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[생명과 과학] 곰·개구리처럼 북극 물고기들도 겨울잠 잘까?
기사입력 2020-11-25 08:09
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겨울이 다가오고 있다.

사람을 포함한 항온동물은 대사과정에서 발생하는 열로 체온을 유지한다.

19세기 독일의 생물학자 카를 베르크만은 같은 종의 생물일수록 추운 곳에 사는 동물의 몸집이 크다고 하는 '베르크만 법칙'을 주장했다.

표면적이 작으면 주변으로 발산되는 열이 줄어드는데 큰 동물은 상대적으로 작은 표면적으로 일정한 체온을 유지하기 위해 가지고 있는 에너지를 적게 써도 되기 때문이다.

반면에 작은 동물은 상대적으로 열을 빨리 잃는다.

다람쥐와 같은 작은 동물은 먹이가 부족한 겨울에 대사 에너지를 얻기 힘들다.

이것이 겨울잠을 자는 이유다.

이들은 체온을 떨어뜨리고 모든 대사를 늦추며 에너지를 아낀다.

그렇다면 겨울잠을 자지 않는 동물과 식물은 어떻게 추위를 이겨낼까.

Q. 추위를 견디기 위한 동물의 전략은.
A. 가장 쉬운 방법은 추위에서 도망치는 것이다.

철새는 추위를 피해 수만 ㎞가 넘는 거리를 이동한다.

털갈이를 하는 동물도 있다.

마치 우리 인간들처럼 두꺼운 옷으로 갈아입는 것이다.

새로 나는 털은 양도 많고 밀도도 높아진다.

피부는 지방으로 두꺼워진다.

지방은 체온을 유지하기도 하지만 식량이 없을 때 에너지원으로 쓰이는 몸속 비상식량이 될 수 있다.


극지방에 살고 있는 동물은 남다른 추위 극복 전략을 가지고 있다.

남극의 물속에 사는 어류는 체내에 부동단백질(antifreeze protein)을 가지고 있는데 세포를 이루고 있는 물이 얼어 세포가 손상되지 않게 하기 위함이다.

펭귄은 다양한 방법으로 추위를 이겨낸다.

우선 함께 사는 집단이 한곳에 모여 무리를 지어 추위를 이겨낸다.

서로 밀착해 자리를 바꾸며 추위를 막아 체온을 유지하는데 이런 행위를 허들링이라고 한다.

게다가 물속에서 사냥을 하고 나왔을 때 깃털이 얼어 체온이 떨어지는 일이 없게 하는 특수한 깃털을 가지고 있다.

펭귄의 깃털은 소수성(물에 친하지 않은 성질) 기름이 분비되기 때문이다.

게다가 미세한 나노 구조를 이루고 있다.

사이언스 데일리에 따르면 펭귄의 깃털은 미세한 구조 때문에 풀잎의 물방울처럼 물이 스며들지 않고 공 모양을 이루며 떨어지는데 더 추운 곳에 사는 펭귄의 깃털이 더 미세한 구조를 가지고 있다.

또 다른 추위를 이기는 방법은 무수한 모세혈관 다발로 된 원더네트(wonder net)다.

원더네트는 추위에 바로 노출되는 펭귄의 발바닥에 있는 특수 혈관계로 동맥피와 정맥피가 얽혀 있는 모세혈관 다발이다.

원더네트에서는 심장에서 온 피가 차가워지고 발에서 올라오는 정맥피의 온도를 높여 적당한 온도를 유지하게 한다.


Q. 새의 알은 어떻게 추위를 견디나요.
A. 새는 항온동물이지만 새의 알은 스스로 체온을 조절할 수 없고 일정한 온도를 유지해야만 살아남아 부화할 수 있다.

그래서 어미는 열심히 알을 품어 알의 부화온도를 유지시킨다.

네이처 생태와 진화에는 추운 곳에 사는 새의 알이 진한 색의 알껍데기를 갖는다는 연구가 발표됐다.

미국 롱아일랜드대와 호주 애들레이드대 연구팀은 알의 색과 지리적인 정보를 비교했는데, 새의 알이 온도 조절을 위해 색을 달리한다는 것을 밝혔다.

보통 알을 품는 어미새는 포식자에게 알의 위치가 노출되지 않게 하기 위해 둥지에 자주 들락거리지 않는다.

하지만 추운 환경에서는 포식자가 적어 더 자주 둥지에 들락거릴 수 있으며 특히 사냥을 나간 동안 알의 부화온도를 유지하기 위해 가까운 먹이터로 자주 이동하며 둥지를 오간다.

이때 노출되는 추위에서 알을 지키는 방법이 알껍데기에 있는 색을 이용해 열 보존율을 높이는 것이다.

연구팀 실험 결과에 따르면 짙은 색 알이 옅은 색 알보다 부화 적정온도를 더 오래 유지했고, 외부 환경 온도에 따라 더 빨리 데워졌다.


Q. 식물은 어떻게 추위를 이겨낼까.
A. 식물에게 추위는 동물이 견뎌야 하는 것보다 더 혹독하다.

이동도, 털도 없다.

겨울잠을 대신하는 휴면기가 있지만 사실 휴면이라고 이름 붙이기 미안할 정도의 고난이다.

식물은 수분을 제거해 세포의 수분함량을 줄인다.

영하의 낮은 기온에 세포를 보호하기 위해서다.

그리고 광합성으로 생성한 탄수화물을 전분 형태로 세포 속에 저장한다.

전분은 겨우내 나무의 에너지원이 된다.

그리고 추위로 생기는 활성산소를 제거하기 위해 항산화소의 활성도를 높인다.

남극 대륙에 서식하는 꽃 식물 중 하나인 남극 좀새풀(Deschampsia antarctica)은 칼락티놀 신타아제(GolS)가 그 기능에 기여한다.

극지연구소와 연세대 연구팀은 이 식물이 추위와 탈수가 발생할 수 있는 환경에서 GolS의 증가와 함께 라피노스 계열 올리고당(RFO·갈락토스, 글루코스, 프럭토스가 복합된 삼당류를 의미하며 채소와 전곡에 함유돼 있다)의 전구체인 갈락티놀과 라피노스가 많이 축적되는 것을 확인했다.

GolS2 유전자가 남극 추위와 건조한 스트레스 환경에서 세포의 당 함량을 높여 꽃을 피우고 살 수 있게 한다는 것이다.


에스키모인과 사막에 사는 사람의 체형을 비교하면 우리 인간 역시 기후에 적응해온 것은 분명하다.

하지만 추위를 이기기 위해 사람이 화석연료에 기대온 것에 비하면 자연이 보여주는 친환경적인 치밀한 전략은 경이롭다 하지 않을 수 없다.


[원은지 한양대 해양·대기과학연구소 연구교수]
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