거미줄의 비밀

 

 

출처

Biophysical Journal
Volume 100, Issue 5, 2 March 2011, Pages 1298-1305

 

위 그림을 보고 무엇을 묘사한 것인지 짐작하기 쉽지 아니할 수 있다. 거미줄의 분자적인 구조이다. 붉은 색은 "β-sheets" 라고 불리우는 결정체로 되어 있는 부분이고 푸른색 부분은 단백질 펲타이드 체인이 비결정 상태로 느슨하게 연결되어 있는 것이다. 거미줄의 분자구조는 결국 붉은색 결정체 부분이 콘크리트의 철근과 같은 역할을 하고 푸른색 비결정 부분이 콘크리트의 시멘트 부분과 유사하다.

 

거미줄이 보기에 별 것 아닌 존재로 보일 수 있다. 그러나 최근 호주에서 발견된 왕거미의 경우 자그만한 새도 거미줄에 걸리면 독으로 잡아 먹는 다는 사진이 공개된 적 있다. 거미줄은 가늘어서 그렇지 단위면적당 강도로 보면 강철보다 강하고 방탄조끼에 사용되는 강력한 합성섬유인 케블라보다도 더 강한 인장력을 가지고 있다.

 

 

 

 

 

 

 

거미줄이 위와 같은 이중구조를 가지고 있는 사실은 이미 알려져 있다.  독일 하이델베르크 이론연구소의 프라우케 그레터 박사가 주도한 연구팀은 거미줄 구조의 결정체 부분과 비결정체 부분이  물성에 각자 기여하는 부분을 수학적으로 계산하여  Biophysical Journal Volume 100, Issue 5, 2 March 2011에 발표하였다.  위 그림이 그러한 수학 계산 결과를 보여준다. 쉽게 설명하면 철근 콘크리트 구조에서 철근 역할을 하는 붉은 색 결정체인 "β-sheets" 의 함량에 따르는 물성을 비교한 것이다.

 

 

그 결론은 청색으로 표시된 비결정체인 펩타이드 부분은 주로 신축성을 부여하는 역할을 하고 붉은색 결정체 부분이 거미줄의 강도(强度)와 관련되면서 최적의 강도는 결정체 부분의 함량이 10-40프로 일 때 얻어진다는 것이다.  즉 적정한 철근과 같은 역할을 하는 단백질이 중간에 심으로 있을때 가장 강한 것이다.

 

마침 오늘 미국신문에 마즈다 자동차 캬부레이터 내부에 거미줄을 치는 거미가 있어 자동차를 리콜한다고 보도되었다. 거미줄은 과연 질기기도 하다.  자세한 것은 이 블로그의 글 "거미줄 때문에 리콜하는 마즈다 자동차" 참조

http://blog.daum.net/shkong78/966

 

최근 첨단기술에서 신소재(material)의 역할이 점점 중요하여 진다. 참고로 2010년 노벨 물리학상은 "그래핀(graphene)"이라는 신소재를 발견한 공로에 수여되고 , 화학상도 팰러디움(Paladium)이라는 휘귀금속 촉매를 이용하여 탄소와 탄소간 결합을 만드는 소재관련한 연구 업적에 수여되었다.  자세한 내용은 이 블로그의 글 "2010년 과학분야 노벨상 수상자를 보면서" 참조 http://blog.daum.net/shkong78/805

 

그런데 위 거미줄에서 설명한 것처럼 생물 소재의 특성을 연구하여 그 것을 직접 응용하거나 아니면 비슷한 물질을 합성하는 "생물소재(bio-material)"의 분야도 선진국에서 활발히 연구되고 있다. 위에서 언급한 거미줄의 특성을 수학적으로 연구하는 것도 거미줄과 같은 특성을 가진 물질을 개발하는 데에 도움이 될 것이다.

 

자연자원이 부족한 대한민국은 국가경쟁력을 유지하기 위하여 첨단기술산업 육성에 노력해야 한다. 그러한 분야로 특히 관심을 가져야 할 분야가 신소재를 개발하는 소재공학이다.  . IT. 자동차, 조선, 기계의 핵심부품을 개발하기 위해 신소재의 중요성이 점점 더 높아져 가고 있다.  그 중에서 생물소재 분야도 주목하여야 한다는 점에서 거미줄에 관한 연구 결과를 간단히 소개하여 보았다.