(Photographs of C. inaequalis nest cells collected from the same aggregation at various times throughout the year. The top row depicts the exterior of the nest cell before it is opened. The bottom row depicts the individual C. inaequalis contained within the nest cell at each time, highlighting the change in life cycle stage (egg, larva, adult) over time. Credit: Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2607098123)
전 세계 연간 플라스틱 생산량은 이미 4억 톤을 넘어선 상태입니다. 생산된 플라스틱의 대부분은 결국 소각되거나 매립되는데, 오히려 이렇게 처리되는 물량은 양반인 편이고 진짜 문제는 아무렇게나 버려져서물과 토양을 오염시키는 경우입니다. 플라스틱은 썩지 않는 쓰레기이지만, 작게 조각날 순 있어서 미세 플라스틱이 되어 더 골치 아픈 환경 문제가 됩니다. 여기에 화석 연료를 원료로 하는 점 역시 온실가스 배출 같은 또 다른 문제를 일으킵니다.
따라서 과학자들은 자연에서 쉽게 분해되면서도 현재 사용하는 플라스틱처럼 가볍고 쉽게 가공할 수 있는 대체 소재를 찾기 위해 노력하고 있습니다. 다양한 생물학적 소재가 연구된 가운데 미네소타 대학의 조나단 코테 (Jonathan P. Coote, Department of Chemical Engineering and Materials Science, University of Minnesota)와 동료들은 벌이 벌집을 만드는데 사용하는 천연 플라스틱 소재에 주목했습나다.
미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표한 연구에서 연구팀은 '셀로판벌'이라는 뜻의 콜레테스 이나에쿠알리스(Colletes inaequalis)라는 벌을 연구했습니다. 50년 전 보고된 콜레테스는 땅속 둥지 안쪽을 천연 폴리에스터(polyester)와 실크로 만들어진 유연하고 반투명한 물질로 덮고 있었습니다. 이 물질은 벌침에 연결된 뒤푸르샘(Dufour's gland)이라는 특수한 분비샘에서 생성됩니다. 흥미로운 점은 이 벌집 안쪽 물질이 시간이 지나도 둥지 주변에 축적되지 않는다는 것이었습니다. 다시 말해 천연 폴리에스터가 빠르게 분해된다는 것입니다.
폴리에스터는 얇게 섬유로 뽑아내 합성 섬유로 제조하는 대표적인 플라스틱으로 옷에 주로 사용됩니다. 그런 만큼 세탁 시 환경으로 배출되어 많은 양의 미세 플라스틱을 만드는 물질입니다. 이렇게 환경으로 유출된 폴리에스터는 오랜 시간 썩지 않는 플라스틱 쓰레기가 됩니다.
하지만 콜레테스 둥지에서는 폴리에스터 쓰레기를 찾아볼 수 없었습니다. 이 속의 벌들은 하나의 큰 벌집 대신 매년 10,000개 이상의 개별 둥지로 구성된 집단에 둥지를 틀며, 자식들이 수십 년 동안 매년 같은 집단으로 돌아와 땅속에 새로운 둥지를 짓습니다. 이는 놀라운 특징이 아닐 수 없습니다.
연구팀은 그 이유를 알기 위해 연구에 착수했습니다. 연구팀은 새로 만든 벌집 재료를 대상으로 화학 분석, 열 측정, 현미경 관찰, X선 산란 분석을 실시한 후, 4개월, 7개월, 11개월 후에 다시 분석을 진행하여 분해 속도를 측정했습니다. 모든 재료는 동일한 장소에서 채취했습니다.
분석 결과 벌집 소재는 단기간에 놀라운 분해 속도를 보였습니다. 자연 토양에서 폴리에스터 안감의 양은 4개월 만에 둥지 무게의 73%에서 40%로 감소했습니다. 7개월 후에는 안감에 눈에 띄는 균열이 생겼고, 11개월 후에는 부서지기 쉬워졌습니다. 하지만 빠른 분해 속도에도 불구하고, 이 소재는 초기에는 매우 유연하여 접거나 구겨도 원래 형태를 쉽게 유지했습니다. 따라서 단시간에 사용하고 버려지는 일회용 플라스틱의 대안으로 매우 유용한 모델이 될 수 있습니다.
연구진은 해당 소재가 왜 그렇게 빨리 분해되는지 확실한 답은 얻지 못했습니다. 다만 이번 분석을 통해 몇 가지 단서를 얻었습니다. 예를 들어 성분 분석 결과 새로 제조된 폴리에스터의 약 60%가 결정 구조를 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 일반적인 결정 구조는 분해에 대한 저항성을 높이는 것으로 알려져 있지만, 벌집 소재는 다른 방향으로 작용하는 것으로 나타났습니다.
물론 그렇다고 벌에서 폴리에스터를 산업적인 규모로 추출할 순 없기 때문에 이 구조를 알아내서 쉽게 분해되면서 쓰기 편리한 생분해성 플라스틱 개발에 활용해야 할 것입니다. 과연 여기서 먼거 돌파구가 나올 수 있을지 주목됩니다.
참고
Jonathan P. Coote et al., Rapid soil degradation of a cross-linked, semicrystalline polyethylene-like polyester produced by Colletes bees, Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2607098123
Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences
https://phys.org/news/2026-11-bee-linings-plastics-soil.html
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