바다에 사는 거대한 고래들은 어떻게 물속에서 숨을 쉬지 않고도 그 오랜 시간 동안 깊은 바다를 헤엄쳐 다닐까

Question

폐로 호흡을 하는 포유류인 고래가 한 번 숨을 깊게 들이쉰 다음 바다 깊은 곳으로 내려가서 몇 시간 동안이나 수면 위로 올라오지 않고 버틸 수 있는 생리학적 비결이 무엇인지 정말 궁금합니다. 우리 인간과는 비교가 안 될 정도로 몸속의 근육이나 혈액 속에 산소를 어마어마하게 저장해 두는 특별한 능력이 있다는데 그 저장고의 정체가 궁금해요.

Answer 1

고래가 오랜 시간 잠수할 수 있는 핵심 비결은 폐가 아닌 혈액과 근육에 산소를 저장하는 능력 덕분입니다.

인간은 체내 산소의 34%를 폐에 보관하지만, 고래는 혈액(50%)과 근육(35%)에 집중적으로 산소를 채웁니다.

즉, 근육 속 산소 저장 단백질인 마이오글로빈이 인간보다 10배 이상 많아 근육 자체가 거대한 산소 탱크 역할을 하는 것이고 체중 대비 혈액 비율이 15~20%로 인간의 7%의 두 배 이상이며 적혈구 농도도 높아 혈액 내 산소 보유량이 어마어마합니다.

그리고 단백질 농도가 높아도 서로 뭉치지 않도록 마이오글로빈 표면이 전하를 띠게 진화했습니다.

게다가 고래는 잠수 직후 심장 박동을 분당 2~4회 수준으로 낮춰 산소 소모를 줄이고, 뇌와 심장 등 필수 기관으로만 혈액을 보내고 소화기관이나 피부로 가는 혈류는 잠시 차단하기도 하죠.

또한 산소가 고갈되어 무산소 대사로 전환되었을 때 생기는 피로 물질인 젖산을 버티는 능력 탁월합니다.

이처럼 뛰어난 산소 저장 단백질과 에너지 절약형 생리 반응으로 오랜 시간 깊은 바다를 헤엄칠 수 있는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

고래는 폐에 산소를 많이 담아두는 것보다 혈액의 헤모글로빈과 근육의 미오글로빈에 산소를 대량 저장하는 능력이 뛰어납니다 .잠수하면 심박수를 낮추고 피부 소화기관으로 가는 혈류를 줄여 뇌와 심장에 산소를 우선 공급하며, 근육은 저장된 산소를 사용합니다. 또 높은 압력에서는 폐가 부분적으로 접혀 질소 흡수도 줄입니다 .중요한 점은 고래의 장시간 잠수는 산소 저장능력과 산소 소비를 극도로 아끼는 생리적 적응이 함께 작동한 결과라는 것입니다.