낙타에 대해서 우리가 흔히들 가지는 생각은 어떤 것들이 있을까? 등에 혹이 있다, 강한 생존력을 지니고 있다, 사막에서 서식한다 등이 우리가 흔히 낙타에 대해서 알고 있는 사실들일 것이다.
그렇다면 질문을 바꿔보자. 낙타는 어떻게 사막에서 서식할 수 있을 정도로 강한 생존력을 가지게 되었을까? 이 질문에 답하기 위해서는, 우선 사막이라는 환경의 특성부터 알아보아야 한다. 사막은 인간을 비롯한 대부분의 생명체들에게 굉장히 열악한 환경이다. 일교차가 심하다, 습도가 매우 적다 등등 여러 특징들이 있지만 그 중에서도 가장 중요한 특징은 물이 부족하다는 점일 것이다. 물은 생명체가 살아가는 데에 있어서 필수불가결한 요소인데, 연 강수량이 200mm 이하인 사막에서는 이러한 물을 얻기가 쉽지가 않다. 따라서 사막에 사는 거의 모든 생명체들은 이러한 물들을 얻고, 지키는 데에 초점이 맞추어져 있다.
우리가 오늘 살펴볼 동물인 낙타 역시도 물을 지키는 데에, 다시 말해 물을 체내에 저장하는 방식으로 굉장히 특화되어 있다. 여기에서 굉장히 중요한 작용을 하는 것이 바로 낙타의 등 뒤에 혹이다.
낙타의 혹 안에는 무엇이 있을까? 과거 사람들은 낙타의 혹에 물이 담겨져 있을 것이라 추측했지만, 죽은 낙타의 혹을 잘라서 확인해 본 결과, 낙타의 혹 내부에는 지방(fat)이 대부분을 차지하였다. 지방을 연소시키면 이산화탄소와 물이 얻어지는데, 이때 얻어지는 물을 통해 낙타 체내의 수분을 공급할 수 있게 되는 것이다. 추가로, 지방을 연소시킴에 따라 활동에 필요한 에너지 또한 얻을 수 있다. 오랫동안 물을 마시지 않은 낙타들은, 혹 내부의 지방을 계속 연소시킬 수밖에 없으므로, 혹의 크기가 점점 줄어들게 된다.
잠깐 오해의 소지가 있어서 짚고 넘어가자면, 낙타의 혹의 대부분을 지방이 차지하는 것은 사실이지만, 낙타가 지방을 통해서만 수분 및 에너지를 공급받는 것은 아니다. 낙타 역시 다른 동물들처럼 글리코젠(glycogen)을 통해서도 에너지를 저장한다. 다만 혹이라는 낙타만이 가지는 특이한 신체구조 덕분에 낙타가 다른 동물들에 비해 지방으로 저장되는 에너지의 비율이 높은 것이다.
왜 하필 낙타는 혹에 지방을 축적하게 된 것일까? 다시 말해, 지방이라는 물질이 다른 물질과 비교하여 어떠한 장점이 있을까? 그림 1을 보면 지방 이외에도 글리코젠, 단백질(protein), 에탄올(ethanol)의 연소과정이 나와 있는데, 모든 물질에 대해 연소과정을 거치면 물과 에너지를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 즉, 위에서 언급한 ‘지방은 연소를 통해 낙타 체내에 수분을 공급할 수 있고, 추가적으로 에너지 또한 얻을 수 있다’는 비단 지방만이 가지는 장점이 아닌, 다른 물질들도 가지는 장점들이다.
그렇다면, 우리는 자연스레 지방이 다른 물질들에 비해 수분 및 에너지의 효율성이 높은 것 아닐까? 하는 의문을 가지게 된다. 이에 대한 결과를 <표 1>에 정리해 놓았는데, 우리의 예상과는 상반된 결과가 도출되었다. 표의 (2), (6) 항목은 각각 연소를 통해 얻는 물의 질량, 호흡을 통해 잃는 물의 질량을 나타내는데, 표의 가장 오른쪽 항목인 이 둘의 차이가 최종적으로 얻는 물의 소득을 표기한다고 볼 수 있다. 이를 통해 표를 해석해보면, 1g당 낼 수 있는 에너지는 지방이 가장 높지만, 수분 공급의 측면에서는 지방이 가장 낮은 효율을 보여준다는 것을 알 수 있다. 추가로, 가장 수분 공급에 대해 높은 효율을 보여주는 물질은 다름아닌 에탄올이었다.
낙타 체내에는 지방뿐만 아니라 글리코젠 또한 같이 존재하므로 지방에 국한해서 비교를 하는 것이 아니라 지방과 글리코젠을 같이 비교해야 한다고 반박할 수도 있다. 합리적인 반론이기는 하다만, 이를 고려해보아도 에탄올이 가장 높은 효율로서 수분을 공급한다는 사실은 변하지 않는다. 심지어 에너지의 측면으로 바라보아도, 글리코젠과 무려 단위질량당 3kcal의 열량차이를 보여준다. 그럼 낙타는 혹에 에탄올을 저장해야 하는 것일까?
다행히(!) 위의 논의에는 한 가지 고려하지 않은 부분이 존재한다. 지방, 글리코젠 등의 물질들이 체내에 저장될 때에는 각각의 물질 단독으로 저장되는 것이 아니라 반드시 일정량의 수분과 함께 저장된다. 지방을 예시로 들어보면, 지방은 지방 조직(adipose tissue)에 저장이 되는데, 이러한 조직 내부에 혈관 및 세포 소기관을 구성할 때 수분이 필요하게 된다. 심지어 각 개체의 수분 섭취량이 높을수록 이러한 조직 내의 수분의 비율 또한 높아진다고 한다. 다른 물질들 역시 조직 속에 저장됨에 따라 추가적인 수분이 필요하게 된다.
<표 2>는 이러한 추가적인 수분을 고려하여 다시 산출한 수치들이다. 이 표를 분석해보면, 1g당 낼 수 있는 에너지는 지방이 가장 높고, 수분 공급의 측면에서 바라본다면 글리코젠이 가장 효율적인 물질임을 알 수 있었다. 글리코젠과 지방 이 두 물질은 서로 상호보완적인 관계를 지니는데, 글리코젠의 부족한 열량을 지방이 보충해줄 수 있고, 지방의 부족한 수분 공급의 측면을 글리코젠이 보충해 줄 수 있게 된다. 이는 표의 3번째 행을 보면 알 수 있는데, 글리코젠과 지방을(질량을 기준으로) 1:1로 혼합한 물질의 경우 에너지의 측면에서나, 수분 공급의 측면에서나 준수한 효율을 보여주었다.
이로써 우리는 낙타가 왜 지방을 혹에 저장하게 되었는지 알 수 있었다. 낙타는 혹에 저장되어 있는 지방과 체내에 저장되어 있는 글리코젠을 적절히 이용하여, 기본적으로 얻어야하는 에너지를 얻음과 동시에 수분 손실까지 최소화시킨 것이다.
ⓒ 2018학년도 2학기 바라던Bio
<작성자> 18-064 신정연
<분야> 동물생리학(Animal Physiology)
동물생리학은 동물 내의 여러 물리, 화학적 반응들을 공부하는 학문입니다. 동물생리학의 예시로는 동물들의 여러 주요한 항상성에 대한 연구 및 신경계, 순환계, 면역계 등 여러 기관계들의 상호작용에 대한 연구 등이 있습니다.
<참고문헌>
1. https://indianapublicmedia.org/amomentofscience/camels/
2. John Candlish, 「Metabolic Water and the Camel's Hump a Textbook Survey」, BIOCHEMICAL EDUCATION 9(3) 1981, p 96
3. Hillditch, T P and Williams, 「P N The Chemical Constitution of Natural Fats」, Chapman and Hull, London (1964), p 100
4. Schmidt-Nielsen, 「K Desert Animals」, Oxford University Press, Oxford (1964), p. 40
<이미지>
1. https://collegeofcuriosity.com/2-95-mysteries-of-the-camels-hump/