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[IT뉴스][표지로 읽는 과학] 파리지옥의 0.2초 포획 비결, 100년 만에 풀었다

온카뱅크관리자

2026-06-14 08:07:29

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 사이언스 제공
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 이번주 국제학술지 '사이언스' 표지는 곤충을 잡아먹는 식충식물 ‘파리지옥(Dionaea muscipula)’이 장식했다. 가장자리를 따라 늘어선 붉은 가시 돌기들 사이로 파리의 형체가 어렴풋이 비친다.
 파리지옥은 북아메리카 습지가 원산지인 식충식물이다. 두 장의 잎이 가운데 잎맥을 따라 좌우로 펼쳐져 있고 잎 안쪽에는 '감각 털'이라 불리는 작은 돌기가 나 있다. 파리나 거미 같은 곤충이 감각 털을 건드리면 잎이 순식간에 닫혀 먹이를 가두고 소화 효소를 분비해 영양분을 흡수한다. 잎이 닫히는 정확한 물리적 원리는 100년이 넘도록 밝혀지지 않았다.
 류정은 프랑스 엑스-마르세유대와 프랑스 국립과학연구센터(CNRS) 박사후연구원팀은 이 오랜 수수께끼의 해답을 국제학술지 '사이언스'에 11일(현지시각) 발표했다. 
 가장 유력한 기존 가설은 삼투압 변화에 의한 수분 이동이다. 포획 잎 안쪽과 바깥쪽 세포 사이에 물이 이동하면서 팽창 차이가 생기고 그 차이가 잎을 닫는다는 설명이다. 
 연구팀은 미세 측정 장치로 포획 잎 세포의 압력을 직접 측정하고 조직 절편을 농도가 다른 용액에 옮겨 물이 흡수되는 속도를 추적했다. 그 결과 포획 잎 전체 두께를 가로지르는 수분 이동에는 최소 30~150초가 필요했다. 포획 잎이 완전히 닫히는 데 걸리는 0.21초는 물론 잎이 스스로 구부러지는데 걸리는 3~4초보다도 훨씬 느렸다. 수분 이동 가설은 기각됐다. 
 연구팀은 대안을 세포벽에서 찾았다. 머리카락 굵기보다 훨씬 가는 탐침으로 포획 잎 표면 세포를 눌러 딱딱한 정도를 자극 전후로 반복 측정했다. 안쪽 표피 세포는 변화가 없었다. 
 반면 바깥쪽 표피 세포는 자극 후 딱딱한 정도가 약 31% 감소했다. 세포벽이 물러지면 같은 내부 압력에도 바깥쪽만 더 많이 늘어나고 안팎의 팽창 차이가 잎을 오므리는 힘으로 작용한다. 이 변화는 1시간 이상 지속됐고 감각 털을 한 번만 건드렸을 때는 나타나지 않았다. 두 번 자극해야만 포획 잎이 실제로 닫히는 조건에서만 세포벽이 물러졌다. 
 연구팀은 세포벽이 물러지는 원인도 규명했다. 세포가 무르는 이유는 두 가지다. 세포 내부 압력이 낮아지는 경우와 세포벽 자체가 물러지는 경우다. 풍선에 비유하면 바람이 빠지면 쪼그라들고 풍선 재질 자체가 늘어나기 쉬워지면 오히려 더 부풀어 오른다. 연구팀이 자극 후 바깥쪽 표피 표면을 정밀 측정한 결과 세포가 약 8% 더 부풀어 있었다. 세포벽 자체가 물러진다는 직접 증거였다. 컴퓨터 시뮬레이션으로 정량화하면 세포벽 탄성이 약 40% 감소한 것으로 나타났다. 
 작동 원리는 간단하다. 평소 포획 잎 안쪽 세포들은 내부 압력으로 안팎 세포벽을 균등하게 팽팽하게 당기고 있다. 자극이 전달되면 바깥쪽 세포벽만 순간적으로 물러진다. 물러진 벽은 같은 압력에도 더 많이 늘어난다.
 안쪽은 그대로인데 바깥쪽만 팽창하니 잎이 구부러지기 시작한다. 이 굽힘이 서서히 쌓이다 임계점을 넘는 순간 잎 전체가 용수철처럼 튀어 0.2초 만에 닫힌다. 연구팀이 이론으로 예측한 굽힘 정도는 실험 측정값과 정확히 일치했다. 
 류정은 박사후연구원은 "살아있는 포획 잎이 반응하는 순간 역학을 직접 측정함으로써 잎이 순식간에 오므라드는 내부 '구동력'을 특정할 수 있었다"고 말했다. 
 세포벽이 이토록 빠르게 물러지는 이유는 아직 불분명하다. 자극이 전달될 때 세포 안으로 흘러드는 칼슘 이온이 세포벽 성분을 변형시키거나 세포벽을 구성하는 섬유 구조의 연결 부위가 끊어지면서 벽이 물러질 가능성이 거론된다. 확인하려면 후속 연구가 필요하다. 
 연구팀은 이번 발견이 로봇공학과 신소재 개발에 새 원리를 제공한다고 밝혔다. 물을 이동시키거나 외부 힘을 가하는 대신 재료 자체의 딱딱한 정도를 필요한 부위에서 순간적으로 바꿔 움직임을 만드는 방식이다. 근육 없이 빠르고 정밀하게 작동하는 인공 구조물을 설계하는 데 활용될 수 있다. 
 &lt;참고자료&gt; science.org/doi/10.1126/science.aed5051 science.org/doi/10.1126/science.aei3453
 [조가현 기자 gahyun@donga.com]
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