겨울잠과 소변 볼 때 몸을 떠는 행동의 공통점은?[과학을읽다]

겨울잠을 자고 있는 지리산반달가슴곰의 새끼들입니다. 겨울잠을 잘 때 찾아가 건강을 체크해준다고 합니다. [사진=유튜브 화면캡처]

[아시아경제 김종화 기자]요즘은 덜 하지만, 예전에는 추운 겨울날 밖에서 소변을 본 사람은 대부분이 몸을 부르르 떨었습니다. 강아지도 간혹 영역표시를 위해 소변을 본 뒤에는 몸을 떨기도 합니다. 왜 그럴까요? 소변이 몸 밖으로 배출될 때 소변의 양 만큼 몸의 열을 가지고 나와 체온이 순간적으로 1℃ 정도 떨어지기 때문이라고 합니다.

사람은 몸을 부르르 떠는 행동으로 열을 만들어 떨어진 체온을 다시 올린다고 합니다. 이처럼 체온을 가진 사람과 동물들은 체온을 유지하는 일이 매우 중요합니다. 사람이건 동물이건 날씨가 영하로 내려가는 겨울에는 체온 유지가 생사를 가릅니다.

동물들이 체온을 유지하기 위해, 다시 말해 생명을 유지하기 위해 추운 겨울에 선택하는 방법 중 하나가 바로 '겨울잠'입니다. 겨울이면 날씨가 추워 먹잇감을 구하기 어렵습니다. 겨울동안 먹이를 찾을 수 없는 동물들은 사용하는 에너지를 최소화하기 위해 겨울잠을 선택하는 것입니다.

겨울잠을 자는 동물은 크게 두 종류로 나눌 수 있습니다. 스스로 체온을 조절할 수 있느냐, 없느냐에 따라 정온동물과 변온동물로 구분됩니다. 정온동물은 외부 온도와 상관 없이 일정한 체온을 유지하는 동물입니다. 곰, 다람쥐, 너구리, 고슴도치 등이 정온동물입니다.

변온동물은 외부 온도에 따라 체온이 변하는 동물입니다. 개구리, 뱀 등이 대표적인 변온동물입니다. 변온동물에게 겨울잠은 필수입니다. 체온이 0℃ 이하로 내려가면 얼어죽을 수 있기 때문에 변온동물은 날씨가 따뜻해지는 봄이 될 때까지 죽은 듯이 겨울잠을 잡니다. 호흡이나 심장박동이 거의 없는 상태라고 할 수 있습니다.

반면 정온동물의 겨울잠은 변온동물이 죽은 듯이 자는데 비하면 얕은 잠이라고 할 수 있습니다. 정온동물은 체온유지를 위한 기초대사량이 높은 만큼 에너지를 만들기 위해 겨울잠을 자기 전에 먹이를 충분히 먹고, 자는 동안 최소한의 호흡과 심장박동만 합니다.

동물들의 겨울잠은 평소의 잠과 달리 혼수상태에 빠진 것과 비슷합니다. 이 때문에 겨울잠에서 깨어난 뒤에는 일정한 휴식시간이 필요하다고 합니다.

겨울잠을 자는 대표적인 동물은 곰입니다. 정온동물인 곰은 나무나 바위로 된 구덩이에서 얕은 수면 상태로 가을에 저장한 지방을 소모하면서 겨울을 납니다. 겨울잠을 자다 중간에 일어나서 배설을 하거나 먹이를 먹기도 합니다. 곰의 목표는 겨울동안 움직임을 최소화해 에너지 소모를 줄이는 것입니다.

다람쥐의 경우 가을에 먹이를 한껏 먹어 지방층으로 살을 찌운 후 두꺼운 낙엽이나 땅속 보온이 잘되는 곳에 보금자리를 마련해 잠을 잡니다. 평소 다람쥐가 활동할 때 심장 박동수는 1분에 150회 정도인데, 겨울잠을 잘 때는 1분에 5회 정도로 대폭 줄어듭니다.

곰과 마찬가지로 다람쥐 등 정온동물들은 겨울잠을 자다가도 가끔 깨어나 보금자리에 저장해둔 먹이를 먹기도 합니다. 그러나 개구리나 뱀 등 변온동물의 겨울잠은 몸의 기능을 거의 정지시킨 상태에서 수면이 이뤄집니다. 개구리의 경우 몸속의 파이브리노젠이라는 부동액 같은 성분이 몸이 얼지 않고 최소한의 생명유지를 가능하게 해준다고 합니다.

겨울잠을 자지 않는 동물들은 호랑이, 사슴, 여우, 토끼, 청설모 등입니다. 호랑이나 사슴, 여우 등은 겨울을 앞두고 털갈이를 하며 털이 많아져 추위에 잘 견딜 수 있고, 토끼 역시 겨울이면 털이 흰색으로 변하면서 털이 많이 나 겨울을 나는 데 큰 어려움이 없다고 합니다. 청설모는 가을에 도토리 등을 많이 저장해두고 겨울철 식량으로 쓰기 때문에 겨울에도 크게 문제가 없다고 합니다.

1년 내내 먹이가 충분한 열대지방에 사는 동물들과 항상 먹이를 먹을 수 있는 동물원의 곰 등은 겨울잠을 자지 않아도 된다고 합니다.

어미 곰의 품에서 겨울잠을 자고 있는 새끼 곰의 모습. [사진=내셔널지오그래픽TV 화면캡처]

이처럼 동물들이 겨울이 오면 겨울잠을 자도록 유도하는 매커니즘은 무엇일까요? 겨울잠을 자는 동물의 혈액 속에는 '동면 유도 촉진제(HIT)'라 불리는 단백질이 있다고 합니다. 낮이 짧아지고 온도가 변하며, 먹을 것이 귀해지면 이 HIT가 동면을 촉발시킨다고 합니다.

또 HIT와 다른 종류의 단백질로 '겨울잠 특이적 단백질(HP)'이 있습니다. HP를 지닌 몇몇 동물의 경우 겨울잠을 자지 않는 상태에서 혈액 속에 HP가 1㎖당 60~70μg 정도 존재한다면, 겨울잠을 자는 동안에는 평상시의 10~20분의 1 정도로 감소하고, 반대로 혈중 HP량이 원래대로 양이 늘어나면 겨울잠에서 깨어난다고 합니다.

동물의 뇌에서 분비되는 '엔케팔린'이라는 호르몬도 동면을 유도하는 것으로 알려졌습니다. 과학자들은 HIT, HP, 엔케팔린 등의 성분을 이용해 사람의 '인공동면'을 연구하고 있습니다.

환자의 체온을 18도까지 낮추면 두뇌 활동이 정지되고, 피의 흐름이 멎는데 인공동면을 통해 이 상태에서 저체온 수술을 할 수 있다면 피를 한 방울도 흘리지 않고 장기이식, 외과수술을 할 수 있습니다. 암 치료에도 활용하는데, 항암치료 전에 정상세포를 동면시켜 활동하는 암세포만 집중 공격해 치료하는 등 다방면으로 활용할 수 있기 때문입니다.

아직까지도 동물의 겨울잠에 대한 비밀은 완전히 밝혀진 것이 아닙니다. 겨울잠의 비밀이 차츰 밝혀져 인간의 질병 치료에도 도움이 됐으면 좋겠습니다. 사람이 소변을 보면서 몸을 떠는 것과 동물이 겨울잠을 자는 것의 공통점은 체온을 지키기 위한 행동이라고 할 수 있지 않을까요?

김종화 기자 justin@asiae.co.kr