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쌈박한오릭스46
거미줄은 매우 가늘어 보이는데도 곤충을 잡을 만큼 강한 경우가 많은데, 거미줄의 재료와 구조에는 어떤 특별한 과학적 특징이 있는 것일까요?
거미줄은 매우 가늘어 보이는데도 곤충을 잡을 만큼 강한 경우가 많은데, 거미줄의 재료와 구조에는 어떤 특별한 과학적 특징이 있는 것일까요?
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거미줄이 가늘면서도 강한 이유는 단백질의 독특한 분자 구조와 나노 수준의 역학 설계 덕분입니다.
거미줄은 알라닌과 글리신 아미노산이 풍부한 스피드로인이라는 특수한 단백질이 복합적으로 얽혀 만들어지는데, 거미 몸속에서는 액체 상태였다가 방적관을 통과할 때 압력을 받아 순식간에 고체 실로 변합니다.
알라닌이 밀집된 베타시트 구조가 당기는 힘에 견디는 강철보다 강한 인장 강도를 만들고, 글리신 중심의 불규칙한 스프링 구조가 충격을 완충하고 늘어나는 유연성을 만듭니다.
그리고 딱딱한 결정 구조와 유연한 비결정 구조가 결합되어 강도와 탄성을 동시에 가지게 되죠.
또한 수많은 미세 나노섬유가 묶인 형태라 일부에 균열이 생겨도 쉽게 끊어지지 않고, 날아오는 곤충의 큰 운동에너지를 부러지지 않고 유연하게 흡수해 찢어짐을 막을 수 있는 것입니다.
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채택된 답변안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
거미줄은 주로 스피드로인 이라는 단백질로 이루어져 잇습니다 .단백질 사슬 안의 단단한 결정영역은 높은 인장강도를 만들고, 유연한 비정질 영역은 잘 늘어나게 해 충격을 흡수합니다 .그래서 매우 가늘어도 쉽게 끊어지지 않고 날아오는 곤충의 운동에너지를 견딜 수 있습니다. 거미는 용도에 따라 끈끈한 포획용, 튼튼한 골격용 등 서로 다른 실도 만듭니다.
안녕하세요. 이조은 전문가입니다.
맞습니다. 거미줄이 놀라운 이유는 단순히 재료가 강해서가 아니라, 재료의 분자 구조와 거미줄의 구조가 함께 설계되어 있기 때문입니다. 생물학적으로 대단하죠.
1. 재료는 '거미실크'라는 단백질
거미줄의 주성분은 스파이더 실크(spider silk)라는 단백질입니다.
주로 스피드로인(spidroin)이라는 단백질로 이루어져 있는데, 단백질 분자 안에는 특정 아미노산이 반복되는 구조가 있습니다.
특히 글리신(glycine)은 실이 유연하게 늘어나는 데 도움을 주고, 알라닌(alanine)은 단단한 결정 구조 형성 등 중요한 역할을 합니다.
즉, 하나의 단백질 안에 유연한 부분과 단단한 부분이 함께 존재합니다.
2. 분자 수준에서 '단단한 부분 + 유연한 부분'이 섞여 있다
거미실크를 확대해서 보면 단백질 사슬들이 아무렇게나 엉켜 있는 것이 아닙니다.
단단한 부분에는 베타 시트라는 구조가 형성되어 있어 서로 단단하게 붙잡아 줍니다.
반면 다른 부분은 상대적으로 유연해서 실이 늘어날 수 있습니다.
그래서 거미실크는 강함 + 탄성이라는 두 가지 특성을 동시에 갖습니다.
일반적으로 아주 단단한 재료는 잘 늘어나지 않고 쉽게 깨지고, 잘 늘어나는 재료는 상대적으로 약한 경우가 많은데 거미실크는 이 둘의 균형이 뛰어납니다.
3. 거미줄의 '그물 구조'도 중요하다
실 자체가 강한 것뿐 아니라 거미줄을 그물 형태로 배치한 구조도 핵심입니다.
곤충이 거미줄에 부딪히면 충격이 한 지점에만 집중되지 않고 여러 실로 분산됩니다.
또 실이 어느 정도 늘어나면서 충격 에너지를 흡수합니다.
그래서 아주 가는 실이라도 곤충이 날아와 부딪힐 때 발생하는 에너지를 효과적으로 받아낼 수 있습니다.
정리하면 거미실크의 단백질 구조가 높은 강도와 탄성을 동시에 제공하고, 거미줄의 그물 구조가 충격을 여러 방향으로 분산시키기 때문에 가늘면서도 곤충을 붙잡을 수 있을 정도로 강한 것입니다.
특히 같은 거미라도 용도에 따라 서로 다른 종류의 실을 만든다는 것입니다. 뼈대용 실, 먹이를 붙잡는 끈끈한 실, 알을 보호하는 실 등이 서로 성질이 다릅니다.