복잡한 사회적 행동을 보여주는 개미종인 클론레이더 개미(clonal raidar ant)./미 록펠러대





개미는 다른 동물처럼 냄새를 맡아 먹이를 찾고, 적과 동료를 구별한다. 또, 공기 중으로 방출되는 호르몬인 페로몬을 감지해 의사소통을 한다. 개미 사회는 ‘냄새’로 움직인다고 해도 과언이 아니다. 개미의 정교한 후각 체계는 신경세포가 한 번에 한 냄새만 맡기 때문인 것으로 밝혀졌다.
미국 록펠러대 연구진은 “개미의 후각 뉴런(신경세포)이 작동할 때 수백 개의 냄새 유전자 중 단 하나만 골라 쓴다는 사실을 알아냈다”고 국제 학술지 ‘커런트 바이올로지(Current Biol 설정비부담 ogy)’에 19일(현지 시각) 발표했다.
개미는 더듬이로 냄새를 감지한다. 냄새 분자가 그에 맞는 수용체 단백질에 결합하면 신경세포가 감지할 수 있다. 개미는 후각 수용체 유전자를 약 300~500개 갖고 있어, 다양한 화학 물질의 냄새를 감지할 수 있다. 여기에는 소통·이동 경로를 안내하는 페로몬, 설탕·단백질 등 먹이 냄새, 동료와 종류별 적을 구별하는 외골격 탄화수소 등이 포함된다. 병에 걸린 동료에서 나는 냄새도 감지한다.
연구진은 개미가 더듬이로 냄새를 맡을 때 어떤 수용체 유전자가 작동하는지 확인했다. 연구에는 복잡한 사회적 행동을 보이는 ‘우세라에아 비로이(Ooceraea biroi)’가 활용됐다. 이 개미는 다른 개미굴에 쳐들어가 알이나 애벌레를 훔쳐 먹이로 삼는 신혼부부전세자금대출이자율 약탈 개미(raider ant)이다. 척후병 개미가 사냥감을 찾아내고 집에 와 동료에게 알리면 집단 공격이 시작된다.
특이하게 우세라에아 비로이는 ‘복제(clonal)’ 약탈 개미로 불린다. 짝짓기 대신 복제를 통해 번식하기 때문이다. 다른 개미는 여왕개미와 수컷이 짝짓기를 해서 알을 낳지만, 약탈 개미는 암컷들이 혼자 알을 낳는 단성 신협 정기예금 금리 생식을 한다.
분석 결과 약탈 개미가 냄새를 맡을 때 신경세포에서 단 하나의 수용체 유전자만 작동하는 것으로 나타났다. 신경세포가 특정 냄새 유전자를 작동하면 그 과정에서 옆에 있는 다른 유전자들도 함께 복사된다. 이들이 모두 수용체를 만들면 후각에 일종의 잡음이 생길 수밖에 없다.
하지만 다른 유전자의 복사본은 세포 밖 유효이자 으로 나가지 못해 실제로는 작동하지 않았다. 덕분에 주변 유전자들은 잠기고 방해 요소가 차단되면서, 신경세포가 정확히 하나의 냄새 신호만 감지할 수 있다. 이러한 원리는 개미가 페로몬을 감지할 때나 다른 화학 물질 냄새를 맡을 때 똑같이 적용된다.
연구진은 이번 원리가 기존에 알려진 다른 생물에서는 볼 수 없었던 새로운 방식이라고 설명했다.
초파리는 약 60개의 후각 수용체 유전자만 가지고 있어, 한 뉴런에서 하나만 켜고 나머지는 모두 끄는 단순한 스위치 방식으로 작동한다. 포유류는 냄새 유전자가 수백 개 있지만 작동 원리는 초파리와 비슷하다. 냄새 유전자 중 하나가 무작위로 켜지고 나머지는 꺼지는 방식을 사용한다. 이처럼 기존에 연구된 생물에서는 하나만 켜고 나머지는 끄는 단순한 방식이 일반적이었다.
개미는 포유류처럼 수백 개 냄새 유전자를 가지고 있고, 그중 많은 유전자가 서로 가까이 모여 있다. 이 때문에 초파리처럼 단순 스위치 방식을 쓰면 주변 유전자까지 같이 켜질 위험이 있다. 연구진은 이번 연구에서 뉴런마다 단 하나의 냄새 유전자만 정확히 켜지도록 하는 새로운 조절 원리를 발견했다고 밝혔다. 다른 유전자가 작동해도 세포 밖으로 복사본이 나가지 못해 수용체를 만들지 못한다. 신호가 나와도 잡음이 밖으로 나가지 못하는 셈이다.
이번 연구를 이끈 대니엘 크로나우어(Daniel Kronauer) 생물학과 교수는 “이런 방법으로 개미는 기존 후각 체계를 망치지 않고 새로운 냄새 유전자를 빠르게 진화시킬 수 있다”며 “한 번 이런 시스템이 자리 잡으면 점점 더 복잡한 후각 체계로 발전할 수 있다”고 말했다.
참고 자료
Current Biology(2025), DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.09.026
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