학문
기억상실은공식인가
심해어는 어떻게 그 엄청난 수압을 견디며 살 수 있나요?
심해의 수압이 지상보다 수백 배나 강하다고 배우는데, 심해어들이 이런 극한 압력 속에서도 몸이 찌그러지지 않고 정상적으로 생활할 수 있는 이유가 궁금합니다.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요, 기억상실은공식인가님. 이중철 전문가입니다.
심해어가 수백 기압에 달하는 엄청난 수압 속에서도 찌그러지지 않고 살아갈 수 있는 핵심 원리는 체내 수분과 세포액의 압력이 외부 수압과 완벽한 평형을 이루고 있기 때문이에요. 또한 쉽게 찌그러지는 공기 주머니(부레)를 없애거나 기름으로 채우고, 고압에서도 단백질과 세포막이 굳거나 손상되지 않도록 특수한 화학 물질(TMAO)과 불포화지방산을 세포 내에 풍부하게 유지하는 분자 수준의 진화적 적응을 거쳤기 때문이랍니다.
■ 물의 비압축성과 체내외 압력 평형
물리학적으로 액체 상태의 물은 압력을 받아도 부피가 거의 줄어들지 않는 비압축성 물질입니다. 심해어의 몸은 수분 함량이 90% 이상으로 매우 높고, 체액과 세포 안의 액체 압력이 바깥 심해 바닷물의 압력과 정확히 같은 상태로 맞추어져 있어요. 잠수함처럼 내부가 공기로 차 있는 물체는 외부 수압에 의해 찌그러지지만, 물로 가득 찬 풍선은 물속 깊이 들어가도 찌그러지지 않는 것과 같은 원리랍니다. 안쪽에서 밀어내는 유체 압력과 바깥에서 누르는 수압이 완벽하게 힘의 균형을 이루고 있으므로 심해어의 외형은 온전하게 유지되는 것이지요.
■ 기체 공간의 배제와 부레의 구조적 변화
압력을 받으면 부피가 극단적으로 줄어드는 기체 공간을 몸속에서 없애거나 변형시켰습니다. 얕은 바다에 사는 일반 어류는 체내에 공기를 채운 부레를 가지고 있어 부력을 조절해요. 하지만 수심 수천 미터에서는 기체의 부피가 수백 분의 일로 압축되어 파열되므로 생존에 치명적인 약점이 되거든요. 따라서 대다수 심해어는 진화 과정에서 공기 부레를 완전히 퇴화시켰습니다. 대신 수압의 영향을 받지 않으면서 물보다 밀도가 낮은 지질(기름)이나 왁스 에스테르 성분을 몸 조직과 뼈, 특수 기관에 가득 채워 기체 없이도 물속에서 자유롭게 부력을 유지한답니다.
■ 단백질 구조를 지키는 삼투 물질 TMAO의 작용
엄청난 고압 환경은 생명체의 효소와 단백질 구조를 뒤틀리게 만들어 생체 대사 기능을 마비시켜요. 심해어는 이를 막기 위해 트리메틸아민 옥사이드(TMAO)라는 특수한 유기 분자를 근육과 세포 내에 고농도로 축적합니다. TMAO는 세포 내 물 분자들을 단단하게 묶어 단백질 주변에 안정적인 수분 보호막을 형성해 주는데요. 이 보호막 덕분에 수백 기압의 압력이 가해져도 단백질 입체 구조가 찌그러지거나 변성되지 않고 정상적인 신경 전달과 생명 유지 반응을 수행할 수 있습니다. 실제로 수심이 깊어질수록 심해어 체내의 TMAO 농도가 비례해서 높아진다는 사실이 과학적 연구를 통해 입증되었답니다.
■ 불포화지방산 기반의 세포막 유동성과 유연한 골격
강한 압력과 차가운 심해 수온은 세포막을 구성하는 지질을 버터처럼 딱딱하게 굳게 만드는 성질이 있는데요. 심해어는 세포막 인지질에 고도 불포화지방산(DHA, EPA 등)을 다량으로 배치하여 이 문제를 해결했습니다. 꺾인 구조를 가진 불포화지방산은 고압과 저온 속에서도 지질 분자들이 빽빽하게 뭉치는 것을 방지하여, 세포막이 유연하고 유동적인 상태를 유지하도록 도와요. 덕분에 세포막을 통한 영양분 흡수와 이온 교환이 막힘없이 원활하게 일어납니다. 또한 심해어의 뼈는 칼슘 침착이 적어 매우 가볍고 연골처럼 유연하며, 근육 조직 역시 젤라틴 성분이 많아 높은 압력 속에서도 부러지거나 손상되지 않고 부드럽게 유영할 수 있답니다.
정리하자면,
심해어는 비압축성 체액을 통해 외부 수압과 내부 압력을 동일하게 평형 상태로 맞추고, 압축 위험이 있는 공기 부레를 없애거나 지질로 대체했으며, TMAO 물질과 불포화지방산으로 단백질과 세포막의 유연성을 완벽히 보호함으로써 극한의 심해 환경 속에서도 안전하게 생명을 유지할 수 있는 것이랍니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
채택된 답변안녕하세요. 이조은 전문가입니다.
핵심은 “심해어가 압력을 견디는 것”이라기보다, 몸 안팎의 압력이 거의 같아서 찌그러질 이유가 없다는 것입니다.
1. 심해의 압력은 사방에서 똑같이 작용합니다
물속에서는 깊어질수록 위에 있는 물의 무게 때문에 압력이 증가합니다.
대략적으로 수심 10m마다 약 1기압씩 증가합니다.
해수면: 약 1기압
100m: 약 11기압
1,000m: 약 101기압
4,000m: 약 401기압
그런데 중요한 건 압력이 위에서만 누르는 게 아니라 사방에서 똑같이 누른다는 겁니다.
심해어의 몸 내부 역시 대부분 물과 비슷한 성분의 액체로 차 있기 때문에 외부 압력이 증가하면 내부 압력도 함께 증가합니다.
따라서 풍선처럼 내부가 저압이고 외부가 고압인 구조가 아니라,외부 고압, 내부 고압상태가 됩니다. 그래서 몸 전체가 통째로 찌그러지지 않습니다.
2. 반대로 인간이 심해에서 문제가 되는 이유
우리 몸도 상당 부분이 물이기 때문에 사실 몸 자체가 압력에 무작정 눌려 납작해지는 것은 아닙니다.
문제는 공기가 들어 있는 공간입니다.
예를 들어 폐, 중이, 부비동, 잠수 장비 내부 등 공기가 들어 있는 공간이 있습니다.
공기는 압축되기 때문에 수심이 깊어지면 부피가 크게 줄어듭니다. 반면 물은 거의 압축되지 않습니다.
3. 심해어의 몸은 고압 환경에 맞게 진화했습니다
심해어는 단순히 몸 안팎의 압력이 같기 때문에 살아남는 게 아닙니다. 고압 때문에 생기는 세포 수준의 문제도 해결해야 합니다. 높은 압력은 단백질과 세포막의 구조에 영향을 줄 수 있습니다. 그래서 심해 생물은 고압에서도 단백질이 정상적으로 기능하도록 하는 물질, 세포막의 유동성을 유지하는 조성, 압력에 안정적인 단백질 구조 등을 갖도록 적응했습니다.
4. 부레도 깊이에 따라 달라집니다
많은 물고기의 부레는 공기로 채워져 있어서 압력에 매우 민감합니다. 그래서 일반적인 얕은 물고기를 갑자기 깊은 곳으로 끌고 내려가면 부레가 압축되면서 문제가 생깁니다.
하지만 심해어 중에는 부레가 아예 없거나 부레가 특수하게 변형되어 있거나 지방 등을 이용해 부력을 조절하는 종들이 있습니다.
특히 아주 깊은 곳에 사는 어류일수록 공기주머니에 의존하는 방식은 불리합니다.
5. 그런데 심해어를 지상으로 끌어올리면?
여기서 역으로 재미있는 일이 벌어집니다.
심해어를 급격하게 수면으로 끌어올리면 오히려 물고기가 크게 손상될 수 있습니다.
고압에 적응해 있던 몸이 갑자기 낮은 압력에 노출되기 때문입니다.
부레가 있는 종이라면 내부 기체가 팽창할 수 있고, 조직과 장기에 문제가 생길 수도 있습니다.
즉, 심해어가 지상 압력을 견디지 못하는 게 아니라, 심해 환경에 너무 잘 적응해서 갑작스러운 압력 변화가 위험한 것입니다.
사람이 우주복 없이 우주에 나가면 곤란하고, 심해어가 갑자기 수면으로 나오면 곤란한 것과 비슷합니다.
한 줄로 정리하면 심해어가 수백 기압에서도 찌그러지지 않는 가장 큰 이유는 몸 대부분이 물로 이루어져 있어 압축되지 않고, 몸 안팎의 압력이 균형을 이루기 때문이며, 동시에 세포막과 단백질까지 고압에 적응하도록 진화했기 때문입니다.
그리고 “400기압이면 물고기도 납작해지지 않을까?”라는 직관이 틀리는 이유는 압력이 한 방향에서 누르는 힘이 아니라 사방에서 작용하는 압력이기 때문입니다.
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
심해어는 몸 대부분이 물로 이루어져 있어 안팎의 압력 차이가 크지 않아 쉽게 찌그러지지 않습니다. 또한 부레 같은 기체 공간이 적고, 세포막의 지방 조성과 TMAO같은 물질이 고압에서도 단백질 기능을 안정적으로 유지하도록 돕습니다. 그래서 심해 환경에 맞게 진화한 종은 수백 기압에서도 생활할 수 있습니다.
가장 큰 이유는 몸 내부 구조가 높은 수압은 견딜 수 있게 진화했기 때문입니다.
특히 몸 내외부의 압력을 맞추도록 진화했습니다.
몸 대부이 비압축성 성질을 가진 체액로 채워져 있어, 외부 수압과 내부 압력이 서로 밀어내며 평형을 유지합니다.
또한 수압에 약한 공기 주머니인 부레를 아예 없애거나 찌그러지지 않는 지방으로 대체했고, 단단한 칼슘 뼈 대신 부드러운 연골과 젤라틴질 근육을 가져 압력을 흡수합니다.
그리고 체내의 TMAO 물질이 강한 수압 아래에서도 세포와 단백질이 파괴되거나 변형되지 않도록 보호하죠.
결국 강한 수압에 저항하는 대신, 공기 공간을 없애고 수압을 받아들이는 방식으로 적응한 것입니다.