심해 물고기의 생존 전략

과학자들은 지금까지 인간이 기록한 가장 깊은 곳에 사는 물고기를 카메라로 촬영했습니다. 동물들은 어두운 심해과 압력이 강한 해양 심연에서 생존하기 위해 어떻게 적응해왔을까요?

과학자들은 인간에 의해 기록된 최조의 깊은 곳에 사는 물고기를 촬영했습니다. 호주 서부 대학의 해양 생물학자인 앨러 제이미슨(Alan Jamieson)은 일본 남동쪽의 이즈-오가사와라 해구(Izu-Ogasawara trench)에서 8,336m 깊이에서 자율 카메라로 촬영된 알 수 없는 종류의 가짜물고기(Pseudoliparis 속)를 발견했습니다.

이전에 기록된 가장 깊은 물고기는 마리아나 가짜눈물고기(Pseudoliparis swirei)로, 일본과 파푸아 뉴기니 사이의 마리아나 해구(Mariana Trench)에서 8,178m의 깊이에서 기록되었습니다.

해양의 가장 깊은 부분은 지하세계의 그리스 신 하데서(Hades)에서 이름을 딴 하달층이라고 불립니다.

하달층은 6~11km에 이르는 곳으로, 완전한 어두움, 고압, 저온이 특징인 무서운 장소입니다.

오랫동안 과학자들은 이런 적대적인 조건으로 인해 심해에서의 생명은 불가능하다고 믿었지만, 1977년 미국 연구팀이 태평양으로 원격 조종 차량을 떨어뜨려 수중 화산봉에서 해수와 마그마가 만나는 지점에서 사진을 찍은 때 이런 인식은 극명하게 바뀌었습니다. 그들은 이 심해 화산봉 주변에서 생명이 넘쳐나는 것을 발견했습니다.

1977년 이후 해양 과학자들은 이러한 화산봉 주변에서 약 600종의 이전에 발견되지 않은 종을 포함한 생물을 발견했습니다. 그 중에는 철 방어를 가지고 있는 가시가 있는 거북류(Chrysomallon squamiferum)과 '더 호프'라고 불리는 새로운 게종(Kiwa tyleri)이 포함되어 있습니다. 이 게는 미국 배우 데이비드 해셀호프(David Hasselhoff)의 털털한 가슴에 빗대어 이름이 지어졌습니다.

과학자들은 이러한 발견과 종들이 극한 압력, 추운 온도, 그리고 하달층의 어둠에서 생존하는 능력에 흥미를 가지고 있습니다.

마리아나 해구의 바닥에는 1,086bar의 압력이 가해집니다. 이는 머리 위에 100마리의 코끼리가 서 있는 것과 같은 압력입니다. 이를 연구한 런던대학과 연구원인 애비 채프만(Abbie Chapman)은 말합니다.

생물학적인 수준에서 하달층에 서식하는 해양 동물들은 압도적인 조건을 견뎌낼 수 있도록 적응되어 있습니다.

거대한 바다살무사류와 마리아나 가짜눈물고기와 같은 생물들은 고압하에서 세포막과 단백질이 극단적인 압력에 의해 붕괴되는 것을 막기 위해 피에졸라이트(piezolytes)라는 유기 분자의 높은 농도를 가지고 있습니다. 이 유기 분자들은 단백질이 생물체의 세포 내부에서 차지하는 공간을 증가시킴으로써 주변 수중의 무게를 상쇄시킵니다. 매사추세츠주 우즈홀 해양연구소의 심해 생물학자인 팀 샹크(Tim Shank)는 이를 "텐트 안에 기둥을 세우는 것과 같다."고 말합니다.

연구에 따르면, 피에졸라이트 분자인 트리메틸아민-N-옥사이드(TMAO)의 양은 생물의 서식 깊이와 함께 증가한다고 밝혀졌습니다.

리즈 대학의 연구자들은 2022년의 연구에서 TMAO가 "물 네트워크 내에서의 기준점"으로 작용하여 물 분자와 강한 수소 결합을 형성한다고 결론을 내렸습니다. 이는 생물체가 극단적인 압력에 저항할 수 있게 합니다.

해양 표면에 가까이 사는 물고기들은 수영 공기낭(swim bladder)이 있습니다. 이는 물고기가 가라앉지 않고 떠다닐 수 있도록 하는 기체로 채워진 장기입니다. 하지만 가짜눈물고기와 같은 심해 물고기들은 수영공기낭을 갖고 있지 않습니다. 왜냐하면 기체로 채워진 구강 내부와 외부에서 가해지는 물의 압력 차이로 인해 공기낭이 파열되기 때문입니다. 

심해에서는 직접적인 태양광이 없으므로, 생물들은 광합성을 이용하여 태양의 에너지를 당분으로 전환하는 것에 의존할 수 없습니다. 그 대신에, 그들은 심해 바닥의 화산봉 주변에서 일어나는 화학 반응에서 발생하는 에너지를 이용하여 화학합성을 수행합니다. "그들은 해저에서 나오는 화학 물질을 먹고 살아갑니다." 라고 샹크는 말합니다.

심해 물고기들은 저산소 환경에서 생존하기 위해 적응했습니다. 예를 들어 멕시코 동굴어는 표면 근처에서 서식하는 물고기보다 적혈구 크기가 크고 혈색소를 높은 농도로 생성하는 큰 적혈구를 가지고 있습니다. 이는 2022년의 연구에 따른 것입니다.

이러한 적응들은 생물들이 지구상에서 가장 가혹한 환경 중 하나인 어둠의 심연에서 번성할 수 있게 해줍니다.