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편식 : 팬더곰은
감각이 운명이다
- 팬더곰 : 대나무
- 풀먹는 호랑이
대나무를 주식으로 하는 판다가 한때는 육식주의자였다는 연구가 나왔다.
미국 미시간대 생물학과 지안지 장 교수팀은 판다가 고기의 감칠맛을 못 느끼게 돼 육식을 그만뒀다고 발표했다. 이 내용은 영국의 과학전문잡지 ‘뉴사이언티스트’가 4일 보도했다.
고기 맛은 몸 속 감칠맛 수용체인 ‘Tas1r1’을 통해 느끼게 된다. 현재 판다의 Tas1r1은 기능을 하지 않는 비활성 버전이다.
교수팀은 "판다의 Tas1r1이 약 420만 년 전 기능을 멈췄다"고 밝혔다. 장 교수는 “고대 판다의 화석을 분석한 결과 700만~200만 년 전 사이에 고기 대신 대나무를 먹기 시작한 것으로 보인다”고 설명했다. 대나무로 주식을 바꾸자 고기의 맛을 느낄 필요가 없어 Tas1r1의 기능이 멈춘 것이다.
장 교수는 "기후 변화로 인해 판다가 즐겨먹던 고기가 한 순간 크게 줄었을 것"이라며 "그 후 다시 기후가 변해 고기가 많아졌지만 Tas1r1이 기능을 멈춰 더 이상 고기를 찾지 않게 됐다"고 말했다.
중국에 사는 동물인 팬더는 겨울에도 겨울잠을 자지 않는다.
팬더의 유일한 먹이인 대나무가 영양가가 너무 적어서 지방을 축적할 수 없기 때문에 겨울에도 계속 대나무를 먹기 위해서 산위를 돌아다녀야 한다.
팬더는 야행성이고, 주식은 대나무다. 대나무 중에서도 특히 죽순을 좋아하는 편이라서 대나무가 자라지 않는 지역에서는 팬더를 키울 수 없다. 실제로 팬더 사육에 성공한 동물원은 어디나 할 것 없이 대나무 서식에 필요한 환경을 갖추고 있다.
하지만 1990년대 초반 연구에 따르면 팬더는 곧잘 사냥을 통한 육식을 한다. 무척이나 배가 고프면
장내 미생물의 도움으로 육식성을 극복한 자이언트 팬더
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=225110
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2011-10-21
멸종 위기에 처한 자이언트 팬더(Ailuropoda melanoleuca)는 고기를 먹기에 더 적합한 위장관을 가졌으며 대나무를 스스로 소화시킬 수 없음에도 불구하고, 위장관 속에 있는 미생물의 도움을 받아 대나무만을 먹고 산다"는 연구결과가 나왔다(# 1).
팬더는 세상에서 가장 까다로운 식성을 가진 동물 중의 하나다. 야생의 팬더는 매일 12kg 이상의 대나무 외에 다른 것은 거의 입에 대지 않는다. 팬더가 그렇게 많은 대나무를 먹는 이유는 무엇일까? 그 이유는 간단하다. 대나무는 단백질, 당분, 지방 등의 중요한 영양소를 함유하고 있음에도 불구하고, 대부분의 칼로리가 단단한 셀룰로오스 섬유에 갇혀 있어 소화시키기가 어렵기 때문이다. 미국 스미소니언 자연사박물관의 링링과 흐싱흐싱은 1982년 두 마리의 팬더를 대상으로 실시한 연구에서, "대나무에 포함된 셀룰로오스의 92%와 헤미셀룰로오스의 73%가 팬더의 소화관을 그대로 통화하여 대변으로 배설된다"고 밝힌 바 있다(# 2).
대부분의 초식동물은 셀룰로오스를 당으로 분해하는 나름의 방법을 발전시켰다. 예컨대 소와 기타 반추동물(ruminants)들은 복잡한 소화기(미생물이 가득 찬 여러 개의 胃)를 보유하고 있어, 식물을 여러 번 처리하여 가능한 한 최대의 영양분을 추출해 낸다. 그러나 팬더는 기본적으로 육식동물인 곰에 속한다. 따라서 반추동물처럼 셀룰로오스를 소화시키는 효소를 분비하지 못하며, 반추동물과 동일한 장내미생물을 보유하고 있지도 않다. 동물의 장내미생물을 광범위하게 조사한 한 연구에 의하면, 팬더가 보유하고 있는 장내미생물은 흑곰과 북극곰을 비롯한 육식동물과 유사하다고 한다(# 3).
중국 학술원 산하 동물학연구소의 푸웬 웨이 박사(생태학)는 자이언트 팬더의 위장관에 서식하는 미생물을 심층적으로 분석해 보기 위해, 15마리의 팬더를 대상으로 이번 연구를 시작하였다. 15마리의 팬더 중 7마리는 중국 중부 및 서부의 산악지대에 서식하는 야생팬더였으며, 8마리는 동물원에 수용된 팬더였다. 연구진은 팬더의 대변을 채취하여 대변 속의 rRNA를 시퀀싱함으로써 5,522개의 미생물 유전자를 검출하였으며, 그 결과 13가지의 상이한 미생물의 존재를 확인할 수 있었다. 13가지의 미생물은 클로스트리듐(Clostridium)과 유사했으며, 그중 7가지는 다른 포유류에서는 찾아볼 수 없는 팬더만의 독특한 장내 미생물이었다.
야생 팬더와 동물원의 팬더는 상이한 식습관 및 라이프스타일을 보유하고 있었지만(야생 팬더는 대나무만을 편식하지만, 동물원의 팬더는 과일과 우유를 비롯하여 보다 다양한 종류의 먹이를 먹는다), 두 그룹의 위장관 안에는 유사한 종(種)의 미생물들이 서식하고 있는 것으로 밝혀졌다. 연구진은 두 그룹의 대변 모두에서, 클로스트리듐에게서 유래하는 (지금껏 알려지지 않았던) 유전자 3가지를 발견했는데, 그것은 2개의 셀룰로오스 소화효소와 1개의 헤미셀룰로오스 소화효소(cellulase, β-glucosidase, xylan 1,4-β-xylosidase)를 코딩하는 유전자였다.
연구진은 이상의 연구결과를 종합하여, "자이언트 팬더가 대나무로부터 에너지를 추출해 낼 수 있는 것은 미생물의 효소 때문이다"라는 결론을 내렸다. "팬더는 육식동물의 소화기를 지니고 있음에도 불구하고, 척박한 주위환경에 적응하여 대나무만을 먹고 살도록 진화하였다. 팬더는 이 과정에서 강력한 턱, 이빨, 뼈를 진화시켜 식물의 줄기를 움켜쥘 수 있도록 적응하였지만, 셀룰로오스를 소화시키는 미생물의 존재도 팬더의 진화목록에 포함시켜야 할 것이다"라고 연구진은 말했다. 이번 연구는 멸종위기동물인 자이언트 팬더의 보존방법을 연구하는 데 도움이 될 것으로 보인다.
이번 연구는 자이언트 팬더가 대나무라는 저질먹이(low-quality diet)를 먹고도 생존할 수 있는 이유를 처음으로 밝혔지만, 일부 전문가들은 "그 정도로는 부족하다"는 반응을 보이고 있다. "팬더가 보유하고 있는 셀룰로오스 분해 효소의 양은 너무 적다.그것은 초식동물은 커녕, 잡식동물인 인간보다도 적은 양이다. 따라서 위장관세균의 관점에서만 본다면, 팬더는 환경 적응도가 매우 낮은 동물이라고밖에 할 수 없다"고 코넬 대학교의 루스 레이 박사(미생물학)는 말했다. "생물은 섭식행위(feeding), 생리(physiology), 형태(morphology)라는 3가지 방법을 이용하여 주위환경에 적응한다. 팬더가 저질먹이에 적응할 수 있었던 주된 이유는 - 대부분의 다른 동물들과는 달리 - 위장관세균이 아니라, 엄청난 식성 때문이다. 팬더는 하루에 15시간을 먹는 데 소비한다. 이는 팬더가 보유한 위장관세균의 에너지 추출능력이 매우 낮다는 것을 의미한다"고 레이 박사는 덧붙였다.
출처: "Microbes help giant pandas overcome meat-eating heritage", Nature News, Published online 17 October 2011 | Nature | doi:10.1038/news.2011.596
첨부그림: 셀룰로오스의 소화과정
원문정보:
1. Zhu, L., Wu, Q., Dai, J., Zhang, S. & Wei, F. Proc. Natl Acad. Sci. USA http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1017956108 (2011).
2. Dierenfeld, E. S., Hintz, H. F., Robertson, J. B., van Soest, P. J. & Oftedal, O. T. J. Nutrition 112, 636-641 (1982).
3. Ley, R. E. et al. Science 320, 1647-1651 (2008).
팬더는 대사량이 적다
자이언트 팬더는 게으름의 미학을 터득한 것 같다. 별로 많이 움직이지 않으며, 설사 움직이더라도 늘 먹기만 하니 말이다. 이제 과학자들은 세계 최초로 팬더의 하루 에너지지출량, 즉 DEE(daily energy expenditure)을 계산해냈다.
《Science》 7월 9일호에 실린 논문에 의하면, 팬더의 DEE는 놀랍게도, 당초 예상치인 13.8메가줄(MJ)의 절반에도 훨씬 못미치는 5.2MJ라고 한다. 5.2MJ라면 천하의 게으름뱅이로 소문난 세발가락나무늘보(three-toed sloth)와 비슷한 수준(5M)이다.
90kg의 거구인 팬더가 소모하는 에너지는 같은 체중의 인간에 비해 절반도 안 된다. 심지어 가만히 서 있는 인간의 에너지 대사율이 활발히(?) 활동하는 팬더보다도 높다고 한다. 그 이유는 뭘까?
해답은 팬더의 식단이 그걸 요구하기 때문이다. 팬더는 육식동물의 소화기를 갖고 있음에도 불구하고, 거의 전적으로 대나무만을 먹고 살기 때문에, 소화가 잘될 리 없다. 그래서 부족한 영양분을 벌충하기 위해 팬더는 엄청난 양(하루 9~18kg)의 대나무를 먹을 수밖에 없다.
그래도 여전히 영양분이 부족하므로, 팬더는 에너지 소모를 최대한 줄일 수밖에 없다. 그래서 별로 움직이지 않고, 에너지를 많이 잡아먹는 기관(간, 뇌, 신장)의 크기는 줄였다. 갑상선호르몬의 분비량도 줄여 대사속도를 늦췄다.
확실히 인간은 팬더보다 훨씬 더 많이 움직이지만, 고에너지 식사를 하므로 대나무를 하루종을 먹을 필요는 없다. 아니, 지금 먹는 양도 너무 많다
판다가 대나무만 먹고도 살 수 있는 비결
판다는 세계에서 가장 매혹적인 채식주의자 중 하나다. 판다의 소화기는 고기를 소화시킬 수 있도록 진화했지만, 주야장천 대나무 하나만 먹는다. 새로운 연구에 의하면, 판다가 지독한 편식을 하면서도 살아남을 수 있는 이유가 밝혀졌다고 한다.
자이언트 판다(Ailuropoda melanoleuca)는 곰의 일종이며, 아직도 육식동물의 소화기관(간단한 위장과 짧은 소장)을 보유하고 있다. 따라서 그들은 - 소(牛)와는 달리 - 식물을 효율적으로 소화시킬 수 있는 위(혹위-벌집위-겹주름위-주름위)를 갖고 있지 않다. 그러나 대나무에는 단백질이 거의 함유되어 있지 않으며, 다량의 난소화성 섬유질(indigestible fiber)만 들어 있다.
판다가 극단적 편식을 하면서도 목숨을 부지하는 이유를 알아보기 위해, 과학자들은 중국의 퀸링산에 서식하는 암수 판다 각각 3마리씩에 무선 송신기를 장착하고, 천연상태에서 뭘 먹는지를 6년간 관찰했다. 그리고 연구진은 관찰 결과를 토대로 판다가 먹는 식물들을 수거하여, 질소, 인, 칼슘(포유류의 3대 핵심 영양소) 함량을 측정함으로써, 그들의 식단을 완전히 분석했다.
"동물들은 자신의 영양소 필요량을 충족시키기 위해 가능한 한 효과적으로 먹이를 채집하며, 채집한 먹이를 잘 섞어 먹음으로써 부족한 영양소를 보충하는 경향이 있는 것으로 알려져 있다. 심지어 서식지의 여건 상 불가피하게 한 가지 식물만을 먹어야 하는 경우에도, 동물들은 가능한 한 다양한 부위(parts)들을 골고루 섭취하려고 노력할 것이 틀림없다"라고 뉴욕 시티대학의 제시카 로스먼 교수(영장류학)는 Science와의 이메일 인터뷰에서 말했다. (로스먼 교수는 이번 연구에 참여하지 않았다.)
분석 결과 로스먼 교수의 말이 맞는 것으로 드러났다. 퀸링산에는 두 가지 종(種)의 대나무, 즉 나무 대나무(wood bamboo)와 화살 대나무(arrow bamboo)가 서식하는데, 이 두 종은 서식하는 고도가 다를 뿐 아니라, 일년 중 새순 및 이파리가 나는 시기가 각각 다르다.
연구진이 장착한 무선송신기를 이용하여 판다들의 동선을 추적한 결과, 짝짓기 시기인 봄이 되면 판다는 나무 대나무의 새순을 주로 먹는 것으로 드러났다. 나무 대나무의 새순에는 질소와 인이 풍부하게 함유되어 있다. 그런데 6월이 되면, 나무 대나무의 죽순이 성숙하여 질소 함량이 떨어지므로, 판다는 더 높은 곳으로 이동하여 화살 대나무의 새순을 먹기 시작하는 것으로 밝혀졌다. 그러나 두 종의 대나무는 모두 칼슘 함량이 부족하므로, 판다는 6월 중순쯤 다른 식량을 먹기 시작하는데, 그것은 바로 어린 화살 대나무의 이파리였다. 이파리에는 칼슘이 풍부하게 함유되어 있기 때문이다.
어미 판다의 식생활 패턴은 새끼의 발육에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 판다는 봄에 짝짓기를 하지만 착상을 늦추기 때문에, 착상이 될 때까지 어미의 자궁 안에서 발육을 멈추는 것으로 알려져 있다. 그런데 연구진에 의하면, 판다의 배아는 어미가 칼슘을 충분히 섭취할 때만 발육을 재개한다고 한다. 연구진은 이상의 연구결과를 정리하여, Functional Ecology 2014년 7월 9일호에 발표했다.
8월이 되면, 어미 판다는 낮은 곳으로 되돌아와 핑크빛의 작은 새끼를 낳는다. 그리고는 나무 대나무의 새잎을 먹기 시작하는데, 여기에는 영양분(예: 수유에 필요한 칼슘)이 많이 함유되어 있다. 판다는 곰 중에서 임신 기간이 가장 짧아 겨우 2~3개월에 불과하며, 다른 곰들은 보통 6개월이다. 또한 판다는 곰 중에서 가장 작은 새끼를 낳는데, 갓 태어난 판다의 무게는 겨우 90~130g이다. 이에 반해 다른 곰들은 300~400g의 건장한 새끼를 낳는다. "판다 새끼의 덩치가 작은 것은, 어미가 서식지에서 섭취할 수 있는 영양소에 한계가 있기 때문이다"라고 연구진은 말했다.
그러나 판다가 제 아무리 재주를 피우더라도, 엄동설한을 견디기에는 역부족인 것 같다. 겨울이 되면 나무 대나무의 잎이 시들어 영양소 함량이 떨어져, 판다의 사망률이 높아진다고 한다. 실제로 이번 연구의 데이터를 보면, 지난 37년 동안 퀸링산에서 사망한 25마리의 판다 중에서 절반 이상이 3, 4월에 목숨을 잃었는데, 그 이유는 "겨울의 극심한 고통을 견디고 난 직후이기 때문"이라는 게 연구진의 설명이다.
"이번 연구는 판다가 극단적인 편식을 함에도 불구하고 생존할 수 있는 이유를 설명해 준다. 그러나 판다는 다른 곳에서도 영양분을 섭취할 가능성이 있다. 나는 판다가 때때로 죽은 고기를 먹는 장면을 목격한 적이 있다. 또한 판다는 바위를 핥음으로써 칼슘을 비롯한 다른 영양소를 섭취하기도 한다"라고 베이징 대학교의 왕다준 교수(야생 생물학)는 Science와의 이메일 인터뷰에서 말했다. (왕 교수는 오랫동안 퀸링산에서 판다를 연구해 왔다.)
※ 원문정보: "Obligate herbivory in an ancestrally carnivorous lineage: the giant panda and bamboo from the perspective of nutritional geometry", Functional Ecology, first published online: 1 JUL 2014
개가 밥을 먹는 이유
박소라 경주대 애완동식물보호학과 교수 sorapark@gu.ac.kr
개의 유래에 관한 정확한 장소 및 연대는 여전히 많은 과학자들의 논쟁거리가 되고 있지만, 개는 최소한 11000여년 전 유라시아의 늑대에서 분리되어 진화해 왔습니다.
스웨덴 웁살라 대학의 진화유전학자 엑슬슨은 전세계에서 12마리 늑대, 14품종 60마리의 개에게서 DNA를 채취해 분석했습니다. 그 결과 늑대에게선 희박한 아밀라아제(탄수화물 분해 효소) 분비 유전자가 개에게 더 많다는 사실을 알아냈습니다.
즉 우리 주변의 개들은 야생의 늑대보다 5배 이상 빵이나 밥과 같은 탄수화물을 더 잘 소화시켜 탄수화물을 아주 좋은 영양소 및 에너지원으로 사용하고 있다는 이야깁니다. 이 연구결과는 올해 3월 Nature에 게재되었습니다.
액슬슨이 말하길 “늑대 무리에 속해 있다가 인간의 곁에 애완동물로 남게 된 녀석들은 인간과 잘 어울릴 수 있는 능력을 가지고 있는 녀석들이었다” 라고 말합니다.
즉 농경시대 이후로 인간이 곡물을 먹으면서 개들도 자연스럽게 곡물을 소화하고 영양소로 이용할 수 있는 능력을 획득했다는 이야기가 되겠지요. 그리고 바로 이 유전자가 장구한 세월 동안 개가 가축이 되고 인간의 삶 다양한 곳에 스며들어 인간들 돕고 울고 웃게 하는 존재가 되도록 한 중요한 키워드로 작용하게 됩니다. 바로 “개의 가축화” 이지요.
사람도 이와 비슷하게 진화했다고 합니다. 2007년 미국의 과학자들은 곡물 위주 식단의 나라 사람들과 아프리카 등 그렇지 않은 나라 사람들의 유전자를 분석해 위와 같이 아밀라아제 분비 유전자가 더 많다는 사실을 발견했습니다. 즉 탄수화물 분해 효소를 분비케 하는 유전자가 더 많고 활발히 활동하고 있다는 것이죠. 이는 농경의 시작과 밀접한 관련이 있다고 과학자들은 말합니다.
개와 늑대는 여러 유전자의 수가 같습니다. 탄수화물 소화에 필요한 또 다른 효소(말타아제)를 분비하는 유전자 수도 사실은 같습니다. 그러나 늑대와 개의 이 유전자는 큰 차이가 있는데, 이는 개가 늑대보다 더 긴 버전의 말타아제를 생산한다는 것입니다.
긴 말타아제는 토끼나 소 같은 초식동물이 분비하며, 쥐나 여우원숭이 등 잡식동물에게서 나타납니다. 이는 효소의 길이가 초식동물에게 매우 중요하다는 것을 나타냅니다. 이러한 차이가 개의 말타아제 효소를 더 실용적으로 만들었다고 하네요.
이와 같은 결과들은 늑대가 농사짓고 정착해 사는 사람들과 함께 어울렸었다는 가설에 더 많은 힘을 실어줍니다.
음식과 관련된 유전자의 발견은 매우 놀랍고 흥미롭지 않나요? 저는 그렇다고 생각합니다. 이러한 유전자의 발견은 동물의 가축화에 관여한 더 많은 유전자를 찾아낼 힌트가 될 것입니다. 수많은 과학자들이 개와 늑대의 차이, 개의 진화에 대해 파헤치고 있습니다. 더 많은 연구 결과가 밝혀져 우리 곁에 있는 인간의 오랜 친구에 대해 더 많이 알게 되었으면 좋겠습니다.
개의 가축화는 여전히 수수께끼입니다. 하지만 많은 과학자들이 이렇게 노력하여 개의 진화에 대한 풀 스토리를 밝혀낼 날이 올 것입니다.
앞서 말씀 드렸다시피, 개는 육식동물이라서 생식을 시켜야 하고 탄수화물은 필요 없다는 주장을 접하곤 합니다. 하지만 아닙니다. 개는 늑대가 아니며, 늑대와 다르므로 탄수화물도 반드시 필요한 동물입니다. 오래 전부터 개들의 조상은 인간의 곁에서 인간의 음식을 함께 먹으며 공진화 한 동물이기 때문이지요.
따라서 생식을 고집하거나 탄수화물을 제한하여 내 개의 건강을 해하는 일은 없어야 하겠습니다.