Login     Mobile II
Hint Food 맛과향 Diet Health 불량지식 자연과학 My Book 유튜브 Frims 원 료 제 품 Update Site

인체호흡산소 O2

무산소호흡, 잠수, 혐기성발효

무산소 호흡 : 호흡
- 알코올 발효
- 알코올 발효 효율/수율
- 젖산 Lactic acid
- 젖산의 역할

 

부리고래 ‘2시간·3000미터 잠수’ 비밀 밝혀졌다

한계레신문 :2017-10-13 09:2

허파로 숨을 쉬어야만 살아가는 동물 가운데 깊은 바다를 잠수해 먹이를 찾는 종이 여럿 있다. 코끼리물범, 바다사자, 물개 같은 포유류와 황제펭귄, 장수거북 등이 그런 예다. 그렇지만 ‘잠수의 선수’는 고래이다. 특히 깊은 바다에 내려가 먹이를 사냥하는 이빨고래는 놀라운 잠수 능력을 보인다. 향고래는 바닷속 2250m까지 잠수해 90분 동안 심해 오징어를 사냥한 기록이 있다.
얼음처럼 차갑고 캄캄한 데다 허파가 완전히 쪼그라들 정도로 수압이 높은 심해에서 고래가 어떻게 사냥하는지는 오랫동안 수수께끼였다. 그동안 밝혀진 비결은 이렇다. 헤모글로빈과 미오글로빈 같은 단백질이 혈액과 근육에 다량 분포해 산소를 많이 저장한다. 또 흉곽을 유연하게 조절해 수압에 눌린 허파에서 질소가 혈관으로 녹아드는 것을 막는다. 나아가 심장 박동수를 줄이고 뇌와 심장 등 꼭 필요한 곳에만 산소를 보내 산소 소비를 억제한다.
덩치가 큰 고래일수록 심해 잠수 능력이 뛰어나다. 몸속에 보관할 수 있는 산소의 양이 많기 때문이다. 그런데 길이 20m에 무게 57t까지 나가는 향고래보다 심해 잠수를 잘하는 고래가 있다. 무게가 1∼2t에 지나지 않는 소형 고래인 부리고래가 그들이다.
특히 민부리고래는 가장 신비로운 고래로 꼽힌다. 깊은 바다에 사는 데다 보트의 접근을 꺼려 좀처럼 연구하기 힘들다. 무언가의 이유로 죽어 해안에 떠밀려 오기 전에도 보기조차 어려운 고래여서 생태에 관해서도 아는 게 거의 없다. 그런데 이 고래는 포유동물 가운데 가장 깊이 잠수하고 가장 오래 머문 기록을 세웠다. 미국 연구자들이 2014년 과학저널 ‘플로스 원’에 발표한 논문을 보면, 남부 캘리포니아의 민부리고래 8마리에 위성추적 장치를 부착해 조사한 결과 한 마리는 수심 2992m까지 내려갔고, 다른 한 마리는 2시간 18분 동안이나 잠수했다.
깊게 숨을 들이마신 부리고래는 다음번 숨을 들이쉴 수 있을 때까지 대개 1시간∼1시간 반 동안 잠수와 사냥, 수면으로의 복귀를 마친다. 이 기간에 산소 부족을 이기는 것이 관건이다. 어느 정도 시간이 지나면 들이마신 공기 속의 산소를 모두 써버리고 산소 대신 몸속에 비축된 물질을 이용해 에너지를 생산한다. 이른바 혐기성 호흡이다. 그 부산물로 몸속에 젖산이 쌓이기 시작한다. 대개의 해양동물은 이 한계에 이르기 전에 수면으로 돌아간다. 하지만 부리고래는 한계 시간의 2배를 물속에서 보낸다. 펭귄, 바다사자 등 몸집이 작은 다른 해양동물도 부리고래처럼 한계를 넘는 잠수 행동을 보인다.
연구자들은 부리고래가 심해 잠수에서 돌아온 뒤 다시 심해 잠수에 나서기까지 간격이 유독 긴 데 주목했다. 그 간격이 향고래는 9분 정도였지만 부리고래는 1시간∼1시간 반에 이르렀다. 연구자들은 “몸에 축적된 젖산이 분해되기까지 시간이 걸리기 때문”으로 추정했다.


 


대왕고래 심장 1분 2회 뛰는 비밀
입력 2019.11.26. 15:08 수정 2019.11.26. 17:06 댓글 132개

가속 돌진 사냥에 산소 다량 소비, 대동맥 '풍선' 조직으로 혈류 조절

지상 최대의 동물은 바다 표면에서 4분가량 머물면서 10여 차례 호흡을 가다듬고 184m까지 잠수해 17분 동안 힘겨운 돌진 사냥을 하는 것으로 밝혀졌다. 이때 산소 소비를 줄이기 위해 심장 박동수를 분당 2회까지 줄인다.

지구에 존재한 모든 동물 가운데 가장 큰 대왕고래는 갓 태어난 새끼도 무게 2.5t에 길이 7m에 이른다. 북태평양의 성숙한 5∼10살 대왕고래는 길이 20m에 무게는 70t을 훌쩍 넘긴다.
대왕고래가 이처럼 큰 몸집을 유지하기 위해 생리적 한계까지 심장박동을 조절하는 사실이 밝혀졌다. 먹이 사냥을 위해 잠수할 때는 산소 소비를 줄이기 위해 극단적으로 심장박동을 늦추고, 반대로 바다 표면에 떠올라 잠시 쉴 때는 10배 이상 심박수를 늘려 부족한 산소를 보충한다.
제러미 골드보겐 미국 스탠퍼드대 해양생물학자 등은 야생 상태의 대왕고래에 흡입 컵을 이용한 심전도 측정장치를 부착해 이런 결과를 얻었다고 26일 미 국립학술원회보(PNAS)에 실린 논문에서 밝혔다.
대왕고래는 수심 150∼200m 깊이로 잠수해 약 15분 동안 크릴떼를 사냥한 뒤 바다 표면에 나와 1∼4분 동안 휴식하면서 산소를 보충한 뒤 다시 잠수하는 행동을 되풀이한다. 먹이 사냥은 매우 에너지가 많이 드는 방식이어서, 깊이 잠수한 뒤 입을 크게 벌린 채 위쪽 먹이 떼를 향해 전속력으로 돌진해 자신의 몸무게보다 많은 먹이와 물을 한꺼번에 삼킨다. 이후 수염 사이로 물을 빼내면서 활공하듯 서서히 깊은 곳으로 잠수해 다시 급가속하는 사냥에 나선다.

 
대왕고래의 사냥 행동과 심박동수의 관계. 골드보겐 외 (2019) ‘피나스’ 제공.

문제는 산소가 많이 필요한 급가속 사냥 때 공기를 흡입할 수가 없다는 점이다. 연구자들이 캘리포니아 몬터레이 만에서 15살짜리 대왕고래에서 측정한 결과를 보면, 먹이 사냥을 위해 잠수를 시작하자 심장박동수는 분당 4∼8회로 떨어졌고, 극단적으로 분당 2회로 줄어들기도 했다.
사냥을 위해 돌진할 때 이 수준에서 2.5배 정도 빨라졌지만, 아직도 무게 70t의 포유류에서 예상되는 심박수의 절반에 그쳤다. 연구자들은 그 비밀을 ‘대동맥 활’이라는 기관에서 찾았다. 일종의 풍선처럼 탄력이 강한 이 기관은 혈류를 조절하는 기능을 하는데, 심장에서 나오는 피를 한꺼번에 보관했다 필요한 장기에 서서히 보낸다.

대왕고래가 헤엄치는 수심(위)과 심박수(아래)의 관계. 깊이 잠수해 사냥할 때 심장박동이 급격히 떨어졌다 바다 표면에 나올 때 급속히 증가하는 양 극단을 오가는 현상을 볼 수 있다. 골드보겐 외 (2019) ‘피나스’ 제공.

대왕고래가 헤엄치는 수심(위)과 심박수(아래)의 관계. 깊이 잠수해 사냥할 때 심장박동이 급격히 떨어졌다 바다 표면에 나올 때 급속히 증가하는 양 극단을 오가는 현상을 볼 수 있다. 골드보겐 외 (2019) ‘피나스’ 제공.
일반적으로 포유류는 작은 동물이나 큰 동물이나 마찬가지로 평생 심장이 10억번쯤 뛴다. 그래서 분당 1000번을 뛰는 뒤쥐처럼 작은 동물은 수명이 짧고, 분당 30회인 코끼리처럼 큰 동물은 장수한다.

의료와 보건, 영양 덕분에 장수하는 사람(분당 60∼100회)은 이런 공식에서 벗어나 평생 심박수가 20억 번이다. 이번 연구에서 대왕고래도 일반적 포유류의 대열에서 벗어난 것으로 밝혀졌다.

사냥을 마치고 표면에 나온 대왕고래는 편안히 휴식을 취하는 것이 아니다. 심박수는 잠수 때의 10배 이상인 분당 25∼37회로 치솟는다. 연구자들은 “물속에서 고갈된 산소를 빨리 보충하기 위한 것”이라며 “(고래의 덩치에 견주면) 최대 속도로 심장이 뛰는 것”이라고 설명했다.

대왕고래가 바다 표면에 나오는 이유는 쉬기 위해서가 아니라 격렬하게 심장박동을 늘려 고갈된 산소를 보충하기 위해서이다. 듀크 해양 로봇 및 원격탐사 연구실 제공.

대왕고래가 바다 표면에 나오는 이유는 쉬기 위해서가 아니라 격렬하게 심장박동을 늘려 고갈된 산소를 보충하기 위해서이다. 듀크 해양 로봇 및 원격탐사 연구실 제공.
무게 180㎏으로 동물 가운데 가장 큰 대왕고래의 심장은 “쉴 때 빠르게 뛰고 일할 때 느리게 뛰는” 독특한 양상을 보인다. 만일 대왕고래보다 큰 고래가 있다면, 덩치가 클수록 포유류의 심장박동이 느리기 때문에 잠수하느라 잃은 산소를 짧은 시간 안에 보충하지 못할 것이다. 대왕고래가 왜 지상 최대의 동물이 됐는지를 짐작하게 되는 대목이다.

연구자들은 “대왕고래는 잠수할 때와 바다 표면에 올라왔을 때 모두 심각한 생리학적 한계에 직면하는데, 이것이 동물의 몸 크기 진화를 제약하는 것 같다”고 논문에 적었다.

■ 기사가 인용한 논문 원문 정보:

J. A. Goldbogen et al, Extreme bradycardia and tachycardia in the world’s largest animal, PNAS, https://doi.org/10.1073/pnas.1914273116



 


페이스북       방명록      수정 2019-11-26 / 등록 2017-10-13 / 조회 : 2957 (292)



우리의 건강을 해치는 불량지식이 없는 아름다운 세상을 꿈꾸며 ...  2009.12  최낙언