암컷에게 페니스가?! 생식기가 두 개?! 놀랍고도 심오한 곤충 교미기의 세계! 이그노벨상 수상작 ***** 최재천 생명다양성재단 대표, 정재승 뇌과학자 추천! 각양각색 곤충 교미기로 만나는 생명과 진화의 신비! 과학자들은 왜 곤충의 교미를 탐구하는 걸까요? 왜 변태처럼 그들의 짝짓기를 민망하리만치 사실적으로 묘사하고, 암컷과 수컷이 교미하는 과정을 적나라하게 화면에 담는 걸까요? 아마도 ‘주체할 수 없는 호기심’ 때문일 겁니다! 그게 바로 우리 과학자들이니까요. 그들의 이상한 호기심을 맘껏 즐겨 주시길. 당신도 곧 과학자들의 독특한 매력에 흠뻑 빠지게 될 겁니다. _정재승, 추천의 글 중에서 〈시리즈 소개〉 ‘너드’ 아니고 ‘긱시크’ 라고요 아.시.겠.어.요? 상상치도 못한, 상상 속에만 있던 것을 현실로! 누구나 가슴속엔 ‘과학 하는 마음’이 이상할지 모르지만 과학자입니다 “쓸데없는 일을 잔뜩 하지 않으면 새로운 것은 태어나지 않는다.” 2019년 노벨 화학상을 수상한 ‘샐러리맨’ 과학자 요시노 아키라의 수상 소감이다. 매년 찬바람이 불기 시작하고, 노벨상 수상 소식이 들려오면 “왜 한국에는 노벨상 수상자가 없는가?”라는 질문이 곳곳을 유령처럼 떠돈다. 하지만 시대가 바뀌든 말든 반복되는 후렴구를 생각해 보면 그 원인은 어렵지 않게 떠올릴 수 있다. “피씨방에는 그만 좀 가고, 프로그래머가 되어야지!” “휴대폰만 보고 있지 말고, 유튜브 크리에이터가 되어야지!” ‘샐러리맨’이 노벨상을 타는 시대, 바야흐로 과학기술 본위인 ‘4차 산업혁명시대’를 맞아 평범한 우리에게도 ‘과학적 사고’는 필수 아이템이라 하겠다. 과학에 ‘ㄱ’자만 봐도 벌써부터 피곤하고 울컥하는 마음이 솟구친다고? 하지만 여기 당신 가슴속에도 도사린 ‘과학 하는 마음’을 깨워 내고, 재미와 지성을 투플러스원으로 안겨 줄 과학자들의 이야기가 있다. ‘과학 하는 마음’이 뭐냐고 물으신다면, 방학마다 잠자리와 매미를 잡고 목적도 없이 화초를 빻던 그 시절 모두가 품었던 바로 그 마음이라 답하겠다. 노벨 화학상 수상자와 당신, 이과와 문과로 갈라져 살아가지만 결국은 치킨집 사업설명회에서 만날 우리를 하나로 품을 바로 그 마음! 묵직한 돌 아래서 정성스레 알을 품던 집게벌레를 만나 사랑에 빠진 고등학생은 기상천외한 모양을 가진 곤충 교미기에 매료되어 곤충 교미 박사가 되었다. 고분자화학을 전공하던 대학원생은 갑자기 거미줄에 ‘덕통사고’를 당해 40년간 거미줄 덕질을 이어 간다. 주변 사람들이 말리는 데 아랑곳 않았던 교미 박사는 (이그)노벨상을 수상하고, 거미줄 박사는 덕질기를 국제학술지에 발표하고 학회에서 거미줄 바이올린을 연주하는 ‘성덕’이 된다. 유튜브 못지않은 신박한 주제! 최신형 휴대폰보다 가벼운 무게! 안목도 취향도 남다른 당신을 만족시킬 4차 산업혁명시대 맞춤형 콘텐츠! 기발하고 엉뚱해 보이는 과학자들의 덕질 속에 빛나는 전문성으로 지력 상승을 부르는 마법 같은 책! 이제부터 차례로 상상치도 못한, 상상 속에만 있던 것들을 현실로 불러 올 환상적인 시리즈! 〈곤충의 교미〉와 〈거미줄 바이올린〉으로 문을 여는 ‘이상할지 모르지만 과학자입니다’ 시리즈는 줄여서 ‘이과’로 부르고 이과가 쓰지만 이과만을 위한 책들은 아니다. 남들이 말리는 무언가에 빠져들고 알아 가는 희열을 아는 모두를 위한 책이다. ‘괴짜’라는 조소에 ‘긱시크’라고 받아칠 준비가 된 당신과 공명할 지적 덕질의 기록이다.

시작하며 10 제1장 수컷과 암컷, 그리고 교미 수컷은 왜 수컷일까? 19 다윈의 고민 23 암컷에 얹혀사는 정자?옛 곤충의 성생활 28 위에서? 아래에서??다양한 교미 자세 32 1000만 종류 곤충, 1000만 가지 교미기 37 [읽을거리] 연구자들이 이런 일까지 한다고? 41 제2장 교미를 둘러싼 끝없는 공방 수컷들의 번식 전략 ?정자를 긁어내는 잠자리 45 코르크 마개를 뽑듯이 ?긁어내기에 맞서는 사향제비나비 49 내 몸을 선물로 줄게?사마귀의 교미 54 죽어도 좋아!?꿀벌의 교미 56 역시 크기가 문제야 58 [읽을거리] 곤충의 성전환과 암수 모자이크 62 제3장 너무나 긴 교미기의 비밀 새끼를 끔찍이 사랑하는 곤충, 집게벌레 67 졸업논문은 너무 힘들어 70 암컷이 더 길다 73 모양도 용도도 귀이개? 78 예비 교미기를 가진 벌레 81 왜 두 개일까? 85 왼쪽을 쓸까, 오른쪽을 쓸까? 87 유전이냐, 습관이냐 ?새로운 진화 이론을 만나다 92

나는 철이 들면서부터 곤충과 물고기를 좋아했다. “저는 곤충을 연구합니다”라고 하면 사람들은 어릴 적 꿈을 실현한 것이 부럽다는 듯이 “꿈을 이루셨네요”, “멋집니다”라며 인사를 건네는 경우가 많다. “곤충에 대해서는 어떤 연구를 하시나요?” “곤충의 교미를 연구합니다.” (…) ‘곤충 박사’가 ‘곤충 교미 박사’가 되는 순간 사람들의 반응은 달라진다. ‘뭐야, 이 사람. 좀 이상한데?’_시작하며 가운데 곤충류 조상은 어떤 성생활을 했을까? 가장 원시적인 형태로 남아 있는 곤충류는 이끼 낀 숲의 주인 돌좀목Archaeognatha이며, 그다음으로 원시적인 것은 고서를 비롯한 책을 먹어 치우는 해충인 좀류Thysanura이다. 이들 대부분은 교미를 하지 않는다. 수컷은 실을 뿜어낸 뒤 그 위에 정자가 들어 있는 정포精包라는 꾸러미를 내려놓는다. 그리고 열심히 구애의 춤을 추며 암컷을 정포 쪽으로 유인한다. 다가온 암컷에게 정포를 집어넣으면 정포 속의 정자가 암컷의 정자낭으로 이동한다. 이처럼 간접적으로 정자를 전달하는 방식이 곤충의 가장 오래된 교미법이다. 당신의 방 안 책장 한 구석에서도 이런 일이 일어나고 있을지 모른다. _‘암컷에 얹혀사는 정자-옛 곤충의 성생활’ 가운데 곤충에는 종류가 많다. 학명이 붙은 것만도 100만 종 이상이며 발견되지 않은 것까지 합치면 1000만 종으로 추정된다. 지구에 있는 모든 생물 종의 절반을 곤충이 차지하고 있는 셈이다. 그 중에서도 갑충류Coleoptera는 엄청난 대가족을 이루고 있으며 겉모습이 비슷한 종류도 많다. 그렇다면 분류학자들은 어떻게 종을 구별하는 걸까? 생물 전반에 걸쳐 교미기는 빠르게 진화하고 있다. (…) 형태 면에서 보면 교미기의 변화가 가장 빠르기 때문에 교미기를 보지 않으면 종을 구분하기 어려운 상황이 자주 발생한다. 교미기를 조사해 보면 곤충의 이름을 확인할 수 있으므로 분류할 때 꼭 필요한 작업이다. 1000만 종에 달하는 곤충들이 저마다 다른 교미기를 가지고 있다니, 그 자체만으로도 정말 놀랍다. _‘1000만 종류 곤충, 1000만 가지 교미기’ 가운데 최근에 삽입기와 연결된 부분에 공기와 바셀린을 주사기로 넣거나 연구자의 입(!)으로 불어 넣어 내낭을 풍선처럼 부풀린 후 관찰하는 기법이 갑충류 분류학자들 사이에서 크게 유행하고 있다. ‘내낭을 조사해 보니 지금까지 한 종류라고 생각했던 갑충류가 사실은 두 종류였다’는 사실이 잇따라 드러나고 있기 때문이다. 곤충을 분류하는 많은 연구자들은 교미기를 꼼꼼하게 관찰하는 ‘교미 전문가’인데 그런 연구자들이 직접 입으로 불어서 벌레의 삽입기를 부풀리고 있는 모습을 본다면 분명 충격을 받을 것이다. _‘연구자들이 이런 일까지 한다고?’ 가운데 독자들에게 나비 사육과 번식 마니아에게 전해 들은 인위적 교미 비법을 소개하려고 한다. 한 손에 수컷 나비, 반대편 손에 암컷 나비를 들고 양쪽 복부 끝을 꽉 눌러서 교미를 유도하는 방법이다. 운이 좋으면 수컷의 교미기가 암컷의 배 끝에 순조롭게 끼워 넣어져 교미가 성립된다.여기서 새로운 의문이 떠오를 것이다. 수컷은 교미가 성립되었는지 어떻게 알 수 있을까? 수컷 호랑나비는 ‘엉덩이에도 눈이 있기 때문’에 이를 알 수 있다. 수컷의 교미기에는 빛을 감지하는 세포가 있어서 암수의 교미기가 완전히 맞물리면서 어두워지는 변화를 엉덩이로 감지할 수 있는 것이다. 확실하지는 않지만 이와 같은 메커니즘과 감각모가 다른 곤충의 교미에도 분명히 중 요한 역할을 하고 있을 것이다._‘코르크 마개를 뽑듯이-긁어내기에 맞서는 사향제비나비’ 가운데 문자 그대로 ‘필사적인’ 교미를 하는 곤충이 있다. 바로 꿀벌이다. (…) 양봉꿀벌 수컷은 교미를 할 때 가지고 있는 모든 정자를 새 여왕에게 건네주는 동시에 교미기의 부드러운 부분이 찢어지면서 그에 따른 쇼크로 죽어 버린다. 수컷 꿀벌의 교미기는 어리호박벌Xylocopa appendiculata처럼 여러 번 교미할 수 있는 유형에 비해 아주 연약하다. 서양꿀벌 수컷의 교미기가 한 번 쓰고 버리는 일회용으로 설계되었음을 알 수 있다. _‘죽어도 좋아!-꿀벌의 교미’ 가운데 남편이 아내보다 키가 작다는 뜻의 ‘벼룩 부부’라는 말이 있다. 벼룩목 곤충 다수는 암컷에 비해 수컷이 훨씬 작다. 하지만 수컷의 교미기가 체구에 비해 상당히 길어서 암수 체격 차이 때 문에 교미가 어렵지는 않을 것이다. 그보다 문제가 되는 것은 동성 간에 몸집 차이가 있는 경우다. 예를 들어 장수풍뎅이와 사슴벌레는 유충기의 먹이 조건에 따라 성충의 체격이 엄청나게 달라진다. 그런데도 교미기의 크기는 별로 차이가 없다. 몸길이가 두 배나 차이 나기도 하지만 교 미기의 크기 차이는 그보다 작다. ‘몸집이 큰 수컷은 몸집에 비해 교미기가 작다.’ 이 규칙을 ‘음의 상대성장negative allometry’이라고 하며, 많은 곤충에게서 확인된다. (…) ‘다른 종끼리는 교미기의 모양과 크기가 현저하게 다른데 동종끼리는 별로 차이가 없다.’ 이것이 교미기 형태의 진화에서 흥미로운 점인 동시에 곤충(그리고 교미를 하는 그 외 많은 동물)을 분류하는 데 교미기가 중요시되는 이유다. _‘역시 크기가 문제야’ 가운데 나를 곤충의 교미와 교미기라는 비주류 연구로 이끈 것은 집게벌레라는 지극히 인기 없는 곤충이었다. 이름에서 알 수 있듯이 복부 끝에 집게발이 있는 벌레다. “집게벌레는 집게발을 어디에 사용합니까?”라는 질문을 자주 받는다. 한마디로 답하자면 집게발은 우리 인간의 손과 같다. 외 부 적의 공격을 방어할 때, 포식을 할 때, 그리고 날개로 날아다니는 종류는 날개를 개폐하는 데 사용한다. 등이 가려울 때 등을 긁는 용도로도 쓰인다. 수컷이 암컷보다 멋진 집게발을 가진 종류가 많아서 암컷을 둘러싸고 수컷끼리 경쟁할 때나 암컷에게 구애 행동을 할 때에도 집게발이 쓰인다. 이 집게발에는 독이 전혀 없다. 큰 집게발에 물리면 조금 아플 수도 있지만 피가 나는 일은 극히 드물다. 하지만 철이 들기 전부터 벌레와 놀았던 나도 집게벌레는 유독 무서워했다. 그런 집게벌레에 매력을 느끼게 된 것은 고등학생 시절이었다. _‘새끼를 끔찍이 사랑하는 곤충, 집게벌레’ 가운데 홋카이도에서 규슈까지, 그리고 말레이시아와 대만에서 종종 해안을 배회하며 큰집게벌레 연구를 계속하고 있다. 밤이 되면 지상에 모습을 드러내는 이 곤충도 낮에는 유목流木 밑으로 기어 들어가 따가운 햇살을 피한다. 그런데 유목에 서퍼들의 비치 샌들이 죽 늘어서 있는 광경을 보면 곤충만 찾아다니는 내 모습과 비교되어 “아, 부럽다!”라고 투덜거리며 울고 싶어질 때도 있다. 말레이시아와 태국 국경 인근의 인적이 없는 모래사장을 하루 종일 걸어도 곤충이라고는 한 마리도 보지 못할 때도 있다. 직감에 의존해서 걷다가 “그때 북쪽으로 가지 말고 남쪽으로 걸어갔더라면 곤충을 볼 수도 있었을 텐데” 하며 한정된 시간 속에서 일희일비하기도 한다. 하지만 선택하지 않았던 길을 걸었을 때 어떤 결과를 얻을지는 그저 상상만 할 수 있을 뿐이다. 나는 늘 곤충채집이 인생의 축소판 같다는 생각을 한다. _‘왼쪽을 쓸까, 오른쪽을 쓸까?’ 가운데 리 교수의 연구실에서는 최근 열대에서 맹위를 떨치는 반날개빈대Cimex hemipterus가 사육되고 있었다. (…) 사육용 먹이는 다름 아닌 사육 담당 학생의 ‘피’였다. 마침 사육 담당이었던 학생이 취업 때문에 연구실을 떠나 있던 때여서 빈대는 흡혈원을 잃고 연구실에서 소멸될 위기에 처해 있었다. 나는 솔직히 이 빈대 사육을 이어받아야 할지 망설여졌다. 내가 ‘먹이’가 되어 빈대에게 피를 내줄 각오는 하고 있었지만 단신 부임지에서 정체 모를 벌레에게 흡혈당하는 것을 알면 가족들이 뭐라고 할까? 또 선배들이 이미 다 연구했다는 이 곤충으로 성과를 남길 수 있을지도 상당히 의문이었다. 하지만 빈대를 연구할 수 있는 기회는 다시 오지 않을지도 모른다. 결국 나는 연구를 진행하기로 결심했다. _‘발견! 수수께끼 같은 더블 암컷’ 가운데 ‘암수의 교미기는 왜 잘 맞물릴까?’라는 의문은 오래전부터 많은 자연 관찰자에게 관심거리였다. 가장 고전적인 설명은 ‘열쇠와 열쇠 구멍 가설’이다. 교미할 수 없거나, 교미해도 번식능력이 있는 자손을 얻지 못할 때 일반적으로 이를 별종으로 취급한다. 즉 종간 교미로는 교미를 해도 자손이 태어나지 않거나, 혹시 잡종이 태어나더라도 생존력이 낮거나 불임인 경우가 많다. 실제로 야쿠바초파리와 산토메아초파리 잡종으로 태어난 수컷은 불임이다. 이런 무의미한 종간 교미 비용(‘번식 간섭reproductive interference’이라고 한다)을 만들지 않기 위해 종마다 다른 교미기를 가지고 있는 것이며 암컷 교미기(열쇠 구멍)에 잘 맞물리는 수컷 교미기(열쇠)를 가진개체를 동종으로 인식한다. 이것이 열쇠와 열쇠 구멍 가설의 개념이다. 그런데 야쿠바초파리의 경우는 어떨까? 제대로 맞물리지 않아도 종간 교미가 일어나고 오히려 잘못 맞물리는 바람에 교미 비용을 더 지불했다. 즉 열쇠와 열쇠 구멍 가설로는 설명할 수 없는 것이다. _‘심오한 ‘맞물리기’의 수수께끼’ 가운데 암컷 입장에서 교미를 바라보는 것은 교미기의 진화를 이해하는 데 꼭 필요하다. 암컷 교미기는 부드러워서 관찰하기 어렵기 때문에 충분히 연구되었다고 할 수는 없다. 최근에 논문의 경향을 분석한 보고에서도 암컷 교미기를 다룬 연구는 여전히 적고 수컷에 대한 편견이 해소되지 않았 다는 지적을 했다. (…) 다듬이벌레의 일종인 ‘네오트로글라Neotrogla’는 놀랍게도 암컷이 수컷 교미기인 페니스를 가지고 있다! ‘페니스를 가진 암컷’을 발견했다는 소식은 SNS나 뉴스로 퍼져 나가며 많은 혼란을 불러왔다. ‘페니스를 가지고 있는 쪽을 수컷이라고 해야 하는 것이 아닌가?’라는 생각 때문이다. 이 생각이 틀렸다는 것을 여기까지 읽은 독자 여러분은 알 것이다. _‘암컷에게 페니스가?’ 가운데