일단 한 번 생성된 외골격은 성장이 불가능하기 때문에 신체의 덩치가 커지게 되면 탈피를 해서 새로운 외골격을 형성시켜야 한다. 그런데 개체가 나이를 많이 먹을수록 외골격의 강도가 높아지므로 탈피를 하다가 지쳐 죽거나 아예 탈피를 할 엄두를 못내고 포기한 끝에 껍데기가 통째로 썩어서 죽기도 한다. 또한 지나친 충격을 받아 파손될 경우에는 복구되긴 하는데 그 강도는 원래 강도의 60%에 불과해서 완전히 복구하려면 탈피를 해야 한다. 둘째, 외골격 구조 자체에 문제가 있다. 외골격 구조를 한 동물이 덩치를 키우기 위해 외골격을 늘리면 무게는 길이의 세제곱으로 증가하는 제곱-세제곱의 법칙에 따라 덩치를 키우겠다고 늘린 외골격 구조 자체가 지나치게 무거워져서 형체를 유지할 수 없다는 모순이 발생한다. 물속에서 서식한다면 부력의 도움으로 어느 정도 상쇄되긴 하지만 구조 자체의 한계를 벗어날 수 없다. 현생종 중 가장 큰 외골격 구조의 지상 생물인 야자집게의 몸 길이는 겨우 40cm에 불과하다.

흔히 곤충이 갑자기 거대해져서 사람들을 습격하는 내용의 픽션 작품이 많이 나오는데, 현실에서는 키틴질이나 탄산칼슘 성분의 껍데기와 단백질 구조의 근육으로는 바로 신체가 붕괴되어 죽기 때문에 존재할 수 없다. 만약에 티타늄 같은 가볍고 튼튼한 금속이나 카본 FRP 같은 복합소재의 외골격, 무기 섬유질 근육이나 형상기억합금 관절 등 유압과 공기압 구조를 했다면 몸집을 더 불릴 수 있겠지만 지구 기준으로 그런 건 생물이 아니고 로봇이다.

죽을 때까지 탈피를 해야하는 절지동물의 외골격은 의외로 말랑한데(탈피를 못한다는 건 죽음을 의미한다), 탈피를 할 필요가 없는 조개류는 더욱 치밀하게 외골격을 구성할 수 있으므로 똑같은 단백질과 탄산칼슘 성분이라도 훨씬 더 튼튼하다.