화장실에서 한 실험으로 장학금 40만 대만달러 받아
쉬이천은 집에서 바퀴벌레 100마리가 넘게 키우며 연구의 상당 부분을 가족 화장실에서 진행했다. 그가 던진 질문은 독특했다. 신체 부위가 제거된 뒤에도 곤충은 그 부위를 계속 청소하려 할까?
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타이베이시립 중산여고 학생인 쉬는 머리나 더듬이가 없는 바퀴벌레도 해당 부위가 있던 곳을 향해 동작을 맞춰 몸을 다듬는다는 사실을 발견했다. 이 관찰로 쉬는 2026년 11월 7일 열린 제25회 매크로닉스 과학상에서 금상 2개 가운데 하나를 받았으며, 장학금 40만 대만달러도 수여받았다.
다른 금상은 치아이 고등학교 학생 쉬웨이청과 투청훙에게 돌아갔다. 이들은 물벼룩새우가 헤엄칠 때 수면의 형태가 어떻게 달라지는지 조사했다. 구피에게 먹일 생먹이에서 출발한 이 연구는 양식 환경을 모니터링하는 데 도움이 될 수 있는 연구로 발전했다.
두 수상작은 168개 학교에서 참가한 800여 팀 가운데 선정됐다. 두 연구는 익숙한 동물을 세심히 관찰하면 움직임을 조율하는 신경과 물의 흐름을 형성하는 힘이라는 매우 다른 두 체계에 관한 질문으로 이어질 수 있음을 보여준다.
바퀴벌레가 계속한 행동
쉬는 미국바퀴를 연구 대상으로 삼아 움직임을 영상으로 촬영하고 정량 분석해 동작 모델을 만들었다. 곤충을 촬영해 직접 관찰하다 포착한 모습에만 의존하지 않고 행동이 어떻게 달라지는지 살펴봤다.
바퀴벌레는 몸을 깨끗하게 유지하기 위해 정기적으로 몸을 다듬는다. 쉬는 머리나 더듬이를 제거한 뒤에도 곤충들이 사라진 부위를 향해 몸을 다듬는 동작을 할 수 있음을 관찰했다. 머리가 없는 바퀴벌레는 등을 활처럼 구부리고 뒷다리를 머리가 있던 자리 쪽으로 앞으로 움직이기도 했다.
쉬가 이 행동에 주목한 이유는 여러 신체 부위의 움직임이 조화를 이뤘기 때문이다. 몸의 여러 부위가 특정 위치를 청소할 때 나타나는 패턴으로 움직였다. 쉬는 이 행동이 이전의 감각 경험을 바탕으로 하며, 신경계가 신체 부위가 있었던 위치에 관한 정보를 간직하고 있음을 보여준다고 해석했다.
「머리 없는 바퀴벌레에도 환상지가 있을까? 바퀴벌레의 몸 다듬기 행동을 통해 신경망 이론의 특성 탐구」라는 제목의 연구는 이 행동을 활용해 동물의 신경계가 움직임 패턴을 어떻게 저장하고 실행하는지 조사했다.
머리 없이도 움직임이 이어지는 이유
쉬의 설명은 흉부 신경절이라는 구조에 초점을 맞췄다. 신경절은 신경세포가 모인 덩어리다. 흉부 신경절은 곤충의 몸 가운데 부분인 흉부에 있으며, 다리가 이곳에 붙어 있다.
곤충의 신경계는 일부 조절 기능을 이런 신경절에 분산한다. 따라서 머리에 있는 뇌 신경절은 몸의 다른 곳에 있는 신경 중추와 함께 작동한다. 쉬는 관찰을 바탕으로 몸을 다듬는 행동을 지시하는 기제의 일부가 흉부 신경절에 있다고 추론했다.
쉬는 이 기제를 중앙 패턴 발생기라고 설명했다. 쉽게 말해, 이는 반복적인 움직임의 순서를 조직할 수 있는 신경세포망이다. 다리를 움직일 때마다 일일이 새 지시를 내릴 필요 없이, 이 신경망이 조화로운 동작 패턴을 만들어내는 데 도움을 줄 수 있다.
머리 없는 곤충이 등을 구부리고 다리를 앞으로 움직인다는 점에서 쉬는 일부 몸 다듬기 패턴이 뇌 신경절 없이도 시작될 수 있다고 제안했다. 그의 결론은 바퀴벌레의 신경계에서 해당 움직임의 조절 기능이 어떻게 분산돼 있는지에 관한 것이다.
연구에서 환상지를 언급한 이유
사람의 환상지 경험은 더 이상 존재하지 않는 팔다리와 관련된 감각을 일컫는다. 쉬는 이 개념을 관찰 가능한 행동에 빗대 적용했다. 바퀴벌레가 신체 부위가 있던 자리를 다듬는 행동이다.
쉬의 해석에는 고유수용감각도 포함됐다. 고유수용감각은 동물이 신체 부위의 위치를 파악하도록 돕는 감각이다. 사람은 팔을 보지 않고 움직일 때 이 감각을 사용한다. 바퀴벌레는 다리와 몸의 위치에 관한 정보를 바탕으로 몸을 다듬는 동작을 조율한다.
쉬는 흉부 신경절이 이 감각과 연관된 공간적 관계를 기억한다고 추론했다. 쉽게 말하면 신경망이 몸의 작동 지도를 간직하고 있어, 몸을 다듬는 동작을 계속 향하게 할 수 있는 위치까지 포함하는 것으로 보였다는 것이다.
쉬는 이 해석을 신경세포망이 신체의 내부 표상에 기여하는 방식을 설명하는 신경망 이론과 연결했다. 공개된 설명에는 영상 촬영과 정량 분석이 언급됐지만, 전체 실험 방법과 총 표본 수, 실험 집단별 곤충 수, 대조군 또는 통계 결과는 제시되지 않았다.
독특한 실험을 진행한 학생
쉬는 대부분의 실험을 집 화장실에서 진행했다. 바퀴벌레를 많이 키우고 관찰하는 일이 일상의 일부가 됐다. 그는 연구 기간을 좋은 추억으로 떠올리며 앞으로 기초 연구를 더 하고 싶다고 말했다.
중산여고 금상 수상자 쉬는 연구 동물에 대한 애정을 짧은 말로 표현했다. 중국어 발언을 번역하면 다음과 같다.
정말 귀여워요.
다만 냄새에 대해서는 그다지 호의적이지 않았다. 그의 발언은 많은 사람이 꺼리는 동물을 세밀하게 관찰한 연구에 개인적인 면모를 더했다.
과학적 과제는 이런 관찰을 체계적으로 살펴볼 수 있는 연구로 발전시키는 것이었다. 영상을 촬영하고 움직임을 측정함으로써 뜻밖의 행동을 발견하는 데서 그 행동을 일으키는 신경 회로에 관한 설명을 제시하는 단계로 나아갈 수 있었다.
물벼룩새우가 보여준 수면의 변화
치아이 고등학교 학생 쉬웨이청과 투청훙의 연구는 어린 구피에게 먹이를 주는 일에서 출발했다. 생먹이로 쓰이는 물벼룩새우를 어항에 넣자 빛 아래로 모였고, 이를 본 학생들은 빛을 향한 움직임을 조사했다.
이 반응은 주광성이라고 한다. 빛을 향하거나 빛에서 멀어지는 움직임을 뜻한다. 연구팀은 빛을 향해 헤엄치는 새우 무리가 주변 물을 어떻게 움직이고 수면을 어떻게 바꾸는지 살펴봤다.
학생들은 현미경으로 물의 흐름과 메니스커스의 변형을 관찰했다. 메니스커스는 액체의 곡면으로, 물이 용기 벽과 만나는 지점에서 수면이 살짝 올라가거나 내려가는 모습으로 볼 수 있다.
학생들은 새우의 활동과 수면의 형태 사이에 관계가 있음을 발견했다. 또한 빛이 밝을수록, 새우 수가 많을수록 수면을 아래로 누르는 압력이 작아지는 경향이 있다고 보고했다.
투는 온도가 낮아지면 새우의 활동이 줄고, 그에 따라 메니스커스도 달라진다고 말했다. 이 연구는 환경 조건과 동물의 움직임, 그 위에 있는 물의 형태라는 세 가지 관찰 요소를 연결했다.
새우 연구가 어민에게 도움이 될까?
치아이 연구팀은 이번 연구 결과가 양식 모니터링에 도움이 되기를 바라고 있다. 제안된 접근법은 수면의 변화를 주변 환경을 살펴볼 필요가 있다는 신호로 활용하는 것이다.
양식업자에게 실용적인 가치는 좋지 않은 사육 환경을 더 일찍 경고하는 데 있다. 이 연구는 수질 변화나 용존산소량의 이상을 모니터링하는 가능성을 제시했다. 용존산소는 물속 동물이 호흡에 사용하는 산소다.
온도 실험은 제안된 연쇄 과정의 구체적인 사례다. 기온이 낮아지면 새우의 활동이 줄고, 달라진 수영 동작이 물의 흐름을 바꾸며, 수면의 형태도 달라진다. 이 관계를 활용한 모니터링 시스템은 작은 생물학적 반응을 더 쉽게 알아차리는 것을 목표로 한다.
따라서 두 금상 수상작은 모두 움직임을 정보로 활용했다. 쉬는 다리의 움직임을 연구해 신경 조절을 살폈고, 치아이 학생들은 수영과 물의 움직임을 연구해 동물의 환경을 조사했다. 각 수상작에는 40만 대만달러의 장학금이 수여돼 금상 2개의 장학금 총액은 80만 대만달러에 달했다.
열차 바람과 안개 포집을 연구한 학생들
국립대만사범대 부속고 학생 리멍저는 지하철로 통학하며 느낀 바람에서 영감을 얻었다. 그의 연구는 열차 피스톤 효과를 다뤘다. 달리는 열차가 밀폐된 터널 안의 공기를 밀어내는 현상이다.
교사 리보한과 함께 타이베이 지하철 당국의 허가를 받아 기류와 풍속을 측정했다. 그는 수직형 풍력 터빈으로 에너지 일부를 포집하는 방안을 제안했다. 예비 추산에 따르면 한 역에서 얻을 수 있는 전력은 휴대용 보조배터리 300개를 하루에 완전히 충전할 만큼이었다. 이 연구는 우수상을 받았다.
은상은 안개를 모으는 곤충의 등에 난 돌기와 고사리의 홈에서 아이디어를 얻은 화롄 고등학교 연구팀이 받았다. 학생들은 3D 프린팅으로 안개에서 물방울을 포집하도록 설계한 패널을 제작했다.
연구팀은 실험에서 상용 안개 포집망보다 더 많은 물을 모았다고 보고했다. 열차 바람 연구와 마찬가지로, 이 연구도 학생들이 관찰할 수 있는 물리적 현상에서 출발해 실용적인 활용 방안을 탐구했다.
교사와 학교에도 돌아간 인정
화롄 고등학교, 국립대만사범대 부속고, 리산 고등학교, 치아이 고등학교 등 4개 학교가 학교상을 받았다. 트로피는 후퉁민 작가가 제작했다.
교사 특별공헌상은 우수쉬, 양천저, 리보한에게 돌아갔다. 리보한은 학생 연구팀 122개를 대회에 참여시킨 공로로 두 번째 수상의 영예를 안았다. 개별 학생 연구 뒤에 꾸준한 교육 활동이 있음을 보여주는 사례다.
류궈웨이 교육부 차관은 올해 일반계 고등학교뿐 아니라 기술계 고등학교와 해외 대만 학교에서도 참가했다고 말했다. 그는 이 대회가 학생들이 연구 역량을 보여주고 대학이 인재를 발굴하는 장이라고 설명했다.
류 차관은 과학 교육을 대만의 우수 청년 인재 유치 노력과도 연결했다. 학업과 연구부터 취업과 창업까지 기회를 넓히기 위해 정부와 대학, 산업계가 협력해야 한다고 강조했다.
우청원 국가과학기술위원회 주임위원은 녹화 발언을 통해 실용적인 실험과 창의성을 장려했다. 우민추 매크로닉스 교육재단 이사장은 재단이 과학 인재를 계속 지원하겠다고 밝히며, 반도체 기술이 사람을 보호하고 돕는 의료 제품 개발에 기여하기를 바란다고 말했다.
핵심 내용
- 쉬이천은 머리나 더듬이를 제거한 뒤에도 나타나는 바퀴벌레의 몸 다듬기 동작을 연구해 제25회 매크로닉스 과학상 금상을 받았다.
- 그의 관찰에 따르면 흉부 신경망이 공간 정보를 간직하고 뇌 신경절 없이도 몸을 다듬는 동작을 조율할 수 있다.
- 치아이 학생 쉬웨이청과 투청훙은 물벼룩새우의 수영과 수면 변화의 관계를 연구해 다른 금상을 공동 수상했다.
- 두 수상작은 2026년 11월 7일 시상식에서 각각 40만 대만달러를 받았다.
- 168개 학교에서 800여 팀이 참가했다. 그 밖에도 지하철 기류를 활용한 발전과 안개에서 물을 모으는 연구가 주목받았다.
