누에나방
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1. 개요
누에나방은 뽕나무 잎을 먹고 자라 고치를 만들어 비단을 생산하는 곤충이다. 누에의 사육은 5,000년 이상 전 중국에서 시작되었으며, 한국과 일본 등 동아시아 지역에 양잠 기술이 전파되었다. 누에나방은 알, 유충, 번데기, 성충의 단계를 거치며, 유충은 뽕잎을 먹고 자라 고치를 짓는다. 고치는 비단실로 만들어지며, 실크 생산에 이용된다.
누에나방은 머스카딘병, 핵다각체병, 페브린병 등 다양한 질병에 취약하며, 품종 개량을 통해 생산성을 향상시키려는 노력이 이루어지고 있다. 유전체 연구를 통해 유전자 조작을 통한 약물 생산 등 다양한 연구가 진행 중이다. 누에나방의 번데기는 식용으로 사용되며, 한의학에서는 약재로도 활용된다. 또한, 누에나방은 문화적으로도 다양한 신화와 설화에 등장하며, 비단 생산과 관련된 중요한 역할을 해왔다.
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| 누에나방 - [생물]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
 | |
| 학명 | Bombyx mori |
| 명명자 | Linnaeus, 1758 |
| 이명 | Phalaena mori Linnaeus, 1758 Bombyx arracanensis Moore & Hutton, 1862 Bombyx brunnea Grünberg, 1911 Bombyx croesi Moore & Hutton, 1862 Bombyx fortunatus Moore & Hutton, 1862 Bombyx meridionalis Wood-Mason, 1886 Bombyx sinensis Moore & Hutton, 1862 Bombyx textor Moore & Hutton, 1862 |
| 영어 이름 | Silk moth Silkworm |
| 일본어 이름 | カイコガ (蚕蛾) |
| 생물학적 분류 | |
| 계 | 동물계 |
| 문 | 절지동물문 |
| 강 | 곤충강 |
| 목 | 나비목 |
| 상과 | 누에나방상과 |
| 과 | 누에나방과 |
| 아과 | 카이코가아과 |
| 속 | 카이코가속 |
| 특징 | |
| 용도 | 주로 실크 생산에 사용됨 |
2. 역사
중국 신화에는 황제의 아내이자 서릉씨(西陵氏)로 알려진 고대 여제 뇌조가 누에와 비단을 발견했다는 전설이 전해진다. 이야기에 따르면, 뇌조가 나무 아래에서 차를 마시던 중 누에고치가 찻잔에 떨어졌고, 이를 꺼내면서 우연히 비단실을 풀게 되었다고 한다. 그녀는 이 애벌레가 비단의 원천임을 깨닫고 사람들에게 누에 치는 법을 가르쳤다고 전해진다.
중국은 비단 제조 기술을 오랫동안 비밀로 유지하려 했으나, 기술은 점차 다른 지역으로 퍼져나갔다. 한 이야기에 따르면, 호탄의 왕자에게 시집간 중국 공주가 머리카락 속에 누에 알을 숨겨 중앙아시아의 오아시스 지역으로 가져갔다고 한다. 이 사건은 대략 서기 1세기 전반기에 일어난 것으로 추정된다.[38] 또한, 서기 550년경에는 네스토리우스파 기독교 수도사들이 속이 빈 지팡이 안에 누에 알을 숨겨 중국에서 비잔틴 제국으로 밀반출하여 서양에 비단 기술을 전파했다고 알려져 있다.
2. 1. 세계의 양잠 역사
양잠은 적어도 5000년의 역사를 가지고 있다.[43] 중국의 전설에 따르면 황제의 후비인 서릉씨가 정원에서 고치를 만드는 곤충을 발견하고 황제에게 졸라 기르기 시작했다고 한다.누에의 조상은 동아시아에 서식하는 뽕나무산누에나방(''Bombyx mandarina'')이며, 중국 대륙에서 가축화되었다는 설이 유력하다.[44][41] 누에와 뽕나무산누에나방은 서로 가까운 종이지만 다른 종으로 여겨진다. 이 둘의 교잡종은 생식 능력을 가지며 사육 환경에서는 생존하고 번식할 수 있는 것으로 알려져 있지만, 야생 상태에서 교잡종이 발견된 기록은 없다.[41] 한편 뽕나무산누에나방은 누에와 습성이 상당히 달라서 야행성으로 활발하게 활동하고[45] 군집 생활을 하지 않는다. 뽕나무산누에나방을 사육하여 실을 얻는 것은 가능하지만 쉽지 않으며[46], 오히려 같은 과에 속하지만 누에와는 다른 곤충인 산누에나방이 실을 얻기 위해 이용되기도 한다.
하지만 5000년 이상 전에 인간이 어떻게 뽕나무산누에나방을 길들여 누에를 만들었는지는 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 이 때문에 누에의 조상이 뽕나무산누에나방과 가까운 종이기는 하지만, 현재 알려지지 않은 다른 곤충일 것이라는 설[47]도 있다. 그러나 미토콘드리아 DNA 정보[48][49][50][51][52]와 전체 게놈 정보를 바탕으로 계통수를 분석한 결과, 누에는 뽕나무산누에나방의 분기군(클레이드)에 속하는 것으로 나타나, 앞서 언급된 다른 조상 가설은 지지받지 못하고 있다.
3. 생태 및 생활사
누에나방은 견사 생산(양잠)을 위해 야생 산누에나방을 가축화한 곤충으로, 가잠(家蠶)이라고도 불린다. 야생 동물로서는 생존하지 않으며, 인간의 관리 없이는 살아갈 수 없는 유일한 가축화 동물로 알려져 있다.[40] 누에나방은 야생 회귀 능력을 완전히 잃어, 야외의 뽕나무에 놓아도 먹이인 뽕나무 잎을 찾지 못하고 굶어죽거나, 눈에 띄는 흰 체색 때문에 쉽게 포식된다. 또한 배다리의 힘이 약해 쉽게 떨어져 죽는다.[41] 성충 역시 날개는 있지만 몸집이 크고 비행에 필요한 근육이 퇴화하여 날갯짓은 가능하나 실제 비행은 거의 불가능하다.[41] 그 외에 가축화된 곤충으로는 꿀벌(양봉), 귀뚜라미(식용), 무당벌레(천적 제제) 등이 있다.
누에나방은 알, 애벌레(유충), 번데기, 성충(나방)의 단계를 거치는 완전변태를 하는 곤충이다. 알에서 부화한 유충(누에)은 약 3mm 크기로 검은색을 띤다. 누에는 뽕잎을 먹으며 성장하고, 4번의 잠(탈피 준비를 위한 활동 정지기)을 자고 5령 애벌레가 되면 몸길이가 8cm 정도로 커진다. 알에서 부화하여 5령 말까지의 유충 기간은 보통 20일 내외이다. 5령 말이 되면 뽕잎 먹는 것을 멈추고 약 60시간에 걸쳐 2.5g 정도의 고치를 만든다. 고치를 지은 후 약 70시간이 지나면 고치 속에서 번데기가 되며, 번데기 상태로 12일에서 16일 정도 지나면 나방으로 우화한다. 성충이 된 나방은 알칼리성 용액을 분비하여 고치의 한쪽 끝을 녹여 뚫고 나온다.[77] 성충은 먹이를 먹지 못하며, 교미 후 암컷은 약 500~600개의 알을 낳고 며칠에서 약 10일 후에 사망한다.[77]
3. 1. 유충 (애벌레)
누에나방의 유충을 누에라고 부른다. 누에는 뽕나무 잎을 먹고 자라며, 다 자라면 튼튼한 고치를 만들고 그 안에서 번데기가 된다. 몸통은 원통형이며, 머리, 가슴, 배의 세 부분으로 나뉜다. 직사광선을 싫어하며 몸은 젖빛을 띠고, 연한 키틴질 껍질로 덮여 있어 부드러운 감촉을 준다.[77]
알에서 막 부화한 누에는 크기가 약 3mm 정도이고, 털이 많으며 검은 빛깔을 띤다. 이때의 누에를 ケゴ|케고일본어(털애벌레)라고 부르며, 개미와 닮았다고 하여 蟻蚕|기산일본어(개미애벌레)이라고도 불린다. 부화한 누에는 뽕나무 잎을 먹으면서 성장한다. 약 10시간 정도 먹이 활동을 멈추고 쉬는 '잠'을 자는데, 이는 탈피를 준비하는 기간이다. 잠에서 깨어나면 탈피를 한다.[77] 머리 색깔이 어두워지는 것은 탈피가 임박했다는 신호이다. 2령 이후 탈피한 누에도 털은 있지만, 몸이 커지는 것에 비해 털은 많이 자라지 않아 일반적인 애벌레 모습이 된다. 탈피 후에는 흰색의 벌거벗은 모습이 되며 등에는 작은 뿔이 있다. 2령 유충이 될 무렵 털이 눈에 띄지 않게 되는 것을 보고 옛 양잠 농가에서는 '털을 털어낸다'고 생각하여 '털털이'라고 표현했다. 유충의 체색이나 무늬는 품종에 따라 다르지만, 일반적으로는 흰색이며 머리 부분에 눈알 무늬가 있다.
누에는 총 4번의 잠(탈피)을 자고 5령 애벌레가 된다. 5령이 되면 급격하게 자라서 몸길이가 8cm 정도까지 커진다. 알에서 부화하여 5령 말까지의 유충 기간은 보통 20일 내외이다. 5령 말이 되면 뽕잎 먹는 것을 멈추고 고치를 짓기 시작한다. 약 60시간에 걸쳐 2.5g 정도의 고치를 만든다.[77]
누에는 주로 흰뽕나무(''Morus alba'') 잎을 선호하며, 뽕나무 잎의 향기 성분인 시스-자스몬(cis-jasmone)에 이끌린다. 하지만 단식성(monophagous)은 아니어서, 다른 종류의 뽕나무속(''Morus'') 식물이나 일부 다른 뽕나무과(Moraceae) 식물, 특히 오세이지 오렌지 잎도 먹을 수 있다.
고치를 만들기 전, 누에는 몸속의 내용물을 모두 배설하고 고치를 지을 적합한 장소를 찾아다닌다. 몸 색깔은 크림색에 가까운 반투명 상태로 변한다. 이후 머리 부분의 토사구에서 비단실을 토해내는데, 머리를 ∞자 모양으로 계속 움직이면서 자신의 몸을 감싸 고치를 만든다. 비단실은 타액선이 변형된 견사선이라는 기관에서 만들어진다. 실의 주성분인 피브로인은 후부 견사선에서 합성되고, 중부 견사선에서 농축되면서 또 다른 단백질인 세리신으로 감싸진다. 누에는 이 실을 토해내지 않으면 아미노산 과잉 상태가 되어 죽을 수도 있다.[77] 고치의 색과 모양은 품종에 따라 다르지만, 보통 흰색의 타원형이다.
고치를 다 지은 후 약 70시간이 지나면 누에는 고치 안에서 번데기가 된다. 이 과정을 용화(蛹化)라고 하며, 양잠 농가에서는 化蛹|카요일본어라고 부르기도 한다. 번데기가 되기 전, 유충은 둥글게 몸을 말고 움직이지 않는 전용(前蛹) 단계를 거치는데, 이때 몸 안에서는 아포토시스(프로그램된 세포사)가 일어나 유충의 몸 구조가 번데기로 재구성된다. 이후 마지막 탈피를 하여 번데기가 된다. 번데기는 처음에는 엿색이지만 점차 갈색으로 변하며 단단해진다.[77]
누에나방은 비단 생산(양잠업)을 위해 야생 산누에나방을 가축화한 곤충으로, 가잠(家蠶)이라고도 불린다. 야생에서는 생존할 수 없으며, 인간의 관리 없이는 살아갈 수 없는 유일한 가축화 동물로 알려져 있다.[40] 유충의 흰색 몸은 천적에게 쉽게 발견될 수 있고, 다리의 힘이 약해 나뭇잎에서 쉽게 떨어지며, 스스로 먹이를 찾지 못하기 때문에 야생에서는 생존하기 어렵다.[41] 누에는 알, 애벌레, 번데기, 성충의 단계를 거치는 완전변태 곤충이다.
3. 2. 번데기 (고치)
left누에 유충은 뽕잎을 먹고 자라며 네 번의 탈피를 거친다. 5령 유충 말기가 되면 뽕잎 먹는 것을 멈추고 고치를 짓기 시작한다.[77] 이때 몸은 크림색에 가까운 반투명 상태가 되며, 고치를 지을 적합한 장소를 찾아다니면서 몸속의 배설물을 모두 배출한다.
누에는 입 부분의 타액선이 변화한 견사선에서 비단실을 토해내며, 머리를 ∞자 모양으로 계속 움직이면서 약 60시간에 걸쳐 자신의 몸을 완전히 감싸는 고치를 만든다.[77] 견사선에서는 실의 주성분인 피브로인과 이를 감싸는 세리신 단백질이 만들어진다. 고치를 만들지 못하면 아미노산 과잉으로 죽게 된다. 완성된 고치의 무게는 약 2.5g 정도이며[77], 색깔과 모양은 품종에 따라 다르지만 일반적으로 흰색의 타원형이다.
고치 하나는 약 300m에서 900m 길이에 달하는 끊어지지 않은 한 가닥의 생사로 이루어져 있다.[8] 이 실의 굵기는 약 10μm 정도로 매우 가늘고 광택이 난다.[8] 비단 약 0.45kg을 얻기 위해서는 약 2,000개에서 3,000개의 고치가 필요하며, 전 세계적으로 매년 최소 약 3175만kg의 생사가 생산되며, 이를 위해서는 거의 100억 개의 고치가 사용되는 셈이다.[8]
고치를 다 지은 유충은 약 70시간이 지나면 고치 속에서 번데기로 변한다.[77] 이 과정에서 유충은 둥글게 몸을 말고 움직이지 않는 전용(前蛹) 상태를 거치는데, 이때 몸 내부에서는 아포토시스(세포 예정사)가 일어나 유충의 몸 구조가 번데기 형태로 재구성된다. 이후 마지막 탈피를 통해 번데기가 된다. 번데기는 처음에는 연한 엿색이지만 점차 단단해지면서 갈색으로 변한다. 고치는 연약하고 움직임이 거의 없는 번데기 시기를 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 한다.
번데기 상태로 약 12일에서 16일이 지나면 나방으로 우화할 준비를 한다.[77] 자연 상태에서는 나방이 입에서 단백질 분해 효소를 분비하여 고치의 한쪽 끝을 녹여 구멍을 뚫고 밖으로 나온다.[77] 하지만 이 과정에서 긴 비단실이 손상되어 여러 조각으로 끊어지기 때문에 실크 생산에서는 그 가치가 떨어진다. 손상된 고치는 중국 등지에서 이불이나 옷의 충전재 등으로 사용되기도 한다.
상업적인 비단 생산에서는 온전한 실을 얻기 위해 번데기가 나방으로 우화하기 전에 고치를 뜨거운 물에 삶거나 뜨거운 증기를 쬔다. 이 열기로 번데기는 죽게 되고, 물은 고치를 감싸는 세리신 성분을 부드럽게 만들어 실을 풀기 쉽게 만든다. 이때 삶아진 번데기는 식용으로 쓰이기도 한다.
이처럼 비단실을 얻는 과정에서 살아있는 번데기를 죽이기 때문에, 양잠 산업은 동물 복지 및 동물권 운동가들로부터 비판을 받기도 한다. 마하트마 간디는 살아있는 생명을 해치지 않는다는 아힘사 철학에 기반하여 이러한 방식의 비단 생산을 비판하고 면화 사용을 장려했다.[9] 이러한 배경에서 나방이 고치를 뚫고 나온 후에 남은 고치를 이용하여 만드는 아힘사 실크나 야생 실크와 같은 대안적인 생산 방식도 등장하였다.
나비목의 많은 곤충들이 고치를 만들지만, 직물 생산에 주로 이용되는 것은 누에나방과(Bombycidae)의 ''누에속(Bombyx)'' 누에나방과 산누에나방과(Saturniidae)의 ''알라리아속(Antheraea)'' 일부 종들이다.
3. 3. 성충 (나방)
누에나방은 누에의 생활사 중 성충 단계에 해당한다. 날개 길이는 3cm에서 5cm 정도이며, 몸 전체가 흰색 털로 덮여 있다. 암컷은 많은 알을 품고 있어 수컷보다 몸집이 약 2~3배 더 크다. 모든 성충 누에나방과(Bombycidae) 나방처럼 누에나방도 입틀(구기)이 퇴화하여 먹이를 먹지 못한다.
성충의 날개는 유충 시기의 상상원판에서 발달한다.[10] 누에나방은 야생종인 ''Bombyx mandarina''나 다른 ''Bombyx'' 속 나방들과는 달리 제대로 날지 못한다. 야생종 수컷은 암컷을 찾아 날아다니지만, 누에나방은 몸이 너무 크고 무거워 날개에 비해 비행 능력이 거의 없다. 날갯짓을 하여 잠시 공중에 떠오를 수는 있으나 지속적인 비행은 불가능하다.[41] 이는 비행에 필요한 근육이 퇴화했기 때문이다.[41]
다리 역시 유충의 가슴다리(흉각)에서 발달한다. Distalless나 extradenticle과 같은 유전자가 다리 발달 과정에 관여하는 것으로 밝혀졌다. 실험적으로 유충 시기에 특정 가슴 분절을 제거하면 성충에서 해당 다리 분절이 발달하지 않는 것이 확인되었다.[10]
누에나방은 견사 생산(양잠)을 위해 산누에나방을 가축화한 곤충으로, 더 이상 야생 동물로 존재하지 않는다. 이 때문에 '가잠(家蠶)'이라고도 불린다. 누에나방은 야생으로 돌아갈 능력을 완전히 잃어버린 유일한 가축화 동물로 알려져 있으며, 인간의 보살핌 없이는 생존할 수 없다.[40] 예를 들어, 야외의 뽕나무에 놓아두어도 스스로 먹이인 뽕잎을 찾지 못해 굶어 죽거나, 눈에 띄는 흰색 때문에 포식자에게 쉽게 잡아먹힌다. 또한 다리의 힘이 약해 나무에서 쉽게 떨어져 죽기도 한다.
우화하여 성충이 되면, 입에서 단백질 분해 효소를 분비하여 자신이 만든 고치의 한쪽 끝을 녹여 뚫고 나온다. 성충은 먹이를 먹지 않으며, 꼬리 부분에서 갈색 액체(나방 뇨)를 배출한다. 교미 후 암컷은 약간 납작하고 둥근 모양의 알을 약 300개 정도 낳고, 며칠에서 길게는 약 10일 후에 사망한다.
3. 4. 종류
야생누에는 '''야잠'''(野蠶)이라고 한다. 야잠에는 다음과 같은 종류가 있다:- 작잠(Antheraea pernyi)
- 천잠(Antheraea yamamai)
- 풍잠
- 피마잠(Philosamiacynthia ricini)
- 가죽나무누에(Philosamia cynthia)
- 율잠(Dictyoploca japonica)
- 상잠(Bombyx mandarina)
뽕나무 누에나방은 계절별 번식 횟수에 따라 크게 세 가지로 나눌 수 있다.
4. 품종 및 유전학
누에나방의 전체 게놈은 2004년 초안 염기서열이 발표된 데 이어,[31][32] 2008년 국제 누에 게놈 컨소시엄에 의해 완성본이 발표되었다.[30] 누에나방의 게놈 크기는 약 4억 3200만 염기쌍으로 중간 크기에 해당하며, 게놈의 43.6%가 반복 서열, 특히 전이성 요소로 구성된 점이 특징이다. 또한, 약 3,000개의 고유 유전자를 가지며, 다량의 실크 생산 능력(특정 tRNA 클러스터, 세리신 유전자)과 유독한 뽕잎 섭취 능력(특수 수크라아제 유전자)과 관련된 유전자들이 확인되었다.[30] 이후 기술 발전에 따라 다양한 품종에 대한 게놈 분석도 이루어져, 2018년에는 일루미나 방식으로 137개 품종의 짧은 리드 염기서열이,[33] 2022년에는 나노포어 방식으로 545개 품종의 긴 리드 염기서열이 발표되었다.[34]
4. 1. 품종
| 분류 | 연간 번식 횟수 | 주요 서식지 | 특징 |
|---|---|---|---|
| 연 1회 발생형 (Univoltine) | 1회 | 유럽 및 주변 지역 | 알이 겨울 동안 휴면 상태를 거쳐야 하며, 봄에 교배하여 번식한다. |
| 연 2회 발생형 (Bivoltine) | 2회 | 동아시아 | 상대적으로 따뜻한 기후로 인해 번식 과정이 가속화된다. |
| 다회 발생형 (Polyvoltine) | 연 최대 8회 | 열대 지방 | 알은 일반적으로 9일에서 12일 이내에 부화한다. |
4. 2. 유전학 연구
누에나방은 작은 크기와 사육의 용이성 덕분에 나비목 및 일반적인 절지동물 생물학 연구에서 중요한 모델 생물로 활용된다. 유전학, 페로몬, 호르몬, 뇌 구조, 생리학 등 다양한 분야의 기본적인 발견들이 누에나방 연구를 통해 이루어졌다.[11] 예를 들어, 최초로 알려진 페로몬인 봄비콜은 누에나방에서 분자적으로 확인되었는데, 개체당 생산량이 매우 적어 약 50만 마리에서 추출해야 했다.
많은 연구가 누에나방의 유전학과 유전자 공학의 가능성에 초점을 맞추고 있다. 현재 수백 개의 품종이 유지 관리되고 있으며, 400개 이상의 멘델 돌연변이가 보고되었다.[12] 다른 자료에 따르면 전 세계적으로 1,000개 이상의 근친 교배된 가축화 품종이 보존되어 있다.[30] 양잠 산업에 유용한 개발 중 하나는 뽕나무 잎 외에 인공 사료를 먹고 자랄 수 있는 누에나방 품종이다.[12] 게놈 연구는 또한 누에나방을 유전적으로 조작하여 기존의 실크 단백질 대신 약리 활성이 있는 단백질 등을 생산할 가능성을 열었다. ''Bombyx mori'' 암컷은 감수 분열 동안 교차 없이 시냅토넴 복합체에 의해서만 상동 염색체가 결합하는 몇 안 되는 생물 중 하나이다.[13] ''B. mori'' 난모세포의 감수 분열은 교차가 전혀 일어나지 않는 완전한 무키아스마 방식이다.[14] 비록 감수 분열의 접합기 동안 시냅토넴 복합체가 형성되기는 하지만, 짝지어진 염색체 사이에서 교차 상동 재조합은 발생하지 않는다.[15]
크레이그 바이오크래프트 연구소(Kraig Biocraft Laboratories)[16]는 와이오밍 대학교와 노터데임 대학교의 연구 결과를 활용하여 거미 실크를 생산하도록 유전적으로 변형된 누에나방을 개발하기 위한 공동 연구를 진행했다. 2010년 9월, 이 연구는 성공적으로 완료되었다고 발표되었다.[17]
터프츠 메디컬 센터의 연구진은 인간 조직과 유사한 질감과 외관을 가진 스펀지 형태의 실크 지지체를 개발했다. 이 지지체는 손상된 인대, 힘줄 및 기타 조직을 지지하거나 재건하는 수술에 이식될 수 있다. 또한, 약물을 서서히 방출하도록 피부 아래에 이식할 수 있는 실크-약물 복합 임플란트도 개발했다.[18]
MIT 미디어 랩의 연구자들은 누에나방이 다양한 곡률을 가진 표면 위에서 어떻게 실을 잣는지 실험했다. 특히 직선적인 구조에서는 누에나방이 인접한 선들을 실크로 연결하며 주어진 형태에 맞춰 직접 짜는 것을 발견했다. 이 원리를 이용하여 6,500마리의 누에나방을 동원해 며칠에 걸쳐 실크 파빌리온이라는 구조물을 건설하기도 했다.
누에나방은 다른 무척추동물 모델에 비해 몇 가지 장점을 가지고 있어 항생제 발견 연구에도 활용된다.[19] 리소신 E와 같은 항생제[20], ''Lysobacter'' sp. RH2180-5[21] 및 GPI0363[22]에 의해 합성되는 비리보솜 펩타이드 등이 누에나방 모델을 통해 발견된 대표적인 예이다. 또한, 누에나방 감염 모델에서 치료 활성과 상관관계를 보이는 적절한 약동학적 특성을 가진 항생제를 선별하는 데에도 사용된다.[23]
누에나방은 병원성 미생물의 새로운 독성 인자를 식별하는 데에도 유용하게 사용되었다. ''황색포도상구균'' USA300 균주의 트랜스포존 돌연변이 라이브러리를 이용한 최초의 대규모 스크리닝을 통해, 이 균주의 완전한 독성에 관여하는 8개의 새로운 유전자가 확인되었다.[24] 같은 연구팀의 후속 연구에서는 YjbH라는 인자가 생체 내 독성 및 산화 스트레스 내성에 미치는 영향이 처음으로 밝혀졌다.[25]
누에나방의 전체 게놈 서열은 2008년 국제 누에 게놈 컨소시엄에 의해 발표되었다.[30] 이에 앞서 2004년에는 초안 염기서열이 공개되었다.[31][32] 누에나방의 게놈 크기는 약 4억 3200만 염기쌍으로 중간 크기에 해당한다. 게놈의 43.6%가 반복 서열이며, 이들 대부분은 전이성 요소로 구성되어 있다는 점이 특징이다. 최소 3,000개의 누에나방 유전자는 고유하여 다른 생물종의 게놈에서는 상동 유전자가 발견되지 않는다. 누에나방이 다량의 실크를 생산하는 능력은 특정 tRNA 클러스터와 일부 군집화된 세리신 유전자의 존재와 관련이 있는 것으로 보인다. 또한, 독성이 있는 뽕잎을 섭취할 수 있는 능력은 세균 유전자로부터 수평적으로 전달된 것으로 추정되는 특수한 수크라아제 유전자와 연관되어 있다.[30]
2018년에는 일루미나 시퀀싱 기술을 이용한 137개 품종의 게놈 분석 결과(짧은 리드)가 발표되었고,[33] 2022년에는 나노포어 기술을 이용한 545개 품종의 게놈 분석 결과(긴 리드)가 발표되었다.[34]
4. 3. 유전자 변형 누에
누에나방은 유전학 및 유전자 공학 연구에 활발히 이용된다. 게놈 연구를 통해 누에나방을 유전적으로 조작하여 기존 실크 단백질 대신 약리 활성을 갖는 의약 단백질을 생산하게 하려는 시도가 이루어지고 있다.미국의 크레이그 바이오크래프트 연구소는 와이오밍 대학교 및 노트르담 대학교와의 협력을 통해 거미 실크를 생산하는 유전자 변형 누에나방 개발에 성공했다고 2010년 9월 발표했다.[16][17]
이러한 유전자 변형 연구는 누에나방 게놈 분석 결과를 바탕으로 이루어진다. 누에나방의 전체 게놈 서열은 2004년 초안이 발표되었고[31][32], 2008년 국제 누에 게놈 컨소시엄에 의해 완성되었다.[30] 누에나방의 게놈 크기는 약 4억 3200만 염기쌍이며, 게놈의 43.6%가 반복 서열, 특히 전이 인자로 구성되어 있다. 약 3,000개의 유전자는 다른 생물에서 상동 유전자가 발견되지 않는 누에나방 고유의 유전자로 추정된다. 누에나방이 다량의 실크를 생산하는 능력은 특정 tRNA 클러스터 및 일부 클러스터된 세리신 유전자와 관련이 있다. 또한, 독성이 있는 뽕나무 잎을 소화하는 능력은 세균 유전자에서 유래한 것으로 보이는 특수한 수크레이스 유전자 덕분인 것으로 밝혀졌다.[30]
이후에도 차세대 염기서열 분석 기술을 이용한 대규모 게놈 연구가 이어져, 2018년에는 일루미나 방식으로 137개 품종의 게놈이 분석되었고,[33] 2022년에는 옥스포드 나노포어 테크놀로지 방식으로 545개 품종의 게놈이 분석되었다.[34]
5. 질병 및 문제점
- 곰팡이인 ''보베리아 바시아나''(Beauveria bassiana)는 누에 사육에 큰 피해를 줄 수 있다. 이 곰팡이는 주로 습도가 높고 온도가 낮은 환경에서 발생하며, 감염된 누에는 나방 단계까지 생존하지 못해 알을 통해 다음 세대로 전염되지는 않는다. 하지만 다른 곤충에게는 전파될 수 있다.[76]
- 핵다각체병(Nuclear polyhedrosis)은 백색병 또는 매달리는 병으로도 불리며, ''Bombyx mori nucleopolyhedrovirus'' (BmNPV) 바이러스 감염으로 발생한다. 어린 유충(차우키) 단계에서 이 병이 발견되면, 부화 과정이나 사육 초기에 감염된 것으로 추정된다. 감염된 알은 부화 전에 표면 소독을 통해 예방할 수 있으며, 사육 환경의 위생 관리가 중요하다. 핵다각체병은 어린 유충 시기에 더 빠르게 진행되는 경향이 있다.
- 페브린병(Pébrine)은 미포자충 기생충인 ''Nosema bombycis''에 의해 발생한다. 감염된 유충은 성장이 더디고 몸집이 작아지며, 창백하고 흐물흐물해지고 식욕을 잃는다. 피부에 작은 검은 반점이 나타나기도 하며, 죽은 후에도 몸이 부패하지 않고 고무처럼 남는 특징이 있다. ''N. bombycis''는 감염된 알에서 부화한 누에의 100%를 죽일 수 있으며, 유충에서 나방으로, 다시 알과 유충으로 이어지는 생활사를 통해 전파된다. 주로 오염된 먹이를 통해 감염되며, 암컷 나방이 알에 병을 옮길 수 있다. 이 병을 예방하기 위해서는 현미경으로 나방의 체액을 검사하여 감염된 개체의 알을 선별적으로 제거하는 과정이 필요하다.
- 플라셰리병(Flacherie) 또는 연화병에 걸린 누에는 몸이 약해지고, 죽기 전에 짙은 갈색으로 변색된다. 이 병은 유충의 소화 기관을 손상시키며, 바이러스 감염이나 독성이 있는 먹이가 원인이 될 수 있다. 병에 걸린 누에는 뽕잎 섭취를 중단하고 몸이 연화되며, 죽은 후 빠르게 부패한다.
- 머스카딘병(Muscardine) 또는 경화병은 여러 종류의 곰팡이에 의해 발생하는 질병을 통칭하는 용어이다. 대표적으로 곤충 병원사상균(백강균, ''보베리아 바시아나'') 감염이 있다.[76] 이 균에 감염되어 죽은 누에는 '백강잠(白殭蠶)'이라고 불리며 비단을 생산할 수 없게 된다. 하지만 한의학에서는 백강잠을 간질이나 중풍 치료, 또는 상처약으로 사용해왔으며, 관련 기록이 《의심방》 등에 남아있다. 1919년 일본 농상무성 조사에서도 백강잠을 포함한 누에가 민간요법에서 다양한 질병 치료에 사용되었다는 기록이 있다. 도쿄도 미나미타마군과 야마나시현 니시야마나시군 일부 지역에서는 백강잠을 "오시라사마(御白様)"라고 부르기도 했다.
- 미립자병(Microsporidiosis)은 원생동물의 일종인 미포자충 감염으로 발생한다. 주로 오염된 먹이를 통해 유충의 입으로 침입하며, 감염된 암컷 성충이 알을 통해 다음 세대로 병을 옮기는 수직 전파가 가능하여 양잠업에 큰 피해를 입힐 수 있다. 19세기 유럽에서 이 병이 크게 유행하여 막대한 손실을 초래했으나, 세균학자 루이 파스퇴르의 연구와 지도에 따라 사육 방법이 개선되면서 피해를 줄일 수 있었다.[75]
누에의 배설물인 누에똥은 전통적으로 '잠사(蠶沙)'라고 불리며, 관절통이나 결막염 등의 치료에 사용되기도 했다.
한편, 규슈 대학은 2020년 6월 27일, 대학에서 창업한 벤처 기업 KAICO(후쿠오카시)와 공동으로 누에를 이용하여 코로나19 백신 후보 단백질 개발에 성공했다고 발표했다. 2021년부터 임상 시험 시작을 목표로 연구를 진행 중이다.
6. 이용 및 산업
누에나방은 오랜 양잠의 역사를 통해 인류에게 중요한 경제적 가치를 제공해 온 곤충이다. 가장 대표적인 이용은 애벌레가 만드는 고치에서 얻는 실크 생산으로, 이는 중요한 섬유 자원으로 활용되어 왔다.
현대에 이르러서는 실크 생산 외에도 다양한 분야에서 누에나방의 활용 가능성이 주목받고 있다. 식용 곤충으로서 여러 문화권에서 소비되며, 의약품이나 화장품의 원료로도 연구 개발이 이루어지고 있다. 또한, 유전자 재조합 기술 등을 이용한 생명공학 분야에서의 활용도 활발히 연구되는 등 산업적 이용 범위가 점차 확대되고 있다.
6. 1. 실크 생산
애벌레는 네 번의 탈피를 거치면 몸이 약간 노랗게 변하고 피부가 더 팽팽해진다. 이후 애벌레는 번데기 단계에 들어가기 위해 타액선에서 생성된 생견사로 만들어진 고치 속에 스스로를 가둔다. 애벌레에서 번데기로의 마지막 탈피는 고치 안에서 일어나며, 고치는 움직임이 거의 없는 번데기 상태 동안 보호막 역할을 한다. 다른 많은 나비목 곤충도 고치를 만들지만, 누에나방과(Bombycidae)의 ''누에속''(Bombyx)과 산누에나방과(Saturniidae)의 ''알라리아속(Antheraea)''과 같은 일부 종만이 직물 생산에 이용되어 왔다.고치는 300m에서 약 900m 길이에 달하는 한 가닥의 생견사로 만들어진다. 섬유는 가늘고 광택이 나며, 직경은 약 10μm이다. 약 0.45kg의 실크를 만드는 데 약 2,000~3,000개의 고치가 필요하다. 매년 최소 약 3175만kg의 생견사가 생산되며, 이를 위해서는 거의 100억 개의 고치가 필요하다.[8]
누에가 생애 주기의 번데기 단계를 거쳐 살아남으면, 성충 나방으로 나오기 위해 고치에 구멍을 내는 단백질 분해 효소를 분비한다. 이 효소는 실을 파괴하여 섬유가 약 1.61km가 넘는 길이에서 임의의 길이 조각으로 분해되므로 실의 가치를 떨어뜨린다. 하지만 이렇게 손상된 실 고치는 중국 등지에서 이불이나 재킷 등의 충전재로 사용되기도 한다. 실 손상을 방지하기 위해 누에 고치는 물에 삶는데, 이 과정에서 열은 누에를 죽이고 물은 고치를 풀기 쉽게 만든다. 종종 삶은 누에는 식용으로 사용되기도 한다.
제사 공장에서는 고치를 받아 고온 건조하여 장기간 보존할 수 있도록 만드는데, 이를 건조 고치라고 한다. 견을 얻기 위해서는 고치를 통째로 삶아 풀어진 실을 여러 가닥 꼬아 묶는다. 만약 삶기 전에 나방이 우화해 버린 고치는 단백질 분해 효소의 작용으로 견 섬유가 짧게 절단되어 있어 제사에 적합하지 않다. 품질이 낮은 고치는 솜으로 만들어 명주실(紬糸)을 만드는 데 이용하는 경우도 있다.
고치에서 실을 수확하는 과정에서 번데기가 죽기 때문에, 양잠은 동물 복지 및 권리 운동가들로부터 비판을 받아 왔다. 마하트마 간디는 "어떤 생물체도 해치지 않는다"는 아힘사 철학을 바탕으로 실크 생산을 비판했으며, 면화 방적 기계 사용을 장려했다.[9] 이러한 원칙의 연장선상에서 아힘사 실크로 알려진 현대 생산 방식이 생겨났는데, 이는 나방이 고치에서 나온 후 남은 고치를 이용해 만드는 야생 실크(야생 및 반야생 실크 나방에서 유래)이다.
누에나방은 꿀벌 등과 함께 애완용 외의 목적으로 사육되는 세계적으로 중요한 곤충이며, 주된 목적은 천연 섬유인 견의 채취에 있다. 일본에서는 『고지키』에도 기술이 있을 정도로 긴 양잠의 역사를 가지고 있다. 제2차 세계 대전 이전까지 견은 일본의 주요 수출품이었으며, 합성 섬유가 개발되기 전까지 일본의 근대화를 지탱했다. 농가에게는 귀중한 현금 수입원이었으며, 일부 지방에서는 누에를 "오카이코 님(お蚕様)"과 같이 반쯤 신성시하는 호칭으로 부르거나, 양잠의 신(오시로사마)에게 순조로운 성장을 기원하는 문화도 남아있다.
섬유용 이외에도, 고치에 착색 등을 하여 공예품으로 만들거나, 견의 성분을 화장품에 첨가하는 예도 있다. 2017년에는 유전자 변형 기술을 통해 녹색 형광 실크를 만들도록 한 유전자 변형 누에나방이 처음으로 양잠 농가에서 사육되어 고치가 출하되기도 했다.[55]
6. 2. 식용
누에나방의 번데기는 식용 곤충으로, 여러 문화권에서 식용으로 사용된다.- 대한민국에서는 삶아서 양념한 ''번데기''가 대중적인 간식으로 알려져 있다.[36] 노점상에서 판매하거나 통조림 형태로도 유통된다.
- 중국에서는 노점상들이 구운 누에나방 번데기를 판매한다. 산둥성, 광둥성, 동북 지방 등에서는 蚕蛹|찬융zho이라고 부르며 튀기거나, 조려 또는 볶아 먹는다. --
- 일본에서는 누에나방 번데기를 보통 간장과 설탕으로 만든 단맛과 신맛의 소스에 조린 ''쓰쿠다니''(佃煮) 형태로 제공한다. 나가노현과 군마현 일부 지역에서는 과거부터 '사나기'(さなぎ) 등으로 불리며 식용으로 했다고 보고되었으며, 1919년 농상무성의 조사에 따르면 당시 23개 현에서 번데기를 먹는 지역이 존재했다고 한다. 태평양 전쟁 중에는 나가노현 내의 제사 공장에서 종업원의 부식으로 어류 대신 제공되기도 했다. 처음에는 특유의 냄새 때문에 기피되었으나, 귀중한 단백질원으로서 점차 소비가 늘어 수량 제한까지 가해졌다고 한다.[56] 현재에도 나가노현에서는 슈퍼 등에서 누에 번데기 쓰쿠다니를 판매하고 있으며[57], 이나 지방에서는 산란 후의 암컷 성충을 '마유코'라고 부르며 이것 또한 쓰쿠다니로 만든다. 2020년 1월에는 도쿄의 한 기업이 누에와 쇠고기를 반반 섞어 사용한 햄버거 가게를 열기도 했다.[58]
- 베트남에서는 nhộng tằm|니옹땀vie이라고 불리며, 보통 삶아서 액젓으로 양념한 다음 볶아서 밥과 함께 주요 요리로 먹는다. --
- 태국에서는 구운 누에나방 번데기를 종종 노상에서 판매하며, 포장된 간식으로도 판매된다. 북부나 북동부에서는 주로 튀겨서 먹는다.
- 인도 아삼 주에서는 비단을 추출하기 위해 삶은 후 소금을 곁들여 바로 먹거나, 고추나 허브와 함께 튀겨 간식이나 요리로 먹는다. 살아있는 번데기는 날것, 삶거나 튀겨서 먹을 수도 있다.[35]
누에나방 번데기는 사람에게 유용한 영양소를 많이 포함하고 있으며 사육하기 쉽기 때문에, 우주 비행사들이 장기간 임무를 수행할 때 우주 식량으로 재배하는 방안이 제안되었다.[37] 장기 체류하는 우주 정거장에서의 식량으로서의 이용도 연구되고 있으며, 분말 형태로 만든 후 쿠키에 섞어 굽거나, 한 번 냉동한 것을 반 해동하는 등의 방법이 제안되고 있다. 또한, 번데기의 지방을 짜낸 것을 번데기 기름[59]이라고 부르며, 예전에는 식용유나 비누, 화장품의 원료로 이용되었다.[60] 현재는 주로 양식어의 먹이로 이용된다.
6. 3. 의약품 및 화장품
누에나방에서 얻는 견의 성분은 화장품에 첨가되기도 한다.곤충 병원사상균의 일종인 백강균에 감염되어 죽은 누에인 백강잠(白殭蠶)은 한의학에서 약재로 사용되었다. 《의심방》 등 옛 의학 서적에는 백강잠을 간질이나 중풍 치료, 또는 상처약으로 사용한 기록이 남아있다.[55] 1919년 일본 농상무성의 조사에서도 일반 누에를 포함하여 다양한 병증 치료를 위한 민간요법 약으로 누에가 사용되었다고 한다. 누에의 똥인 잠사(蠶沙) 역시 전통적으로 관절통이나 결막염 치료 등에 사용되었다.
현대에 들어서는 누에를 이용한 의약품 개발 연구도 진행되고 있다. 규슈 대학은 2020년 6월 27일, 대학에서 출발한 벤처 기업 KAICO(후쿠오카시)와 공동으로 누에를 이용하여 코로나19 백신 후보가 되는 단백질 개발에 성공했다고 발표했다. 이들은 2021년부터 백신 임상 시험을 시작하는 것을 목표로 삼았다.
6. 4. 기타 산업적 이용
누에나방은 견 섬유 생산 외에도 다양한 산업 분야에서 활용된다. 고치를 염색하거나 가공하여 공예품을 만들기도 하며, 견에서 추출한 성분을 화장품 원료로 사용하기도 한다.유전자 변형 기술을 이용한 사례도 있다. 2017년에는 녹색 형광 실크를 생산하도록 유전자가 변형된 누에나방이 일본의 양잠 농가에서 처음으로 사육되어 고치가 출하되었다.[55] 자세한 내용은 유전자 변형 누에나방 문서를 참조할 수 있다.
또한, 누에나방의 유전자 정보가 해독되면서 유전자 재조합 기술을 통해 유용한 물질을 생산하는 데에도 이용되고 있다.[61][62][63][64][65] 이 방식은 대장균이나 효모 등 미생물을 이용하는 방법과 비교했을 때, 고가의 배양 시설 없이 기존의 누에 사육 기술을 활용할 수 있고 생산 효율도 높아 미래가 기대되는 분야이다.
7. 문화 속 누에
중국에서는 황제(黃帝)의 아내이자 서릉씨(西陵氏)로 알려진 여제 뇌조(嫘祖)가 누에고치에서 비단을 발견했다는 전설이 전해진다. 뇌조가 나무 아래에서 차를 마시다 비단고치가 찻잔에 떨어졌고, 이를 꺼내 손가락에 실을 감기 시작했을 때 비단의 원리가 되는 애벌레를 발견했다고 한다. 그녀는 이 지식을 백성에게 가르쳤다고 전해진다.
중국은 비단 제조 기술을 비밀로 했으나, 호탄으로 시집간 중국 공주가 서기 1세기경 머리카락 속에 누에를 숨겨 기술을 전했다는 이야기가 있다.[38] 또한 서기 550년경에는 기독교 수도사들이 속이 빈 지팡이에 누에 알을 숨겨 비잔틴 제국으로 밀반출했다고 한다.
베트남 민담에서는 누에나방이 본래 아름다운 하녀였다고 전한다. 그녀는 포악한 주인에게서 도망쳐 산신령의 보호를 받으며 살았는데, 여성을 탐하는 신에게 쫓기다 관세음보살의 도움으로 신이 친 그물을 삼키고 동굴에 숨었다. 추위에 떨던 그녀는 삼켰던 그물을 뱉어 몸을 덮고 잠들었다가 그대로 죽었고, 사람들을 돕고자 했던 영혼이 누에나방으로 변했다고 한다.
일본에는 누에고치에서 실을 뽑는 기술이 벼농사 등과 비슷한 시기에 전래되었다고 여겨지며, 관련된 여러 전설이 존재한다. 특히 일본 신화를 담은 『고사기』(古事記)와 『일본 서기』(日本書紀)에 그 내용이 기록되어 있다.
- 『고사기』 상권에는 고천원(高天原)에서 추방된 스사노오(須佐之男命)가 음식의 신 오오게츠히메(大宜都比売)에게 음식을 청하는 이야기가 나온다. 오오게츠히메가 코, 입, 엉덩이 등에서 식재료를 꺼내 대접하자, 이를 불결하게 여긴 스사노오가 그녀를 죽였다. 오오게츠히메의 시신에서는 여러 작물의 씨앗과 함께 머리에서 '''누에'''가 생겨났다고 한다.
- 『일본 서기』 신대(神代) 제11의 일서(一書)에는 츠쿠요미(月夜見尊)가 아마테라스(天照大御神)의 명으로 아시하라노나카츠쿠니(葦原中國)의 우케모치(保食神)를 찾아간 이야기가 있다. 우케모치가 입에서 음식을 내어 대접하자 츠쿠요미는 더럽다며 그를 베어 죽였다. 아마테라스가 아메노쿠마히토(天熊人)를 보내 확인하니, 우케모치의 시신 머리에서는 소와 말이, 이마에서는 조가, 눈썹에서는 '''누에'''가, 배에서는 벼 등이 생겨났다.
- 『일본 서기』 신대 제2의 일서에는 불의 신 카구츠치(軻遇突智)를 낳다 죽게 된 이자나미(伊弉冉尊)가 죽기 직전 낳은 흙의 신 하니야마히메(埴山媛)와 카구츠치가 결합하여 와쿠무스비(稚産霊)를 낳았는데, 와쿠무스비의 머리 위에는 '''누에'''와 뽕나무가, 배꼽 속에는 오곡이 생겨났다는 설화도 있다.
이러한 신화들은 음식 기원 신화와 관련되는데, 제2차 세계 대전 이전의 민속학자 타카기 토시오(高木敏雄)는 후대에 중국의 속설을 따른 수정이며 일본 신도(神道)와 무관하다고 비판하기도 했다. 그러나 이 설을 받아들인다 해도, 『고사기』와 『일본 서기』가 편찬된 7세기 무렵 양잠이 이미 일본에서 중요한 산업이었음을 부정하기는 어렵다. 오늘날 이 신화들은 동남아시아나 오세아니아에 분포하는 하이나웨레형 신화의 한 유형으로 보기도 한다.
『고사기』 하권 닌토쿠 천황(仁徳天皇) 시대 기록에는, 오진 천황(応神天皇) 때 백제에서 건너왔다고 전해지는 인물 누리노미(努理使主)가 기르던 "한 번은 기어다니는 벌레가 되고, 한 번은 고치가 되고, 한 번은 나는 새가 되는 기묘한 벌레"(누에)를 황후 이와노히메노미코토(磐之媛命)에게 바쳤다는 이야기가 있다.
삼대실록(三代実録)에 따르면, 주아이 천황(仲哀天皇) 4년(195년) 진(秦) 시황제의 후손이라 전해지는 공만왕(功満王)이 일본으로 건너와 누에 알을 바쳤다고 하며, 토요우라궁(豊浦宮, 현재의 이미야 신사)이 잠종 도래지로 여겨진다. 이미야 신사에서는 매년 3월 28일 잠종제가 열린다.
일본에는 『고사기』, 『일본 서기』 등 역사 기록과 다른 누에 유래 설화도 존재한다. 『정훈왕래초』(庭訓往来抄)나 상원수국(上垣守国)의 『양잠비록』(養蚕秘録), 잠영 신사(蚕影神社) 등에는 '금색 공주 전설'(金色姫伝説)이 전해진다. 인도의 왕녀 금색 공주가 고난 끝에 뽕나무 배에 실려 일본 이바라키현 토요우라(豊浦)에 도착했고, 자신을 돌봐준 부부를 위해 누에로 변신했다는 내용이다.
동진 시대 중국(4세기)의 『수신기』(捜神記) 권14에는 다음과 같은 '마두랑(馬頭娘)' 이야기가 실려 있다. 아버지가 멀리 떠나 돌아오지 않자, 딸이 기르던 말에게 아버지를 데려오면 아내가 되겠다고 농담한다. 말이 실제로 아버지를 데려오자, 사정을 알게 된 아버지는 격분하여 말을 죽이고 가죽을 벗겨 마당에 둔다. 딸이 말 가죽을 발로 차며 조롱하자 가죽이 딸을 감싸 함께 사라졌고, 며칠 후 부녀는 말 가죽과 딸이 합쳐진 거대한 누에를 발견했다는 내용이다. 이 이야기에서 파생된 것으로 보이는 전설이 일본에도 전해지며, 야나기타 쿠니오의 『토노 이야기』(遠野物語)에는 오시라사마(おしら様) 신앙과 관련하여 유사한 이야기가 기록되어 있다.[74] 다만 중국 설화와 달리 딸과 말이 서로 연인 관계였고, 딸이 죽은 말의 목에 매달리는 등 세부 내용에는 차이가 있다.[74]
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백과사전
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글로벌 세계 대백과
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