학문
내일도손꼽히는호두과자
동물이 겨울잠을 자는 과정에서 몸의 에너지 대사는 어떻게 변하나요?
어떤 동물은 겨울이 되면 활동량을 크게 줄이고 오랫동안 잠자는 것처럼 보이는데, 이런 상태에서도 몸속에서는 계속 에너지를 사용한다고 알고 있습니다. 장기간 먹지 않고도 버틸 수 있도록 몸의 대사가 어떻게 바뀌는지 궁금합니다.
4개의 답변이 있어요!
동물은 겨울잠에 들면 체온을 환경 온도 근처까지 떨어뜨리고 심장 박동수와 호흡수를 극도로 줄여 최소한의 기초대사량만 유지하는 상태로 전환합니다. 이 과정에서 주요 에너지원은 세포 내 축적된 지방산으로 전환되어 체내 저장 지방을 분해해 생명 유지에 필요한 에너지로 사용하며, 신장 기능을 최소화하고 단백질 분해를 억제하여 체내 노폐물 발생과 근육 손실을 방지합니다. 또한 세포 내 에너지 소비를 담당하는 미토콘드리아의 활성이 억제되어 전체적인 산소 소비량이 정상 상태의 수 퍼센트 수준으로 감축되고, 주기적으로 체온을 잠시 회복하는 과정에서 최소한의 면역 기능과 신경계 정리를 수행하며 장기간의 비활동 상태를 견뎌냅니다.
채택된 답변동물이 겨울잠을 자는 동안 생명을 유지하기 위해 몸의 에너지 대사 체계를 극단적으로 낮추고, 주 에너지원을 전환하며, 노폐물을 재활용하는 등의 변화가 발생합니다.
먼저 기초대사율은 평소의 2~5% 수준으로 극단적으로 낮아지며, 분당 300회 이상이던 심장 박동이 분당 3~10회로 줄어들고, 소형 동면류는 체온이 2~5도까지 떨어져 에너지 소비를 최소화합니다.
그리고 주요 에너지원이 포도당에서 체지방(지방산)으로 바뀌고, 특수 지방인 갈색지방을 분해하여 근육 떨림 없이 열을 냅니다.
특히 소변으로 배출될 요소를 아미노산으로 재합성하여 근육 손실을 막거나 곰 등 일부 동물은 동면 기간 동안 먹지도 배설하지도 않는 모습을 보이기도 합니다.
안녕하세요, 내일도손꼽히는호두과자님. 이중철 전문가입니다.
우선, 동물이 겨울잠(동면)을 자는 동안 체내 에너지 대사는 평소의 수퍼센트 수준으로 극적으로 낮아지며, 에너지 소비를 최소화하고 저장된 체지방을 주된 연료로 사용하는 상태로 전환됩니다. 체온을 주변 온도에 가깝게 떨어뜨리고 심장박동과 호흡수를 줄여 기초대사량을 대폭 억제함으로써 장기간 먹이를 섭취하지 않고도 봄까지 생존할 수 있는 생화학적 시스템을 가동하지요.
■ 기초대사량 감소와 극적인 체온 저하
동면 상태에 들어간 동물은 몸의 생체 시계와 호르몬 조절을 통해 신진대사를 극도로 낮추는데요. 포유류인 다람쥐나 땅다람쥐 등은 동면에 들어갈 때 체온을 평소보다 대폭 낮추어요. 소형 포유류의 경우 평소 37도 안팎이던 체온을 영상 2~5도 수준까지 떨어뜨리기도 하지요. 체온이 떨어지면 체내 효소와 화학 반응의 속도가 느려지면서 기초대사량이 평소의 1~5% 수준까지 감소합니다. 체온을 유지하는 데 들어가는 열에너지 소모를 차단함으로써 저장된 에너지의 고갈 속도를 획기적으로 늦추는 것이지요.
■ [에너지원의 전환] 탄수화물에서 지방 산화로
겨울잠 동안 몸속에서 사용하는 주된 연료의 종류가 탄수화물(글리코겐)에서 지방(체지방)으로 완전히 바뀌게 됩니다. 동물들은 가을철에 열매나 먹이를 집중적으로 섭취하여 몸속에 백색지방과 갈색지방을 대량으로 축적하는데요. 동면에 들어가면 혈당을 이용하는 당 대사가 억제되고, 저장된 체지방을 분해하여 생성된 지방산과 케톤체를 주요 에너지원으로 사용합니다. 지방은 탄수화물이나 단백질에 비해 그램당 생성하는 에너지 효율이 2배 이상 높고, 대사 과정에서 수분도 함께 생성되므로 수분을 별도로 섭취하지 않아도 체내 수분 균형을 유지할 수 있게 해주거든요.
■ 심혈관 및 장기 기능의 서동화와 세포 보호
에너지 소모를 줄이기 위해 심장과 호흡기관, 장기들의 활동도 최소한으로 줄어듭니다. 1분에 수백 번 뛰던 소형 동물의 심장박동수가 분당 몇 회 수준으로 급격히 줄어들고, 호흡 역시 몇 분에 한 번꼴로 느려지지요. 혈류량이 줄어들지만 신장이나 뇌 등의 주요 장기는 세포 손상을 막는 특수 단백질과 항산화 물질을 분비하여 산소 결핍으로 인한 조직 손상을 방지합니다. 또한 세포 내 단백질 합성이나 세포 분열 같은 에너지가 많이 드는 생체 활동을 일시적으로 중단시켜 에너지 지출을 극도로 차단한답니다.
■ 주기적 체온 회복과 항상성 유지 과정
겨울잠이 수개월 동안 연속된 수면 상태로만 유지되는 것은 아니며, 주기적으로 몸을 깨워 체온을 올리는 과정을 거치기도 하는데요. 소형 동면 동물들은 며칠 또는 수주 간격으로 잠에서 깨어나 체온을 다시 정상 수준으로 올리는 토포 및 주기적 각성 과정을 반복합니다. 이때 몸에 저장되어 있던 특수한 갈색지방이 격렬하게 열을 발산하여 순식간에 체온을 올려요. 이 주기적 각성 기간 동안 체내 노폐물을 배출하고 면역 시스템을 재정비하며 뇌 신경 기능을 점검하여 장기간의 저체온 상태로 인한 생체 조직 파괴를 막아내고 있답니다.
정리하자면,
동물이 겨울잠을 자는 동안에는 체온과 기초대사량을 평소의 수퍼센트 수준으로 대폭 낮추고, 주 에너지원을 체지방으로 전환하여 효율적으로 사용하며, 심장 및 세포 활동을 최소화하는 생화학적 대사 조절을 통해 장기간 먹이 없이도 생존할 수 있습니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
동물의 겨울잠은 단순히 오래 자는 것이 아니라 에너지 소비 자체를 크게 낮추는 생리적 적응입니다 .체온 심박수 호흡수가 떨어지고 대사율도 크게 감소하며, 먹이를 먹지 않는 동안에는 먼저 저장된 지방을 분해해 에너지원으로 사용합니다 .특히 지방산을 주된 연료로 활용하면서 다만 곰처럼 체온을 크게 낮추지 않고 동물과 설치류 처럼 체온을 크게 낮추는 동물은 겨울잠 방식에 차이가 있습니다.