생명의 신비 (12) 생물시계(Bioclock; Internal Clock)
정계헌 (순천향대학교 생명과학부 명예교수, 전 한국창조과학회 회장)
지구상에 살고 있는 우리는 자연환경의 변화나 생물들의 살아가는 모습에서 종종 일정한 규칙성을 발견하게 됩니다. 태양을 도는 지구의 공전 때문에 규칙적인 계절의 변화가 있고, 지구의 자전 때문에 24시간 주기의 하루가 있으며, 하루 중에도 반드시 낮과 밤이 교차되는 것을 우리는 경험합니다. 바닷가에 가보면 조수간만의 시간이 일정하게 정해져 있고, 이에 따라 물이 들어오고 나가는 시간뿐만 아니라 물의 양조차 정확하게 예측할 수 있을 정도입니다. 이런 현상들은 지구내의 자연환경에서 볼 수 있는 기본적인 큰 주기입니다. 이러한 주기를 가지고 있는 지구상에 사는 많은 식물과 동물을 보면 놀라우리만큼 모종의 주기를 보여주고 있습니다.
식물을 보면 대지를 뚫고 싹이 나오는 시기, 꽃을 피우는 시기, 열매를 맺는 시기가 있는가하면, 미모사 같은 풀은 하루 중에도 잎을 열고 있는 시간과 닫고 있는 시간이 있습니다. 나팔꽃은 밤에는 오므리고 있다가 아침이 되면 활짝 다시 핍니다. 하루 종일 해만 바라보는 해바라기도 있습니다.
이러한 생태를 관찰한 과학자들은 아마도 생물체에게는 때를 감지하는 무언가가 있을 것이라고 추측하게 되었고, 이를 생물시계(bioclock)라고 부르게 되었으며, 이 생물시계가 있다는 단서가 처음으로 발견된 것은 식물에서였습니다. 아메바나 집신벌레처럼 하나의 세포로 이루어진 미세한 원생동물들도 생물시계가 있습니다. 해가 서산에 지면 낮 동안 활발하게 움직이던 주행성 동물들은 조용히 휴식에 들어갑니다. 낮 동안 음지에서 잠만 자던 야행성동물들은 어둠이 깔려야 움직이기 시작합니다. 예전에 많던 빈대나 요즘의 바퀴벌레, 쥐, 독사, 박쥐, 부엉이, 올빼미, 이리 등이 다 여기에 속하는 것들입니다. 모든 동물들이 낮이나 밤에 한정하여 생활하는 것은 아닙니다. 모기의 수컷들은 떼를 지어 춤을 추는 시간 즉, 짝을 이룰 암컷을 찾기 위하여 군무를 하는 시간이 있는데, 그 시간이 낮도 아니고 밤도 아닌 새벽녘과 저녁녘의 어슴푸레한 시간입니다.
바닷가의 조간대에 살고 있는 동물들은 조수간만의 시간에 자신의 활동 시간을 맞추는 동물들이 많이 있습니다. 많은 게들이 보름달 밤에만 짝짓기를 하고 알을 낳는 것은 습관뿐만 아니라 생식리듬까지 맞추어져 있다는 뜻입니다.
생물들의 생리활동 중에는 하루나 한 달을 두고 변화하는 것도 있지만 1년을 주기로 변화하는 것도 있습니다. 쉽게 예를 들 수 있는 것은 겨울잠 즉, 동면을 하는 동물들입니다. 개구리, 뱀, 고슴도치, 다람쥐, 곰 등입니다. 겨울이 오면 활동을 중지하고 겨울잠을 자며, 봄이 오면 긴 겨울잠에서 깨어나 다시 활동을 시작합니다. 많은 철새들이 가을이 깊어지면서 멀리 북쪽 나라로부터 우리나라로 날아오고, 봄이 오는 소식과 더불어 우리나라를 떠납니다. 이와 반대로 제비는 가을이 되면 우리나라를 떠나 남쪽나라로 떠나고 새봄이 되면 우리나라를 찾습니다.
생물체들의 주기적 행동 또는 생리적 활동은 종에 따라 수 시간의 주기, 대략 24시간인 하루 주기, 계절적 주기 또는 매년 또는 격년주기. 아니면 수년을 걸러 일어나는 긴 주기 등 여러 가지 유형이 있습니다.
생물 시계에 관하여 18세기부터 많은 과학자들이 연구해 온 결과에 의하면 생물시계는 주위 온도에 따라 혹은 밤낮에 따라 아니면 계절에 따라 다르게 작동되는 것이 아니라, 항상 일정하게 작동되는 것이고, 생물체 내에서 독자적으로 돌아가는 시계로 결론지어 체내시계(internal clock)라고 말하게 되었습니다.
사람은 본시 낮에 활동할 수 있도록 창조되었기 때문에 모든 일과를 해지기 전에 중지하고 밤에는 일찍 잠자리에 들어 쉬며, 이른 아침에 해가 뜰 무렵 즉, 우리의 체내시계가 육체적 리듬을 깨울 때에 다시 일어나 행동하는 것이 순리적이라고 볼 수 있습니다.
생물시계가 생체 내에 존재한다는 심증은 충분히 가졌으나 생물체의 어디에 있는 것인지를 밝히려는 실험은 1950년대부터입니다.
동물계의 많은 동물 가운데 생물시계의 구조가 처음으로 밝혀진 동물은 바퀴벌레입니다. 이것은 어두운 밤에만 활동을 합니다. 야행성 리듬을 가지고 있기 때문이지요. 바퀴벌레의 활동 리듬을 조절하는 생물시계의 위치가 밝혀진 것은 1968년입니다. 그것은 뇌의 일부분이 오른쪽과 왼쪽으로 내밀어진 시신경엽이라는 곳에 있습니다.
곤충의 눈에는 복안이라고도 부르는 겹눈(compound eyes; an ommateum)과 단안이라고도 부르는 홑눈(a stemma; an ocellus)이 있습니다. 여기서 겹눈이 빛을 받아들이면 이 정보는 시신경을 통해서 신경엽에 있는 생물시계에 전달되어 시간을 파악합니다. 이 정보는 다시 뇌의 중추부에 있는 뇌간부에 보내지고 이곳으로부터 호르몬을 통해 온몸으로 퍼져 나갑니다.
척추동물과 사람에게서 생물시계는 시신경 교차에 있는 것으로 밝혀졌습니다. 즉, 뇌에서 나온 좌우의 시신경이 양쪽의 눈 망막으로 가는 도중에 서로 만나는 장소를 ‘시신경 교차 상핵’이라고 부르는데, 여기에는 한 쌍의 둥글고 작은 신경세포의 집단이 있으며, 이곳에 생물시계가 있다고 합니다.
바퀴벌레로 보면 시신경엽에 해당하는 곳입니다. 개구리나 도마뱀들은 계절적인 생리 리듬을 가지고 있어 중요한 것은 눈입니다. 그러나, 이것들은 눈을 잃어도 명암주기에 반응을 하는데, 이유는 머리 부분의 피부에 송과선의 긴 가지가 뻗어 나와 연결된 투명한 작은 부분이 있어 빛을 감지하기 때문입니다. 이 송과선이 있는 피부를 검게 칠해놓으면 세상의 밝고 어둠에 반응을 보이지 않습니다.
사람의 송과선(출처: plus.google.com)
사람의 송과선(솔방울샘, a pineal gland)은 대뇌의 거의 한 가운데에 있습니다. 닭과 메추라기는 꿩과에 속하는 새이지만 닭의 생물시계는 참새와 마찬가지로 송과선에 생물시계가 있고, 메추라기는 송과선이 아니라 시신경 교차 상핵에 있는 것으로 알려졌습니다. 이제까지의 연구된 자료에 의하면 조류에서 번식, 이동, 나침반 기능 등에 관여하는 생물시계의 중심체가 시신경 교차 상핵에 있는 것, 송과선에 있는 것, 이 둘에 다 있는 것 등 다양합니다.
식물계나 동물계에서 생물시계가 정확하게 작동하지 않으면 그 생물 자체가 멸망할 수밖에 없습니다. 이처럼 중요한 생물시계를 이것들은 자의적으로 가지게 된 것이겠습니까?
[기도] 창조주 하나님, 모든 생물들에게 생체 내 시계를 주시고, 정확히 작동케 하셔서 생명을 보존지켜 주심을 감사드립니다. 예수님 이름으로 기도드립니다. 아멘.(출처: 한국창조과학회)
