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첨단 신소재 섬유 '거미줄'

만민창조연구소 ·김승식 박사

우리는 자연계 속에서 때로는 놀라운 생명체의 신비를 발견하곤 한다. 첨단 신소재 섬유에 견줄만한 거미줄만 보아도 그 안에 숨겨진 자연의 경이로움을 느낄 수 있다.

거미(Spider, 학명:Araneae)는 거미강(Arachnida), 거미목(Araneae)으로 분류되는 절지동물들을 말하는데, 그물 하나를 만들어 내는 데 필요한 거미줄 길이는 대략 20m 정도. 아침이슬을 지탱하는 것도 힘들어 보이지만, 실제로는 주인인 거미 몸무게의 4천 배를 지탱할 수 있을 만큼 튼튼하다고 한다.

거미는 실을 공중에 뿜어내어 공중을 날아 자리를 옮기고, 점성물질이 있는 거미줄로 그물에 걸린 곤충을 꼼짝 못하게 만들기도 한다. 그렇지만 정작 자신은 달라 붙지않는, 즉 점성이 없는 또 다른 실을 분비해 길을 만드는 등 사용목적에 따라 여러 종류의 실을 뽑아내 삶을 살아가는 지구상에서 가장 번성한 곤충 중의 하나이다.

거미줄은 머리카락이나 새의 깃털에서 볼 수 있는 단백질인 알파 케라틴이라는 것을 사용하는데 이 단백질이 녹아 있는 액체가 거미줄 돌기를 통해 밖으로 나오게 될 때 그 단백질의 분자 구조와 그 단백질에 가해지는 힘으로 실(거미줄)을 만들어 낸다. 아주 복잡하게 얽혀 있는 알파 케라틴 위에 일정한 간격으로 결정들이 배열된 실의 구조가 고무줄보다 더 뛰어나 그 탁월한 탄력성으로 인해 거미줄이 쉽게 끊어지지 못하도록 한다.

거미는 복부에 있는 거미줄 샘과 거미줄 돌기를 사용하여 실을 뽑아내면서 실의 직경과 장력 그리고 탄력성을 변화시킨다. 따라서 다양한 성질의 실을 만들어 낼 수 있는데, 우리가 쉽게 볼 수 있는 왕거미의 암컷의 경우 적어도 7가지의 실을 뽑아낼 수 있다고 한다. 자기 알을 싸는 용도의 실, 방사형으로 뻗는 실,나선형의 둥근줄을 이루는 실, 포획한 먹이를 싸는데 사용하는 실, 알주머니 내부를 채우는 데 사용하는 실, 거미줄을 연결하거나 어떤 물체를 접착하는 데 사용하는 실 등이다.

또한 거미는 종류에 따라 입체형 또는 평면형의 그물을 만들어 낸다.

입체형의 그물을 만드는 꼬마거미는 원뿔과 같은 형태로 그물을 만드는데 아래쪽은 끈적거리는 거미줄이 땅에 부착되어 있다가 곤충 등의 먹이감이 오면 그 즉시 땅과의 연결이 끊어지면서 곤충이 공중에 매달리게 된다. 이렇게 함으로써 곤충의 운동에너지가 분산되어 거미줄 전체로 오는 충격을 흡수하게 된다.

평면형의 그물 형태는 우리가 흔히 볼 수 있은 형태로 중앙에서 사방으로 퍼져가며 중간 중간 거미줄이 연결되어있는 모습이다. 거미가 만드는 이러한 형태의 거미줄은 남다른 특성을 지니게 되는데, 나일론보다 탄성이 2배나 좋은 거미줄을 원래 길이의 몇 배까지 늘어날 수 있게 한다고 한다. 복원력도 뛰어나 먹이를 잡을 때 빠른 속도로 포획된 먹이감이 되튀지 못하도록 하며 원래 형태로 되돌아오는 시간이 아주 짧다. 이 실은 화학적 구성이 명주실과 다르지 않으나 실 주변에 얇은 막을 형성하는 끈적한 액이 그 특성을 부여한다.

이 얇은 막은 공기 중의 수증기를 흡수하여 액체방울을 맺히게 하는데 이 방울의 성분을 조사해 보면 5종류의 아미노산과 당단백질로 이루어져 있다고 한다. 여기서 5종류의 아미노산은 물을 잡아당기게 하는 특성을 갖고 있고 당단백질은 거미줄을 끈적끈적하게 하는 특성을 갖게 한다. 구조적으로는 액체방울이 실패(失牌)와 같은 역할을 하고 있어 그 안에 많은 실을 담고 있다. 실패(失牌)에 감긴 실이 풀렸다 감겼다하는 이와 같은 체계가 바람과 곤충의 몸부림에 대한 반동을 효과적으로 차단하게 하는 것이다.끈적거리는 액은 곤충을 잡아두거나 거미줄의 균열을 방지하는 효과를 갖고 있다.

거미에게 가장 강력한 생존의 도구인 이 거미줄을, 거미 한 마리(예를 들면, 무당거미)가 연속으로 만들어 낼 수 있는 길이는 무려 700m가 넘는다. 그 굵기 또한 매우 가늘고 필라멘트사(絲)와 마찬가지로 균일한 상태를 유지하는데, 일반적으로 왕거미의 거미줄은 지름이 0.0003mm로 일반 견사 지름의 1/10에 불과하다.

거미줄이 일반인들에게는 금방이라도 끊어질 것처럼 약해 보이지만 같은 지름을 가진 강철보다 5배 튼튼하고 방탄복 소재로 쓰이는 합성섬유인 케블라보다 강하다. 또한, 나일론보다 질기며 실크처럼 부드럽다. 나일론의 신축성은 16%인데 반해 거미줄은 31%나 된다. 공기가 잘 통하고 수분이 침투하지 못하는 특성도 갖는다. 최근 과학자들은 거미줄을 이용한 광섬유 제조법이 간단하면서도 다양한 형태로 가능하다는 사실을 확인하면서 미세전자회로나 화학반응칩 등에 널리 쓰일 방법을 모색하고 있다고 한다.진화론자들의 주장을 따르면 오랜 세월을 거쳐 현재의 구조적 화학적 특성을 갖는 유전자가 거미의 진화단계 속에서 탄생되어야 한다. 또한 그 중간단계로 볼 수 있는 화석도 존재해야 한다. 그러나 3억 8천만 년이 되었다는 거미의 화석을살펴보면 그 모습이 선명하여 현재 거미의 모습과 쉽게 비교할 수 있는데, 현재의 모습과 별 다른 차이가 없다는 것이다. 아울러 그 기능도 조사결과 차이가 없었다고 한다.

위의 내용을 종합해 보자. 거미는 순식간에 다양한 종류의 거미줄 생성이 가능하며, 엄청난 거미줄 생산능력을 발휘 할 수 있을 뿐만 아니라, 거미줄의 화학적 구조적 특성으로 인해 거미그물로 오는 충격을 효과적으로 차단할 수 있었다. 거미줄의 강도와 신축성 또한 놀라울 정도였다. 현대과학기술로도 거미줄을 이용한 광섬유 제조가 효과적이라고 하니 실로 자연으로부터 인류가 배워가고 있는 것이 아니고 무엇이겠는가?

과연 거미가 진화된 생명체인가? 우리는 화석으로도 진화의 증거를 찾을 수 없었다는 사실을 직시해야 한다.

<참고문헌>
[1] Nature Science Update
[2] 과학동아, "거미가 뽑아내는 황금실", 진형준(인하대 생명화학공학부 교수)
[3] 과학동아, "진짜 거미줄로 인터넷 통신을", 매경이코노미
[4] 국민일보사, "신비한 생물 창조섭리", 조정일(전남대 생물교육과 교수)
[5] 섬유회사 (주)경방 홈페이지

"창세로부터 그의 보이지 아니하는 것들 곧 그의 영원하신 능력과 신성이 그 만드신 만물에 분명히 보여 알게 되나니 그러므로 저희가 핑계치 못할지니라" (롬1:20)