오징어의 마법? 투명에서 무지개색으로 ― 오징어의 '순간 변신 셀'이 여는 빛의 미래

1. 인트로덕션──심해의 드레스 코드

　오징어는 고금동서의 해양 생물 중에서도 특히 "변신"이 능숙한 생물이다. 위험을 감지하면 순간적으로 투명해져 포식자의 눈을 속인다. 동료와 소통할 때나 구애 행동 시에는 무지개빛 파동이 피부를 가로지르며 색채 패턴으로 메시지를 주고받는다. 그 무대 뒤에는 두 종류의 발색 시스템이 있다. 하나는 노랑, 빨강, 검정 등의 색소를 포함한 "크로마토포어" (색소낭)이고, 다른 하나는 빛의 간섭을 이용해 색을 내는 "이리도포어" (구조색 세포)이다. 본 기사에서는 이리도포어에 숨겨진 나노스케일 구조를 세계 최초로 3D로 해명하고, 그 지식을 바탕으로 다기능 포토닉 필름을 시제품화한 최신 연구를 SNS 반응과 함께 자세히 소개한다.

2. 연구의 배경──"리플렉틴"이라는 신비로운 단백질

　이리도포어 내부에는 "리플렉틴(reflectin)"이라 불리는 특수한 단백질이 고밀도로 존재한다. 리플렉틴은 1950년대에 그 존재가 보고된 이후, 오징어나 갑오징어, 문어 등 일부 두족류에서만 발견된 희귀한 분자이다. 분자 표면에 양쪽 전하를 가지고 있으며, 인산화나 pH의 변화에 따라 자기 집합 상태가 역동적으로 변한다 ── 이것이 "순간 변색"의 메커니즘에 관여하고 있다고 추측되어 왔다. 그러나 실제로 세포 내에서 어떤 입체 구조를 취하고, 어떤 물리 법칙으로 빛을 조작하고 있는지는 오랫동안 "블랙박스"였다.

3. 접근법──3D 홀로토모그래피로 세포를 통째로 촬영

　이번에 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스(UCI)와 우즈홀 해양생물학 연구소(MBL)의 공동 팀은 저조도 정량 위상 현미경(3D 홀로토모그래피)을 채택했다. 이는 생세포에 강한 형광 색소를 넣지 않아도, 굴절률의 차이를 바탕으로 내부 구조를 나노스케일로 재구축할 수 있는 기술이다. 연구자들은 살아있는 캘리포니아 오징어(Doryteuthis pealeii)의 피부 조각을 채취하여 3차원 데이터 세트를 하나의 싱글 볼륨당 몇 초 만에 획득했다. 이를 통해 "리플렉틴 판"이 어떻게 적층되어 있는지가 손에 잡힐 듯이 알 수 있었다.

4. 발견──나선형으로 적층된 "가동 브래그 거울"

　분석 결과, 리플렉틴은 판 형태가 아니라 "나노칼럼"이 완만한 나선(헬리컬)을 그리며 쌓이는 전례 없는 구조를 취하고 있었다. 각 칼럼의 폭은 200〜400nm, 말려 올라가는 피치는 평균 1.5μm. 굴절률은 리플렉틴이 1.46, 물이 1.33으로 콘트라스트가 높아, 이것이 사인파 형태로 변화함으로써 "브래그 반사"가 일어난다. 오징어가 신경 자극을 받으면, 리플렉틴의 인산화도가 변화→전하 균형이 무너짐→칼럼 간의 삼투압이 변화→판 간 거리(d)가 수축. 불과 몇 밀리초 만에 "d값"이 가역적으로 가변하며, 반사 피크가 가시광 영역(파랑〜빨강)에서 근적외선 영역까지 이동한다. 바로 생체가 만들어낸 "가동 브래그 거울"이라고 할 수 있다.

5. 바이오미메틱 소재화──신축으로 색도 적외선도 변하는 필름

　구조 해명으로 끝나지 않는 것이 이번 연구의 재미있는 점이다. 팀은 리플렉틴 유전자를 대장균에서 대량 발현시켜, 추출 단백질을 폴리이미드 기재에 자기 집합시켜 나노칼럼을 재현했다. 또한 은의 극박 메탈 층을 10nm 간격으로 삽입하여 적외선 방사의 제어성을 부여했다. 시제품 필름은 두께 80μm로 유연하며, 늘리면 녹색→주황→빨강으로 그라데이션 변화하고, 표면 온도를 올리면 적외선 방출이 최대 40% 감소한다. 접고 펴기 2000회 시험에서도 포토닉 특성은 거의 유지되었다.

6. 응용 분야──군사·환경·의료까지 확장되는 잠재력

방위 위장
　가시광·근적외선·열 방사의 세 영역을 동시에 제어할 수 있어, 기존에 별도의 소재로 충당하던 "색 위장"과 "열 위장"을 한 장의 천으로 달성할 수 있다. DARPA는 이미 파일럿 프로그램을 시작하여, 2027년 필드 테스트를 예정하고 있다.

웨어러블 온도 조절 의류
　야외 작업자나 운동선수를 위해, 기온 상승 시에는 알베도를 높여 적외선 방사를 억제하고, 한랭 시에는 반대로 방사율을 높이는 "패시브 에어컨 의류" 개발이 진행 중이다. 시산에서는 에어컨 사용 에너지를 도시 전체에서 6〜12% 절감할 수 있는 가능성이 있다.

생체 센서
　압력이나 신축으로 리플렉틴 칼럼 간 거리가 변하는 특성을 이용해, 피부 부착형 스트레인 게이지로서 혈압 변동이나 호흡 패턴을 실시간으로 분석. 광학식이므로 전자기 노이즈의 영향을 받기 어렵다.

포토닉스 기기
　가변 브래그 반사를 마이크로 캐비티 레이저의 공진 미러에 응용하여, 파장 가변 레이저를 유지보수 없이 구축하는 연구가 시작되었다. 광섬유 내부에 코팅하면, 외부 자기장이나 온도로 파장이 변하는 "인라인 센서"도 기대된다.

7. SNS의 반향──"SF가 현실에 가까워졌다"

　연구가 미국 Science지에 게재되자마자, *X(구 Twitter)*에서는 "#SquidSkinTech"가 트렌드에 올랐다. 기술계 인플루언서 @The_Tradesman1이 게시한 해설 스레드는 48시간 만에 3.1만 RT, 1.2만 좋아요를 기록했다. 댓글란에는 "일론 머스크는 이것을 Starship의 외벽에 붙여야 한다"는 농담부터 "광학 위장 유니폼이 실현되면 취재 현장은 어떻게 될까?"라는 보도 현장의 당혹감까지, 다양한 목소리가 모였다.

　Reddit의 r/science에서는, 톱 댓글이 "Reflectin? It's reflecting more than light; it's reflecting my insecurities about camouflage tech!"라는 말장난으로 5만 업보트를 넘었다. 엔지니어링 중심의 토론 스레드에서는 "롤to롤식 제조 프로세스의 처리량을 어떻게 높일 것인가", "자기 집합 시간을 ms→μs로 단축할 수 없는가" 등, 구현 면의 깊이 있는 논의가 활발하다.

8. 전문가의 시각──색채 생물학과 포토닉스의 교차점

　매사추세츠 공과대학교(MIT) 미디어랩의 레일라 델라비 부교수는 "동물 색채학과 재료 과학이 이렇게까지 접근한 전례는 거의 없다. 다음 단계는 크로마토포어와 이리도포어가 신경계에서 어떻게 협조하여 역동적인 무늬를 그려내는지를 실시간으로 관찰하는 것"이라고 말했다. 또한, 스탠포드 대학교 응용물리학과의 마리오 아론 교수는 "자기 집합 폴리펩타이드 소재로서의 리플렉틴은 희귀 금속이 필요 없고 지속 가능하다. 실리콘 포토닉스와 결합하면, CO₂ 배출을 크게 줄이면서 차세대 데이터 통신의 광 스위치로 기능할 잠재력을 지니고 있다"고 말했다.

9. 상업화로의 로드맵──양산·비용·규제

　현재의 연구 시제품 라인에서는, 1제곱미터당 약 120달러로 비싸지만, DARPA 및 미 공군의 지원으로, 스텐실 인쇄＋플라즈마 중합을 결합한 롤to롤 생산 설비가 2026년 말에 가동 예정. 양산이 진행되면 2028년에는 15달러/㎡까지 하락할 것으로 추산된다. 규제 면에서는 생체 유래 단백질을 포함하므로, 바이오해저드 등급을 클리어하는 공급망 인증이 필요하다. 또한, 수출 규제(ITAR)가 적용될 가능성이 있어, 국내외 공동 개발에서는 라이선스·투명성이 필수적이다.

10. 결론──"바다의 마법"이 엮어내는 빛의 미래

　오징어의 피부에 숨겨져 있던 것은, 마치 살아있는 마이크로 머신 같은 "가동 브래그 거울"이었다. 동물 행동학이라는 기초 과학의 세렌디피티가, 군사 위장이나 에너지 효율화, 의료 센서, 나아가 통신 포토닉스까지 응용 범위를 한꺼번에 열어준다. 해양 생물이 수천만 년에 걸쳐 진화시킨 "순간 변색"이라는 생존 기술은, 기후 위기와 자원 고갈에 직면한 인류에게 있어, 바로 미래를 비추는 힌트가 될 것이다. 다음에 변하는 것은, 오징어의 색이 아니라, 우리 생활 전체일지도 모른다.

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