자기 몸의 5천 배를 들 수 있는 개미의 비밀

[해송]

자기 몸의 5천 배를 들 수 있는 개미의 비밀

개미의 복잡한 목과절과 통합적인 역학 시스템

2014.06.10 09:23 이슬기 객원기자

개미는 개미과에 속하는 곤충을 말한다. 우리말로는 15세기 문헌에 ‘가야미’라고 표현하고 있다. 우리 나라에는 집개미와 불개미 등 60여종이 알려져 있다. 개미는 농토의 황폐화를 막아주고, 목재나 식료품에 해를 주기도 한다.

특히 개미는 작으면서도 부지런하고 일을 열심히 하는 곤충으로 인식되었기 때문에, 신화나 전설과 같은 민담에서 많이 등장하기도 한다. 그래서인지 개미와 관련된 속담도 많이 있다. 작은 사람이 큰일을 할 때 ‘개미가 절구통을 물고 나간다’라고 표현하는 것이 그 예이다.

이 속담은 개미가 그만큼 열심히 일을 한다는 뜻인데, 이 속담은 생물역학적으로 봤을 때 어느 정도 과학적으로 설명할 수 있다. 개미는 자기 몸무게의 5천배에 달하는 무게를 들어올릴 수 있기 때문이다. 작은 개미가 자신의 몸보다 훨씬 큰 먹이를 들고 운반할 수 있는 이유가 최근 밝혀졌다.

개미는 자기 몸무게의 5천배를 들 수 있다고 한다. 그 이유는 바로 개미의 목관절이 갖고 있는 역학구조 때문이다. 최근 이 역학구조에 대한 비밀이 풀렸다. ⓒ 연합뉴스

학술지 ‘생물역학저널'(Journal Biomechanics)를 통해 발표된 미국 오하이오대학교의 연구팀의 연구 결과이다. 연구팀은 개미가 무거운 짐을 들 수 있는 원리를 밝히기 위해서 실험실 테스트 및 컴퓨터 모델링을 이용하여 연구를 진행했다. (원문링크)

개미의 체내 및 체외의 해부학적 구조를 3D 모델로 제작했고, 이를 통해 미국 앨러게니 언덕 개미의 신체 구조를 설계했다. 이 과정에서 연구팀은 개미의 신체적 특징과 기능의 연관성을 밝혀낼 수 있었다. 개미의 목 부위를 생물역학적으로 접근한 것이다.

칼로스 카스트로(Carlos Castro)연구원에 따르면 개미는 절지동물의 입 부위인 구기로 물체를 들어 올린 후, 목 관절에서 흉부로 물체를 옮긴다고 한다. 이때 6개의 다리와 발목마디인 부절에 힘이 분산되면서 개미가 그 무게를 지탱할 수 있다는 것이다.

연구팀은 자신들이 만든 3D 모델을 이용하여 시뮬레이션을 실시했는데, 그 결과 개미의 목 관절은 개미 몸무게의 5천배에 달하는 무게까지도 견디는 것으로 나타났다. 개미의 목 관절 구조가 머리를 좌우로 틀지 않고 일직선으로 똑바로 두고 있을 때, 가장 큰 힘을 발휘하는 것으로 밝혀졌다.

연구팀의 비에니 응우옌(Vienny Nguyen) 연구원은 목 관절은 복잡하고 통합적인 역학 시스템이라고 오하이오 대학 인터뷰를 통해 밝혔다. 구조와 기능의 연관성을 이해하려는 노력은 외골격 메커니즘을 최적화하는 설계를 구상하는 데 큰 도움이 될 것이라고 말하기도 했다.

“미친 갈색 개미를 조심하라”

앞서 설명했듯 개미는 농토의 황폐화를 막아주지만, 한편으로는 인간에게 해를 입히기도 한다. 최근 엄청난 번식력을 가진 미친 갈색 개미(Tawny crazy ant)가 미국 남부를 중심으로 급격히 늘면서 생태계 교란이 우려된다는 연구 결과가 발표되었다. (원문링크)

학술지 ‘생물학적 침략'(Biological Invasion)을 통해 발표된 미국 텍사스대 자연과학대 소속 에드워드 르브런(Edward LeBrun) 연구원의 연구 결과이다. 이 논문에 따르면 ‘미친 갈색 개미'(Tawny crazy ant)로 불리는 외래종 개미가 미국 남부 지역을 중심으로 급격한 증가세를 보이고 있다고 한다.

아르헨티나와 브라질 등 남미에서 유래한 이 개미는 미국에서는 2002년 휴스턴에서 처음 발견되었다고 한다. 당시 발견자인 해충 구제업자인 톰 라스베리의 이름을 따서 ‘미친 라스베리 개미'(Crazy Rasberry any)라고 불리기도 한다.

이 미친 개미는 최근 수년간 텍사스와 플로리다, 루이지애나, 미시시피주 등 따뜻하고 습한 미국 남부를 중심으로 개체수를 늘려가고 있다고 논문에서는 설명하고 있다. 이 과정에서 기존에 이 지역에서 살고 있단 마디 개미(Fire Ant)를 몰아내고 있다는 것이다.

문제는 이 미친 개미의 마땅한 천적이 아직까지 없다는 것이다. 그래서 집 벽 안쪽이나 좁은 틈새를 파고들고, 가전제품 안에도 몰려들어 고장을 유발하는 등 그야말로 모든 곳에서 나타나고 있기 때문에 미국 내에서 문제가 되고 있다.

페로몬 대신 빛을 따라가는 개미

그럼에도 개미는 인간에게 많은 도움을 준다. 최근 과학자들은 로봇으로 개미와 벌이 어떻게 길을 찾는지 알아내고 있는데, 이것은 바로 생물학과 로봇공학의 결합인 ‘바이오로보틱스'(biorobotics)이다.

지난 3월 학술지 ‘플로스 계산생물학'(PLOS Computational Biology)를 통해 발표된 미국 뉴저지공대의 시몬 가르니에(Simon Garnier)박사의 연구 결과이다. 가르니에 박사는 개미가 각도를 계산하여 빠르게 판단하는 것을 무리라고 생각했다. (원문링크)

그래서 로봇 개미를 이용하여 페로몬 대신 빛을 내게 했다. 원형 실험실에 로봇들을 풀어 놓았는데, 그러자 곳곳에 페로몬의 역할을 하는 빛이 바닥에 나타났다. 동료의 빛을 찾지 못한 로봇은 계속 앞으로 갔으며, 그러다 빛이 보이게 되면 그쪽으로 재빨리 방향을 틀었다.

이러자 로봇 개미들도 실제 개미처럼 동료와 함께 줄을 지어 움직이기 시작했다. 이를 통해 개미는 복잡한 인지 과정 없이 단순한 직진 습성으로 효율적 이동을 했다는 것이 밝혀졌다. 가르니에 박사는 이를 통해 개미들이 줄지어 가는 모습의 원리를 찾아낸 것이다.