과학자들은 오랫동안 꿀벌이 최소한의 건축 자재(밀랍)로 가장 많은 양의 꿀을 저장하기 위해 벌통을 육각형 셀(cell)로 만든다고 믿었습니다. 그러나 꿀벌의 뇌가 모래알만한 크기에 불과한데 어떻게 그런 기하학적 정밀도로 육각형 벌집을 만들 수 있을까요?
꿀벌의 건축술을 알아보면, 우선 꿀벌은 복부 아래에 있는 4쌍의 땀샘을 통해 밀랍(wax)을 분비합니다. 2004년에 남아프리카공화국 프리토리아 대학의 곤충학자인 크리스티안 퍼크(Christian Pirk) 박사는 꿀벌이 짓고 있는 벌집 내부에서 밀랍의 온도가 활동이 없는 구조에서 보다 8℃가 더 따뜻하다는 사실을 발견했습니다.
이러한 온도 상승을 만들기 위해 꿀벌은 비행 근육을 날개에서 분리하고 근육을 진동시켜 열을 생성합니다. 발생한 열은 밀랍을 38℃ 이상의 온도로 가열하여 점도를 낮추고 성형하기 쉽게 만듭니다.
그러나 꿀벌이 6개의 깔끔한 모양의 육각형 벽을 조각하지는 않습니다. 퍼크 박사는 벌통에 연기를 피워 꿀벌의 집짓기를 방해하면서 이러한 사실을 발견했습니다. 그는 수지(resin) 튜브를 만들어 실험한 결과 더 따뜻하고 신선한 셀이 실제로는 둥근 원통(cylinder) 모양을 하는 반면, 더 오래되고 차가운 셀은 예상대로 육각형 프리즘을 형성한다는 사실도 알게 되었습니다. 결국 벌집은 원통이 식으면서 육각형으로 변하게 됩니다. (작년 12월 2일 미국 퍼듀 대학의 니킬레쉬 촐라(Nikhilesh Chawla) 교수가 벌집 셀이 실제로는 직선형 패널로 구성되어 있다는 새로운 분석을 내놓았지만 아직까지 정설로 인정받지는 못한 상태입니다.)
먼저 이를 이해하기 위해 비누 거품과 관련된 유사한 현상을 살펴보겠습니다. 비누 거품은 두 개의 구형 기포가 만나면 평평한 벽에서 합류하게 됩니다. 세 번째 기포가 추가되면 두 개의 벽이 추가적으로 형성되어 한 개의 벽이 각각의 기포쌍을 분리합니다. 세 개의 벽은 세 개의 동일한 120도 각도를 가진 일종의 Y자 모양으로 빠르게 재정렬하게 됩니다.
표면 장력을 발견한 벨기에 물리학자 조셉 플라튜(Joseph Plateau)에 따르면 거품 벽은 120도를 형성하는데, 이 각도에서 벽 표면 장력이 모두 균형을 이루기 때문입니다. 그리고 일련의 120도 각도가 결국 자체적으로 체결되면서 완벽한 육각형을 형성합니다. 따라서 더 많은 거품이 추가되고 더 많은 벽이 120도 각도로 균형을 이루면 별도의 거품 배열이 촘촘하게 채워진 육각형 격자들이 만들어집니다.
벌집 밀랍에서도 유사한 효과가 발생합니다. 벌통 안에서 꿀벌은 일하고, 분비하고, 포장하고, 진동합니다. 이 모든 행동으로 꿀벌은 부드럽고 따뜻한 밀랍 안에서 속이 빈 원통을 형성합니다. 기본적으로 꿀벌이 드나들 수 있는 터널인 셈입니다. 그곳을 꿀벌이 떠나면 냉각과정이 시작되고, 밀랍이 식으면서 표면 장력이 재조정되며 구조가 육각형 모양으로 조여지게 됩니다. 그러면서 비눗방울처럼 120도 각도가 형성되어 기계적으로 안정된 구조를 만듭니다.
공간 효율적이고 강한 육각형 벌집 구조를 통해, 우리 인간이 보다 효율적이고 지속가능한 건축을 위한 꿀벌의 지혜로운 건축술을 배울 수 있지 않을까요?
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