고래는 잠수하는 동안 숨을 오래 참기 위해 어떤 생리적 적응을 갖게 되었으며, 사람과 비교하면 산소를 저장하고 사용하는 방식은 어떻게 다를까요?

Question

고래는 물속에서 생활하지만 물고기처럼 아가미로 물속 산소를 얻는 것이 아니라 수면 위로 올라와 폐로 공기를 마십니다. 그렇다면 고래는 잠수하는 동안 숨을 오래 참기 위해 어떤 생리적 적응을 갖게 되었으며, 사람과 비교하면 산소를 저장하고 사용하는 방식은 어떻게 다를까요?

Answer 1

고래는 깊은 수심에서 오랜 시간 잠수를 하기 위해 다양한 생리적 적응을 거쳤습니다.

근육 속 마이오글로빈 농도가 높아 근육 자체를 대용량 산소 탱크로 활용하고, 마이오글로빈 표면에 양전하를 띠어 고농도에서도 단백질이 엉키지 않습니다.

또한 잠수 시 심장 박동수가 급격히 줄어들어 산소 소비를 최소화하는데, 뇌와 심장 등 필수 기관으로만 혈류를 보내고 내장과 근육 혈관은 축소하는 것입니다.

그리고 단 한 번의 호흡으로 폐 공기의 80~90%를 빠르게 교환합니다.

사람과 비교했을 때 사람은 산소의 50% 이상을 폐에 의존하지만, 고래는 80% 이상을 근육과 혈액에 저장합니다. 또 사람은 체중의 7%가 혈액이지만 고래는 10~20%로 헤모글로빈 양이 훨씬 많습니다.

Answer 2

안녕하세요. 고래가 잠수하는 동안 오랫동안 숨을 참을 수 있는 가장 큰 이유는 단순히 폐에 많은 공기를 저장하기 때문이 아니라 몸 곳곳에 산소를 저장하고 필요할 때 효율적으로 사용하는 능력이 매우 발달했기 때문입니다. 고래는 사람보다 혈액 속 헤모글로빈과 근육 속 미오글로빈의 양이 많아 산소를 혈액과 근육에 많이 저장할 수 있습니다. 특히 미오글로빈은 근육에 산소를 붙잡아 두는 역할을 하기 때문에 잠수했을 때 근육이 산소를 공급받는 데 큰 도움이 됩니다.

또한 고래는 잠수하면 심장박동을 크게 낮추고 혈액을 뇌와 심장처럼 산소가 반드시 필요한 기관에 우선적으로 보내는 잠수 반사가 나타나며, 반대로 산소가 비교적 덜 필요한 근육이나 일부 기관으로 가는 혈류는 줄어들기 때문에 제한된 산소를 훨씬 오래 사용할 수 있습니다. 여기에 대사 속도 자체를 낮춰 산소 소비량을 줄이는 것도 중요한 적응입니다. 사람도 어느 정도 비슷한 잠수 반사를 가지고 있지만 고래만큼 강력하지는 않은데요, 특히 사람은 산소를 주로 폐와 혈액에 의존하고 근육에 저장할 수 있는 산소의 양도 고래보다 적기 때문에 숨을 오래 참으면 혈액 속 산소가 빠르게 감소합니다. 반면 고래는 폐뿐만 아니라 혈액과 근육에 산소를 넉넉하게 저장해 놓고, 잠수 중에는 심장박동과 대사를 낮춰 그 산소를 최대한 아껴 쓰는 방식으로 오랜 시간 물속에 머물 수 있습니다.

감사합니다.

Answer 3

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

고래는 잠수할 때 폐보다 혈액의 헤모글로빈과 근육의 미오글로빈에 많은 산소를 저장하는 능력이 뛰어납니다. 잠수하면 심박수를 낮추고 뇌 심장 처럼 중요한 장기에 혈류를 집중시켜 산소 소비도 줄입니다. 사람은 상대적으로 폐에 의존하는 비중이 크고 근육의 산소 저장능력이 낮아 장시간 잠수가 어렵습니다. 일부 고래는 폐가 압력에 맞춰 수축하는 구조도 갖춰 깊은 잠수에 적응했습니다 .