[미디어파인 칼럼 = 이상원 기자] 꿀벌들은 집합적으로 서로 독립적으로 진화한 기하학적 해결책을 사용하여 공통적인 구조적 난제를 해결할 수 있다. 꿀벌들의 군집이 커짐에 따라, 이 벌들과 말벌들은 결국 그들의 둥지를 구성하는 육각형 세포의 크기를 증가시킬 필요가 있다. 그러나 둥지 재료는 비싸고, 다른 크기의 육각형들을 효율적으로 결합하기는 어렵다. 꿀벌들과 말벌들은 모두 서로 다른 크기의 육각형들 사이의 간격을 메우는 다섯 개의 면과 일곱 개의 면 세포들의 일부 쌍들을 혼합함으로써 이 문제를 해결했다고 과학자들이 보고했다. 그 연구팀은 이 해결책이 이 문제에 대한 최적의 해결책에 가깝다고 말한다.
오랫동안 6각형의 벌과 말벌이 사용하는 것이 가장 효율적이고 안정적인 모양이라는 것을 알고 있었다. 하지만 다른 크기의 도형을 섞는 것은 다른 문제이다. 꿀벌이나 일부 말벌과 같은 사회적 곤충 집단은 어미인 여왕의 자손을 기르는 여성 노동자들에 의해 운영된다. 그들은 꿀벌이 왁스로 만든 육각형 세포와 종이로 만든 집을 짓는다. 생애 주기의 특정 시점에서, 그 집단은 일손을 기르는 것에서 수컷이나 새로운 여왕과 같은 번식용 세포를 기르는 것으로 전환할 필요가 있다. 이러한 번식용 세포는 종종 일손보다 더 크며, 이것은 육각형 세포도 더 커져야 한다는 것을 의미한다.
과학자들은 꿀벌 5종(Apismellifera, A. cerana, A. dorsata, A. florea, A. Andreniformis), 흔히 노란색 재킷이라는 별명을 가지고 있는 으로 알려진 Vespula wasp 4종(V. bulgis, V. maculifrons, V. flavopilosa, V. shidai), 종이 말벌 1종(Metapolynia meso아메리카)의 군집 이미지 115개를 분석했다. 또, 과학자들은 22,745개의 세포벽의 길이와 각 세포가 얼마나 많은 이웃을 가졌는지와 같은 데이터를 추출했다.
작은 일을 하는 세포에서 큰 생식 세포로 변화할 때, 모든 벌과 말벌들은 그 차이를 메우기 위해 인접한 다섯 면과 일곱 면의 세포를 한 쌍으로 만들었다. 다섯 개의 7개의 짝은 한 쌍의 육각형과 같은 수의 개방된 면을 가지고 있는데, 두 종류의 결합한 짝은 모두 다른 세포와 연결할 수 있는 10개의 면을 가지고 있기 때문에 그 패턴을 방해하지 않는다. 그리고 일곱 면의 세포가 더 크기 때문에 벌들과 말벌들은 그들의 반대편에 더 큰 육각형을 매끄럽게 만들기 시작할 수 있다.
이런 결과를 통해 과학자들은 이 전략의 수학적 모델을 설계했고 벌과 말벌이 하는 일이 최적의 기하학적 해에 가깝다는 것을 발견했다. 각각의 칸이 새끼 벌이나 말벌을 키울 수 있을 정도로 충분히 큰 모양의 배열을 만드는 가장 효율적인 방법은 들라우네 삼각형으로 표현될 수 있다. 수십 개의 점으로 표시된 종이를 상상해 보자. 그런 다음, 이웃한 점들만 연결하여 삼각형으로 종이를 채운다.
마지막으로, 각각의 삼각형 주위에 각 모서리에 닿는 원을 그리면 된다. 들라우네 삼각형의 배치에서, 그 원들 중 어떤 안에도 점이 없다. 이웃한 원들의 중심을 연결하는 추가적인 선을 그리는 것은 벌과 말벌 둥지에서 볼 수 있는 육각형의 격자무늬와 매우 유사한 다각형의 타일을 만든다. 해당 연구는 벌들의 행동 연구에 큰 도움이 될 예정이다.
[이상원 칼럼니스트]
고려대 산업경영공학과(재학 중)
미디어파인 대학생칼럼니스트 겸 기자