일시 정지된 몸

안녕하세요, 라이커스 여러분! 겨울철에 집 온도를 최대한 낮추고, 난방은 거의 켜지 않고, 대부분의 방을 닫아두면 필수적인 시스템은 작동시키면서도 몇 달 치 연료를 불필요하게 낭비하지 않을 수 있습니다.

동면하는 동물의 몸도 이와 똑같은 전략을 사용합니다. 생존에 절대적으로 필요한 기능만 남기고 거의 모든 기능을 줄이는 것이죠.

실제로 몸 안에서 느려지는 것은 무엇일까요?

동면 중에는 체온이 급격히 떨어지고, 심박수도 크게 감소하며, 호흡은 얕고 불규칙해집니다. 이러한 변화의 정도는 놀라울 정도입니다. 마멋의 심박수는 활동 중일 때는 분당 약 200회 정도이지만, 깊은 동면 상태에서는 분당 몇 회 정도로 떨어질 수 있습니다. 또한, 신체 시스템이 동면 중에 처리하는 기능이 매우 적어지면서 노폐물 생성도 거의 완전히 멈추거나 감소합니다. 전반적인 신진대사율은 정상 수준의 극히 일부로 떨어질 수 있으며, 활동적인 동물이 하루에 소모하는 에너지의 1%까지 낮아지기도 합니다. 이는 부분적으로는 에너지원을 포도당에서 저장 에너지원으로 전환하여, 저장된 에너지가 동면 기간 내내 천천히 분해되도록 함으로써 가능합니다.

동물이 동면 기간 내내 완전히 의식을 잃지 않는 이유

뇌 활동은 상당히 느려지지만 완전히 멈추지는 않습니다. 특정 기능은 주변 환경의 위험이나 급격한 온도 변화를 감지하기 위해 계속 활성화됩니다. 동면 자체도 연속적인 과정이 아니라, 깊은 혼수상태와 각성 기간이 반복되는 형태입니다. 각성 기간에는 체온이 잠시 정상에 가까운 수준으로 올라갔다가 다시 혼수상태로 돌아갑니다. 연구자들은 이러한 비용이 많이 드는 각성이 왜 일어나는지 아직 완전히 확신하지 못하고 있습니다. 체온을 다시 올리는 데 동물의 겨울 에너지 예산 중 상당 부분이 소모되기 때문입니다. 하지만 면역 기능은 이러한 짧은 온난화 기간 동안 특이적으로 재활성화되는 것으로 보이며, 이는 동면 상태에서는 유지할 수 없는 신체 방어 체계의 회복을 위한 시간적 여유를 주기 위해 이러한 휴식기가 존재할 수 있음을 시사합니다. 놀랍게도, 수개월간의 활동 중단과 영양 부족에도 불구하고 많은 동면 동물들은 봄에 깨어났을 때 근육량 손실이 놀라울 정도로 적습니다. 근육 보존 메커니즘을 연구하는 연구자들은 이러한 현상이 장기간 움직이지 못하는 인간을 위한 치료법 개발에 도움이 될 수 있기를 기대합니다.

모든 동물이 같은 방식을 택하지 않는 이유

모든 동면 동물이 똑같이 깊은 동면에 들어가는 것은 아니며, 이러한 차이는 관련된 여러 가지 상충 관계를 보여줍니다. 땅다람쥐와 마못은 체온이 영하에 가까워지는 깊은 동면 상태에 빠지는 반면, 흑곰은 동면보다 얕은 형태의 동면인 '동면'을 합니다. 동면은 체온을 적당히 낮춰 어미곰이 겨울 동안 새끼를 낳고 젖을 먹일 수 있도록 체온을 조절하는 방식입니다. 깊은 동면은 극심한 생리적 기능 저하를 동반하지만, 깊은 동면은 그렇지 않습니다. 동면의 깊이 차이는 분명한 장단점을 가지고 있습니다. 깊은 동면은 에너지를 절약하지만, 위협에 신속하게 대응해야 할 경우 회복하는 데 더 오랜 시간이 걸립니다. 반면, 동면과 같은 얕은 동면은 에너지 절약을 어느 정도 희생하는 대신 겨울 내내 더 민첩하게 반응할 수 있습니다. 기후 또한 종의 동면 전략에 영향을 미칩니다. 겨울이 짧고 온화한 지역에 사는 동물들은 북쪽의 길고 혹독한 추위를 견뎌야 하는 가까운 친척들에 비해 더 얕고 쉽게 중단되는 동면 상태를 보이는 경우가 많습니다. 따라서 길고 움직임 없는 잠처럼 보이는 동면 속에서도, 동면하는 동물의 몸은 단순히 전원을 끄는 것이 아니라 정교하게 관리되는 기능 정지 상태를 유지하고 있는 것입니다. 솔직히 말해서, 이처럼 효율적으로 에너지를 절약하는 공학 시스템은 거의 없습니다.