산소없이 살아남는 방법

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대다수의 동물은 물론이고, 인간도 숨을 쉬어야만 살수 있는데, 여기 특이하게도 저산소 내지는 산소가 없는 상태에서도 살아남는 방법에 대해서 연구 하는 일련의 과학자들이 있다고 합니다. 그 내용에 대해서 과학동아 2017년 10월호에서 관련된 내용이 나왔기에, 이에 대해서 포스팅을 하고자 합니다.

위 사진에 나와 있는 생물은 '벌거숭이 뻐드렁니 쥐'라고 하며, '벌거숭이 두더지 쥐'로도 알려져 있습니다. 이 생물은 산소가 없는 상황에서 일반적인 쥐들이 20초 안에 의식을 잃는데, 18분이나 버티는데 성공 하였다고 합니다. 거기다가 더욱 놀라운 것은 산소를 공급하자 몇 초만에 의식을 회복하고는 '뇌손상'의 어떠한 징후도 보이지를 않았다고 합니다.

어떻게 이 '벌거숭이 뻐드렁니 쥐'가 산소없는 환경에서 버티는 것인가 했더니, 그 방법은 간단하게도, 산소를 이용하는 세포호흡을 중단하고 '과당'을 분해해서 에너지를 얻기 시작한다고 기사에서 언급이 되어 있습니다. 이런 결론이 나온 이유로는 연구자들이 이 '벌거숭이 뻐드렁니 쥐'가 '저산소 환경'일 때 혈액을 췌취해서 분석을 하였더니, '과당'과 '자당'의 농도가 엄청나게 높아 졌다고 합니다.

기사에서 언급된 내용에 의하면, 일반적인 설치류에서는 장과 신장에서만 이 '과당'과 '자당'을 흡수하는 단백질-아마도 세포막 표면 단백질이 존재하는데, '벌거숭이 두더지 쥐'에서는 전신에 있는 모든 세포에서 이 '과당'과 '자당'을 흡수할 수 있는 단백질이 있다고 합니다. 즉, 산소가 없어지면 과당과 자당을 투입시켜 에너지원으로 써서 버틴다고 합니다.

이 '벌거숭이 뻐드렁니 쥐'는 또 다른 독특한 특징이 있는데, 일반적인 설치류의 쥐들이 2년 정도만 사는데 비해서, 얘네들은 32년을 살면서, 암에도 거의 걸리지가 않는 특이한 점이 있다고 합니다. 이 처럼 특이한 설치류인 '벌거숭이 두더지 쥐'의 '산소없이 생존'을 연구한 이유는, 사람에게 적용할 경우 심근경색이나 뇌졸중과 같은 질병이 발병할 때, 산소없이 버틸 수 있는 방법이 될 수 있기 때문입니다.

다음으로 기사는 '세르파'라는 사람들에게 촛점을 맞추고 있습니다. 이 사람들은 전통적으로 고산지대에 적응해서 살아온 사람들인데, 이 사람들에 대한 연구 결과 또한 소개를 하고 있었습니다. 기존에는 세르파의 혈관 속에는 '산화 질소(NO)'의 농도가 높아서 산소 공급을 더 원활하게 한다고 알려져 있었다고 합니다.

그러나 과학동아에서 소개한 연구팀은 세르파의 '미토콘드리아'에 차이가 있을 것이라고 가정을 하고서 연구를 진행 하였다고 합니다. 그 이유로는 이전에 이루어진 선행 연구의 결과에서, 저지대에 사는 사람들과 세르파의 '유전자체'를 비교 분석하였더니, 미토콘드리아의 유전자가 차이가 난다는 결과를 얻었기 때문이라고 합니다. 그래서 과학동아에서 소개된 연구팀은 일반인과 세르파의 미토콘드리아를 비교해 보았다고 합니다.

먼저 기사에서 언급된 결과로는 '지방 산화량'이라는 것이 있ㅅ브니다. 일반적으로 근육은 '글리코겐'과 '지방'을 분해해서 에너지를 생산 하는데, 지방을 분해할 경우에는 '산소'가 더 많이 소비가 된다고 합니다. 우선적으로 소개가 된 연구결과 일반인이나 세르파나 '똑같이' 지방을 분해하는 과정은 상당히 줄어들고, 적은 산소로 더 효율적인 에너지를 얻기 위해 '글리코겐'을 분해 한다고 합니다.

그런데 세르파만의 특이한 점이 발견이 되었는데, 위 그림에서 나와있는 '인산 크레아틴(phosphocreatine)'이라는 물질에서 차이가 났다고 합니다. 일반인은 고산지대에 올라가게 되면, 이 인산 크레아틴의 축적량이 줄어들게 되는데, 세르파의 경우에는 오히려 체네에 이 '인산 크레아틴'의 축적량이 증가하는 현상이 발생 하였다고 합니다. 뿐만 아니라 고산지대로 갈수록 일반인은 세포와 인체에 손상을 주는 '활성산소'의 농도도 증가하는데, 세르파의 몸속에서는 그 정도가 훨씬 낮았다고 합니다.

어찌보면 연구해서 어디에 사용하는가 싶기도 하지만, 이러한 저산소 상태에서 생존하는 생체의 기작을 연구해서 밝혀내는 일련의 과정을 통해서 '중환자실'에 있는 환자들의 '저산소증'으로 인한 피해를 막는데 활용할 수 있다고 합니다. 제가 보기에는 건강한 사람들에게는 산소가 희박한 극한상황에서 사용하게 될 생존기술로서 개발이 될 것이라고 생각이 듭니다.