전기 감지하는 헬멧으로 적 알아보는 '나무매미'

작성일 07-22

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 머리 위 정교한 헬멧 구조는 나무매미가 전기장을 감지하는데 도움을 준다. Roberto Eizemberg 제공.
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 개미처럼 생긴 작은 곤충 '나무매미(treehopper)'는 머리를 감싼 화려한 '헬멧'으로 정전기를 감지하고, 이를 이용해 친구와 적을 구별한다는 연구 결과가 나왔다. 
 다니엘 로버트 영국 브리스톨대 교수팀은 세계 3200종에 달하는 나무매미가 헬멧 같은 신체구조를 이용해 어떻게 세상을 감지하는지를 알아내고 연구결과를 미국국립과학원회보(PNSA)에 21일(현지시간) 공개했다. 
 연구에 따르면 초식 곤충인 나무매미는 화려한 장식처럼 보이는 헬멧을 통해 전기장을 감지하고 이를 통해 세상을 인식한다. 
 사람이 맨발로 카펫 위를 걸으면 정전기가 발생한다. 몸에 양전하와 음전하가 서로 섞이지 않고 불균형하게 쌓이기 때문이다. 곤충은 꽃이나 잎에 몸을 문지르거나 날개를 퍼덕일 때 정전기가 생긴다. 
 인간은 정전기가 발생할 정도의 강도가 아니면 전기를 거의 느끼지 않고 생활한다. 동물은 훨씬 미세한 전기를 감지한다. 예컨대 애벌레는 말벌의 전기장을 감지하고 몸을 숨기기도 한다.
 연구팀은 동물의 이런 감각이 진화를 좌우할만큼 강력한 것인지 확인하기 위해 나무매미의 복잡하고 기묘한 헬멧 구조에 주목했다. 전기 감도를 높이기 위해 이같은 외형으로 진화했을 것이라는 가설을 세웠다. 뾰족하거나 길게 뻗은 구조가 주변의 전기장을 감지하는 것과 연관성이 있다고 본 것이다.
 연구팀은 먼저 나무매미가 실제로 전하를 지니는지를 실험했다. 곤충들이 나무막대를 걷다 뛰거나 날아오르면 고리 모양의 전류센서를 통과하도록 해 전하량을 측정했다. 나무매미 11종 151개체의 전하량을 측정한 결과 평균 전하량은 0.92피코쿨롱(pC, 전하의 양을 나타내는 단위)이었다. 피코쿨롱은 1조분의 1쿨롱으로 극도로 미세한 양이다.
 연구팀은 이어 나무매미가 전기장을 실제로 감지할 수 있는지 실험했다. 연구팀은 나무막대 옆에 구슬 크기의 전극을 배치해 나무매미 40마리를 그 막대에 오르게 했다. 곤충이 정상에 도달하면 전극을 켰다.
 실험군 20마리 중 절반 가까운 9마리가 갑자기 하강한 반면 전극이 작동하지 않은 대조군에서는 2마리만 내려갔다. 연구팀은 동일 조건에서 전기장의 차이만 줬을 때 다르게 행동한 것은 나무매미가 전기장을 감지했기 때문이라고 설명했다. 
 나무매미가 전기장을 감지해 적인 말벌과 친구인 벌을 구분할 수 있는지도 살폈다. 벌과 말벌이 둥지로 드나드는 입구에 전류센서를 배치해 각각 평균전하를 측정했다. 벌은 나무매미보다 3배, 말벌은 8배 강한 전하량을 보였다. 말벌은 음전하, 벌은 양전하를 띠는 경우가 많았다.
 분석 결과 나무매미는 벌이 다가오면 '3배 강한 양전하', 말벌이 다가오면 '8배 강한 음전하'라는 식으로 구분을 하고 있는 나타났다. 덕분에 벌이 오면 안심하고, 말벌이 오면 도망칠 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션에서는 다각형 헬멧을 가진 2mm 길이의 나무매미는 일반 나무매미보다 말벌 전기장에 100배 더 민감하게 반응하는 것으로 나타났다.
 나무매미는 몸 길이 수배 거리인 수mm~수cm 정도 떨어진 미세한 전하도 감지했다. 그림자와 날갯짓 소리까지도 종합적으로 인식했다. 연구팀은 "이번 연구결과는 나무매미가 세계를 이해하는 완전히 새로운 감각 체계를 지녔음을 보여주는 발견"이라며 "전기장 감지가 헬멧의 일부 모양을 설명하는 데 기여했을 것"이라고 설명했다. 
 &lt;참고 자료&gt; - doi: 10.1126/science.zh11ga0  
 [정지영 기자 jjy2011@donga.com]
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