파리지옥 같은 식충식물이 벌레를 잡는 원리는 무엇인가요?

 자연계의 먹이사슬을 떠올려 보면, 초식동물이 식물을 먹고 육식동물이 그 초식동물을 잡아먹는 것이 일반적인 상식입니다. 하지만 당연한 상식을 뒤집고 거꾸로 동물을 잡아먹는 무시무시한 식물들이 있습니다. 바로 파리지옥, 끈끈이주걱, 네펜데스와 같은 식충식물입니다.

그중에서도 입을 쩍 벌리고 있다가 순식간에 덫을 닫아 사냥감을 낚아채는 파리지옥의 사냥 모습은 경이로움 그 자체입니다. 뇌도 없고 근육도 없는 식물이 도대체 어떻게 벌레가 온 것을 알아차리고 0.1초 만에 덫을 닫을 수 있는 것일까요? 여기에는 웬만한 동물의 신경계 못지않은 아주 정교한 전기적 신호와 수압의 물리학이 숨어 있습니다. 오늘은 파리지옥이 벌레를 잡는 과학적 원리인 감각모와 활동 전위의 메커니즘을 설명해드리겠습니다.

식충식물에 대한 오해

파리지옥의 사냥법을 알아보기 전, 우리가 흔히 하는 착각을 하나 바로잡을 필요가 있습니다. 식충식물은 밥 대신 벌레만 먹고 산다고 생각하기 쉽지만, 식충식물 역시 엄연한 녹색 식물로서 광합성을 하여 스스로 살아갈 에너지를 만들어냅니다.

그렇다면 굳이 왜 에너지를 들여가며 벌레를 잡아먹는 것일까요? 그 이유는 식충식물이 사는 서식지의 토양 환경 때문입니다. 이들은 주로 늪지대나 이끼가 많은 척박한 산성 토양에서 자라는데, 이런 땅에는 식물이 자라는 데 꼭 필요한 질소와 인 같은 무기 양분이 턱없이 부족합니다. 

그래서 파리지옥에게 벌레는 배를 채우기 위한 탄수화물 밥이 아니라, 척박한 환경에서 살아남기 위해 섭취하는 고단백질 종합 비타민인 것입니다.

오작동을 막는 시스템

파리지옥의 덫을 자세히 들여다보면 붉은색의 입 안쪽에 보통 3~6개 정도의 미세한 털이 삐쭉 솟아 있는 것을 볼 수 있습니다. 이를 감각모라고 부르는데요. 이 털이 바로 벌레의 움직임을 감지하는 최첨단 레이저 센서입니다.

재미있는 것은 벌레가 이 감각모를 한 번 툭 건드린다고 해서 덫이 닫히지는 않는다는 점입니다. 덫을 한 번 닫고 여는 데는 식물 입장에서 엄청난 에너지가 소모됩니다. 만약 떨어지는 빗방울이나 바람에 날려 온 나뭇잎이 스칠 때마다 덫이 닫힌다면 파리지옥은 금세 에너지가 고갈되어 굶어 죽고 말겠죠.

식물계의 2단계 인증

그래서 파리지옥은 기가 막힌 기억 장치를 진화시켰습니다. 파리지옥의 덫이 닫히기 위해서는 벌레가 첫 번째 털을 건드린 후, 반드시 20초 이내에 또 다른 털을 건드리거나 같은 털을 한 번 더 건드려야만 합니다. 

스마트폰 화면을 켤 때 오작동을 막기 위해 화면을 더블 클릭해야 켜지는 원리, 혹은 보안을 위한 2단계 인증과 같은 방식입니다. 20초 안에 두 번의 터치가 입력되어야만 "아, 이것은 빗방울이 아니라 살아서 움직이는 벌레가 확실하구나!"라고 판단하고 덫을 작동시키는 것입니다.

덫이 닫히는 과학적 원리

벌레가 20초 안에 두 번 털을 건드렸다면 이제 0.1초 만에 덫이 닫히는 무시무시한 반응이 시작됩니다. 뇌와 신경이 없는 파리지옥은 어떻게 이 신호를 전달할까요? 식물은 동물의 신경계와 매우 유사한 전기 신호를 사용합니다.

감각모에서 시작되는 전기 파동

벌레가 감각모를 구부러뜨리면, 털의 밑부분에 있는 세포막에서 이온 채널이 열리며 칼슘 등의 이온이 세포 안팎으로 쏟아져 들어오고 나갑니다. 화학적 변화는 덫의 표면을 타고 순식간에 흘러가는 전기적 파동을 만들어내는데 생물학 용어로 활동 전위라고 부릅니다. 우리 인간이 뜨거운 것을 만졌을 때 뇌로 고통의 신호가 전기처럼 전달되는 것과 같은 원리입니다.

수압의 급격한 변화가 만드는 덫의 움직임

전기 신호가 덫의 접합부 세포에 도달하면, 이번에는 물리학이 작동합니다. 전기 신호를 받은 덫 바깥쪽 세포들은 순식간에 수분을 흡수하여 빵빵하게 부풀어 오르고(팽압 증가), 반대로 안쪽 세포들은 수분을 잃고 쪼그라듭니다. 

바깥쪽은 팽창하고 안쪽은 수축하니, 뒤집혀 있던 우산이 강풍에 순식간에 반대로 확 접혀버리는 것처럼 팽압의 불균형으로 인해 덫이 0.1초 만에 "탁!" 하고 닫히게 되는 것입니다. 근육 대신 식물 세포 속의 물을 유압식 기계처럼 이용해 매우 빠른 속도입니다.

소화와 흡수 과정

덫이 닫혔다고 사냥이 끝나는 것은 아닙니다. 덫 안에 갇힌 벌레가 살기 위해 발버둥 치며 감각모를 계속 건드리면(3번, 4번, 5번 지속적인 터치 발생), 파리지옥은 이것이 진짜 영양가 있는 벌레임을 최종적으로 확신하고 덫의 가장자리를 단단히 밀봉하여 완벽한 위장 상태로 만듭니다.

이후 덫 안으로 강력한 소화 효소와 산성 분비물이 흘러나와 약 1~2주에 걸쳐 벌레의 단백질과 영양분을 곤충 젤리처럼 녹여서 쏙쏙 흡수합니다. 식사가 완전히 끝나면 덫은 다시 열리고, 텅 빈 벌레의 껍질만 바람에 날려갑니다. 참고로 하나의 덫은 일생 동안 약 3~4번 정도의 사냥을 하고 나면 수명을 다해 까맣게 시들어 떨어지고, 새로운 덫이 자라나게 됩니다.

두뇌나 근육 없이도 놀라운 사냥 능력을 보여주는 파리지옥의 메커니즘을 요약해 드리겠습니다.

1. 식충식물은 광합성으로 에너지를 얻지만, 척박한 토양에서 부족한 질소와 인을 보충(영양제 역할)하기 위해 벌레를 잡아먹습니다.
2. 덫의 오작동과 에너지 낭비를 막기 위해, 감각모를 20초 이내에 두 번 건드려야만 닫히는 2단계 인증 시스템을 갖추고 있습니다.
3. 벌레의 움직임은 전기 신호로 변환되어 전달되며, 세포 안팎의 이 순식간에 변하면서 0.1초 만에 덫이 닫힙니다.

움직이지 못하는 식물이 살기 위해 동물처럼 전기 신호를 발생시키고, 정교한 타이머와 수압 시스템을 가동한다는 사실은 진화의 경이로움 그 자체입니다. 혹시 파리지옥을 키우게 되더라도 재미 삼아 빈 덫을 일부러 찌르지는 말아야겠습니다. 한 번 덫을 닫을 때마다 파리지옥은 수명을 깎아가며 엄청난 에너지를 쏟아붓고 있기 때문입니다.