안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 대왕오징어는 외골격도 없는데 매우 큰 이유가 무엇인가요
안녕하세요.대왕오징어는 지구상에서 가장 긴 몸길이를 가진 두족류로, 몸길이는 현재까지 촉수를 포함하여 측정된 가장 긴 수컷이 10m, 암컷이 13m로 암컷이 더 거대합니다. 대왕오징어(Architeuthis)는 외골격이 없음에도 불구하고 거대한 크기를 가지게 된 이유는 여러 생태적, 진화적 요인에 의해 설명될 수 있는데요, 이를 자세히 살펴보면 다음과 같습니다. 우선은 심해 환경의 영향입니다. 대왕오징어는 심해에 서식하며, 이러한 환경 특성이 크기 진화에 중요한 역할을 합니다. 두번째는 심해 거대증(Deep-Sea Gigantism)입니다. 심해 동물들은 느린 대사율과 긴 수명을 가지며, 이는 큰 크기를 가지는 방향으로 진화하게 합니다. 큰 크기는 먹이를 효율적으로 잡고, 포식자로부터 생존 확률을 높이는 데 유리하며, 심해의 높은 수압 아래에서 외골격이 아닌 유연한 체구가 생존에 적합합니다. 세번째는 포식자와의 경쟁인데요, 대왕오징어의 주요 포식자는 향유고래와 같은 대형 포유류입니다. 큰 크기는 포식자와 맞설 수 있는 방어 수단이 됩니다. 또한 큰 몸집과 긴 촉수를 통해 빠르게 도망가거나 공격을 피할 수 있습니다. 외골격 대신 유연한 구조의 장점이 있는데요, 외골격이 없는 구조는 심해 환경에서 특히 유리합니다. 심해에서는 외골격이 높은 수압에 의해 파괴될 위험이 있으며, 대왕오징어는 수분이 풍부한 유연한 몸체를 통해 높은 수압을 견딜 수 있습니다. 또한 외골격이 없는 대신 근육질의 몸과 촉수를 통해 빠르고 강력한 추진력을 얻어 먹이를 사냥하거나 포식자로부터 도망갈 수 있습니다. 마지막은 먹이 사냥의 효율성인데요, 대왕오징어는 깊은 바다에서 먹이를 잡아야 하며, 큰 크기는 먹이를 효율적으로 사냥하는 데 유리합니다. 정리하자면 대왕오징어가 외골격 없이도 큰 크기를 가질 수 있는 이유는 심해 환경에 대한 적응, 포식자로부터의 방어, 먹이 사냥의 효율성, 유연한 신체 구조라고 할 수 있습니다
Q. 암모나이트와 비슷한 종류인 앵무조개는 지금도 생존한건가요
안녕하세요. 김지호 박사입니다.앵무조개는 오소콘과 함께 '사새아강(앵무조개아강, Nautiloidea)'에 속하지만 암모나이트는 '국석아강(암모나이트아강, Ammonoidea)'에 속하는데요, 이름은 조개이지만 이매패류(=조개)가 아닌 두족류(오징어, 문어와 같은 류)에 속하는 생명체입니다. 이러한 앵무조개는 인도양 태평양의 열대해역 수심 200m 산호초에서 작은 어류와 갑각류를 먹으면서 사는데요 앵무조개의 눈에는 수정체가 없고, 촉수에는 빨판이 없습니다. 앵무조개는 촉수 아래에 있는 누두를 통해 물을 내뿜으면서 유영하며 또한, 껍데기 속 빈 공간에 물을 채워 부력을 조절합니다.
Q. 내장기관은 얼마나 에너지를 사용하나요
안녕하세요. 내장 기관은 모든 동물의 생존에 필수적인 역할을 하지만, 각각의 기관이 소비하는 에너지와 효율성은 동물의 크기, 생리적 상태, 환경에 따라 달라집니다. 내장 기관이 소비하는 에너지는 전체 대사율(기초대사율, BMR)에 크게 기여하며, 다음과 같은 방식으로 분석할 수 있습니다. 첫번째는 내장 기관의 에너지 소비 비율입니다. 내장 기관이 소비하는 에너지는 동물의 기초대사율(BMR) 중 약 40~60%를 차지하는데요 주요 기관별 비율은 대략 다음과 같습니다. 우선 간 (Liver)은 체중 대비 약 23%를 사용하며 대사 조절, 독소 제거, 글리코겐 저장 등의 역할을 합니다. 다음으로 뇌 (Brain)는 소형 동물과 인간에서는 BMR의15~20%까지 사용하며 큰 동물(예: 소, 코끼리)에서는 약 2~8% 정도 사용하고, 신경 신호 전달, 항상성 조절 등의 역할을 합니다. 심장 (Heart)의 경우 BMR의 약 8~10%를 소비하며 혈액 순환을 통해 산소와 영양소 공급합니다. 정리하자면 내장 기관은 동물의 기초대사율 중 40~60%의 에너지를 소비하며 기관별로 에너지 소비 비율은 다르며, 뇌와 간이 가장 많은 에너지를 사용합니다. 효율성 측면에서 심장과 신장은 낮은 에너지로 중요한 기능을 수행하며, 뇌는 높은 에너지를 소비하지만 고급 기능을 제공하여 효율성을 간접적으로 높입니다.
Q. 영장류가 호리호리한 체형으로 진화하고 살아남은 이유가 무엇인가요
안녕하세요. 영장류 중에서도 인간과 가까운 조상들이 호리호리한 체형으로 진화하고 살아남게 된 이유는 환경적, 생리적, 그리고 행동적 요인들이 복합적으로 작용했기 때문입니다. 이를 다음과 같이 정리할 수 있습니다. 첫번째는 이동 방식의 변화입니다. 초기 인류는 숲에서 살던 나무 위 생활에서 점차 사바나 환경으로 이동하게 되었습니다. 이 과정에서 이족보행이 주요 이동 방식으로 자리 잡았고, 이는 에너지 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 했습니다. 호리호리한 체형은 긴 다리와 가벼운 몸으로 장거리 이동에 유리했습니다. 열대 기후에서 땀을 통해 열을 효과적으로 발산할 수 있는 구조였습니다. 두번째는 사냥과 채집 전략의 적응입니다. 호리호리한 체형은 persistence hunting을 가능하게 했습니다. 인간은 단거리 속도는 부족하지만, 장시간 동물을 추적하며 지치게 만드는 전략에 특화되었습니다. 이는 고칼로리 음식을 얻는 데 큰 도움을 주었고, 생존에 유리했습니다. 세번째는 뇌 발달과 에너지 요구량입니다. 인간은 다른 영장류에 비해 뇌가 매우 크며, 이는 높은 에너지를 요구합니다. 호리호리한 체형은 비교적 적은 에너지로 생존할 수 있게 하여 뇌 발달에 필요한 에너지를 확보하는 데 기여했습니다. 네번째는 체온 조절입니다. 사바나 환경은 고온 건조한 조건을 특징으로 합니다. 호리호리한 체형은 표면적 대비 체적 비율이 높아, 체온을 효과적으로 방출할 수 있었습니다. 고릴라와 같은 큰 몸집은 숲 속의 그늘진 환경에서는 유리하지만, 열린 초원에서는 과열되기 쉽습니다. 다섯번째는 사회적 협력과 적응입니다. 인간의 생존은 도구 사용, 불의 활용, 협력적 사냥과 같은 문화적 요소와도 밀접한 관련이 있습니다. 이러한 행동은 빠르고 날렵하게 이동할 수 있는 체형이 유리하게 작용했을 가능성이 높습니다. 여섯번째는 다양한 종 간 경쟁입니다. 초기 인류의 조상들 중에는 다양한 체형과 생활방식을 가진 종들이 공존했습니다. 고릴라와 같은 큰 체형의 종들은 제한된 지역(숲)에서만 생존이 가능했지만, 호리호리한 체형의 인류는 더 다양한 환경에 적응할 수 있었을 것이며 환경 변화(기후 변화 등)에 유연하게 대처할 수 있는 종이 살아남게 되었습니다. 정리하자면 호리호리한 체형은 환경 변화에 대한 적응, 에너지 효율성, 체온 조절, 이동성 등에서 경쟁력을 제공했습니다. 이러한 진화적 특징은 인간이 지구상의 다양한 환경에서 살아남고 성공적으로 확산할 수 있게 한 중요한 요인 중 하나입니다.
Q. 빙하기때 네안데르탈인이 생존을 못하고 왜 멸종햇을까요
안녕하세요.네안데르탈인은 발굴과 연구가 진행될수록 현생인류와 거의 다를 바 없는 생활을 했던 것으로 밝혀지고 있지만, 약 4만 년 전 지구상에서 홀연히 사라졌는데요 그 원인을 놓고 의견이 분분한 가운데, 악셀 팀머만 IBS 기후물리연구단장이 슈퍼컴퓨터를 이용한 연구를 통해 이들이 사라진 원인을 현생인류와의 경쟁이라고 주장했습니다. 유럽과 시베리아 등에 널리 퍼져 살던 친척인류 네안데르탈인은 도구를 만들고 집단생활을 하며 장신구를 만드는 등 현생인류(호모 사피엔스)와 크게 다르지 않은 생활을 했던 것으로 추정되지만 약 4만 년 전 지금의 스페인 지역을 마지막으로 홀연히 지구상에서 자취를 감췄는데요 비록 일부는 현생인류와 가정을 이뤄 후손(현대인)의 게놈에 자취를 남겼지만, 대부분은 사라진 것으로 추정되고 있습니다. 그동안 그 이유를 놓고 현생인류와의 경쟁과 혹독하고 변덕스러운 기후 등 여러 가설이 대립했는데, 최근 국내 연구기관의 슈퍼컴퓨터를 이용한 연구 결과 현생인류와의 자원 경쟁에서 밀려난 게 가장 큰 멸종 이유라는 주장이 제기되었습니다. 악셀 팀머만 기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단장은 옛 기후 데이터를 이용해 과거 환경을 복원하고 그 안에서 현생인류 및 네안데르탈인이 확산하는 과정을 모사한 수학 공식 모형을 만든 뒤 이를 IBS 슈퍼컴퓨터 ‘알레프’를 이용해 풀어 이 같은 사실을 밝혔으며 연구 결과는 지질학 분야 국제학술지 ‘신생대 제4기 과학 리뷰’에 발표됐습니다.팀머만 단장은 “그들이 현생인류 확산 시기에 사라진 것은 우연이 아니다”라며 “이번 시뮬레이션 연구로 네안데르탈인의 멸종이 우리가 행한 최초의 주요 멸종 사건이라는 사실이 분명히 드러났다”고 말했습니다. 그는 “연구를 확장해 식생과 기후변화를 이끈 더 상세한 요인, 문화 그리고 바이러스 등 병원체를 포함하는 새로운 모형을 연구중”이라며 특히 ”수두대상포진 바이러스와 같이 현생인류가 10만 년 전 동물에게 옮은 바이러스는 높은 치명률로 네안데르탈인 인구수 감소에 기여했을 것”이라고 말한 바 있습니다.