거북이는 다른 생물들에 비해서 생존능력이 강한 이유는 무엇인가요?

Question

거북이들 중에서 몇몇 종들은 극한의 환경에서도 살아남는 것이 가능하다고 하던데

거북이가 다른 생물들에 비해서 생존능력이 더 강한 것은

무엇 때문이라 할 수 있나요?

어떤 부분이 거북이가 살아남는 것에 유리하게 작용하는지요?

Answer 1

가장 큰 이유는 거북이의 독특한 몸구조와 생리적 조절 기전 덕분입니다.

무엇보다 거북이는 기초 대사율이 매우 낮습니다. 변온동물 특유의 느린 대사 속도로 먹이나 에너지가 부족한 환경에서도 최소한의 영양분으로 오랜 기간 버틸 수 있습니다. 이 덕분에 세포의 노화도 느린 속도로 일어납니다.

또한 일부 수생 거북은 수중 동면이나 저산소 환경에서 산소 공급 없이도 젖산 축적을 조절하며 무산소 대사로 생존하는 능력을 가지고 있고, 혹한이나 혹서 또는 가뭄 같은 생존이 불리한 조건에서는 대사와 심박수를 극단적으로 낮춰 체내 에너지를 아끼며 살아남는 능력이 있습니다.

게다가 활성산소와 세포 손상에 대응하는 방어 기전이 뛰어나고, 장기 기능 저하를 스스로 억제하는 생물학적 특성 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 말씀해주신 거북이가 다른 동물에 비해 생존능력이 뛰어난 이유는 단단한 등딱지뿐만 아니라, 에너지를 적게 소비하는 신체 구조와 느린 신진대사, 극한 환경에 적응하는 생리적 능력을 갖추고 있기 때문입니다. 특히 거북이는 환경이 좋지 않을 때 에너지 소비를 크게 줄이고 오랫동안 버틸 수 있다는 장점이 있습니다.

가장 대표적인 특징은 단단한 등딱지를 가지고 있다는 점인데요, 거북이의 등딱지는 단순히 몸을 덮고 있는 껍데기가 아니라 척추와 갈비뼈 등이 변형되어 형성된 신체 구조입니다. 포식자의 공격이나 외부 충격으로부터 몸을 보호하며, 위험을 느끼면 머리와 다리를 등딱지 안으로 집어넣어 노출되는 신체 부위를 최소화할 수 있습니다. 이러한 방어 능력은 천천히 움직이는 거북이에게 매우 유리합니다. 두 번째는 느린 신진대사입니다. 거북이는 체온이 주변 환경에 영향을 받는 변온동물이며, 일반적으로 포유류보다 에너지 소비량이 적은데요, 따라서 먹이를 자주 섭취하지 않아도 생존할 수 있습니다. 일부 육지거북은 먹이가 부족한 건기에도 활동량을 줄이고 에너지 소비를 최소화하면서 오랜 기간을 버틸 수 있습니다.

세 번째는 극한 환경에 대한 생리적 적응입니다. 일부 거북이는 겨울철이나 가뭄에 활동을 줄이는 휴면 상태에 들어갑니다. 특히 수생거북 중 일부 종은 겨울 동안 물속 진흙에 몸을 묻고 신진대사를 크게 낮춥니다. 북아메리카의 페인티드터틀 같은 종은 겨울철 얼음 아래에서 장기간 지내기도 하며, 이때 산소 소비를 극도로 줄이고, 체내에 축적되는 젖산을 껍질과 뼈의 탄산염을 이용해 완충하는 특별한 능력도 가지고 있습니다.

네 번째는 뛰어난 수분 보존 능력입니다. 일부 사막거북은 방광에 물을 저장해 두었다가 수분이 부족할 때 활용합니다. 또한 활동 시간과 장소를 조절해 뜨거운 낮에는 땅속 굴에 머물고, 기온이 낮아지는 시간에 활동함으로써 수분 손실을 줄입니다. 이러한 특징들이 결합되어 거북이는 먹이가 부족하거나 기온이 급격하게 변하는 환경에서도 비교적 오랫동안 생존할 수 있는 것이며, 다만 모든 거북이가 극한 환경에 강한 것은 아닙니다. 바다거북, 민물거북, 육지거북은 각각 서식 환경에 맞게 서로 다른 적응 능력을 발달시켰습니다. 감사합니다.

Answer 3

안녕하세요, 아리따운안경곰70님. 이중철 전문가입니다.

먼저, 거북이가 다른 생물에 비해 탁월한 생존 능력을 발휘하는 비결은 갈비뼈가 변형된 단단한 등껍질이라는 방어 구조, 체온과 에너지 소모를 극도로 낮추는 외온성 저대사 체계, 산소가 고갈된 물밑에서도 등껍질의 미네랄로 젖산을 중화하며 버텨내는 극한의 무산소 대사 능력, 그리고 활성산소와 DNA 손상을 막아내는 강력한 세포 복구 시스템에 있답니다.

■ 골격이 변형된 등껍질 요새와 뛰어난 수분 보존 능력

거북이의 등껍질(배갑과 복갑)은 단순히 피부 겉면이 굳은 것이 아니라, 갈비뼈와 척추뼈, 빗장뼈가 진화 과정에서 납작하게 확장되어 하나로 단단히 결합된 독특한 골격 구조입니다. 이 뼈대 위에 단단한 케라틴 각질판이 기와처럼 겹겹이 덮여 있어 포식자의 강한 이빨이나 발톱 공격을 막아내는 난공불락의 이동식 방패 역할을 하는데요. 위협을 감지하면 머리와 사지, 꼬리를 껍질 안쪽으로 완전히 밀어 넣어 치명적인 상처를 원천 차단합니다. 또한 육지거북이나 사막거북은 이 각질 껍질 덕분에 건조한 기후에서도 체내 수분이 밖으로 증발하는 것을 효과적으로 막아내는데요. 방광을 거대한 물탱크처럼 활용하여 한 번 섭취한 수분을 오래 보관하고, 먹이가 부족한 환경에서도 질소 노폐물을 물 손실이 거의 없는 불용성 요산 형태로 농축해 배출함으로써 수개월 동안 물 한 모금 마시지 않고도 거뜬히 살아남을 수 있습니다.

■ 등껍질 미네랄을 활용한 젖산 중화와 극한의 무산소 동면 대사

거북이는 주변 환경에 따라 체온이 변하는 외온동물로, 스스로 체온을 유지하기 위해 에너지를 소모하지 않는 본래부터 알뜰한 생체 대사 구조를 지니고 있습니다. 특히 추운 겨울이 오면 대사율을 평소의 수십 분의 일 수준으로 떨어뜨리는 겨울잠(동계 휴면)에 돌입하는데요. 북미의 비단거북이나 유럽연못거북 같은 수생 거북은 한겨울 얼어붙은 연못 바닥의 차가운 진흙 속에 파묻혀 수개월 동안 단 한 번도 수면 위로 올라와 숨을 쉬지 않고 살아남습니다. 일반적인 동물은 산소가 없으면 혐기성 대사 과정에서 산성 물질인 젖산이 체내에 쌓여 혈액이 산성화되어 곧 사망에 이르는데요. 놀랍게도 거북이는 등껍질과 배껍질의 뼈 조직에 풍부한 탄산칼슘과 탄산마그네슘을 혈액 속으로 녹여내어 독성 젖산을 화학적으로 중화하고, 과도한 젖산을 등껍질 뼈 속으로 흡수해 격리하는 경이로운 생체 완충 메커니즘을 가동합니다. 뿐만 아니라 일부 수생 거북은 총배설강 안쪽 점막에 발달한 모세혈관을 통해 물속에 녹아있는 산소를 아가미처럼 직접 교환하는 보조 호흡까지 수행하며 저산소 위기를 이겨냅니다.

■ 강력한 DNA 복구 시스템과 노화 지연을 통한 장수 비결

갈라파고스땅거북이나 알다브라코끼리거북처럼 100년 이상을 거뜬히 살아가는 거북이들은 생물학계에서 노화에 따른 신체 기능 저하가 거의 나타나지 않는 무시할 만한 노화의 대표적 사례로 꼽힙니다. 기본 대사 속도가 매우 느리기 때문에 세포가 분열하고 에너지를 태울 때 나오는 유해 활성산소의 발생량 자체가 극도로 적은데요. 더불어 거북이의 유전체 속에는 손상된 DNA를 즉각 수리하는 효소 유전자와 돌연변이 세포의 암 발생을 억제하는 유전자들이 다른 척추동물보다 훨씬 많은 복제본으로 탄탄하게 배치되어 있습니다. 세포가 분열할 때마다 닳아 없어지는 염색체 끝단인 텔로미어를 보존하고 변형된 단백질을 분해해 청소하는 자가포식 기능이 평생 동안 일정하게 유지되는데요. 이 덕분에 나이가 아주 많이 들어도 주요 장기의 기능과 면역력이 무너지지 않으며 치명적인 퇴행성 질환에 걸릴 위험을 낮출 수 있거든요.

정리하자면,

거북이가 극한 환경에서도 뛰어난 생존 능력을 발휘하는 것은 갈비뼈가 융합된 단단한 등껍질로 물리적 위협과 수분 유실을 방어하고, 등껍질 속 칼슘 성분으로 젖산을 중화하며 산소 없이도 겨울을 나는 독보적인 대사 시스템을 갖추었으며, 저대사와 탁월한 DNA 수리 능력으로 세포 손상과 노화를 지연시켰기 때문이며, 이러한 다층적인 생리 메커니즘 덕분에 2억 년이 넘는 장구한 세월 동안 대멸종을 극복하고 살아남을 수 있었던 것이랍니다.

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