곰이 오랫동안 겨울잠을 자도 근육이 크게 손상을 입지 않는 이유가 무엇인가요?

Question

안녕하세요

사람의 경우 오랫동안 움직이지 않고 한 자세로 있을 경우 뼈가 굳거나 근육에 손상이 생깁니다 그런데 곰의 경의 긴 시간 동안 겨울잠을 자고 일어나도 뼈나 근육에 손상을 입지 않고 움직일 수 있는 이유가 무엇이가요?

Answer 1

가장 큰 이유는 사람과는 다른 생리적 재활용 시스템 덕분입니다.

곰은 소변을 보지 않는 대신 노폐물인 요소를 다시 아미노산으로 분해해 근육 단백질을 재합성하는 능력을 가지고 있습니다. 또한 자는 동안 미세하게 근육을 수축시켜 근력을 유지하며, 뼈에서 칼슘이 빠져나가는 것을 막는 호르몬을 분비해 골밀도가 떨어지는 것을 막습니다.

그리고 혈액 속에는 세포 손상과 염증을 방지하는 단백질이 활성화되어 장기간 움직이지 않는 상태에서도 신체를 보호합니다.

그 덕분에 곰은 수개월간 움직이지 않고도 근육 위축이나 골다공증 없이 잠에서 깨자마자 즉시 활동할 수 있는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요.

곰이 긴 겨울잠을 자고도 근육과 뼈에 큰 손상을 입지 않는 이유는 생리, 대사, 분자 수준에서 인간과는 전혀 다른 보호 메커니즘이 동시에 작동하기 때문입니다.

사람은 장기간 침대에 누워 있거나 우주 무중력 환경에 노출되면, 근육을 거의 사용하지 않게 되고 그 결과 근섬유 단백질 분해가 빠르게 진행됩니다. 이때 근육량 감소와 함께 뼈에서는 칼슘이 빠져나가 골밀도가 감소하는데요 반면 곰은 겨울잠을 자는 동안에도 완전한 무활동 상태가 아니라, 미세한 근육 수축을 지속적으로 유지합니다. 겉으로 보기에는 깊이 잠든 것처럼 보이지만, 신경계 차원에서는 근육에 주기적인 자극이 전달되어 최소한의 기계적 부하가 유지되기 때문에 이 작은 자극만으로도 근육과 뼈는 사용되고 있다는 신호를 받아 구조를 유지할 수 있습니다. 또한 사람의 경우 움직임이 줄어들면 근육 단백질 합성은 감소하고 분해는 증가하는 방향으로 대사가 기울어집니다. 그러나 곰은 동면 중에도 근육 단백질 분해를 극도로 억제하고, 분해된 아미노산을 다시 재활용하는 폐쇄형 대사 시스템을 사용합니다. 특히 질소 대사가 매우 독특한데, 사람이라면 소변으로 배출했을 질소성 노폐물을 곰은 장내 미생물과 간의 대사 작용을 통해 다시 아미노산 합성에 사용합니다. 이로 인해 근육 단백질의 순손실이 거의 발생하지 않습니다.

뼈 역시 마찬가지인데요 사람은 움직이지 않으면 뼈에 가해지는 하중이 사라져 파골세포 활성이 증가하고 골흡수가 일어납니다. 그러나 곰은 동면 중에도 칼슘 항상성이 매우 안정적으로 유지되며, 골흡수와 골형성 사이의 균형이 무너지지 않습니다. 이 때문에 수개월간 체중을 지탱하지 않아도 골밀도 감소가 거의 나타나지 않는데요 이는 골세포 자체가 기계적 자극뿐 아니라 호르몬·대사 신호에 의해 강하게 보호받고 있음을 의미합니다. 감사합니다.

Answer 3

곰은 동면 기간 중 요소와 질소를 재활용하여 아미노산과 단백질을 합성함으로써 근육의 소실을 방지합니다. 일반적인 동물과 달리 곰의 혈액 내에는 특정 단백질 성분이 존재하여 세포의 사멸을 억제하고 신진대사를 극도로 낮춘 상태에서도 근섬유의 재생을 돕습니다. 또한 주기적으로 체온을 조절하고 미세한 떨림을 통해 근육에 자극을 주어 물리적인 퇴화를 최소화하는 생리적 기전이 작동합니다. 이러한 복합적인 화학 작용 덕분에 별도의 영양 섭취나 활동 없이도 골밀도와 근력을 일정 수준 이상으로 유지하며 깨어난 직후에도 정상적인 활동이 가능합니다.