집게턱 개미의 놀라운 턱의 비밀

기사입력 : 2017.10.12 12:16
▲ 사진 출처 : 셔터스톡
▲ 사진 출처 : 셔터스톡


[팸타임스 Jennylyn Gianan 기자 ]
믿기 어려운 속도로 턱을 닫을 수 있는 집게턱개미는 진화한 생명체다. 이 개미는 눈을 깜빡이는 속도보다 700배나 빠른 속도로 턱을 사용해 먹이를 물 수 있다. 속도는 야생에서 중요한 장점으로 작용한다. 포식자와 먹잇감 사이에서 끊임없는 충돌이 발생하기 때문이다. 한 연구팀이 ‘실험생물학저널 (Journal of Experimental Biology)’의 8월 30일 자 호에 미르모테라스로 알려진 집게턱개미의 메커니즘에 관한 모든 내용을 게재했다.

이번 연구는 스미소니언국립자연사박물관과 일리노이대학, 아리조나대학의 공동으로 진행했다. 연구팀은 미르모테라스의 가공할만한 하악골 시스템을 가장 연구했다. 연구팀에 따르면, 미르모테라스의 턱은 다른 개미집단과는 다르게 작동한다.

선임 연구자 프레드릭 라라비 박사는 미르모테라스의 경우 집중적 진화를 대표하는 흥미로운 사례라고 설명했다. 그는 다른 개미 그룹의 경우 몸통의 다른 부분이 전체적으로 진화했다고 덧붙였다.

미르모테라스는 동남아시아 토착 생물로, 주요 먹이는 톡토기라고 불리는 매우 작은 절지동물이다. 톡토기는 위협을 감지하면 벼룩처럼 공기 중으로 뛰어다닌다. 개미는 280도로 회전하는 길고 가는 턱을 열고 닫을 수 있다. 개미는 가만히 있는 채로 먹잇감을 참을성 있게 기다린다. 그러다가 순식간에 아랫턱뼈를 벌렸다 먹이를 잡아챈다.



이번 연구에 참여한 일리노이대학 곤충학과 앤디 수아레즈 교수는 개미는 자연에서 좀처럼 볼 수 없으며 실험실에서 살아있는 상태로 보존하는 것은 거의 불가능하다고 설명했다. 눈에 잘 띄지 않는 다른 곤충처럼 미르모테라스는 숲의 잔해를 알코올이 담긴 채로 거르는 ‘리터 샘플링’이라는 방법을 통해 확인할 수 있다. 라라비 박사는 이 방법이 새로운 종을 확인하는 데 탁월하지만, 결국 죽은 채로 발견돼 행동 연구 시에는 효용이 없다고 말했다. 그러나 수아레즈 교수는 동남아시아 말레이 제도에 있는 보르네오섬에서 살아있는 미르모테라스를 채취할 수 있었다.

▲ 사진 출처 : 위키미디어
▲ 사진 출처 : 위키미디어


연구팀은 미르모테라스의 행동을 포착하기 위해 초당 5만 장을 찍는 고속 카메라를 사용했다. 그 후 여러 비디오 프레임을 사용해 하악골의 움직임을 측정했으며 최고속도 시속 233km로 턱을 닫는다는 것을 확인했다. 이는 1,000분의 1초의 절반 정도의 속도이며, 눈이 깜빡이는 속도보다 700배나 빠르다.

턱이 근육만으로 힘을 받는다면 그처럼 빠르게 움직이지 못했을 것이라고 라라비 교수는 설명했다. 그러나 그는 미르모테라스는 먼 사촌뻘인 오돈토마추스보다 상당히 느리다고 말했다. 오돈토마추스는 미르모테라스보다 속도가 두 배가 빠르다. 이들의 공격은 기록된 동물 중 가장 빠른 움직임을 보인다. 가장 빠른 이들 개미들은 스프링이 장착된 턱을 먹잇감을 잡는 데만 사용하는 것이 아니라 위험이 다가왔을 때 멀리 도약하는 수단으로도 사용한다.

그러나 미르모테라스는 톡토기를 잡을 때에만 빠른 턱을 사용하기 때문에 사용할 수 있는 속도가 언제나 필요한 것은 아니라고 라라비 교수는 설명했다. 집게턱개미가 강력한 공력을 가하는 방법을 추가로 연구하기 위해 과학자들은 보다 고급 기술인 마이크로 CT (미세전산화 단층촬영시스템)을 도입하기 전에 가장 먼저 현미경을 사용했다. 마이크로 CT는 3차원 이미지 시스템으로 작은 견본의 내부 구조를 연구하기 위해 X선을 사용한다. 이 방법으로 턱은 작동법을 형상화하는 것이 가능하다.



마이크로 CT 스캔으로 확인한 이미지로 세 개의 강력한 근육이 개미의 강력한 공격에 영향을 주는 것을 확인했다. 한 쌍의 ‘오프너’ 역할의 근육과 두 쌍의 ‘폐쇄기’ 역할의 근육인 개미 머리 내부에서 상당한 자리를 차지하고 있다. ‘병따개’ 역할의 금육이 하악골을 최대 위치까지 벌리기 시작하면 강력한 힘을 가지고 있는 ‘폐쇄기’ 역할의 근육은 수축해서 머리 뒤의 외골격을 틀어 누르게 만든다. 외골격의 뒤틀리는 부분은 탄성에너지를 가지고 스프링 메커니즘처럼 작용한다. 연구팀은 먹잇감이 턱 사이의 민감한 털을 건드리면 속도위반 단속용 레이더장치처럼 모든 것이 발산되어 먹잇감은 바로 저녁 식사거리가 된다는 가설을 세웠다.

가장 흥미로운 부분은 근육의 배열 및 닫히는 방식이다. 이는 기존에 연구했던 것과는 다른 양상을 보이지만 동일한 효과를 낳는다고 라라비 교수는 설명했다. 이러한 스프링 장착 메커니즘은 유용하지만, “그 이상 여러 번 진화하지는 않을 것”이라고 그는 덧붙였다. 메뚜기와 벼룩, 귀뚜라미와 같이 빠르게 뛰고 멀리 도약하는 다른 동물들의 신체적 특징을 정의해볼 때 집게턱개미가 스프링 장착 시스템을 활용하는 것은 명백한 것으로 드러났다. 고속의 움직임은 자연에서 중요하기 때문에 이러한 시스템은 매우 훌륭한 적응사례라고 볼 수 있다.

라라비 박사는 이번 주 동안 이런 메커니즘의 다양성을 연구하고 여러 집게턱개미의 구조와 시스템이 속도와 성능에 어떻게 영향을 미치는지 조사할 계획이다.



Jennylyn Gianan fam1@pcss.co.kr
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