바다에 사는 돌고래들은 물속에서 호흡을 해야 하는데 어떻게 자면서도 물에 빠져 죽지 않고 숨을 쉴 수 있는 걸까요

Question

콧구멍이 머리 위에 달린 고래나 돌고래는 수면 위로 올라와서 공기를 마셔야 하는데, 바다에서 잠을 잘 때도 완전히 의식을 잃고 잠드는 게 아니라 뇌의 절반씩 번갈아 가며 잠을 잔다는 이야기를 들었어요. 한쪽 뇌가 잠든 동안에도 반대쪽 뇌는 깨어서 숨을 쉴 수 있도록 수면 위로 올라오는 움직임을 통제한다는데 정말 놀라운 생존 진화의 방식인 것 같습니다.

Answer 1

라마님께서 하신 말씀이 맞습니다.

돌고래와 고래류는 바다에서 살아남기 위해 반구 수면이라는 독특한 수면 방식을 진화시켰죠.

인간을 포함한 대부분의 육상 포유류는 무의식적으로 숨을 쉬는 자율 호흡을 하지만, 돌고래는 의식적으로 숨을 쉬어야 하는 수의 호흡 동물입니다. 즉, 완전히 의식을 잃고 잠들면 호흡을 잊어 질식하거나 물에 빠져 죽게 됩니다.

그래서 고래는 자면서도 살아남기 위한 수면법을 만들었습니다.

그 중 하나가 말씀하신 반구수면입니다.

즉, 좌뇌가 잠들 때는 우측 눈을 감고 오른쪽 몸의 메커니즘을 최소화하며, 우뇌가 깨어 있어 수면 위로 올라가 숨을 쉬도록 조절하는 것으로, 약 2시간 간격으로 반대쪽 뇌가 교대로 잠에 들며, 24시간 내내 의식을 유지하는 것입니다.

그리고 잠을 잘 때 돌고래는 수면 가까이에 통나무처럼 가만히 떠 있거나, 깨어 있는 쪽 뇌의 지배로 천천히 원을 그리며 수영하기도 합니다.

결론적으로 수중 환경에 맞춰 뇌의 구조와 호흡 방식 자체를 바꿔버린 돌고래의 반구 수면은 진화가 만들어낸 대표적인 생존 전략인 셈입니다.

Answer 2

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

네, 돌고래를 비롯한 일부 고래류는 잠을 잘 때 뇌의 한쪽 반구씩 번갈아 쉬는 단반구 수면을 합니다 .반대쪽 뇌는 깨어 있어 의식적으로 호흡하고 수면위로 올라오는 행동을 조절하며 주변 위험에도 대응합니다. 이때 한쪽눈을 뜨기도 합니다. 사람처럼 깊이 잠들어 자동으로 계속 호흡하는 바식과는 다른 해양생활의 중요한 적응입니다,

Answer 3

안녕하세요. 말씀하신 내용이 핵심적으로 맞지만, 다만돌고래는 반드시 뇌의 절반이 깨어 있어야만 숨을 쉴 수 있다고 단정하기보다는, 한쪽 뇌가 잠들고 다른 쪽이 상대적으로 깨어 있는 일측성 서파수면이 호흡과 수면을 동시에 유지하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 보시면 되겠습니다. 돌고래와 고래 같은 고래류는 육지 포유류와 달리 물속에서 생활하기 때문에 잠을 잘 때도 주기적으로 수면 위로 올라와 공기를 마셔야 하는데요, 사람처럼 뇌 전체가 깊은 수면에 들어가 의식과 근육 활동이 크게 떨어진다면 호흡과 수면 위로 올라오는 행동을 제대로 유지하기 어려울 수 있습니다. 그래서 돌고래는 한쪽 뇌에서만 서파수면이 나타나는 독특한 수면 방식을 발달시켰습니다. 한쪽 뇌가 잠든 동안 반대쪽 뇌는 상대적으로 깨어 있어 몸의 움직임과 주변 환경을 감지하는 데 관여하고, 일정 시간이 지나면 반대쪽 뇌가 잠드는 방식으로 번갈아 수면을 취합니다. 실제 연구에서는 돌고래가 한쪽 눈을 감은 상태에서 반대쪽 눈을 뜨고 있는 비대칭적인 수면 행동도 관찰되었습니다.

이러한 방식은 호흡뿐만 아니라 계속 헤엄치거나 수면으로 올라가는 행동을 유지하는 데에도 도움이 되는데요, 즉 돌고래의 호흡은 우리가 잠들면 자동으로 계속되는 호흡과 완전히 같은 방식으로만 설명하기 어렵고, 의식적인 조절이 관여할 수 있는 특성이 있습니다. 연구에서는 양쪽 뇌가 깊은 서파수면에 들어간 상태에서는 호흡이 억제되는 현상이 관찰되었으며, 일측성 수면 상태에서는 호흡과 수면이 함께 유지될 수 있다는 결과가 보고되었습니다. 따라서 돌고래의 수면은 자는 동안에도 완전히 의식을 잃지 않는다기보다는, 뇌의 양쪽이 동시에 같은 깊은 수면 상태에 들어가지 않고 한쪽씩 휴식을 취하도록 수면을 분산시키는 방식이라고 이해하는 것이 좋습니다. 이런 수면 방식 덕분에 돌고래는 수면의 회복 기능을 얻으면서도 호흡을 위해 수면 위로 올라오고, 몸의 자세와 움직임을 조절하며, 주변 환경을 어느 정도 감시할 수 있습니다. 고래류에서 일측성 수면이 널리 관찰되는 것도 이러한 생활 방식과 관련된 것으로 연구되고 있습니다. 감사합니다.