해발 6700m 사는 안데스생쥐… 근육 속 지방 태워 추위 견딘다

3 days ago 11

국제 연구팀 사이언스지 발표
지방을 열로 바꾸는 능력 뛰어나
고지대 독성 식물 소화력도 강화

알려진 포유류 중 가장 높은 지역에 서식하는 안데스잎귀쥐가 고산지대의 혹한·저산소 환경을 견디는 비결이 밝혀졌다. 근육에서 지방을 열로 바꾸는 능력 강화가 핵심이다. 고지대 독성식물을 소화하는 능력도 차별점으로 나타났다.

제프리 굿 미국 몬태나대 교수 등 국제 공동연구팀은 해발 6700m 안데스산맥 고지대에 사는 안데스잎귀쥐(사진)의 독특한 대사와 적응 방식을 규명하고 연구결과를 9일(현지 시간) 국제학술지 ‘사이언스’에 공개했다.

중앙안데스산맥의 31개 봉우리 중 하나인 유야이야코 화산 전경. 해발 6739m로 활동 기록이 있는 화산 가운데 가장 높다. 살아있는 안데스잎귀쥐가 역대 가장 높은 고도에서 포획되며 기록을 세운 장소다. 미국 몬태나대 Naim Bautista 제공

남아메리카의 척추인 안데스산맥은 평균 해발고도 4000m, 최고봉의 높이는 7000m에 이른다. 일부 안데스잎귀쥐가 사는 해발 6700m 부근은 연중 기온 대부분이 영하로 매우 춥고 산소 농도는 해발 0m를 기준으로 약 44%에 불과하다. 포유류가 체온을 일정하게 유지하려면 많은 열을 만들어야 한다. 이때 산소가 다량 필요하다. 춥고 산소도 부족한 고산 환경에서 작은 포유류인 안데스잎귀쥐가 살고 있다는 사실에 과학자들의 관심이 쏠린 이유다.

연구팀은 2020년부터 2023년까지 안데스산맥 고지대를 수차례 탐사하며 다양한 고도의 33개 지역에서 안데스잎귀쥐 167마리를 채집했다. 해발 6000m 이상에서 발견된 개체는 14마리다. 이후 쥐들의 전체 유전체를 분석하고 저지대에 사는 동종 개체 및 근연종과 비교했다.

연구팀은 쥐들을 칠레 산티아고의 동일한 사육시설에서 최소 2주 동안 적응시킨 뒤 인공 환경을 조성하고 반응을 관찰했다. 산소 농도에 따라 해발 0m, 해발 4300m, 해발 7000m 환경을 모사했다.

저온·저산소 환경 재현 실험에서 고지대 개체는 저지대 개체보다 체열을 더 많이 발생시켰고 근육과 갈색지방의 활동도 더 활발했다. 특히 몸을 떨 때 사용하는 종아리 근육인 비복근에서 산소와 지방으로 에너지를 만드는 대사 경로가 강화된 것으로 나타났다. 같은 저산소 환경에 놓였을 때 열을 만드는 능력이 더 뛰어나다는 뜻이다. 기초대사량은 뚜렷한 차이가 없었다. 탄수화물은 일반적으로 지방보다 같은 양의 산소로 더 많은 에너지를 생산할 수 있어 저산소 환경에서 유리한 에너지원으로 평가된다. 안데스잎귀쥐는 살고 있는 고도와 관계없이 추울 때 지방을 주연료로 사용했다. 지방은 산소 효율이 상대적으로 불리하지만 저장에 유리하다는 특징이 있다.

고산 포유류에서 흔히 나타나는 헤모글로빈의 산소 운반 능력 강화 증거는 발견되지 않았다. 산소를 실어 나르는 능력보다는 근육에서 산소로 에너지를 생산하는 능력을 강화한 셈이다.

고지대와 저지대 개체군 사이의 집단 분리는 뚜렷하지 않았다. 고지대와 저지대 사이에 꾸준한 유전자 교류가 일어나는데도 고산 환경에 유리한 유전자 변이가 자연선택을 통해 유지됐다.

고산 개체에서 고지대 식물이 만드는 독성물질을 분해하는 대사 유전자도 뚜렷하게 강화된 흔적이 발견됐다. 에너지 대사와 직접적인 상관이 없어 보이는 고지대 독성 식물을 먹어 소화시키는 능력이 생존에 중요한 역할을 했을 가능성이 제시된 것이다. 다만 유전체에 나타난 공통적인 특성에 기반한 추론에 그치기 때문에 독성 식물 소화 능력과 고지대 적응 사이의 관계를 밝히려면 추가 연구가 필요하다.

연구팀은 “고산 적응이 산소 운반 능력뿐 아니라 체온 유지와 에너지 대사, 혈관 기능, 먹이 독성에 대응하는 능력이 결합된 결과”라며 “이번 연구는 한 종이 폭넓은 환경에 적응한 과정을 보여 기후와 고도 변화에 따른 포유류의 진화 전략을 이해하는 데 도움을 준다”고 밝혔다.

이병구 동아사이언스 기자 2bottle9@donga.com