기본 콘텐츠로 건너뛰기

1분에 2회까지 느려지는 대왕고래 심장의 비밀



(Researchers from the Goldbogen Lab place a suction-cup tag on a blue whale in Monterey Bay. Credit: Goldbogen Lab/Duke Marine Robotics and Remote Sensing Lab; NMFS Permit 16111)

(Illustration depicting how the blue whale's heart rate slowed and quickened as it dove, fed and surfaced. Credit: Alex Boersma)


 과학자들이 지구에서 가장 큰 생물체인 대왕고래 (흰긴수염고래, blue whale)의 심박동수를 측정하는 데 성공했습니다. 일반적으로 큰 동물일수록 심박동수가 느립니다. 심장이 커진다고 근육의 수축 속도가 빨라지지 않는데다 상대적으로 대사율도 느려져 빨리 펌프질할 필요가 없기 때문입니다. 따라서 대왕고래의 심박동수가 포유류 가운데 가장 느릴 것으로 예측할 순 있지만, 정확하게 측정하기는 불가능했습니다. 지구상에서 가장 거대한 생물을 잡아서 심박수를 측정하기 어렵기 때문이죠. 물론 센서를 부착하는 일 역시 매우 어려웠습니다. 


 스탠포드 대학의 제레미 골드보겐 교수(Jeremy Goldbogen, assistant professor of biology in the School of Humanities Sciences at Stanford)와 그의 동료들은 거의 미친 것 같은 연구를 진행했습니다. 바로 살아있는 대왕고래에 사람이 수작업을 센서를 부착해 다양한 상황에서 심박수를 측정하는 것입니다. 두꺼운 피부를 통해 심박음을 측정하면서 일정 기간 동안 대왕 고래 피부에 붙어 있어야 하는 센서를 개발한다 해도 거대한 대왕고래에 센서를 직접 가서 부착하는 일은 대단히 위험한 일이었습니다. 하지만 과학자들은 그 일을 결국 해냈습니다. 




(동영상) 


 이번 연구에서 놀라운 일은 예상보다도 30-50% 정도 심박동수가 느릴 뿐 아니라 변동이 심하다는 것입니다. 대왕고래는 먹이 사냥을 위해 잠수할 때는 심박동수를 분당 4회로 줄여 에너지 소비를 줄이는데 심한 경우 분당 2회까지 줄어들기도 합니다. 잠수 후 크릴 등을 흡입하는 과정은 많은 에너지를 소비하기 때문에 심박동수는 8회 정도로 증가합니다. 한번에 엄청난 양의 물과 크릴을 흡입한 후 이를 내보내는 과정은 상당한 에너지를 소비합니다. 그리고 이런 과정을 거쳐 충분히 먹고 나면 다시 물위로 떠올라 숨을 쉬는데, 놀랍게도 이 과정에서 가장 심박동수가 빠르게 증가해 분당 30-35회로 증가합니다. 빠르게 산소를 보충하기 위한 것으로 오히려 숨쉬는 과정에서 가장 많은 일을 하는 것입니다. 


 한 가지 더 흥미로운 사실은 이렇게 심박동수가 느려져도 생존이 가능한 이유입니다. 연구팀은 거대한 심장을 보조할 수 있는 대동맥궁 (aortic arch)의 수축이 그 이유 중 하나라고 보고 있습니다. 대동맥궁은 심장에 연결된 대동맥 입구 부분으로 아치 모양으로 생겼기 때문에 이런 이름이 붙었습니다. 대동맥은 그냥 피가 통과하는 파이프가 아니라 근육으로 둘러쌓인 장기로 필요시 수축을 통해 혈압을 더 높일 수 있습니다. 대왕고래에서는 이 기능이 더 극단적으로 진화해 심장의 기능을 보조할 수 있게 혈액을 보관했다가 수축해 몸에 보내는 일을 하는 것으로 보입니다. 


 연구팀은 이런 변화가 사실 대왕고래의 심장의 극단적인 상황까지 진화했음을 보여주는 증거라고 보고 있습니다. 이미 한계에 이르렀기 때문에 더 커지기는 어렵다는 것입니다. 이는 대왕고래가 지구 역사상 가장 큰 동물임을 생각할 때 설득력이 있는 주장이지만, 개인적으로는 생물의 진화 능력은 우리의 상상을 초월하는 만큼 불가능한 일은 아니라고 생각합니다. 


 참고 


J. A. Goldbogen el al., "Extreme bradycardia and tachycardia in the world's largest animal," PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1914273116



댓글

이 블로그의 인기 게시물

통계 공부는 어떻게 하는 것이 좋을까?

 사실 저도 통계 전문가가 아니기 때문에 이런 주제로 글을 쓰기가 다소 애매하지만, 그래도 누군가에게 도움이 될 수 있다고 생각해서 글을 올려봅니다. 통계학, 특히 수학적인 의미에서의 통계학을 공부하게 되는 계기는 사람마다 다르긴 하겠지만, 아마도 비교적 흔하고 난감한 경우는 논문을 써야 하는 경우일 것입니다. 오늘날의 학문적 연구는 집단간 혹은 방법간의 차이가 있다는 것을 객관적으로 보여줘야 하는데, 그려면 불가피하게 통계적인 방법을 쓸 수 밖에 없게 됩니다. 이런 이유로 분야와 주제에 따라서는 아닌 경우도 있겠지만, 상당수 논문에서는 통계학이 들어가게 됩니다.   문제는 데이터를 처리하고 분석하는 방법을 익히는 데도 상당한 시간과 노력이 필요하다는 점입니다. 물론 대부분의 학과에서 통계 수업이 들어가기는 하지만, 그것만으로는 충분하지 않은 경우가 많습니다. 대학 학부 과정에서는 대부분 논문 제출이 필요없거나 필요하다고 해도 그렇게 높은 수준을 요구하지 않지만, 대학원 이상 과정에서는 SCI/SCIE 급 논문이 필요하게 되어 처음 논문을 작성하는 입장에서는 상당히 부담되는 상황에 놓이게 됩니다.  그리고 이후 논문을 계속해서 쓰게 될 경우 통계 문제는 항상 나를 따라다니면서 괴롭히게 될 것입니다.  사정이 이렇다보니 간혹 통계 공부를 어떻게 하는 것이 좋겠냐는 질문이 들어옵니다. 사실 저는 통계 전문가라고 하기에는 실력은 모자라지만, 대신 앞서서 삽질을 한 경험이 있기 때문에 몇 가지 조언을 해줄 수 있을 것 같습니다.  1. 입문자를 위한 책을 추천해달라  사실 예습을 위해서 미리 공부하는 것은 추천하지 않습니다. 기본적인 통계는 학과별로 다르지 않더라도 주로 쓰는 분석방법은 분야별로 상당한 차이가 있을 수 있어 결국은 자신이 주로 하는 부분을 잘 해야 하기 때문입니다. 그러기 위해서는 학과 커리큘럼에 들어있는 통계 수업을 듣는 것이 더 유리합니다. 잘 쓰지도 않을 방법을 열심히 공부하는 것은 아무래도 효율

150년 만에 다시 울린 희귀 곤충의 울음 소리

  ( The katydid Prophalangopsis obscura has been lost since it was first collected, with new evidence suggesting cold areas of Northern India and Tibet may be the species' habitat. Credit: Charlie Woodrow, licensed under CC BY 4.0 ) ( The Museum's specimen of P. obscura is the only confirmed member of the species in existence. Image . Credit: The Trustees of the Natural History Museum, London )  과학자들이 1869년 처음 보고된 후 지금까지 소식이 끊긴 오래 전 희귀 곤충의 울음 소리를 재현하는데 성공했습니다. 프로팔랑곱시스 옵스큐라 ( Prophalangopsis obscura)는 이상한 이름만큼이나 이상한 곤충으로 매우 희귀한 메뚜기목 곤충입니다. 친척인 여치나 메뚜기와는 오래전 갈라진 독자 그룹으로 매우 큰 날개를 지니고 있으며 인도와 티벳의 고산 지대에 사는 것으로 보입니다.   유일한 표본은 수컷 성체로 2005년에 암컷으로 생각되는 2마리가 추가로 발견되긴 했으나 정확히 같은 종인지는 다소 미지수인 상태입니다. 현재까지 확실한 표본은 수컷 성체 한 마리가 전부인 미스터리 곤충인 셈입니다.   하지만 과학자들은 그 형태를 볼 때 이들 역시 울음 소리를 통해 짝짓기에서 암컷을 유인했을 것으로 보고 있습니다. 그런데 높은 고산 지대에서 먼 거리를 이동하는 곤충이기 때문에 낮은 피치의 울음 소리를 냈을 것으로 보입니다. 문제는 이런 소리는 암컷 만이 아니라 박쥐도 잘 듣는다는 것입니다. 사실 이들은 중생대 쥐라기 부터 존재했던 그룹으로 당시에는 박쥐가 없어 이런 방식이 잘 통했을 것입니다. 하지만 신생대에 박쥐가 등장하면서 플로팔랑곱

9000년 전 소녀의 모습을 복원하다.

( The final reconstruction. Credit: Oscar Nilsson )  그리스 아테나 대학과 스웨덴 연구자들이 1993년 발견된 선사 시대 소녀의 모습을 마치 살아있는 것처럼 복원하는데 성공했습니다. 이 유골은 그리스의 테살리아 지역의 테오페트라 동굴 ( Theopetra Cave )에서 발견된 것으로 연대는 9000년 전으로 추정됩니다. 유골의 주인공은 15-18세 사이의 소녀로 정확한 사인은 알 수 없으나 괴혈병, 빈혈, 관절 질환을 앓고 있었던 것으로 확인되었습니다.   이 소녀가 살았던 시기는 유럽 지역에서 수렵 채집인이 초기 농경으로 이전하는 시기였습니다. 다른 시기와 마찬가지로 이 시기의 사람들도 젊은 시절에 다양한 질환에 시달렸을 것이며 평균 수명 역시 매우 짧았을 것입니다. 비록 젊은 나이에 죽기는 했지만, 당시에는 이런 경우가 드물지 않았을 것이라는 이야기죠.   아무튼 문명의 새벽에 해당하는 시점에 살았기 때문에 이 소녀는 Dawn (그리스어로는  Avgi)라고 이름지어졌다고 합니다. 연구팀은 유골에 대한 상세한 스캔과 3D 프린팅 기술을 적용해서 살아있을 당시의 모습을 매우 현실적으로 복원했습니다. 그리고 그 결과 나타난 모습은.... 당시의 거친 환경을 보여주는 듯 합니다. 긴 턱은 당시를 살았던 사람이 대부분 그랬듯이 질긴 먹이를 오래 씹기 위한 것으로 보입니다.   강하고 억센 10대 소녀(?)의 모습은 당시 살아남기 위해서는 강해야 했다는 점을 말해주는 듯 합니다. 이렇게 억세보이는 주인공이라도 당시에는 전염병이나 혹은 기아에서 자유롭지는 못했기 때문에 결국 평균 수명은 길지 못했겠죠. 외모 만으로 평가해서는 안되겠지만, 당시의 거친 시대상을 보여주는 듯 해 흥미롭습니다.   참고  https://phys.org/news/2018-01-teenage-girl-years-reconstructed.html