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1. 작고 가느다란 거미줄, 왜 과학자들이 주목할까

거미줄은 어릴 적 장난감처럼 여겨졌지만
과학자들의 눈에는 경이로운 고분자 구조체로 보인다.

거미는 몸에서 실을 뽑아
그물 모양의 집을 만들고
그 줄로 사냥도 하고 번식도 한다.

하지만 더 놀라운 점은
이 얇은 줄이 강철보다 튼튼하면서도 유연하다는 사실이다.
왜 이렇게 작고 가벼운 구조물이
과학기술의 롤모델이 되었을까?
이 글에서 거미줄의 구조와 강도에 숨은 과학을 알아본다.

2. 거미줄은 어떤 물질로 만들어질까

거미줄은 **‘스파이더 실크(Spider Silk)’**라고 불리는
단백질 기반 섬유로 구성된다.

주요 성분은 **피브로인(fibroin)**이라는 고분자 단백질

실크는 **거미의 배 끝에 있는 방적선(spinneret)**에서 분비

공기와 접촉하면서 굳어 실 형태가 된다

거미는 필요에 따라
다양한 종류의 실을 만들 수 있다.
예를 들어

끈끈한 실: 먹이를 붙잡기 위한 용도

강한 실: 구조 지지 및 뼈대 형성

포장 실: 알을 감싸거나 저장 목적

즉, 거미는 목적에 따라
자신만의 고분자 공장을 가동하는 존재라고 할 수 있다.

3. 거미줄의 구조는 어떻게 생겼을까

대표적인 거미줄 구조는
**원형 방사형 구조(Radial Orb Web)**이다.

이 구조는 다음과 같은 방식으로 짜여진다.

중심에서 바깥으로 뻗는 방사선 형태의 줄

이를 가로지르는 나선형 나머지 줄

외곽에는 거미가 걸어다니는 비끈끈한 실

중심에는 대기 및 먹이 감지용 구역

이 구조는 단순히 보기 좋기 위해 설계된 게 아니라
최적의 힘 분산, 충격 흡수, 효율적 탐지를 고려한
정밀한 생물학적 건축물이다.

4. 강도는 어느 정도일까

거미줄은 무게로만 보면 매우 가볍지만
단위 중량 대비 강도는 매우 높다.

강철보다 5배 이상 강한 인장 강도

케블라보다 뛰어난 탄성 및 연신율

같은 굵기라면 비행기를 매달 수 있는 수준의 내구력

거미줄의 인장 강도는 약 1.1 GPa 이상이며
이는 1제곱미터당 약 110톤의 하중을 견딜 수 있다는 의미다.

하지만 동시에
매우 유연하고 신축성이 있어
외부 충격을 효과적으로 분산시킨다.
이러한 특성 덕분에
작은 곤충이 날아와 부딪혀도
거미줄이 찢어지지 않고 충격을 흡수할 수 있다.

5. 왜 그렇게 강한가: 구조적 이유

거미줄이 강한 이유는
단백질 분자의 나노 구조 정렬 때문이다.

결정성 영역: 강한 수소결합으로 단단히 고정된 부위

비결정성 영역: 유연성과 신축성을 담당하는 부위

이 두 구조가 교차하면서
튼튼하면서도 유연한 특성을 만들어낸다.

이는 인공 섬유로는 구현하기 매우 어려운 조합이다.

6. 물에도 강하고 자외선에도 강한가

거미줄은 자연 상태에서 비와 햇빛을 견뎌야 하므로
환경에 대한 내성도 상당히 뛰어나다.

습기나 비에 잘 녹지 않으며

일정한 범위의 자외선도 견딤

온도 변화에도 강한 구조 안정성

하지만 너무 건조하거나
강한 화학물질에는 변성이 일어날 수 있다.

7. 인공 거미줄은 만들 수 있을까

과학자들은 오랫동안
거미줄의 구조와 강도를 모방하려 노력해왔다.

하지만 문제는

거미는 사육이 어려워 대량 생산이 힘들고

실크 단백질을 인공적으로 만들기 위해
유전자 조작, 합성 단백질, 박테리아 배양 등 다양한 시도가 이루어지고 있다

현재는

유전자 조작 효모

거미 유전자를 이식한 염소의 젖

바이오리액터(세포배양기)를 활용한 방법 등이 개발되었다.

상용화는 아직 초기 단계지만
방탄복, 인공 인대, 우주 구조체 등
다양한 미래 산업에 응용될 수 있다.

8. 거미는 어떻게 줄을 제어하는가

거미는 줄의 굵기, 강도, 길이, 끈끈함 등을
실시간으로 조절할 수 있는 능력이 있다.

실을 뽑는 속도

방출되는 단백질의 농도

실이 굳는 환경(공기, 습도 등)에 따른 조정

즉, 거미는 단순한 본능이 아니라
복잡한 피드백 시스템을 가진 생체 엔지니어인 셈이다.

9. 생태계에서 거미줄이 갖는 의미

거미줄은 거미에게 단순한 집이나 사냥 도구 그 이상이다.

먹이 포획

영역 표시

번식 구조물

외부 진동 감지 센서

특히 진동 전달 능력이 매우 뛰어나
자신이 만든 줄에
미세한 바람이나 곤충의 접촉이 닿아도
그 차이를 감지해 즉시 반응할 수 있다.

이는 거미줄이 청각이나 시각을 보완하는 감각 도구로도 쓰인다는 의미다.


거미줄은 작은 곤충의 흔적처럼 보일 수 있지만
그 안에는

단백질 구조의 정교함

자연의 공학적 설계

강도와 유연성의 조화
가 모두 담겨 있다.

자연이 설계한 이 정밀한 구조는
현재도 과학과 공학의 모범이 되고 있으며
미래의 섬유 산업, 의학, 군사기술에까지
영감을 주고 있다.

작은 거미가 만든 가는 줄,
그 안에는 강철보다 강한 자연의 설계도가 숨어 있다.