침입자 만나면 스스로 폭발하는 ‘자폭 개미’가 있다

프랑스령 기아나에 서식하는 흰개미에게서만 존재하는 독특한 생존 매커니즘이 최초로 밝혀졌다.

2012년 기아나의 숲에 서식하는 흰개미인 네오카프리테르메스 타라쿠아(Neocapritermes taracua, 이하 N. 타라쿠아)의 등에서 파란색 반점을 발견했다.

N. 타라쿠아 일개미에게서만 발견되는 이 파란색 반점은 일종의 ‘배낭’이다. 주로 나이가 많은 일개미들의 몸에는 한 쌍의 샘이 존재하며, 둥지가 위험에 처할 경우 스스로 화학반응을 일으켜 해당 ‘배낭’에서 폭발적으로 독성물질을 뿜어내 침입자들을 물리치고 자신을 희생한다.

체코 과학아카데미 산하의 유기화학 및 생화학연구소 연구진은 흰개미가 등에 가지고 다니는 ‘신비한 배낭’의 작동 매커니즘을 분석해 왔다.

연구진에 따르면, N. 타라쿠아 일개미는 일생동안 점차적으로 특정 효소인 ‘블루 라카제 BP76’을 ‘배낭’에 축적한다. 이후 침입자가 발생할 경우 스스로 이 ‘배낭’을 찢어버린다.

이후 ‘배낭’속 물질과 몸의 다른 샘에서 분비된 효소가 섞이면서 매우 독성이 강한 벤조퀴논을 함유한 액체가 만들어진다. 일반적으로 벤조퀴논은 독성을 가지고 있으며, 사람이 벤조퀴논을 흡입하거나 삼킬 경우, 피부에 접촉할 경우 심각한 건강 문제가 발생할 수 있다.



늙은 N. 타라쿠아 일개미는 자신의 몸에서 만들어낸 효소와 ‘배낭’에 있던 물질을 합쳐 독성이 강하고 끈적끈적한 액체를 만들어낸다. 이 액체는 침입자를 움직이지 못하게 하거나 죽일 수 있고, 동시에 이를 뿜어낸 개미마저도 죽게 만든다. 즉 ‘자폭’을 통해 둥지를 지키는 셈이다.

다만 폭발적인 독성을 가진 효소가 평소 개미의 ‘배낭’에서 고체 상태로 활성 상태를 유지하는 매커니즘은 과학적 수수께끼로 남아있었다.

연구진은 흰개미가 품고 있는 ‘배낭’ 속 효소의 구조를 3차원으로 분석한 결과, 이 효소가 다양한 ‘안정화 전략’ 성질을 가지고 있다는 것을 알게 됐다. 예컨대 해당 효소는 종이 한 장을 작게 접는 것과 매우 비슷하게 접혀진 상태여서 시간이 지나도 쉽게 분해되지 않는다.

연구진은 “해당 효소의 가장 흥미로운 특징 중 하나는 효소의 활성 부위 근처에 있는 두 아미노산인 라이신과 시스테인 사이에 희귀하고 비정상적인 강한 화학적 결합이 있다는 것”이라면서 “이 결합은 일반적으로 발견되지 않으며, 효소가 화학적 구조를 그대로 유지한 채 흰개미의 등에 고체로 저장되는데 중요한 역할을 한다”고 설명했다.

이어 “이러한 결합은 특수한 잠금 장치처럼 작용하기 때문에 평상시 효소가 고체 상태의 모양을 유지하다가, ‘자폭’ 순간이 필요할 때 즉시 투입될 수 있게 돕는다”고 덧붙였다.

연구를 이끈 파블리나 레자초바 박사는 “기기의 개별 구성 요소에 대한 지식이 기기의 작동 방식을 이해하는 데 도움이 되는 것처럼 분자의 3차원 구조를 아는 것은 생물학적 과정을 이해하는 데 도움이 된다. 이 경우 효소의 독특한 구조가 N. 타라쿠아 흰개미의 방어 매커니즘인 것”이라고 설명했다.

미국 과학매체 피스닷오르그(phys.org)는 흰개미가 나이를 먹으면서 이 효소를 안정적으로 저장하고 축적할 수 있는 능력은 집단을 보호하는 데 중요하다면서 “군집을 위해 늙은 개체보다 더 많은 일을 할 수 있는 어린 개체는 ‘배낭’에 소량의 효소만 가지고 다닌다. 이후 폭발물이 축적되는 ‘배낭’에는 개미의 힘이 약해질수록(나이가 들수록) 점점 더 커져간다. 군집의 이익을 위해 자신을 희생할 준비가 되어 가는 것”이라고 설명했다.

자세한 연구결과는 세계적 학술지 셀(Cell Press)에서 발간하는 구조 생물학 분야 저널 ‘Structure’(구조) 최신호에 실렸다.

송현서 기자