우리는 투구벌레의 내면세계를 관찰하면 자연생태계의 오묘함을 재차 느낄 수 있을 것이다. 투구벌레는 포식동물의 공격을 받으면 수 밀리세컨드(millisecond, ms) 내에 자신의 공격 무기로써 뜨거운 악취액(100℃)을 분사시킨다. 또한, 악취액이 분출될 때 '팍'소리가 수반되어 공격자들을 깜짝 놀라게 한다.

이런 관찰에서 다양한 의문이 제기되어야 한다. 그렇지 않으면 관찰은 무의미해지고, 과학은 죽게 된다. 우리는 자연을 모방하면서 친환경적인 결과물을 산출하여 유익하게 일상생활에 이용한다. '자연은 고갈되지 않는 에너지와 아이디어의 보고이다.'

과학자들, 특히 화학자 혹은 생물학자들은 투구벌레의 악취액을 물의 끓는점까지 가열할 수 있는 에너지는 어떠한 화학반응을 통해 발생(열역학·평형 분야)할 수 있는지, 그리고 어떻게 이 반응이 이처럼 신속하게 진행(반응속도·반응경로 분야)될 수 있는지를 연구해야 된다. 이러한 부분에 대한 연구는 고등학교 화학교재 등에서도 중점적으로 취급하는 화학평형과 열역학, 반응속도와 반응 메커니즘, 효소(촉매) 등이 기본이 된다. 이런 것들은 고등학교 시절에는 그저 시험 성적을 잘 받기 위해 공부했지만, 동물을 포함한 자연생태계를 연구할 때 필수적으로 이용된다. 모든 학문분야가 그렇지만, 특히 과학은 기초지식이 튼튼해야 된다.

투구벌레가 사용하는 과산화수소와 하이드로퀴논(hydroquinone)류와 같은 반응물은 호기성 생물들이 공통적으로 이용하는 물질이다. 투구벌레는 효소 존재하에 이들 두 가지 물질이 반응에 관여할 때 빠른 속도로 독성물질과 물, 산소 등을 발생시킨다. 대부분의 세포에서 과산화수소는 다른 물질에 악영향을 미칠 수 있다. 그래서 '카탈라아제(catalase)'라는 효소는 과산화수소가 어떤 피해를 초래하기 전에 이를 물과 산소로 분해시킨다. 이 효소는 거의 모든 생물체에 존재한다.

생물학적 촉매인 효소는 단백질 분자로서 인체에 작용하는 특정한 화학반응을 가속시킬 수 있는 능력을 지니고 있다. 예로서 간세포에는 음식에서 방출된 화학물질을 처리하고, 독성물질을 무해한 생성물로 변환시키는 효소가 내포되어 있다.

과산화수소의 분해 과정에서는 물과 산소만 생성됨으로 굉장히 친환경적인 반응이다. 이 물질의 분해반응이 발열과정이며, 이 반응이 빠른 속도로 진행되면 수용액을 끓는점까지 가열할 수 있다.

이와같은 다양한 자료들을 관찰·분석·정리하면 투구벌레의 생태계로부터도 인간의 삶에 유익하면서 친환경적인 응용분야가 탄생할 것이다.

그 동안 몇몇 과학자들은 홍합을 이용한 접착제 개발 연구를 진행하고 있었다. 여기에서 자극을 받은 국내의 한 화학공학자는 이 홍합의 생태계로부터 얻은 관찰 결과를 이용하여 초강력 접착제를 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다. '홍합은 바위에 들러붙을 때 실 모양의 족사(足絲)를 내뿜는다'는 관찰 결과를 실생활에 유익한 물질로 환원시킨 것이다.

이번 여름방학에는 자녀들과 함께 가족 단위로 산과 바다에서 '고갈되지 않는 에너지와 아이디어의 보고'인 자연에서 호흡하며 호연지기의 기상을 배우고, 미래 과학자의 꿈이 영글어 가는 소리를 듣는 기회가 되었으면 한다. <제주대학교 화학과 교수>