평생 잠을 안자는 동물이 있다?

과학, 역사, 철학 등을 다루는 200만 이상의 구독자를 보유한 유튜브 채널 ‘보다 BODA’에 이화여자대학교 정종우 교수가 출연해 ‘육지에서 바다로 간 고래의 진화’에 대해 이야기를 나누었다.

아가미가 없는 고래, 바닷속에서 어떻게 숨 쉴까

대부분의 물고기는 물속에 녹아 있는 산소를 흡수하여 살아가기 위해 아가미가 있다. 그러나 고래는 물속에 살지만 폐로 호흡하는 포유동물이다. “고래는 물속에서 오랫동안 숨을 참을 수 있습니다. 일부 고래 종은 심해로 내려가면 약 200분 동안 숨을 참을 수 있죠. 이들은 깊은 곳으로 잠수할 때 신체 대사를 느리게 하여 산소 소모를 줄입니다. 이를 통해 몸에 저장된 산소만으로도 오랫동안 버틸 수 있게 됩니다. 고래의 심박수도 잠수 중에는 느려지며, 덩치가 큰 만큼 에너지 소모가 적기 때문에 산소가 많이 필요하지 않죠”라고 설명했다.

고래가 갑자기 물을 뿜는 이유

정종우 교수는 공기 호흡을 하는 동물이 갑자기 아가미가 생기는 것은 쉬운 일은 아니라며 “고래를 보게 되면 물을 뿜는 걸 보신 적이 있을 겁니다. 공기 호흡을 하기 위해서 일단 물속에 들어 있을 때는 호흡을 참고 중간중간에 올라와 가지고 물을 뿜을 때가 사실은 호흡을 할 때거든요. 공기를 채우고 다시 들어가는 거죠”라며 고래의 호흡 원리를 말했다.

깊은 바다로 내려갈 때는 수압이 상당한데 이러한 환경을 고래는 갈비뼈로 적응했다. “고래는 갈비뼈가 관절처럼 움직일 수 있는 구조를 가지고 있습니다. 그래서 깊은 심해로 내려갈 때는 갈비뼈를 접어 폐의 크기를 줄여 수압을 견딜 수 있습니다. 이런 구조 덕분에 고래는 심해에서도 안전하게 활동할 수 있습니다”라고 밝혔다.

또한 고래가 장시간 물속에서 머무를 수 있는 또 다른 비결은 특수한 단백질인 헤모글로빈과 미오글로빈 덕분이라고 한다. 헤모글로빈은 혈액 내에서 산소를 운반하는 단백질이며, 미오글로빈은 근육 속에 산소를 저장하는 역할을 해 들이마신 산소를 최대한 오래 활용할 수 있다고 한다.

평생 잠들지 않는 고래?

고래는 해양에서 평생을 살기 때문에 수면 중 완전히 잠드는 것이 어렵다고 한다. “고래는 우리처럼 깊이 잠들지 않습니다. 좌반구와 우반구 중 하나의 반구만 잠을 자고, 나머지 반구는 깨어 있습니다. 이렇게 하면 고래는 잠을 자면서도 헤엄치고, 숨을 쉴 수 있습니다. 이는 고래가 포식자로부터 자신을 보호하면서도 수면을 취할 수 있도록 해주는 독특한 적응 방식입니다”라고 설명했다.

덩치 큰 고래가 암에 잘 안 걸리는 이유

몸집이 클 수록 세포 수가 많아지고, 세포 수에 비례해서 암 발생률이 높아지는데 고래는 덩치가 크고 많은 세포를 가지고 있음에도 암 발생률은 예상보다 낮다고 한다. “개체의 몸집이 클수록 암에 걸릴 확률이 적어지는 현상을 ‘피토의 역설(Peto’s paradox)’이라고 한다. 그 이유를 분석해 보니 이는 고래가 매우 효율적인 DNA 수선 메커니즘을 가지고 있기 때문입니다. ‘DNA 수선’이란 세포가 분열할 때 DNA가 복제가 되는데 이 과정 중에 많이 돌연변이가 생기는데 이를 고치는 메커니즘입니다. 이는 우리 몸, 세포에 존재하는데 고래는 이 메커니즘 덕분에 돌연변이를 잘 억제할 수 있고, 암 억제 유전자도 더 많이 발현됩니다. 덕분에 암 발생률이 낮게 유지됩니다”라고 설명했다.

또한 암이 발생하는데 중요한 유전자 두 가지가 있다. 발암 유전자와 종양 억제 유전자가 그것이다. 발암유전자는 세포가 더 빨리 분열할 수 있도록 촉진해 주는 유전자이며, 종양 억제 유전자는 상태가 나쁜 세포의 분열을 막거나 죽게 만드는 역할을 하는 유전자다. “고래와 같은 종류들은 이 종양 억제 유전자가 굉장히 효율적이고 더 많은 유전자들이 존재한다는 것이 밝혀졌어요”라며 고래의 암 발생률이 낮은 원인을 설명했다.

운동할 때 발생하는 활성산소는 더 빨리 늙게 만들고 돌연변이를 유발한다. 고래의 대사율은 낮아서 에너지를 덜 소모하고 산소를 덜 사용하므로 활성산소의 생산량도 적어진다. “고래의 대사율이 낮기 때문에 활성산소가 적게 발생되는 것도 고래의 암 발생률이 낮고 오래 사는 이유 중 하나”라고 밝혔다.