[과학 호기심충전] 14. 거미줄 제작과정과 성분, 활용처는?

거미줄은 거미의 복부에 있는 특수한 기관인 '거미샘'에서 생성됩니다.

 

이 거미샘은 다양한 종류의 거미줄을 만들 수 있는데, 이는 거미의 종류와 필요에 따라 달라집니다.

 

거미는 거미줄을 만들기 위해 몸을 이동시키며, 샘에서 분비된 액체가 공기 중에서 급속도로 굳어져 실이 됩니다.

 

이 실을 거미는 매우 정교하게 조절하며, 사냥이나 보금자리를 위한 다양한 형태의 거미줄을 만듭니다.

 

 

 거미줄의 구성은 어떻게 될까? 

거미줄은 기본적으로 끈적거리지 않는 발판실과 세로실, 끈적이는 가로실을 사용하여 거미줄을 만듭니다.

 

곤충이나 벌레가 거미줄에 휘말려 빠져 나오지 못하는 것은 가로실 때문입니다.

 

그러나 거미는 몸에서 기름과 같은 물질이 나오기 때문에 가로줄의 점액에 걸려들지 않고 거미줄 위를 마음대로 돌아다닐 수 있습니다. 

1. 발판실 (Frame Threads): 이들은 거미줄의 가장자리를 형성하며, 전체 구조에 강도와 지지를 제공합니다. 발판실은 거미줄의 외곽을 따라 펼쳐져 있으며, 주변 환경(예: 나뭇가지, 벽면)에 고정되어 거미줄을 안정적으로 유지시킵니다. 이 실들은 거미줄의 기본적인 틀을 만드는 데 사용됩니다.
2. 세로실 (Radial Threads): 세로실은 거미줄의 중앙에서 바깥쪽으로 뻗어나가는 실로, 거미줄의 '바퀴살' 같은 구조를 형성합니다. 이들은 거미줄의 중심점과 외곽의 발판실을 연결하며, 전체 거미줄에 구조적인 지원을 제공합니다. 세로실은 거미줄의 강도와 안정성에 기여합니다.
3. 가로실 (Spiral Threads): 가로실은 세로실 사이에 나선형으로 짜여진 실입니다. 이 실들은 주로 끈적이는 속성을 가지고 있어 먹이를 포획하는 데 중요한 역할을 합니다. 가로실은 거미줄의 중심에서부터 바깥쪽으로, 또는 그 반대 방향으로 나선형 패턴을 이루며 짜여집니다. 이 실들은 거미줄에 먹이가 달라붙도록 도와주며, 거미가 먹이를 포획할 때 중요한 역할을 합니다.

1. 장소 선택: 거미가 거미줄을 만들 장소를 선택합니다. 이 장소는 안정적이고, 먹이를 잡기에 적합해야 합니다.
2. 기본 구조 생성(발판실): 거미는 거미줄의 기본 구조를 만들기 시작합니다. 이를 위해 여러 강한 실을 사용하여 주요 지지 구조를 형성합니다.
3. 방사형 실 늘이기(세로실): 거미는 중심점에서부터 외곽으로 방사형 실을 늘입니다. 이 실들은 거미줄의 골격을 이루며 거미줄의 전반적인 모양을 결정합니다.
4. 나선형 실 짜기(가로실): 이제 거미는 나선형 실을 짜기 시작합니다. 이 실은 거미줄의 나선 모양을 만들어내며, 종종 끈적거리는 성질을 가집니다.
5. 끈적이는 실 추가: 거미줄의 끈적이는 부분이 추가됩니다. 이 실은 먹이가 거미줄에 잘 달라붙도록 도와줍니다.

 

거미줄의 성분은 무엇일까?

 

 

거미줄의 주요 성분은 '스파이드로실린(Spidroin)'이라는 단백질입니다.

 

이 단백질은 매우 강하고 탄력적인 특성을 가지고 있어, 거미줄이 높은 인장 강도와 유연성을 지닐 수 있게 합니다.

 

거미줄은 또한 수분과 다양한 미량의 화학 물질을 포함하고 있어,

 

이로 인해 점착성이나 방수성 등의 다른 특성들을 나타냅니다.

 

이렇게 거미줄은 거미에 의해 매우 정교하게 만들어지며, 그 구조와 성분은 거미의 생존에 필수적인 역할을 합니다.

 

 

거미줄의 성분은 현대 사회에서 어떻게 활용되고 있을까?

매우 강하고 탄력적인 성질을 가지고 있어, 여러 분야에서 주목받고 있습니다. 

 

■ 의료 분야:

스파이더 실린은 생체 적합성이 뛰어나고 강도가 높아 의료 분야에서 사용됩니다. 예를 들어, 인공 인대나 힘줄, 외과 수술에 사용되는 봉합사 등의 제작에 활용됩니다. 또한, 조직 공학에서 세포의 성장을 지원하는 스캐폴드(지지대)로도 사용됩니다.

■  방탄복:

거미줄은 강철보다 강도가 높으면서 가벼운 특성을 가지고 있어, 방탄복이나 다른 방호복의 소재로 연구되고 있습니다.

■  스포츠 장비:

강하고 탄력적인 특성 때문에 고성능 스포츠 장비 제조에도 사용됩니다. 예를 들어, 스키나 스노보드, 골프 클럽과 같은 장비에 사용되어 장비의 성능을 향상시키는 데 기여합니다.

 

■  생분해성 플라스틱 대체재:

환경 친화적인 소재로서, 스파이더 실린은 생분해성 플라스틱의 대체재로 연구되고 있습니다.

 

이 외에도 고급 섬유 제품, 군사 장비, 항공우주 산업 등 다양한 분야에서 연구 및 개발이 진행되고 있습니다.

 

거미줄의 독특한 물리적, 화학적 특성 때문에 앞으로도 많은 분야에서 그 가치가 더욱 인정받을 것으로 예상됩니다.

 

스파이더 실린을 인공적으로 합성할 수 있을까?

 

인공적으로 합성하는 기술이 개발되었습니다.

 

거미로부터 직접 추출하는 것은 실용적이지 않기 때문에, 과학자들은 다른 방법을 통해 이 강하고 유연한 섬유를 합성하고자 노력해왔습니다. 이를 위해 여러 방법이 개발되었는데, 주요한 몇 가지 방법을 소개하겠습니다

 

■ 유전자 재조합 기술:

거미줄 단백질을 코딩하는 유전자를 다른 생물체에 삽입하여 스파이더 실린을 생산합니다. 예를 들어, 이 유전자를 박테리아, 효모, 식물, 심지어는 염소와 같은 동물에 삽입하여 거미줄 단백질을 생산하게 할 수 있습니다. 이 방법은 대량 생산이 가능하며, 다양한 응용 분야에 적용될 수 있습니다.

 

■  생화학적 합성:

거미줄 단백질의 화학 구조를 모방하여 인공적으로 합성하는 방법입니다. 이 방법은 거미줄 단백질의 특정 부분을 모방하여 필요한 특성을 갖는 소재를 만들 수 있습니다.

 

■  세포 배양:

세포를 배양하여 거미줄 단백질을 생산하는 방법도 연구되고 있습니다. 이는 더 복잡하고 정교한 접근 방식을 요구하지만, 높은 순도와 성능의 거미줄 단백질을 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

 

이러한 인공 합성 방법은 거미줄의 뛰어난 물리적 성질을 활용하면서도, 실제 거미를 이용하는 데 따른 윤리적, 실용적 문제를 해결할 수 있는 효과적인 대안을 제공합니다. 이 기술들은 의료, 군사, 환경 등 다양한 분야에서 스파이더 실린의 사용을 가능하게 하는 중요한 발전입니다.

 

거미에 대해 알아보니 신기한 부분이 참 많다고 생각듭니다.

 

오늘은 여기까지^-^