바다 깊은 곳에 사는 고래나 돌고래가 주기적으로 수면 위로 올라와 숨을 쉬는 이유

Question

물고기들은 아가미가 있어서 바닷속에서도 자유롭게 호흡하며 살아가지만 고래나 돌고래는 수면 위로 올라와 숨을 쉽니다. 거대한 바다 동물이 물속에서 직접 호흡하지 못하고 폐로 숨을 쉬게 된 생물학적 이유가 무엇인지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 핵심은 고래와 돌고래가 물고기가 아니라, 육지에서 살아가던 포유류의 후손이기 때문입니다. 고래류의 아주 먼 조상은 육지에서 네 발로 걸어 다니던 포유류였는데요, 진화 과정에서 점차 물속 생활에 적응하면서 몸이 유선형으로 변하고 지느러미와 꼬리가 발달했지만, 폐로 공기를 호흡하는 포유류의 기본적인 호흡 방식은 그대로 유지되었습니다.

또한 물고기의 아가미와 고래의 폐는 작동 방식도 크게 다릅니다. 물고기는 물을 아가미로 통과시켜 물속에 녹아 있는 산소를 흡수하는 방식이라면 고래, 돌고래의 경우에는 공기를 폐로 들이마셔 산소를 흡수합니다. 따라서 고래는 아무리 깊은 바다에 있어도 물에서 산소를 직접 추출할 수 없습니다. 결국 일정 시간이 지나면 수면으로 올라가 대기를 들이마셔야 합니다. 왜 진화 과정에서 아가미가 생기지 않았을까?라는 의문이 생기는데, 이것은 진화가 생물을 처음부터 다시 설계하는 과정이 아니기 때문입니다. 이미 폐를 가진 포유류의 조상이 물속 생활에 적응하면서 기존의 폐와 호흡기관을 유지한 채 다른 신체 구조들을 바꾸는 방향으로 진화한 것입니다.

오히려 고래의 폐는 물속 생활에 상당히 특화되어 있는데요, 잠수하기 전에 많은 양의 산소를 몸속에 저장하고, 혈액과 근육에 산소를 저장하는 능력이 뛰어납니다. 또 잠수 중에는 심장박동과 혈류를 조절해 뇌와 심장처럼 중요한 기관에 산소를 우선적으로 공급합니다. 그리고 고래가 수면 위로 올라왔을 때 머리 위쪽에 있는 분수공으로 숨을 쉬는 것도 물속 생활에 대한 적응입니다. 육상 포유류의 콧구멍에 해당하는 구조가 머리 위로 이동했기 때문에 몸 전체를 수면 밖으로 들어 올리지 않고도 빠르게 호흡할 수 있습니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 이상현 전문가입니다.

고래와 돌고래는 육상 포유류 조상에서 진화해서 아가미가 아닌 폐를 그대로

유지했기때문에, 물속 생활에 적응했어도 산소를 얻으려면 주기적으로 수면으로 올라와 호흡을 해야합니다.

감사합니다.

Answer 3

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

고래와 돌고래는 물고기가 아니라 육상 포유류에서 진화한 동물이기 떄문에 아가미가 아닌 폐로 호흡합니다. 고래의 조상은 약 5천만년 전 육지에 살던 포유류였고, 이후 바다생활에 적응하면서 몸은 수중생활에 맞게 변했지만 폐호흡은 유지되었습니다. 그래서 물속에서는 숨을 참다가 주기적으로 수면으로 올라와 공기를 마십니다.

Answer 4

가장 큰 이유는 고래는 폐로 호흡하는 포유류이기 때문입니다.

고래는 약 5,000만 년 전 네발로 걷던 육지 포유류가 바다로 돌아가 적응한 동물입니다.

그 과정에서 이미 퇴화한 아가미를 다시 만드는 대신, 기존의 폐를 수중 환경에 맞게 발달시켰습니다.

특히 온혈동물인 고래는 체온을 유지하고 거대한 몸을 움직이기 위해 막대한 산소가 필요한데, 바닷속 산소 농도는 공기 중의 30분의 1 수준에 불과해 아가미 호흡으로는 대사량을 감당할 수 없었죠.

그래서 폐호흡을 유지하게 된 것입니다.

또 보통 인간은 호흡 시 산소의 15%만 쓰지만, 고래는 한 번의 호흡으로 공기 중 산소의 80~90%를 흡수합니다. 그리고 흡수한 산소를 폐뿐만 아니라 혈액과 근육에까지 저장하여 오랜 시간 잠수할 수 있습니다.

결과적으로 고래는 공기 중의 풍부한 산소를 효율적으로 활용하는 방향으로 진화하여 바다 환경에 적응한 것입니다.