요약 : 생명체에 쓰이는 생물소재(Bio material)는 그 재료가 담당하는 기능에 가장 최적화되어 설계되어 있다. 이 논문에서는 충격을 흡수하는 어떤 특정한 구조가 있는지 밝히기 위해 딱따구리의 부리의 여러가지 특성들을 관찰하였다. 딱따구리는 나무를 찍는동안 부리나 머리에 손상을 입지 않고 놀라울 정도로 효율적인 충격흡수를 한다. 그래서 딱따구리 부리의 구조-성질의 관계를 정량화 하기위해 딱따구리 부리를 주사 전자현미경으로 관찰하고, 또 나노 규모와 마이크로 규모에서 각각 경도를 측정하였다. 딱따구리의 부리는 가장 바깥쪽부터 안쪽까지 크게 세개의 층으로 구성되어 있다. 그것은 케라틴 층, 기포층, 골성층이다. 이 세겹의 층은 각각 서로 다른 구조를 가지고 있으며, 또한 각각 다른 경도를 가지고 있다. 각 층의 특정한 성질은 에너지 흡수에 있어서 특정한 역할을 하고 있다. 그리고 각각의 층이 하나의 부리를 구성하여 나무를 찍을 때 발생하는 큰 충격에너지를 효과적으로 흡수한다.

Abstract : Biomaterials which are used in living creatures are designed most suitable to their own function. In order to elucidate what specific structure is in charge of absorbing shocks, we observed various attributes of a woodpecker. Woodpeckers show amazingly efficient shock absorption without any damage to their beak or brain while pecking trees. The beaks of woodpeckers were examined through microscopy and hardness testing at the nano and micro scales in order to quantify the structure-property relationships. The beak of a woodpecker comprises three layers; keratin shell layer, foam layer, and mineralized collagen layer. Each layer of the woodpecker beak has a different structure. Hardness testing revealed that each layer has different values starting with the largest value on the innermost layer. Specific characteristics of each layer lead to specific functions for absorbing energy, and all together they effectively dissipate energy.

1. 서론

  생물소재(Biomaterial)란 생물로부터 유래된 화학적 생물학적 물질, 추출물들의 총칭이다. 생물소재에 대한 연구는 21세기가 되면서부터 본격적으로 연구되어 왔는데 생물체에서 발견되는 재료는 인간이 만든 재료와 다른 점들이 있다. 생물소재는 인간이 만든 재료들에 비해 매우 복잡하고 정교하며, 나노규모 부터 큰 규모까지 계층적 구조를 가지고 있고, 또한 그 재료의 기능에 최적설계 되어 있다는 특징이 있다. 생물 모방 기술(Biomimetics)은 생물체에서 나타나는 현상들을 연구하여 그것을 공학적으로 적용하거나 응용하는 기술이다. 그 예로 산업 디자인에서는 에너지 효율을 높이기 위해 물고기나 새의 유선형 모양을 자동차나 기차의 모양에 적용하여 공기의 저항력을 줄여 성공적으로 에너지 효율을 높였고, 화학적으로 식물의 광합성을 본따 인공적인 나뭇잎을 만들어 친환경적인 에너지를 생성하는 것에 대한 연구를 하기도 한다. 거미줄을 본따서 듀퐁사에서는 철보다 강한 섬유소재인 케블러(Kevlar)를 개발하였는데, 케블러는 매우 강한 동시에 가벼워서 방탄복이나 헬맷 등 많은 방면으로 쓰이고 있다. 또는 도마뱀의 발바닥 미세구조를 본따서 접착제 없이 붙을 수 있는 나노구조의 접착제를 연구 개발하기도 하였다. 이렇듯 이미 최적 설계되어 있는 생명체로부터 아이디어를 얻어 인간의 삶에 유용한 것들을 많이 개발하고 있다. 이 논문에서는 딱따구리의 부리로부터 충격흡수를 위한 재료의 구조와 특성을 밝히고자 한다.

  에너지 충격 흡수란 과격한 동적 에너지를 분산시키는 것이다. 충격흡수를 위한 구조 또는 재료는 자동차나 군수산업 분야 등에서1970년대 부터 주목받아왔다. 충격 흡수를 위한 재료는 자동차의 충격흡수 장치나 도로의 가드레일 등 많은 산업분야에서 유용하게 쓰이고 있다. 특히 충격에 약한 전자 기기가 발전할 수록 충격흡수에 대한 관심은 높아지고 있으며 계속 연구와 발전을 거듭하고 있다. 충격흡수에 대한 관심은 인간의 공학적 문제일 뿐만 아니라 자연의 생명체들의 문제이기도 해서 큰 충격을 받을 때에 그 충격을 효과적으로 흡수하는 구조가 생명체에도 발견된다. 산업에서 쓰이는 충격흡수 재료는 그 구조가 변형되면서 효과적으로 에너지를 흡수하는 것에 관점이 맞추어져 있으나 생명체에서 쓰이는 충격흡수 재료들은 그 구조가 변형되지 않고 내부적으로 충격을 흡수한다는 장점이 있다. 생명체에서 나타나는 충격흡수 구조는  그 예로써 거북이 등껍질이나 산양의 뿔이 있다. 거북이 등껍질의 단면을 보면 케라틴 질의 외부를 감싸는 층과 내부의 다공성 뼈 물질이 샌드위치 구조를 이루고 있으면서 충격을 효과적으로 흡수한다. 산양의 뿔 역시 충격을 흡수하는 구조를 가지고 있다.

  이 논문에서는 효율적으로 충격을 흡수하는 딱따구리의 부리를 살펴보았다. 딱따구리는 나무를 부리로 찍어 나무에 구멍을 만드는 특이한 습성을 가지고 있다. 딱따구리는 6~7m/s의 속도로 나무에 부리를 쪼아 댄다. 만약 딱따구리에 충격흡수 설계가 있지 않다면 딱따구리의 머리와 부리는 산산조각 날 것이다. 그러나 딱따구리는 수 만 번의 충격을 받는다 할 지라도 머리나 부리에 아무런 손상을 입지 않을 뿐만 아니라 형태도 변하지 않는다. 이에 미루어 볼 때 딱따구리로부터 아이디어를 얻어 충격흡수 장치를 개발하는 것은 공학적으로 좋은 아이디어를 얻을 수 있는 기회가 될 것으로 기대된다.

2. 딱따구리 부리에서 나타나는 최적설계

  2.1. 연구방법

  딱따구리 부리 연구를 위해 사용된 딱따구리는 다 자란 수컷 Red-Bellied 딱따구리(학명: Melanerpes carolinus)이며 총 몸길이는 24~25 cm였다 (그림 1(a). 딱따구리는 미시시피 주립대학교의 야생동물 학부로부터 얻었으며, 딱따구리의 윗부리와 아랫부리는 관찰과 실험을 위해 분리된 후 탈수화되었다. 모든 실험은 실온에서 진행되었다.

  부리 실험 시료는 주사 전자현미경 관찰을 위해 글루타르알데히드와 사산화 오스뮴에 각각 담구어서 고정한 후, 에탄올에서 탈수화를 시켰다. 100% 에탄올에 담군 부리시료를 액화 질소 통에 넣어 얼린 뒤 부리의 중간을 부러뜨리고 공기 중에서 건조시켰다. 백금 코팅을 한 뒤, JSM-6500F Field Emission Scanning Electron Microscope를 이용하여 주사 전자현미경 사진을 찍었다.

  부리의 화학 원소의 구성 평가를 위해서 같은 주사 전자현미경을 이용하여 EDX(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)분석을 하였다.  옥스포드 소프트웨어의 표준화된 매뉴얼에 따라 20kV의 가속전압과 10 mm의 작동거리를 사용하였다. 정확한 화학원소 분석을 위해 시료들은 스퍼터 코팅을 하지 않았다.

  경도 실험은 나노 규모와 마이크로 규모에서 경도측정을 하였다. 부리 끝부터 뿌리까지 경도의 변화를 보기 위해 다이아몬드 톱을 이용하여 딱따구리 부리를 네 등분으로 잘랐다. 각각을 에폭시에 마운팅 한 뒤, 연마하여 표면을 매끄럽게하고 TI900 TriboIndenter를 이용하여 나노 경도와 등가 탄성 계수를 측정하였다.

 2.2 일반적인 새 부리에 관한 정보

  새의 깃털이나 부리, 발톱 등은 단백질의 한 종류인 케라틴으로 구성되어 있다. 조류가 사용하는 케라틴은 베타 케라틴으로써 포유동물의 털에서 쓰이는 알파 케라틴과는 다른 종류의 케라틴이다. 알파 케라틴은 나선(helix)구조를 가진 반면 베타 케라틴은 판(sheet)구조를 가지고 있으며, 베타 케라틴은 알파 케라틴보다 뻣뻣하고 단단하다.

  새의 부리는 사람의 손톱처럼 항상 자라는데 그 방향은 새의 얼굴 쪽에서 바깥 방향으로 자라며, 자라는 속도는 부리의 마모와 관련이 있다.

  2.3 딱따구리 부리의 구조

  딱따구리 부리를 관찰함으로써 이 부리가 multi-scale의 구조를 가지고 있음을 알게 되었다. 총 부리의 길이는 40 ㎜이고 두께는 대략 7 ㎜이며, 아랫부리의 곡률은 12.01 ㎜-1 정도이고 윗부리의 곡률은 약 19.07 ㎜-1이다. 주사 전자현미경으로 살펴본 딱따구리의 부리의 단면 사진들을 통해서 이 부리는 세개의 서로 다른 층으로 이루어져 있음을 알 수 있다. 이 세개의 층은 가장 바깥 층부터 케라틴 층, 기포층, 골성층이다 (그림 1(c)). 이 각각의 층은 각각의 독특한 구조를 가지고 있으며, 또한 각각 다른 경도를 가지고 있다. 이 세 층은 에너지를 흡수하는 데에서 서로 다른 역할을 하며 그것이 하나의 부리를 이루며 에너지를 효과적으로 흡수하는 것으로 보인다.

  딱따구리 부리의 가장 외부의 층은 케라틴으로 만들어진 비늘이 수백 ~ 수천겹 포개어져있다. (그림 2(a)). 이것은 다른 새들의 부리에서도 공통적으로 나타나는 구조이다. 각각의 비늘은 부리에서의 위치에 따라 그 크기가 다른데 혀와 맞닿아 있는 부리 안쪽 부분의 비늘의 크기는 25 x 10 x 1 ㎛이고, 부리 외부 쪽의 비늘의 크기는 55 x 15 x 0.2 ㎛ 이다. 이 층의 총 두께는 약 200 ~ 500 ㎛이며 총 총 부리 두께의 15 ~ 20%를 차지하고 있다. 비늘의 두께와 총 케라틴 층의 두께를 통해 각각 비늘이 포개어 질 때 압축이 없다는 가정 하에 대략 1000 ~ 2500겹의 케라틴 비늘이 이 층을 구성하고 있다고 계산할 수 있다. 그러나 주사 전자현미경 사진을 통해 케라틴 비늘이 포개어 질 때 압축이 있다는 것을 알 수 있기 때문에 이 보다 더 많은 케라틴 비늘 층이 있을 것으로 예상된다. 또한 주사 전자현미경 사진을 보면 각각의 케라틴 비늘의 표면은 거친 것을 알 수 있는데, 이 거친 표면은 케라틴 비늘 사이의 마찰력을 크게 하므로 가장 바깥 쪽의 이 층은 각 비늘사이의 마찰로 인한 전단응력(shear stress)을 통해 최초 부리가 맞는 충격을 흡수 할 것으로 보인다.

  다른 새의 부리와 비교해 보았을 때, 케라틴 비늘의 두께는 딱따구리의 것이 얇고, 총 부리에 대한 케라틴 층의 차지 비율은 딱따구리의 것이 높다. 즉, 딱따구리 부리의 케라틴 층이 다른 새들보다 더 많은 케라틴 비늘로 이루어져 있다는 특징이 있다. 예를 들면 큰 부리새의 케라틴 비늘은 2 ~ 10 ㎛의 두께를 가지고 있으며, 총 부리에 대한 케라틴 층의 비율은 1.43 – 2.14 % 이다. 계산해보면 대략 50 ~ 375겹의 케라틴 비늘이 큰 부리새 부리의 케라틴 층을 구성하고 있다. 이 두 새의 비교를 통하여 논리적으로 각각의 비늘 층은 전단응력을 통해 충격을 흡수하고 있으며, 이것 때문에 부리에 큰 충격을 갖는 딱따구리는 큰 부리새보다 더욱 많은  케라틴 비늘이 포개어져 있는 것을 알 수 있다.

  두번째 층은 케라틴 층 바로 다음에 있는 기포 층이다 (그림 2(b)). 이 중간층은 바깥 쪽의 케라틴 층과 가장 안 쪽의 골성층을 연결하는 두께 100 ㎛ 정도의 층으로써, 스폰지구조로 되어 있어서 에너지를 흡수할 때 스폰지가 하는 것과 같이 에너지 흡수를 할 것이다. 다공성의 이 층은 밀폐기포(closed-cell foam)로 구성되어 있으며, 그림 2(b)에서 볼 수 있듯이 다양한 반지름의 구멍들이 분포되어 있다. Image J라는 소프트웨어를 이용하여 각 구멍의 직경을 재어본 결과 약 1~6 ㎛ 정도였으며, 다공률은 63.13 %였다.

  부리의 가장 내부층은 골성층으로 구성되어 있다. 이 부분에는 그림 1(c)에서 볼수 있듯 구멍이 무작위적으로 분포되어 있으며, 가운데에 큰 구멍이 뚫려 있다. 또한 그림 2(c)에서 볼 수 있듯, 골성층은 수지섬유(resin-fiber) 구조로 되어 있다. 콜라겐 섬유가 유리질의 미네랄 안쪽에 박혀있는데, 단단한 미네랄 안쪽으로 질긴 콜라겐 섬유가 끼워져 있는 복합재료의 구조이다. 이로 인해 골성층은 단단하면서도 질긴 구조를 띠고 있다. 이 층은 큰 부리새의 부리 단면이나 닭의 부리 단면에서는 관찰되지 않는 구조로써 현재까지의 새 부리 연구로 비추어볼 때 딱따구리 부리에서만 나타나는 특별한 구조이다.

  각 층의 화학 원소 분포를 살펴보기 위해 EDX분석을 하였다. EDX 분석 결과 케라틴 층은 주로 탄소와 산소, 질소 그리고 약간의 황으로 이루어져 있음을 알 수 있다 (그림 3(a)). 이 원소들은 단백질의 주요 구성원소인데, 케라틴이 단백질임을 고려해볼 때 이 것은 크게 예상을 벗어나지 않는 결과이다. 그림 3(b)는 딱따구리  내부의 골성층의 화학 원소의 구성을 보여주고 있다. EDX분석을 통해 보면 골성층은 탄소와 질소, 산소가 주된 원소이며 그 밖에도 칼슘, 나트륨, 마그네슘과 같은 여러 종류의 미네랄 원소들이 포함되어 있음을 볼 수 있다. 골성층이 미네랄과 콜라겐 섬유로 이루어져 있음을 고려해 볼 때, 탄소와 산소, 그리고 특히 질소는 콜라겐 단백질로부터 감지된 것으로 보이며, 그 밖의 칼슘, 나트륨, 마그네슘은 미네랄 부분으로부터 감지된 것으로 보인다. 질소의 양으로 미루어 볼 때, 부리 외부와 내부의 단백질 양을 상대적으로 측정할 수 있다. 외부 케라틴 층에서는 대략 23%의 질소가 측정되었으며 내부 골성층에서는 대략 11%의 질소가 측정되었다. 이것은 골성층 역시 단백질로 이루어져 있지만 케라틴 층보다는 상대적으로 적은 양의 단백질이 포함되어 있다는 것을 알려준다.

  2.4 딱따구리 부리의 강도

  나노 규모의 경도 측정 결과를 보여주는 그림 4(a)를 통해 케라틴층의 경도는 부리에서의 위치에따라 달라짐을 알 수 있다. 케라틴 층에서 부리의 끝 부분은 부리의 뿌리 부분보다 단단한데, 골성층에서는 부리의 위치에 따라 경도의 차이가 나지 않는다. 부리가 자라는 방향을 따라 케라틴 층이 단단해지므로 케라틴이 자라면서 단단해진다고 예측할 수 있다. 케라틴 층의 평균 경도는 0.40 ± 0.08 GPa이며, 골성층의 평균 경도는 1.16±0.19 GPa 이다. 골성층에 포함되어 있는 상대적으로 높은 비율의 미네랄 원소들 때문에 케라틴층보다 골성층이 케라틴 층보다 세 배 높은 경도를 가지고 있는 것으로 보인다.

  그림 4(b)는 나노 규모의 등가 탄성 계수(Reduced Elastic modulus) 를 보여준다. 등가 탄성계수는 부리의 위치에 따라 유의한 변화를 보이지 않는다. 케라틴 층의 평균 등가 탄성 계수는 8.7 ± 1.09 GPa이며 골성층의 평균 등가 탄성 계수는 30.17 ± 3.60 GPa 이다. 큰 부리새의 것과 비교해 보았을 때 케라틴 층의 등가 탄성 계수는 비슷하지만 부리의 중심쪽의 등가 탄성 계수는 큰 차이를 보인다. 딱따구리 부리의 골성층의 경도와 등가 탄성 계수는 큰 부리새 부리의 중심 부분보다 세 배 더 큰 값을 가지고 있다. 그러므로 우리는 충격 흡수에서 딱따구리 부리의 중심 부분이 특별한 역할을 하고 있다고 예측할 수 있으며, 이 구조적 특징을 층격 흡수재 설계에 적용할 수 있을 것이다.

  골성층으로부터 측정한 나노 규모의 경도값이나 등가 탄성 계수는 상대적으로 큰 표준편차를 보인다. 주사 전자현미경 사진을 통해 골성층은 섬유와 미네랄로 이루어져 있음을 알 수 있는데 측정 기기의 나노 팁이 감지한 위치가 섬유 부분인지 미네랄 부분인지에 따라 서로 다른 측정 값을 나타낸다. 콜라겐 섬유가 거의 없고 미네랄만 있는 부분에서는 일정하고 높은 값의 경도와 등가 탄성 계수가 나타난다. 그러나 콜라겐 섬유와 미네랄이 같이 섞여 있는 부분에서는 측정 값들이 매우 다양하게 나타나서 표준편차를 크게 만든다.

  2.5 창조론과 진화론의 입장에서 본 딱따구리 연구

  생물 모방기술을 연구하는 저면에는 자연은 최적설계 되어 있다는 믿음이 있다. 인간이 지금까지 발달시켜온 기술보다도 자연계를 연구하여 본 따 적용시시킨 공학적 기술들이 훨씬 친 환경적이면서도 효과적인 예를 서론에서 보았듯이 많이 찾아볼 수 있다. 그렇다면 생명체에서 찾아볼 수 있는 최적설계 되어 효율적으로 작동하는 기관들은 과연 우연히 진화된 것일까?

  이미 물질세계에 작용하는 원리들과 법칙들은 물리학자나 천문학자들에 의해 많은 것들이 밝혀져왔다. 그러나 생물학이 연구되어 온 시간은 그리 오래되지 않았다. 1953년 왓슨과 크릭에 의해 생명체의 기본 정보 틀인 DNA의 정체와 구조가 밝혀졌고, 그 이후 급속도로 생물학이 발달해 왔다. 그리고 21세기에 들어 생물체에서 나타나는 공학적 디자인을 찾아서 적용하려는 생물 모방기술이 시작되었다. 생물 모방 기술에서는 주로 특히 생물체에서 나타나는 나노 구조를 많이 연구한다. 그 예로 앞서 말했듯이 도마뱀의 발바닥 연구가 있고, 또한 염색물질 없이 나노 구조로 색깔을 내는 나비나 새 깃털연구가 있다. 이렇게 과학이 발달하기 전까지는 생물체에 이렇게 놀라운, 인간이 미쳐 생각지 못했던 공학적 원리가 숨겨 있을 것이라는 상상을 못했을 것이다. 생물체가 놀랍다는 생각은 옛날부터 사람들이 해 왔던 생각이고, 다윈도 그렇게 생각하였다. 1859년 ‘종의 기원’을 출판한 다윈이 생각한 생명체의 놀라움은 오랜 세월에 의해 우연히 만들어 질 수 있을 정도의 것이라고 추론하였다. 그러나 점점 과학의 기술이 발전하면서 우리가 볼 수 있는 시야가 넓어지고 있다. DNA에 의해 프로그램된 단백질들이 어떻게 우연히 모여서 효율적인 역학적 충격흡수 구조를 만들 수 있단 말인가? 우연히 넓이 20~50㎛, 두께 0.2~1㎛정도의 매우 작은 케라틴 비늘들이 모여 마찰력으로 충격을 흡수하는 구조와 기포층, 그리고 가장 내부에 섬유와 미네랄이 함께 섞여 있는 복합물질의 골성층이 한데 모여 충격을 매우 효율적으로 흡수하는 이 구조가 형성되었다면, 그것은 한번쯤 의심이 갈 만한 내용이다. 이 구조가 오랜 세월동안 무작위적 돌연변위와 자연선택에 의해 우연히 형성된 것이라면 우리는 아마도 이것이 최적설계 되었다는 가정을 하기 힘들 것이다.

  또한 딱따구리 부리를 연구하면서 부리의 진화 가능성에 대해 재고해볼 수 있다. 다윈은 그의 책 종의 기원에서 핀치새의 부리를 예로 들며 그 부리가 주변 환경에 의해 모양이 변하는 것을 보고 진화의 가능성을 유추하였다. 이 핀치새 부리의 변화는 종 내에서의 자연환경에 적응하며 나타난 변화였으며, 다윈은 종 내의 변화를 증거로 종 간의 변화를 유추하였다. 그렇다면 실제로 같은 종 내에서의 부리의 변화를 종간의 변화로까지 확대적용 가능한지 살펴볼 필요가 있겠다. 딱따구리의 부리 내부를 살펴보면 큰 부리새나 코뿔새, 그리고 닭의 부리에서 볼 수 없었던 골성 층의 구조가 나타난다. 다른 조류의 부리에서는 볼 수 없지만 충격을 흡수하는 거북이 껍질의 단면구조나 양 뿔의 구조에서는 나타나는 구조이다. 생물체는 비교적 제한된 재료를 가지고 다양한 구조를 발현함으로써 다양한 기능을 매우 효율적으로 수행한다는 특징이 있다. 즉 재료의 다양성이 아니라 구조의 다양성이 기능을 결정하는 것이다. 이 구조의 디자인은 1000배 이상의 주사 전자현미경으로 보지 않으면 보기 어려울 만큼 아주 작은 나노 구조부터 섬세하게 조직되어 있으며, 나노 규모의 구조들이 모여 마이크로 규모의 또 다른 구조를 만들고 마이크로 규모의 구조가 모여 또 다른 대규모의 구조를 만드는 특징이 있다. 철저하게 조직된 이러한 구조물이 진화론적인 메커니즘으로 형성될 수 있는지, 또한 형성된 이후에도 외부 환경의 변화로 인해 이것들이 변화 가능한 지에 대해서는 비판적인 논의를 해 보아야 할 것이다.

  생물을 분류할 때에 보면 생물들은 서로 비슷한 점을 공유하기도 하고, 매우 다르고 독특한 점들을 가지고 있기도 하다. 예를 들어 여기서 논의된 조류를 보면 모든 새는 깃털과 날개, 부리를 가지고 있는 등 같은 점을 공유하고 있다. 그러나 각각의 종을 들여다보면 독특한 점들을 가지고 있다. 예를 들면 공작새는 화려한 깃털을 가지고 있고, 앵무새는 사람의 말을 따라하는 독특한 습성을 가지고 있다. 또한 철새는 장거리를 철에 따라 여행하면서 길을 잃지 않는 능력을 가지고 있고, 물총새는 매우 빠르게 물고기를 잡는 능력이 있다. 우리는 이런 각각의 독특한 특징들이 우연한 돌연변이와 자연선택의 메카니즘으로 설명가능한지 다시 한 번 들여다 볼 필요가 있다. 나무를 쪼아 구멍을 만드는 독특한 습성을 가진 딱따구리 역시 딱따구리의 부리와 다른 새들의 부리를 비교해봄으로써 진화와 설계의 가능성에 대해서 다시 한 번 고찰해볼 필요가 있겠다.

3. 결론

  6-7 m/s의 속도로 부리를 나무에 두들겨 구멍을 뚫으면서도 부리나 머리에 아무런 손상을 입지 않는 충격흡수에 최적 설계 되어 있는 딱따구리 부리의 구조를 연구함으로써 충격흡수를 위한 공학적 디자인을 위한 아이디어를 얻고자 한다. 부리의 구조적 특징은 케라틴층, 기포층, 골성층으로 이루어져 있다는 것이며, 이 각각의 층은 독특한 특징을 가지고 있다. 케라틴층은 케라틴 비늘들이 수천 겹 포개어 져서 케라틴층을 형성하고 있고, 기포층은 100 ㎛정도의 두께와 63.13 %의 다공률을 가지고 있다. 골성층은 미네랄과 콜라겐이 함께 섞여 있는 합성재료의 구조를 가지고 있으며,  미네랄때문에 세 개의 층 중 가장 강한 경도를 나타낸다.

  어떠한 구조적 변형이나 파괴 없이 매우 효과적으로 충격을 흡수하는 이 딱따구리의 부리를 연구함으로써 무작위적 돌연변이와 자연선택의 진화적 메카니즘을 통해 이러한 공학적 설계가 가능한 지 재고해 보아야 겠다. 또한 지금까지 연구되어 온 다른 종류의 새의 부리의 구조와 비교해 보았을 때에 딱따구리 부리의 특이한 구조가 진화적 메카니즘으로 가능한 지 재고해 볼 필요도 있다. 지금 우리가 생명체로부터 보고 있는 것은 다윈과 그의 후세들이 생물체에서 보았던 것 과는 분명 다르다.

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욥기 12장 7~10절

7. 이제 모든 짐승에게 물어 보라 그것들이 네게 가르치리라 공중의 새에게  물어 보라 그것들이 또한 네게 말하리라

8. 땅에게 말하라 네게 가르치리라 바다의 고기도 네게 설명하리라

9. 이것들 중에 어느 것이 여호와의 손이 이를 행하신 줄을 알지 못하랴

10.  모든 생물의 생명과 모든 사람의 육신의 목숨이 다 그의 손에 있느니라