잠은 결국 미토콘드리아로 귀결됨

• 최근 연구에서 “졸림과 수면 요구”의 진짜 생화학적 기원이 미토콘드리아와 깊게 연관된 것으로 제시됨
• 곤충의 뇌 영역 연구를 통해, 수면 부족 시 미토콘드리아 기능 및 시냅스 전달과 관련된 유전자 발현 증가 현상 확인됨
• 미토콘드리아 내 전자 운반 과정의 변화가 실제로 졸림 신호 유발과 직접적으로 연결됨
• 산소 호흡 자체가 신경계 미토콘드리아 회복이 필요한 수면 상태를 필연적으로 유발함을 시사함
• 잠과 배고픔 모두 에너지 균형 및 미토콘드리아 관리 과정과 밀접한 연관성 보임

수면의 진짜 기원, 미토콘드리아

수면이란 왜 꼭 필요한지, “졸리고 누워야겠음”이란 감정의 실제 생화학적 근원이 무엇인지에 대해 오랜 시간 명확하게 밝혀지지 않았음. 세포 수준에서 다양한 변화가 잘 관찰되지만, 과연 이 변화들이 수면 필요성을 알리는 원인인지 아니면 결과인지 혼동이 있었음. 이러한 인과관계의 혼란은 알츠하이머병과 아밀로이드 침착의 관계처럼 생의학 영역에서 흔히 나타나는 문제임.

곤충 모델에서 밝혀진 미토콘드리아의 역할

과학자들은 초파리의 뇌 영역(특히 dorsal fan-shaped body) 이 수면 조절의 핵심 역할을 한다는 사실을 밝혀왔음. 최근 연구에서는 이 뇌 부위의 뉴런을 수면 결핍 상태로 만들어 단일세포 분석을 진행하였고, 122개 유전자 발현이 증가하는 현상 중 특히 미토콘드리아 기능, 시냅스 전달과 관련된 변동이 두드러졌음. 세포 내 자세한 관찰 결과, 수면 결핍이 심해질수록 미토콘드리아의 파편화, 미토파지(미토콘드리아 재활용), 미토콘드리아와 소포체의 직접 접촉이 증가하는 것으로 나타났음. 소포체와의 접촉은 산화 스트레스로 인해 손상된 지질을 새롭게 보충받기 위해 이루어지는 것으로 여겨짐.

전자운반 변화와 수면 신호의 직접적 연결

연구진은 미토콘드리아 내 전자운반 과정을 인위적으로 변화시키는 다양한 실험을 진행함. 이 과정의 변동이 곧, 해당 뉴런의 수면유도 과정과 직접적으로 연결되는 현상이 관찰됨. 수면 부족 상황에서 미토콘드리아의 끊임없는 활동은 미토콘드리아의 분열, 재활용 증가로 이어지고, 전자들의 축적이 결국 “수면 욕구”를 결정하는 가장 근본적인 요인임을 시사함.

산소 호흡과 수면의 필연적 상호관계

논문에서는 유산소 호흡 그 자체가 신경계 미토콘드리아의 회복, 즉 수면 상태가 필수로 요청되는 대가임을 강조함. 인간에서도 미토콘드리아 기능장애 환자에서 “극심한 피로감”이 주요 증상으로 흔히 보고되며, 이러한 피로는 보통 “회복성 수면”을 통해 개선되지 않음.

에너지 균형, 미토콘드리아, 그리고 수면과 배고픔

연구팀은 이로 인해 잠과 배고픔 모두 미토콘드리아의 에너지 균형과 연결되어 있음을 강조함. 유산소 호흡을 하는 생명체는 항상 미토콘드리아 연료 공급과, 특히 신경계 미토콘드리아의 휴식 및 회복 시간을 조율함. 연구진은 “전자들이 호흡사슬을 통해 흐르는 것은 마치 모래시계의 모래가 흘러가듯, 언제 균형을 바로잡아야 하는지 결정한다”고 우아하게 표현함. 이 과정 외에도(예: 기억 형성) 수면 주기에 합류한 다양한 기능이 있지만, 미토콘드리아 기능이 모든 수면의 가장 근본적인 토대일 것으로 제안함. 결론적으로 산소를 소비하는 생물은 곧 “잠이 필요함”을 피할 수 없음.