북극곰의 여정。

공상과학영화나 소설에 보면 외계인이 지구를 침공하는 모습이 자주 등장합니다. 이 장면에서 또 빠지지않는 것이 외계인이 지구인을 잡아가서 가둬놓는 것이죠. 자기들의 생체실험대상이 되기도 하고, 자신들만의 콜렉트 아이템이 되기도 합니다. 이러한 장면에서는 인간을 산채로 냉동시켜서 보관하는 장면이 가끔 나오곤하는데요. 그렇다면 이것은 실제로 가능한 일일까요? 또한 냉동인간이라고 해서 살아있는 사람을 산 채로 냉동시킴으로 생명연장을 시킬수 있다는데 과연 가능한 일일까요? 현재의 과학으로서의 답은 부정에 가깝습니다. 그 이유는 세포와 혈액에 포함된 물이 얼음으로 변하는 과정에서 팽창하게되고 결국은 세포가 터져버리게 되면서 죽음에 이르게 되죠. 사람을 포함한 대부분의 동물은 이러한 이유때문에 냉동인간 또는 냉동동물 상태로 생명보존이 된다는 것은 불가능에 가깝습니다. 여기에도 예외는 있을까요? 

지구상에서 추위를 이겨내는 동물들을 잘 관찰한다면 가능한 일일수도 있습니다. 동물들이 추위를 이겨내는 방법중 몇몇 친숙한 것은 털갈이를 한다던지 철을 따라 이동을 한다던지 여러가지 방법이 있는데요. 그 중에서 동면(Hibernation) 또한 많이 알려져있습니다. 겨울잠을 자는 곰이라는 이미지로 흔히들 동면은 겨울이 되기전 최대한의 영양분을 섭취한 후, 따뜻한 굴을 파서 겨우내 움직임을 최소한으로 하며 계절을 보내는 것으로 많이들 알고 계실 것입니다. 하지만 조금 다른 종류의 동면도 있죠. 오늘 다뤄볼 핵심은 바로 개구리의 동면입니다. 동면을 취하는 포유류의 경우는 곰과 유사하게 겨울을 나지만, 개구리의 경우는 조금 다릅니다. 개구리의 경우 겨울내내 온몸이 얼어붙은상태로 동면을 취합니다. 어떻게 개구리는 온몸이 얼어붙었다가도 봄이 오면 동면에서 깨어 폴짝폴짝 뛰어다닐수 있을까요?

첫번째 이유는 개구리가 가지고 있는 신축성이 뛰어난 세포벽때문입니다. 이 신축성이 물이 얼음이되어 팽창하더라도 세포의 구조를 무너뜨리지 않고 잘 보존하게 해주는 것이죠. 두번째 이유는 개구리 신체의 부동액화입니다. 개구리는 피부를 통해 기온이 영하 이하로 떨어지는 것을 감지하면 세포나 혈액속의 수분으로 이동시켜 한 곳으로 모으려합니다. 그리고 체내 포도당수치와 혈중 포도당수치를 기존의 100배이상으로 급격히 높여줍니다. 이렇게 포도당수치가 높아진 개구리의 신체는 전체가 어는 점이 내려가 부동액처럼 되어서 온몸이 얼어 붙을정도의 추위를 견뎌냅니다. 세번째 이유는 혈중 섬유소원(피브리노겐, Fibrinogen)수치를 향상시켜주어 혹시라도 생기는 작은 얼음결정체에 의한 혈관 및 세포의 손상을 최대한 보수 및 복구할 수 있는 여건을 만들어 주는 것 입니다. 

이렇게 온몸이 얼어붙을 추위에도 견디는 동물 중 또다른 대표적인 녀석은 바로 남극 뱅어(Antarctic ice fish)입니다. 이들이 차디찬 남극 심해에서 얼지않고 생존한 수 있는 비결은 부동단백질(antifreeze protein)에 의한 세포와 혈관내 얼음 생성억제 덕분입니다. 부동단백질은 체온이 물의 어는점이하로 떨어졌을 때 체내 여러 물질과 함께 얼음결정에 달라붙어 세포와 혈관을 부동액화 시킵니다. 그 과정에서 가장 중요한 역할을 하는 물질은 포도당(glucose), 당단백질(glycoprotein), 글리세롤(glycerol), 소르비톨(sorbitol)과 같은 물질입니다. 특히 당단백질의 경우 부동단백질과 함께 체내에 생성된 작은 얼음조각에 붙어 그 생성을 억제함으로서 세포와 혈관을 부동액화 시키는데 가장 중요한 역할을 합니다. 

실제로 남극뱅어의 부동단백질과 당단백질에 의한 남극뱅어 신체 속 부동액은 자동차의 냉각수로 쓰이는 부동액의 발명의 시초가 되었다는 설도 있습니다. 자동차 부동액의 물질 구조가 당단백질의 구조와 실제로 흡사하다고 하더군요.(이 부분은 정확하진 않네요 ^^)

p.s. 주제와는 조금 관계가 없지만 남극뱅어(크게 Antarctic Notothenioid)는 적혈구가 포함되지 않은 투명한 혈액을 가지고 있습니다. 위 사진을 보시더라도 투명해보이시는게 느껴지시죠? 이들이 지내는 남극 심해는 산소의 농도가 높아서, 비늘이 없는 피부를 통해 직접 산소를 흡수하기에 적혈구의 필요가 많이 줄어든 탓입니다. 그보다 큰 이유는 적혈구는 추위에 쉽게 손상되기때문입니다. 피가 항상 빨간 것은 아니네요~