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저산소 환경에서 장시간 버티는 물고기들이 에너지 소비와 혈액순환을 어떻게 바꾸는지 궁금합니다
일부 물고기는 산소가 부족한 물에서도 살아남을 수 있는데, 단순히 호흡을 천천히 하는 것과는 다른 생리적 적응이 필요하다고 들었습니다. 저산소 환경에서 장시간 버티는 물고기들이 에너지 소비와 혈액순환을 어떻게 바꾸는지 궁금합니다
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
저산소에 강한 물고기는 단순히 호흡만 줄이는 것이 아니라 대사율 자체를 낮춰 ATP 소비를 줄이고, 활동 성장 소화 같은 에너지 사용을 억제합니다. 동시에 아가미 혈류와 심박출량을 조절해 뇌, 심장 등 중요한 장기에 산소를 우선 공급하며, 일부 종은 혈액의 산소 결합능력도 높입니다. 부조한 에너지는 일정 부분 무산소 해당과정으로 보충합니다.
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채택된 답변산소가 희박하거나 완전히 없는 무산소 환경에서 수개월 동안 살아남는 물고기는 단순히 호흡 저절 뿐만 아니라 에너지 소비 자체를 바꾸고 열액순환도 바뀌게 됩니다.
산소가 없을 때 세포가 ATP를 만드는 효율은 평소의 1/15 수준으로 급감하기 때문에 에너지 생산을 늘리기보다 소비 자체를 줄이는 생존 전략을 취합니다.
그래서 단백질 합성이나 세포 분열 같은 비필수적인 생체 활동을 최소화하고, 세포막의 이온 채널의 일부를 닫아 누출되는 이온을 줄임으로써 ATP 소비를 절약합니다.
게다가 붕어나 금붕어는 무산소 상태에서 골격근을 이용해 젖산을 알코올과 이산화탄소로 전환한 뒤, 아가미를 통해 물 밖으로 배출합니다.
그리고 적혈구 내 유기 인산염 농도를 낮춰 헤모글로빈과 산소의 결합력을 비약적으로 높여, 물속에 극미량의 남은 산소까지 놓치지 않고 싹쓸이하여 체내로 운반해 사용합니다.
결과적으로 에너지를 덜 쓰면서, 생성된 적은 에너지를 가장 필요한 곳에 집중 배치하는 전략을 취하는 것입니다.
안녕하세요.저산소 환경에서 오래 버티는 물고기들은 단순히 천천히 숨 쉬는 것만으로 버티는 것이 아니라, 몸 전체의 에너지 생산 방식과 혈액순환, 산소 사용 우선순위 자체를 바꾸는 경우가 많습니다. 가장 중요한 변화는 산소가 필요한 대사량을 낮추는 것인데요, 산소가 부족하면 미토콘드리아의 산화적 인산화가 충분히 돌아가지 못하기 때문에, 물고기는 활동량을 줄이고 심박수와 근육의 에너지 소비를 낮추는 등 일종의 대사 억제 상태로 들어갈 수 있습니다. 이렇게 하면 평상시보다 ATP를 훨씬 적게 사용하므로 제한된 산소를 더 오래 사용할 수 있는데요, 특히 움직임을 최소화하고 성장, 소화, 번식처럼 당장 생존에 필수적이지 않은 생리활동을 줄이는 것이 중요합니다. 또한 혈액의 산소 운반 능력도 달라질 수 있는데요, 일부 저산소 적응 어류는 헤모글로빈의 산소 친화도를 조절하여 같은 산소 농도에서도 혈액이 산소를 더 잘 받아들이도록 합니다. 아가미를 통과하는 물의 산소 농도가 낮아도 혈액에 최대한 산소를 실어 나르려는 전략이며, 반대로 조직에 산소를 전달해야 할 때는 헤모글로빈이 산소를 쉽게 내려놓도록 조절하기도 합니다.
혈액순환의 경우에도 저산소 상태에서는 심박출량이나 혈류의 분배를 조절하여 뇌, 심장 등 생존에 특히 중요한 기관으로 산소를 우선 공급할 수 있습니다. 반면 근육이나 소화기관처럼 당장 생존에 필수적이지 않은 조직으로 가는 혈류는 감소시킬 수 있습니다. 즉, 혈액을 단순히 많이 순환시키는 것이 아니라 산소를 어디에 먼저 배분할 것인지 우선순위를 바꾸는 것입니다. 그리고 산소가 거의 없는 상황에서는 일부 물고기가 무산소성 해당과정에 의존합니다. 포도당을 산소 없이 분해하여 ATP를 만드는 방식인데, 산소를 사용하는 대사보다 에너지 효율이 훨씬 낮으며, 따라서 장기간 사용하기에는 한계가 있습니다. 일부 극단적인 저산소 적응 어류는 젖산이 축적되는 문제를 피하기 위해 젖산을 다른 물질로 전환하거나, 특정 대사산물을 배출하는 등 매우 특수한 전략까지 사용합니다. 감사합니다.