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[와우! 과학] 일과 휴식할 때를 정확히 구분하는 개미의 비밀

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개미와 베짱이 이야기처럼 개미는 부지런함의 상징으로 여겨진다. 작은 개미들이 분주히 움직이면서 먹이를 찾고 개미굴로 실어 나르는 모습을 보면 이런 이야기가 생긴 이유도 쉽게 납득이 된다. 하지만 개미의 행동을 연구한 과학자들은 개미가 의외로 게으른 곤충이라는 사실을 알고 있다. 많은 개미가 개미굴에서 일하지 않고 대기하고 있었던 것이다.

물론 여기에는 다 그럴 만한 이유가 있다. 먹이를 구할 수 없는 상황에서 모든 개미가 움직이면 에너지만 낭비하게 된다. 또 외적의 침입 등 비상 상황에 대비해서 항상 대기 중인 개미가 필요하다. 과학자들이 놀라는 부분은 개미가 게으르다는 점이 아니라 어떻게 일할 때와 일하지 않을 때를 구분할 수 있느냐는 것이다. 많게는 수백만 마리의 개미가 중앙의 통제도 없이 완벽하게 일과 휴식을 병행하며 군집을 운용한다는 것은 정말 놀라운 일이다.

스탠퍼드 대학의 과학자들은 건조한 애리조나 사막에 사는 레드 하베스터 개미(red harvester ants)를 연구했다. 이 개미는 매우 건조한 환경에 살기 때문에 먹이를 구하러 나가는 것 자체가 상당한 모험이다. 잘못하면 먹이를 구하기 전에 다른 동물의 먹이가 되거나 말라 죽을 수 있다. 이런 환경에서는 부지런함은 오히려 독이 될 수도 있다. 연구팀은 여러 개미 군집을 조사해서 열심히 먹이를 찾는 개미와 그렇지 않은 개미의 차이를 연구했다.

연구팀이 개미의 뇌에서 활성화된 RNA를 조사한 결과 도파민을 만드는 유전자가 활성화되어 있다는 점이 밝혀졌다. 도파민의 역할을 규명하기 위해 개미에 페인트로 표시를 한 후 도파민을 투여해 자연 환경에서 관찰한 결과 실제로 이 개미들이 더 적극적으로 부지런하게 먹이를 구하러 나가는 것이 확인됐다.(사진) 마지막으로 결과를 검증하기 위해 연구팀은 도파민 억제물질(3-iodo-tyrosine)을 투여해 반대의 결과를 얻었다. 인간 세상에서는 다양한 성과급과 승진 등이 열심히 일하는 데 큰 역할을 하지만, 개미에서는 도파민이 그 역할을 대신하는 셈이다.



또 한 가지 흥미로운 사실은 도파민이 개미를 더 부지런하게 만들 뿐 아니라 더 똑똑한 일꾼으로 만든다는 것이다. 도파민을 투여한 경우 개미들은 습기가 많은 날 먹이를 찾으러 나가고 건조한 날은 개미굴에 머물러 있으려는 경향이 더 강해졌다. 이 결과들은 신경 전달 물질인 도파민이 개미의 행동을 결정하는 데 큰 영향을 미친다는 가설을 지지한다.

물론 개미의 행동을 결정하는 물질은 도파민 하나만은 아닐 것이다. 다양한 감각 수용체와 작지만 복잡한 뇌가 환경 변화에 맞춰 개미의 행동을 적절하게 조절할 것으로 추정된다. 연구팀은 이 과정을 더 상세하게 알아내기 위해 후속 연구를 진행 중이다. 비교적 단순한 뇌와 신호 전달 물질로 거대한 군집을 효율적으로 관리하는 비밀을 알아낸다면 생체 모방 로봇 등 여러 분야에서도 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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