개미의 비밀 > 미스테리

개미는 화학 물질로 정보를 교환하고 있다. 행렬도 그
영향이다. 개미의 불가사의한 생태를 소개.

개미는 필시 약 1억 3000만 년 전에 단독성 사냥벌에서 진화하여 탄생했다고 생각되며,
벌목 유검류 7개 상과(上科)의 하나인 개미상과로 분류되고 있다. 사냥벌은 곤충 등을
바늘로 찔러 마취시킨 후 포획하고, 그것을 집으로 가져가 유충을 기른다. 사냥벌의
이러한 습성이 개미에게 계승되고 있는 것이다.

가장 오래 된 개미는, 1966년에 미국 뉴저지 주의 백악기 중기 상층(약 8000만 년 전)
에서 발굴된 호박 속에서 발견되었다. 이와 같은 종류의 개미는 그 후 캐나다와 러시아의
같은 시대 지층에서도 발견되었다. 1998년에는 약 9000만 년 전의 호박에서도 발견
되었다. 이 개미의 촉각과 큰턱의 형태는 아직 사냥벌의 특징을 지니고 있는 것이다.
그러나 이미 개미 독자의 구조(복병결절)를 가지고 있어, 분명히 개미류 공통의 선조로
생각된다.

개미는 이 시대에서 아직 우점적 곤충은 아니었다. 그렇지만 이후 급격한 적응 방산이
진행되었다. 늦어도 올리고세(약 3500만 년 전)까지는 현재도 존재하는 산개미아과ㆍ
침개미아과ㆍ두마디개미아과 등 11개 아과의 개미가 이미 출현하여, 개미류는 지구상의
최우점종 곤충이 되었다.

지구는 ‘개미의 행성’
개미는 남극과 북극 등 항상 얼음으로 덮여 있는 지역 이외에는 지구상의 거의 모든
지역에서 발견되고 있다. 현재까지 기재되어 있는 종의 수는 전세계에서 1만 2000종
이상에 달한다. 이 수는 5만 종 이상인 갑충류에 비하면 훨씬 작지만, 지구상 전체 생물의
바이오매스(생물 무게)의 10∼15%를 차지한다. 이것은 거의 인류와 같은 수치이다.

개미의 수는 1억의 1억 배 마리에 달한다고 여겨지고 있다. 고작 1억의 60배 명밖에 안
되는 인류는 그 수만으로 생각하면 아무래도 개미에 필적할 수 없고, 지구는 ‘개미의
행성’이라고 불러도 좋을지 모른다.

개미는 어느 곳에서나 볼 수 있지만, 따뜻한 지역일수록 그 종수가 많다. 고위도인 북위
50∼60°에 위치하는 영국에서는 종수가 50종 정도이다. 그에 비해 말레이시아의
사라와크 주(칼리만탄 섬) 란비르 국립 공원의 열대 우림 내 8ha(헥타르) 조사 지역
에서는 무려 350종의 개미가 발견되었다.

시작은 1마리의 여왕개미에서
개미의 기본적 생활사는 우선 혼인 비행으로 교미를 마친 여왕개미가 날개를 떨어뜨리고,
흙 밑이나 마른 나무 속에서 집만들기를 시작하는 데서부터 시작된다. 단순한 공간을
만드는 것을 끝마치면 여왕개미는 10개 정도의 알을 낳고, 마침내 유충이 탄생한다.
개미는 알, 유충, 번데기, 성충으로 그 형태를 바꾸면서 성장하는 ‘완전 변태’의 곤충이다.

유충은 수차례의 탈피를 거친 다음, 실을 토해 고치를 짓고 그 속에서 번데기가 된다.
번데기의 우화 시기가 가까워지면 여왕개미는 고치를 부수고 번데기를 밖으로 꺼낸다.
우화가 시작되면 여왕개미는 탈피를 도와 주고, 최초의 일개미가 탄생한다.

개미의 성(性) 결정 기구는 ‘반수 배수성(半數培數性)’이라 불리며, 다른 생물의 성
결정 기구와는 약간 다른 점이 있다. 여왕개미가 알을 낳을 즈음에 수정하면 암컷
(유전자형 XX)이 되고, 마침내 일개미가 탄생한다. 만일 수정하지 않으면 수개미
(유전자형 X)가 탄생하게 된다.

수개미는 이미 날개를 가지고 있으며, 집의 창설에서 수년을 거쳐 여왕개미 후보 개미와
함께 처음부터 만들어진다. 그 시기는 일개미의 수가 늘어나 집도 커지고 생식 계급을
키울 수 있는 여유가 생겼을 때에 해당한다. 따라서 집의 창설 시기에 이어서 탄생하는
개미들은 모두 암컷인 일개미이다. 일개미는 마침내 집 구멍의 입구를 열고 밖으로
먹이를 찾아 나간다.

독특한 생태를 가진 개미들
원래 육식성인 사냥벌을 조상으로 가진 개미류는 곤충이나 지네 등의 절지동물만 먹는
것으로 생각할 수 있으나 그렇지는 않다. 개미의 먹이는 그 종류에 따라 다양하여
곤충류는 물론이고 진디나 개각충의 분비물인 감로, 식물의 수액과 꿀, 식물 종자 등도
이용한다.

중앙 아메리카와 남아메리카에는 나뭇잎을 입으로 갉아 잘라서 집으로 가지고 간 후
그것을 사용하여 균류를 재배하고, 그 균사를 유충에게 먹이는 ‘가위개미’라고 불리는
개미가 있다. 수목의 큰 해충으로서 두려움을 주는 가위개미가, 행렬을 만들어 작게
자른 푸른색의 나뭇잎을 머리에 얹고 집을 향해 행진하는 모습은 텔레비전에서도 곧잘
등장한다.

고등한 개미는, 감로 등의 액체 상태의 먹이는 ‘사회 위(모이주머니)’라고 불리는 기관에
일단 저장하여 집으로 가져온다. 사회 위는 자신의 본래 위(전위) 앞에 있다. 집 안으로
먹이를 가져온 개미는 ‘영양 교환’이라고 불리는 방법으로, 입을 통해 동료들인 일개미와
유충에게 먹이를 나눠 준다. 먹이를 결코 혼자 차지하지 않는 이러한 행동이, 개미가
이타적이고 사회성 곤충이라고 여겨지는 이유 가운데 하나이다.

사회 위가 특히 발달한 개미로서, 미국과 오스트레일리아의 사막 지대에 서식하는
‘꿀단지개미’라고 불리는 개미가 있다. 이 속(屬)의 개미에는 액체 상태 먹이의 저장계를
담당하는 일개미가 있다. 동료가 가지고 온 먹이를 한꺼번에 받아서 사회 위에 가득
채운 다음, 불룩해진 배를 하고 천정에 매달려 먹이 부족에 대비한다. 이 모습에는
애처로움마저 느껴진다.

재미있는 개미의 경우로는 동남 아시아 열대 우림에 서식하는 ‘폭탄 개미’가 있다. 이
개미는 공격을 받으면 복부가 부풀고, 마침내 파열하여 방어 물질을 상대방에게 뿌린다.
이 개미의 경우, 보통의 개미에게는 머리 부분에만 존재하는 ‘큰턱샘’이 극단적으로
비대하여 복부에까지 뻗어 있다. 큰턱샘은 방어 물질과 뒤에서 설명하는 ‘경보 페로몬’을
분비하는 기관이다. 일반적인 종에서는 아무리 팽창해도 큰턱샘이 파열하는 일은 없다.

일단 충분한 수의 일개미를 길러 낸 후에는 알을 낳기만 하면 되는 여왕개미와는 달리,
일개미는 여왕개미의 시중을 드는 일부터 알이나 애벌레 등을 돌보고, 먹이를 찾고,
심지어 다른 종과의 싸움에도 나가야 한다. 하물며 성충이 되기도 전에 일을 해야 하는
개미도 있다. 아프리카나 오스트레일리아의 나무 위에 사는 베짜기개미는 여러 장의
나뭇잎을 실로 엮어 집을 짓는데, 가까이 붙어 있는 잎들을 몇몇 일개미가 입으로 물고
당기는 동안 일개미가 애벌레를 입에 물고 그 애벌레가 분비하는 명주실로 바느질을
한다. 협동과 희생의 극치를 보여 주는 베짜기개미의 집짓기 현장에는 이처럼 다 자라지
않은 애벌레까지 동원된다.

침개미아과의 개미들은 일단 먹이를 잡으면 독침을 사용하여 죽인다. 그 중에서도 전세계
열대림에 고루 분포하는 덫개미의 명성은 대단하다. 주로 톡토기와 같은 몸이 작고
연한 곤충을 잡아먹는 이 무시무시한 개미는 길고 강력한 턱을 거의 180°로 벌리고,
풀숲 등에 가만히 숨어서 먹이가 가까이 오기를 기다린다. 그런데 활짝 벌어진 덫개미의
턱을 자세히 보면 가늘고 긴 두 쌍의 털이 앞으로 곧게 뻗어 있는 것을 알 수 있다. 이
털들은 무엇이든 살짝 닿기만 하면 턱이 순간적으로 닫히게 하면서 잡은 먹이를 독살
시키는 것이다.

행렬을 만드는 개미의 불가사의
가위개미에서 약간 언급했지만, 개미가 행렬을 만들어 행진하는 모습은 누구라도 쉽게
볼 수 있다. 그것들은 필시 주름개미·고동털개미·그물등개미·풀개미 등일 것이다.

개미가 먹이를 발견하고 그 먹이를 자기 혼자서 가지고 갈 수 없는 경우, 주로 복부 끝
부분에서 어떤 종류의 냄새 물질인 ‘길잡이(이정표) 페로몬’을 분비하여 지면에 묻히면서
집까지 간다. 집에 도착하면 큰턱을 열어 ‘동원 페로몬’을 방출하여 동료를 불러 모으고,
가져온 먹이를 차례차례 영양 교환으로 상대에게 나누어 준다. 먹이를 받은 개미들은
그 먹이의 좋고 나쁨을 판단하여 집 입구로 향하고, 길잡이 페로몬을 더듬어서 점차
지시된 장소에 도착하여 먹이를 집으로 가지고 간다.

여기서 페로몬에 대해 좀더 언급해 보자. 페로몬(Pheromone)은 그리스 어의 ‘Pherein
(운반하다)’과 ‘Horman(자극하다)’의 합성어이다. 그 정의는 ‘어느 개체가 분비하고,
같은 종의 다른 개체에게 어떤 특정의 행동을 일으키게 하는 화학 물질’로 되어 있다.
다시 말하면 같은 종의 생물 사이의 커뮤니케이션에 사용되는 정보 화학 물질이 페로몬인
것이다.

반응하여 나타나는 행동에 따라 배우자를 찾는 행동을 일으키면 ‘성페로몬’, 행렬을
만들게 되면 ‘길잡이 페로몬’, 위험을 알려 주면 ‘경보 페로몬’으로 불린다.

페로몬이 같은 종 사이에서 작용하는 것에 대하여, 같은 종 사이 또는 다른 종 사이를
불문하고 생물 간 상호 작용이 화학 물질에 의해 일어나게 되는 경우 그것을 총칭하여
‘정보 화학 물질(Infochemical, 인포케미컬)’이라고 한다. 다른 종 사이에서도 작용하는
예로는 곤충의 방어 물질과 기생을 위해 알을 낳아 놓을 상대를 찾을 때의 표시가 되는
물질 등이 있다.

길잡이 페로몬을 사용한 개미의 행렬 실험
풀개미의 복부에서 길잡이 페로몬을 추출하고 정제한 후, 그 페로몬을 함유한 용액을
사용하여 종이 위에 선을 그어 보았다. 그러자 개미는 이끄는 대로 그 선 위를 기어왔다.
그런데 마찬가지로 흙 위에 선을 그어 주었지만, 개미는 전혀 그 선을 더듬어 오지 않았다.
그것은 왜 그런 것일까?

결론부터 말하면 페로몬 분자가 흙의 점토 입자 속으로 흡착되어 버려 개미의 냄새
센서인 촉각에 도달하지 않았기 때문이다. 이 문제를 해결하기 위해서는 지표면을 불소
폴리머를 사용하여 방수 처리하여 고분자의 피막을 만들어야만 한다.

길잡이 페로몬이 지표에 흡착되지 않도록, 개미는 어떠한 방법을 쓰고 있는 것은 아닐까
생각하고 그 해명에 착수하였다. 그 결과 개미가 ‘발자국 물질’을 다리 뒤에서 분비하여
흡착을 방지하고 있다는 것을 알았다. 더욱이 그 물질이 ‘영역 표시 페로몬’으로서 기능
하고 있다는 것이 발견되었다. 또 그 밀도 균배를 이용하여 집에 돌아올 수 있다는 것 등
차례로 새로운 발견이 탄생하였다.

개미집 내의 공생 곤충의 수수께끼
개미는 정보 화학 물질의 세계에 살고 있으며, 다양한 화학 물질에 대한 식별 능력이
뛰어나다. 그러나 수많은 다른 종 곤충이 개미집 내에서 공생하고 있는 예가 많이 발견
되고 있다. 사무라이개미와 그 노예 개미인 곰개미·하야시곰개미도 그 하나의 예이다.

개미는 같은 종인가 그렇지 않은가의 확인을, 체표에 존재하는 화학 물질 ‘체표 탄화
수소‘의 조성의 차이에 의해 행한다. 종류가 다르면 그 체표 탄화 수소의 조성이 다르다.
더욱이 흥미로운 것은, 같은 종이라도 집이 다른 개체가 서로 만나면 맹렬한 싸움이
일어나는 것이다.

그것은 오래 전부터 ‘콜로니 냄새(집의 냄새)가 다르기 때문’이라고 여겨지고 있으나,
정확한 것은 아니었다. 그런데 이번에 그 증거가 각각의 종이 서식하는 집에 특징적인
체표 탄화 수소 조성비에 있다는 것이 밝혀졌다. 같은 집의 개체는 모두 그 조성비가
거의 같게 통일되어 있다.

그렇다면 사무라이개미와 그 노예 개미는 어떻게 싸움을 하지 않고 같은 집 안에서
함께 살아갈 수 있는 것일까? 그 비밀은 서로의 체표 탄화 수소 조성 및 조성비의
동일성에 있다는 것이, 연구를 통해 밝혀졌다. 사무라이개미는 그 종에 특징적인 체표
탄화 수소의 생합성을 억제하고, 노예 개미와의 접촉 등에 의해 그 체표 성분을 자신의
몸으로 전이시킨다. 이를테면 ‘화학 의태’를 성립시킴으로써 노예 개미 행세를 하고
있는 것이다. 체표 탄화 수소 조성과 그 조성비까지 같아지면, 그 모습이 어떻게 달라도
그 개미에게는 집의 동료로 판단되어 버린다.

사라와크 주 열대 우림에서 확인된 임관 착생 식물 내부에는 아주 다른 방법으로 개미와
공생하고 있는 새로운 종의 바퀴가 살고 있다. 아직 확정되지 않은 부분도 있지만 바퀴
쪽이 ‘바퀴 기름’을 대량으로 분비하고, 개미를 기름투성이로 만듦으로써 동료로 생각
하고 있는 것 같다. 바퀴만으로는 무서운 군대개미의 공격에서 벗어나기는 불가능하지만,
개미를 경비원으로 고용함으로써 그것이 가능해진다.

개미가 자리잡고 살던 맨션
일본에서 조금 이색적인 재판 이야기가 신문에 실린 일이 있었다. 개미가 자리잡고
살던 맨션을 산 주인이 ‘개미가 있어서 물거나 하기 때문에 아이가 친구들을 데려올
수도 없다.’라고 하는 등의 이유로 맨션의 매매인을 고소한 것이다. 판결은 주인의 승소로
끝났는데, 애집개미를 퇴치하는 것은 매우 어려운 일이기 때문에 구입 대금의 대부분을
돌려 주라는 판결이 나왔다.

애집개미는 전세계 어디에나 있고 가장 번영하고 있는 종인지도 모른다. 정해진 집을
만들지 않고 보통은 벽의 갈라진 틈이나 부엌의 싱크대 서랍 안에 살고 있다. 맛있고
큰 먹이를 발견하면, 여왕개미까지 포함하여 집 식구 전원이 먹기 위해 모여든다. 그 때
알과 유충, 번데기까지도 데리고 오기 때문에 이동한 앞쪽에 집이 있는 것으로 보인다.

애집개미는 번식력이 왕성하고 또 케미컬 커뮤니케이션에 뛰어난 능력이 있다. 먹이를
발견하면 길잡이 페로몬을 사용하여 수분 후에는 행렬이 생긴다. 그 도중의 개미를 몇
마리 손가락으로 누루면 경보 페르몬의 영향으로 위험을 감지하고, 2∼3분 후에는
모든 개미가 모습을 감춰 버릴 정도이다.

개미는 왜 번영해 왔는가?
개미가 지구상에서 지금 정도로까지 번영할 수 있었던 것은, 고도로 발달한 케미컬
커뮤니케이션의 확립과 정보 화학 물질의 식별 능력을 가지고 있기 때문이라고 생각된다.
따라서 그것들을 전체적으로 해명하는 일이 앞으로의 과제이다.

같은 집에 사는 동료끼리의 케미컬 커뮤니케이션 시스템의 완성으로, 개미는 여왕개미를
중심으로 하나의 통합된 초개체 집단으로서의 ‘사회’를 탄생시킬 수 있었다. 더욱이
촉각이 가진 정보 화학 물질의 식별 능력을 더 키움으로써, 조상인 벌들이 활동할 수
없었던 밤에도 먹이를 찾는 일이 가능해졌다.

날개가 없어졌기 때문에 하늘을 날지 못하여, 목적으로 하는 장소까지 재빨리 도달할
수 없는 약점은 있다. 그러나 대신에 수적(數的)으로 의사를 나타내고, 지표를 걸어
다니면서 촉각을 사용하여 정보 화학 물질에 의지하여 먹이를 찾을 수 있다.

개미의 커뮤니케이션 시스템을 해명하기 위해서는 우선 개미끼리가 정보 교환을 하고
있는 현장의 공기를 실시간으로 채취하여 그것을 분석할 필요가 있다. 분비되는 페로몬의
양은 극히 미량이고 현재의 질량 분석계 감도로는 무리일지도 모른다. 그러나 어떻게든
개미의 대화를 꼭 들어 보고 싶다. 더 나아가 ‘페로몬을 사용하여 개미와 대화할 수
있다면’ 등도 꿈꾸고 있다.

일단 쭈그리고 앉아서 어린 아이 정도의 시선으로 발밑을 살펴보자. 반드시 그 곳에는
작은 개미들이 바쁘게 움직이고 있을 것이다. 자신이 힘들여서 얻은 먹이를 동료에게
골고루 나누어 준다. 이처럼 모든 개체가 다른 개체에게 먹이를 나눠 주는 것으로 무상의
기쁨을 느끼고 있는 사회의 완성. 이것이야말로 개미가 지구상에서 가장 번영한 생물이 된
가장 큰 이유가 아닐까?