고래가 고혈압으로 ‘뒷목’ 잡고 쓰러지지 않는 이유는?

연휴 가볍게 읽을 흥미로운 과학 연구… 야생동물의 생존 비결

▲ 지구 역사상 가장 무거운 동물인 고래는 빠르게 헤엄쳐도 혈압 상승으로 인한 질병에 걸리지 않는다. 최근 그 비결이 고래의 특별한 혈관 시스템에 있다는 연구결과가 나왔다. ⒸGetty Images

고래는 지구 역사상 가장 무거운 동물이다. 특히, 대왕고래(Blue Whale)의 몸길이는 29m 이상에 몸무게는 대게 150t(톤)이 넘는다. 엄청난 크기에도 불구하고 고래는 상당한 속력으로 헤엄친다. 대왕고래가 마음먹고 달리면, 그 속력은 시속 40km에 달한다. 엄청난 덩치로 빠르게 헤엄치면 피가 몰려 고혈압으로 인해 뇌손상을 입을 수 있다. 그러나 고래는 손꼽히는 장수동물이다. 뚱뚱한 고래가 빠르게 헤엄치면서도 고혈압으로 뒷목 잡고 쓰러지지 않는 비결은 뭘까(사실 뒷목과 혈압은 드라마적 설정일 뿐 실제로는 크게 연관이 없다). 가볍게 읽어볼 만한 최근 국제학술지에 실린 야생동물의 특별한 생존 비결을 소개한다.

 

고래의 장수 비결, ‘경이로운 그물’ 혈관

모든 포유류의 혈압은 심장에서 혈액을 내보내는 동맥이 정맥보다 높다. 이 압력차 덕분에 신체 곳곳에 혈액을 보낼 수 있다. 격렬한 운동을 하며, 혈액이 갑자기 이동하며 뇌에 갑자기 쏠린다. 뇌로 들어가는 혈액과 뇌에서 나가는 혈액 사이의 압력 차이가 커지면 뇌 손상이 유발되고, 장기적인 손상은 치매 등 뇌질환을 일으킬 수 있다. 우리가 격렬한 유산소 운동을 할 때나 말이 질주할 때는 숨을 들이쉬고 내쉬며 혈압을 정상화시킨다. 반면, 해양에 사는 포유류인 고래는 물속에서 숨을 참은 채로 헤엄친다. 그럼에도 고혈압으로 인한 뇌 손상을 입지 않는 것은 물론, 장수의 대명사로 꼽힌다.

로버트 새드윅 캐나다 브리티시컬럼비아대 교수님은 23일 국제학술지 ‘사이언스(Science)’에 육상 동물의 호흡처럼, 고래는 혈압을 조절할 수 있는 특별한 시스템이 있다는 연구결과를 발표했다. 고래의 뇌와 척추를 감싸고 있는 특별한 혈관 시스템이 혈압이 요동치는 것을 막아준다는 내용이다. 이 혈관 시스템의 이름은 ‘경이로운 그물(wonderful net)’이라는 별명을 가진 혈관 ‘괴망(Retina mirabilia)’이다.

▲ 벨루가 고래의 망막에 있는 대동맥과 동맥. ⒸWayne Vogl, UBC

연구진은 11종 고래의 생체역학적 특성을 토대로 가상실험을 통해 헤엄치는 고래의 혈압을 분석했다. 모든 고래는 꼬리를 아래위로 움직여 헤엄치는데, 이 과정에서 꼬리에서 뇌로 피가 향한다. 연구진의 분석 결과, 그물 구조의 혈관 시스템 덕분에 동맥에서 뇌로 들어가는 혈액이 주변 정맥으로 분산되어 고래가 혈압을 안정적으로 유지할 수 있는 것으로 나타났다.

괴망은 고래의 흉부와 척추, 두개골에 분포한다. 바다표범이나 바다사자는 이러한 혈관 시스템이 없다. 연구진은 이 이유가 이들은 고래와 달리 몸을 좌우로 흔들며 이동하기 때문에 뇌로 혈압이 몰리지 않기 때문이라고 설명했다.

새드윅 교수는 “살아있는 고래에 분석 장비를 넣어 고래의 혈압과 뇌 혈류를 직접 측정한다면 명백한 결과를 얻을 수 있겠지만, 기술적으로나 동물 윤리적으로나 불가능하다”며 “가상 실험의 결과는 괴망이 고래의 맥압이 초래할 수 있는 신체 손상을 90% 이상 감소시키는 효과가 있음을 보여준다”고 말했다.

 

나무를 두드리는 딱따구리의 행동은 사실 대화?

한편, 20일 국제학술지 ‘플로스 바이올로지(PLOS Biology)’에는 야생동물에 관한 또 다른 흥미로운 연구결과가 실렸다. 딱따구리의 나무를 쪼는 행동에 인간의 언어를 관장하는 뇌 영역이 관여한다는 것이다.

▲ 나무를 쪼는 딱따구리의 행동이 명금류 새의 노래와 신경학적으로 유사하다는 연구가 나왔다. ⒸBrown University

인간의 언어와 새의 지저귐은 많은 공통점이 있다. 의사소통 수단인 것은 물론 유년기에 부모로부터 배우고, 복잡한 근육 움직임이 요구된다. 뇌에서 발현되는 ‘파르알부민(parvalbumin)’ 유전자가 인간의 언어와 새의 지저귐에 관여한다. 지금까지 노래하지 못하는 새의 전뇌에서 파르발부민의 발현을 확인한 적은 없었다.

연구진은 딱따구리를 포함해 홍학, 오리, 펭귄 등 노래하지 못하는 새의 뇌를 조사했다. 그러다 딱따구리의 뇌에서 파르발부민을 방출하는 영역이 있음을 확인했다. 하지만 인간이나 명금류 새와 달리 딱따구리의 파르발부민은 발성이 아닌 나무를 쪼는 행동으로 연결됐다. 

연구를 이끈 매튜 푹스자거 미국 브라운대 교수는 “딱따구리의 나무 쪼기를 담당하는 뇌 영역은 인간의 언어학습이나 새의 지저귐을 담당하는 영역과 놀랍도록 유사하다”며 “딱따구리는 다른 개체와 경쟁하거나, 자신의 영역을 지키기 위해 나무를 쪼는데, 이러한 행동이 학습에 의한 것임을 보여주는 증거”라고 설명했다.

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