동물겨울생존법 '동면'이란? 동면동물 알아보기

- 동면이란? -
체내 화학반응과 이를 통한 생리학적 기능은 체온변화에 의존적이다. 온도의 상승은 일반적으로 이러한 화학반응을 촉진하고, 온도의 감소는 반응을 억제하는 경향을 보인다. 이러한 온도변화에 다른 생리학적 기능의 변동을 방지하기 위하여 동물은 외부온도 변화와 상관없이 일정한 온도를 유지할 수 있도록 진화해왔고, 대부분의 포유류와 새를 포함하는 동물들은 외부 온도의 변화에 대응하여 대사역을 이용하여 생리학적인 방법으로 일정하게 체온을 유지하며 이들을 '항온동물'(homeotherm)이라고 한다. 반면 무척추동물, 어류 및 파충류와 같은 대부분의 동물은 대사 열을 통한 체열 발생이 적어 외부 온도의 변화에 따라 체온이 변화하며, 이들 동물을 '변온동물'(poikilotherm 또는 ectotherm)이라고 한다. 이들 변온동물은 내부로부터의 체온조절이 불가능하여 외부 환경온도의 변화에 대응해 행동학적 변화를 통해 체온조절을 한다. 더운 환경에서는 과열을 피하기 위하여 진흙으로 들어가기도 하고, 추운 환경에서는 수면 상태의 비활동상태에 이른다.
포유류 중에서도 대사 작용으로는 체온을 유지하기 어려운 정도로 환경온도가 현저히 낮아지면 온 형성을 포기하고 체온을 낮추어 체내물질의 소비를 방지하기 위하여 조절되는 저체온 상태를 지속하게 되는데 이를 '동면'(hibernation)이라고 한다.
- 동면의 원리 -
동물이 체온이 외부 환경온도에 가깝게 며칠 또는 겨울 동안 그 체온을 유지하는 것을 동면이라고 하고, 더운 여름철에 이러한 저체온 현상을 유지하는 것을 하면이라고 한다. 또한 짧은 기간 동안 애 낳은 떨어뜨리는 현상을 일간 마비라고 한다.
동면 동물은 환경온도의 저하로 인한 체온유지에 사용되는 에너지 손실을 줄이기 위하여 자신의 심부체온을 환경온도에 가깝게 낮추고 잠을 잔다. 환경온도가 위험할 정도까지 내려가면 동물들은 시상하부의 체온조절 기능이 불활성화되어 환경온도에 따른 발 열기작이 감소하여 체온이 감소하고 따라서 대사율이 감소한다. 이러한 동면을 통한 에너지 보존은 동면을 취하지 않을 때의 80~90%의 에너지 절감 효과가 있다. 또한 동면, 하면, 일간 마비 등의 저체온 현상을 통해 수분 손실을 최소화할 수 있다. 사막 쥐의 경우 극심한 고온 환경에서의 일간 마비를 통해 호흡의 감소와 체온저하를 통해 호흡과 피부를 통한 불감수분손실을 최소화할 수 있다.
그러나 환경온도가 지속해서 내려가면 일정한 주기를 갖고 체온을 상승시키는데 이를 각성이라고 한다. 동면동물에서의 이러한 각성은 동면 기간 사용되는 전체 대사에너지의 80%를 사용하는 것으로 알려져 있다. 각성의 생리학적 기능은 명확하게 밝혀져 있지 않으나, 동면동물의 대사산물을 배설할 수 있게 하거나, 동면 기간 손실된 시냅스의 퇴화를 극복하기 위해 수상돌기와 시냅스를 형성할 수 있도록 한다. 또는 각성 기간 동면동물의 면역기능을 재활성화하여 동면 기간의 면역 방어를 가능하게 하는 것으로 생각된다. 동면에서 깨어나게 하는 경고신호로 작용하는 요인은 시상하부를 지나가는 혈액의 온도이다. 따라서 다람쥐의 경우 시상하부의 온도를 일정하게 유지하여 주고 나머지 신체를 차게 하여 주어도 동면은 계속된다. 그러나 등을 바닥에 붙이고 네 다리를 공중으로 하여 동면하는 산 쥐는 발바닥에 찬 자극을 가하면 쉽게 깨어난다.
- 동면동물 종류-
동면 동물로는 6종의 포유류를 포함한다. 햄스터, 땅다람쥐(ground squirrels), 겨울잠쥐(dormice), 뜀 생쥐(gum ping mice), 마멋(marmot), 우드 척(woodchucks), 박쥐, 유대류(marsupials) 및 단공류(monotremes) 등이 있다. 조류로는 푸어윌이 드물게도 동물에 해당한다.
대부분의 동면동물은 성체의 크기가 5kg 이하이며 생리학적으로 더 큰 체구를 갖는 동물에서는 동면을 통한 에너지 걸어감의 효율이 낮기 때문에 동면을 취하지 않는 것으로 여겨진다. 동면 동물의 체중에 대한 대사율은 평소에는 동물의 크기에 상관없이 같으나, 동면 시에는 체구가 작은 종에서 훨씬 더 큰 체중에 대한 대사율을 가진다. 따라서 동면을 통한 에너지 절약은 체구가 증가할수록 감소한다.
체구가 큰 포유류 중에서 진정한 의미의 동면동물은 없다. 예외적으로 곰은 동면 기간 30℃ 또는 그 이상의 체온을 유지하여 환경온도와 비슷한 정도로 체온저하가 일어나진 않지만 1/4 정도만큼 낮아져 다른 동물과 유사한 체중에 대한 대사율을 가진다. 곰의 경우, 비록 극심한 대사율의 저하가 있었지만 큰 체구로 인한 환경온도보다 더 높은 체온을 유지하는 것으로 생각된다. 따라서 이러한 곰의 특성으로 인해 곰은 특수 동면동물로 분류된다.
반면, 곰을 제외한 체구가 큰 포유류가 동면하지 않는 이유는 저장에너지양에 비하여 기초대사량이 낮기 때문에 동면을 통한 에너지절약 효과가 작고, 체구가 큰 동물은 체중당 대사량이 낮으므로 동면 온도에서 정상 체온으로 회복하려면 오랜 시간이 요구된다. 곰의 경우 동면 온도가 5℃에서 정상 체온인 37℃로 회복하려면 약 1~2일이 소요된다. 이에 비하여 다람쥐가 동면에 이르는데 12~18시간이 걸리지만 깨어나는 데는 불과 3시간만 필요로 한다. 이처럼 짧은 시간에 정상체온으로 회복될 수 있는 까닭은 갈색지방의 강력한 산화와 근육의 떨림 때문이다.
참고로 항온동물이라 하여 신체의 모든 부위에서 온도가 같은 것이 아니고 주변 온도 및 신체활동의 영향을 받는다, 일반적으로 신체 중심부는 일정하게 유지되는 데 반해, 사지를 포함한 체표는 환경온도에 영향을 받는다