거미줄이 튼튼한 이유는 어떤 점들이 있나요?
거미줄이 엄청 튼튼한 것으로 알고 있습니다. 그렇다면 왜 거미줄이 유독 무거운 것을 매달려도 튼튼한것인지 알려주세요. 구조적인 부분인 건지 성분 특성인지 궁금합니다
일반적으로 거미가 만들어내는 평범한 거미줄도 인장강도는 강철의 5배를 넘는다고 하는데요,거미줄이 잘 늘어나면서도 끊어지지 않는 비결은 주성분을 이루는 아미노산 중에서 특히 결합력이 강한 글라이신 비율이 40퍼센트에 가깝기 때문입니다. 거미줄의 단백질 구조가 베타 병풍구조로 바뀌면서 ‘인장력’을 강화할 수 있는 것입니다. 거미줄은 알파(α-)의 코일형 사슬과 베타(β-)의 병풍형 사슬로 구성되어 있으며, 베타 형태의 병풍구조는 마치 아코디언과 흡사한 구조를 가져 외부의 힘이 가해질 때는 질기고 강한 성질을 나타내지만 외부의 힘이 제거되었을 때에는 신속하게 다시 원래대로 돌아가려는 성질을 가집니다.
거미줄은 주로 스파이더 실크(spider silk)라고 하는 단백질로 구성되어 있습니다. 이 단백질은 아미노산의 반복되는 체인으로 구성되며 이는 강한 분자 간 결합을 형성하여 뛰어난강도와 유연성을 제공합니다. 또 거미줄은 수분을 함유하고 있기 때문에 실이 탄력적이면서 유연하게 유지되도록 도와줍니다. 이는 거미줄이 무거운 무게에도 불구하고 쉽게 끊어지지 않게 해줍니다.
거미줄은 거미가 체내에서 분비하는 단백질 섬유로 이루어져 있습니다. 이 단백질 섬유는 강도가 높고 신축성이 우수하여 튼튼한 성질을 가지고 있습니다.
거미줄의 구조적인 부분에서는 거미가 거미줄을 짜는 방식이 중요한 역할을 합니다. 거미는 거미줄을 짜기 위해 몸을 움직이면서 교차하는 방식으로 섬유를 배치하여 강도를 높이고 튼튼한 구조를 만들어냅니다.
거미줄은 겉보기에는 연약해 보이지만, 강철보다 몇 배나 강하고 신축성이 뛰어나 무거운 물체도 견딜 수 있는 강력한 소재입니다. 거미줄의 뛰어난 견인력과 내구성은 크게 두 가지 측면에서 비롯됩니다.
거미줄은 단일 섬유로 이루어져 있지 않고, 수백, 수천 개의 미세섬유가 단단하게 꼬여 만들어진 복합 소재입니다. 이러한 구조는 마치 강철 콘크리트처럼 서로 다른 방향으로 작용하는 힘을 효과적으로 분산시켜 견인력을 높여줍니다.
또한 거미줄의 미세섬유는 단순한 단백질 섬유가 아닌, 나노 레벨의 결정질 구조를 가지고 있습니다. 이러한 나노구조는 마치 벽돌과 같은 역할을 하여 섬유의 강도와 탄성을 더욱 증폭시킵니다.
게다가 거미줄은 단순히 강할 뿐만 아니라, 뛰어난 끈적임과 탄성을 가지고 있습니다. 끈적임은 먹이를 잡는 데 도움이 되고, 탄성은 충격을 흡수하여 거미줄이 끊어지는 것을 방지합니다.
거미줄의 주요 구성 성분은 실크 단백질입니다. 실크 단백질은 아미노산으로 이루어진 단백질 섬유로, 강도, 탄성, 유연성을 모두 갖춘 매우 특별한 물질입니다. 특히, 거미줄 실크 단백질은 다른 실크 단백질에 비해 인장 강도가 훨씬 뛰어나 거미줄의 강력한 견인력을 가능하게 합니다.그리고 거미줄에는 실크 단백질 외에도 다양한 생체 접착제 성분이 포함되어 있습니다. 이러한 성분들은 거미줄 섬유 사이를 단단하게 결합시키고, 표면에 끈적임을 부여하여 먹이가 쉽게 붙도록 합니다.
거미줄이 튼튼한 이유는 구조적 특성과 성분적 특성이 복합적으로 작용하기 때문입니다. 먼저 구조적으로 거미줄은 많은 가닥들이 서로 엮여 그물망 구조를 이루고 있어 외부 충격을 효과적으로 분산시킬 수 있습니다. 또한, 거미줄을 이루는 실크 단백질은 매우 유연하면서도 강한 인장력을 가지고 있어 쉽게 끊어지지 않습니다. 이 실크 단백질은 결정성 베타 시트 구조와 무정형 영역이 교대로 배열되어 있는데, 이러한 구조가 거미줄의 강도와 탄성을 동시에 부여합니다. 결정성 영역은 강도를, 무정형 영역은 탄성을 담당하는 것으로 알려져 있습니다. 더불어 거미줄의 실크 단백질은 다른 섬유 소재에 비해 강도 대비 밀도가 매우 낮아 가벼우면서도 강한 특성을 지니고 있습니다. 이러한 구조적, 성분적 특성들이 복합적으로 작용하여 거미줄이 매우 튼튼하고 유연한 성질을 갖게 되는 것입니다.
안녕하세요. 박창민 수의사입니다. 거미줄이 튼튼한 이유는 거미줄의 단백질 구조가 베타 병풍구조로 되어 있어서 인장력을 강화해서 그렇습니다. 감사합니다.