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[핵잼 사이언스] 사람 피부도 뚫는 개미 턱의 비밀은? 코팅 기술 덕분

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▲ 가위개미로 흔히 불리는 잎꾼개미들의 모습.(사진=Pjt56, CC BY-SA 4.0 , via Wikimedia Commons)

개미는 곤충계에서는 물론 동물계에서 가장 성공적인 동물 가운데 하나다. 육상 동물 생물량의 20%는 개미라는 연구 결과가 있을 정도로 개미의 양과 숫자는 압도적이다. 이런 성공의 비결 중 하나는 크고 튼튼한 턱 덕분이다. 날카로운 집게처럼 생긴 개미의 턱은 효과적인 무기이면서 나무줄기나 잎처럼 질기고 튼튼한 물체도 쉽게 자를 수 있는 훌륭한 도구다. 심지어 개미와는 비교가 되지 않을 만큼 큰 사람의 피부도 뚫을 수 있다.



미국 오리건대와 북서태평양국립연구소(PNNL)의 과학자들은 개미를 비롯한 절지동물이 가볍고 탄성을 지니면서도 날카로운 턱과 부속지를 지닌 비결을 알아내기 위해 최신 원자 단층현미경(APT) 분석기술을 이용해 10㎚ 단위로 표면 구조를 분석했다. 원자 단층현미경 분석기술은 표면의 물질을 조금씩 증발시킨 후 원자 수준에서 관찰하는 방법으로 단 하나의 원자층도 분석할 수 있다. 

기본적으로 곤충을 포함한 절지동물의 외피는 키틴(Chitin)이라는 다당질 중합체로 되어 있다. 키틴은 매우 가볍고 튼튼하며 탄성을 지닌 물질로 곤충이나 갑각류의 외골격이나 부속지를 만드는 기본 소재다. 키틴은 그 자체로 기계적 성질이 뛰어난 물질이지만, 많은 곤충과 갑각류가 여기에 여러 가지 첨가물을 더해 더 단단한 외피를 만들거나 턱과 발톱 같은 무기를 만든다. 개미의 턱 역시 키틴에 아연 같은 다른 원소를 섞어 훨씬 단단하게 개조한 것이다. 연구팀은 아연이 나노 입자 형태로 키틴질 베이스에 섞여 있을 것으로 예상했다. 

▲ 연구에 사용된 가위개미(사진=Wikimedia Commons)

하지만 원자 단층현미경 분석 결과 아연 원자는 매우 얇은 층으로 표면에 코팅되어 있었다. 아연 나노 코팅 덕분에 본래는 다소 물렁물렁한 미세 섬유질인 키틴이 매우 날카로운 표면을 지니게 된 것이다. 연구팀은 가위개미로 흔히 불리는 잎꾼개미(학명 Atta cephalotes)의 턱이 사람의 치아보다 가볍지만, 훨씬 날카로워 60% 정도의 힘만 줘도 물체를 절단할 수 있다는 사실을 발견했다. 참고로 개미는 별도의 이빨이 없고 턱에 있는 날카로운 돌기를 이빨처럼 사용한다.

사실 수억 년 진화의 결정체인 자연의 소재 기술은 종종 인간의 기술을 앞서 있다. 당연히 과학자들은 이들에게 한 수 배우려고 노력하고 있다. 이번 연구 역시 예외가 아니다. 연구팀은 나노 코팅 기술을 통해 가볍고 탄성을 지니면서도 날카로운 도구를 만들 수 있을 것으로 기대하고 있다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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