학문
심해의 생물들은 높은 수압에서 어떻게 적응하고 사나요?
깊은 바다에 서식하는 생물들은 매우 높은 압력을 받으면서도 살아갑니다. 이러한 환경에 적응하기 위해서는 어떤 특징들이 필요로 하게 되는지 의견 부탁드립니다.
3개의 답변이 있어요!
수심 1,000m가 넘는 심해는 일반 기압의 수백배에 달하는 수압이 가해집니다.
그래서 심해의 생물은 이 수압을 견디기 위한 생물학적, 화학적 진화를 거쳤죠.
먼저 심해 생물의 세포막에는 불포화 지방산이 많아 강한 압력 속에서도 막이 굳지 않고 유동성을 유지할 수 있습니다. 그래서 물질대사가 가능하죠. 또한 체내에 TMAO(트리메틸아민 옥사이드)라는 물질이 풍부해서 고압에서도 단백질 구조가 변성되지 않습니다.
특히 기체가 든 부레 대신 부레가 아예 없거나 기름 및 왁스로 채워져 있습니다. 왜냐하면 몸 안의 액체 압력을 외부 수압과 똑같이 높게 맞추어 안팎의 힘이 균형을 이루게 하기 위해서이죠.
그리고 뼈가 가벼운 연골 위주로 되어 있고 근육에 수분이 많아, 높은 압력에도 부러지지 않고 버틸 수 있습니다.
결국 몸의 화학적/물리적 성질을 변형해 압력을 흡수하는 방식으로 진화한 것입니다.
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채택된 답변안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
심해 생물은 단순히 몸이 단단해서 수압을 견디는 것이 아니라 세포와 단백질 자체가 고압에 맞게 적응해 있습니다 .공기가 든 공간을 줄여 압력 차이를 최소화하고 세포막의 불포화지방산 비율을 조절해 막의 유동성을 유지합니다. 또한 TMAO같은 물질을 축적해 높은 압력에서 단백질 구조가 흐트러지는 것을 막기도 합니다 .그래서 심해 생물을 갑자기 수면으로 올리면 오히려 급격한 압력변화로 손상될 수 있습니다.
안녕하세요, 가을이오면님. 이중철 전문가입니다.
우선 심해 생물은 몸속 빈 공간에 공기 대신 물이나 기름을 채우고, TMAO(단백질 안정제)를 축적하며, 불포화지방산을 다량 함유하는 등 독특한 적응 메커니즘을 통해 높은 수압에서 생존합니다.
■ 심해 환경의 특징
1) 극도의 수압
수심이 10m 깊어질 때마다 1기압씩 증가합니다.
수심 1,000m는 100기압 이상이며, 마리아나 해구(약 11,000m)는 1,100기압이 넘습니다.
2) 저온
대부분 수온이 0~4℃ 사이로 매우 낮습니다.
3) 암흑
200m 이하에서는 태양광이 도달하지 않는 무광층입니다.
4) 희소한 먹이 자원
먹이 공급이 극히 제한적입니다.
■ 심해 생물의 수압 적응 특징
1. 기체 대신 물이나 기름 채우기
가장 큰 특징은 몸속 빈 공간에 공기 대신 물이나 기름을 채워 넣는 것입니다. 몸 안에 있는 물과 몸 밖에 있는 물의 압력이 균형을 이뤄 몸체가 찌그러들지 않는데요. 대부분의 심해 어류는 부레가 없습니다. 일부 심해 생물들은 공기주머니가 있으며 이들은 공기주머니에 오일을 채워 압력을 이겨내고 있어요.
2. 유연한 체형과 골격
많은 심해 생물들은 단단한 외골격 대신 부드럽고 유연한 체형을 가지고 있어요. 심해 물고기들은 신체여러부위를 부드럽고 흐물흐물한 연조직으로 바꾸고, 뼈 역시 물렁뼈를 많이 배치하여 압력에 의해 탄력있게 변화하도록 되어 있습니다. 그리고 대부분의 심해어류는 연골 골격을 가지고 있거나 골밀도가 낮답니다.
3. TMAO 축적(단백질 안정제)
TMAO(Trimethylamine N-oxide)는 고압 환경에서 단백질 변성을 방지하는 단백질 안정제인데요. 심해 생물들은 수심이 깊어질수록 체내 TMAO 농도를 증가시켜 압력에 대응합니다. TMAO 농도는 수심에 따라 증가하는 경향이 있으며, 단백질을 고압에서도 기능하게 만들어줘요.
4. 불포화지방산 함량 증가
심해 생물들은 고압에서도 세포 사이의 물질전달이 원활하게 이뤄지도록 막 구조에 유연한 불포화지방을 다량 함유하고 있는데요. 세포막의 불포화 지방산 함량을 높임으로써 고압 환경에서도 세포막의 유동성을 유지합니다.
5. 압력 적응 효소
심해 생물들의 효소는 고압 환경에서도 활성을 유지할 수 있도록 진화했어요. 심해 박테리아의 디하이드로폴레이트 환원효소(DHFR)는 고압에서도 안정적이고 활성을 유지하는데요. 심해 생물의 효소는 고압과 저온 환경에서도 활성을 유지할 수 있도록 구조적으로 안정화되어 있습니다.
6. 삼투압 조절 능력
심해 생물들의 세포 내 삼투압 조절 능력이 탁월해 수압에 의해 세포가 터지거나 건조해지지 않는답니다.
정리하자면,
심해 생물은 몸속 빈 공간에 물이나 기름을 채워 내부와 외부 압력을 균형 있게 유지하고, TMAO 를 축적하여 단백질을 안정화하며, 불포화지방산을 다량 함유하여 세포막 유동성을 유지합니다. 또한 연골 골격과 유연한 연조직으로 압력에 탄력하게 반응하며, 고압에서도 활성을 유지하는 효소를 가지고 있답니다.
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