세상에서 가장 작은 스쿠버 다이버가 발견됐다. 무거운 산소통 대신 코에 공기 방울을 달고 잠수한다. 코에 달린 산소통이 잠수에 도움이 된다고 생각했지만 이번에 처음으로 실험으로 입증됐다. 과학자들은 공기 방울이 실제 스쿠버 다이버의 산소통과 같은 원리로 작동한다고 추정한다.
미국 빙엄턴대 생물학과의 린지 스워크(Lindsey Swierk) 교수는 지난 18일 국제 학술지 ‘아이올로지 레터스’에 “반수생 (半水生) 아놀도마뱀이 코에 매달린 공기 방울의 도움으로 물속에서 숨을 쉴 수 있다는 사실을 실험으로 확인했다”고 밝혔다.
◇보습제 실험으로 공기 방울 기능 규명
아놀도마뱀은 중앙아메리카의 코스타리카와 파나마에 서식한다. 물가에 살다가 천적이 나타나면 물속으로 도망가 머리 위로 공기 방울을 뿜어낸다. 이 산소통 덕분에 물속에서 20분 이상 머물 수 있다. 스워크 교수는 “아놀도마뱀이 물속에 오래 잠수한다는 사실을 알고 있지만 공기 방울이 실제로 호흡에 어떤 역할을 하는지 알지 못했다”고 말했다.
스워크 교수는 공기 방울이 호흡에 도움을 주는지, 아니면 호흡의 부산물인지 알아보기 위해 도마뱀의 피부 표면에 공기 방울 형성을 막는 보습제를 발랐다. 스워크 교수에 따르면 도마뱀의 피부는 물을 밀어내는 소수성(疏水性)이다. 이런 피부는 비나 기생충으로부터 도마뱀을 보호해준다. 물에 들어가면 피부가 물을 밀어내면서 공기 방울이 달라 붙는다. 소수성을 낮추는 보습제로 피부를 덮으면 공기가 더 달라붙지 않아 공기 방울이 생길 수 없다.
실험 결과 평소처럼 공기 방울을 코에 단 도마뱀은 공기 방울이 피부에 달라붙지 못하도록 한 동료보다 32% 더 오래 물속에 머물렀다. 스워크 교수는 “공기 방울의 기능을 입증한 첫 실험”이라고 말했다.
이번 연구는 공기 방울이 물속에 더 오래 머물도록 도와 포식자로부터 피난처를 제공한다는 사실을 확인했다. 도마뱀은 포식자가 오면 숨지만 이도 여의치 않으면 바로 물로 뛰어든다. 스워크 교수는 “숲에서 아놀도마뱀은 새도 먹고 뱀도 먹는 흔한 간식과 같다”며 “도마뱀은 위험이 지나갈 때까지 물속에 최소 20분 머물 수 있다”고 말했다.
◇스쿠버 다이버의 재호흡 기술 이용
아놀도마뱀이 코에 산소통을 매달고 잠수한다는 사실은 이전부터 알려졌다. 미국 캔자스대의 리처드 글로(Richard Glor) 교수는 2009년 아이티에서 아놀도마뱀의 공기 방울을 처음 발견했다. 빙엄튼대의 린지 스워크 교수도 2019년 코스타리카에서 아놀도마뱀의 이런 행동을 관찰했다.
과학자들은 아놀도마뱀이 스쿠버 다이버와 같은 방식으로 공기 방울을 사용한다고 설명한다. 캐나다 토론토대의 루크 마흘러(Luke Mahler) 교수 연구진은 국제 학술지 ‘커런트 바이올로지’에 아놀도마뱀이 코에 달린 공기 방울을 다시 들이마시는 행동이 스쿠버 다이버 기술인 ‘재호흡’과 같다고 설명했다. 당시 논문에는 글로 교수와 스워크 교수도 공저자로 참여했다.
스쿠버 다이버의 호흡 장치 중에 재호흡기는 날숨을 바로 바닷물로 보내지 않고 재활용한다. 사람은 한 번 숨을 쉴 때 공기 중의 산소를 다 쓰지 않는다. 재호흡기는 내쉬는 숨에 남아있는 산소를 다시 사용하는 것이다. 토론토대 연구진은 도마뱀의 피부에 붙어있는 공기 방울의 산소량이 갈수록 줄어드는 것을 확인했다. 이는 공기 방울을 이용해 재호흡을 한다는 것을 뒷받침한다.
재호흡은 도마뱀이 물속에서 오래 머물러 천적을 피할 수 있도록 진화한 것으로 추정됐다. 연구진은 반수생인 아놀도마뱀 6종을 조사해 모두 재호흡 능력이 있다는 사실을 알아냈다. 재호흡은 주로 물방개 같은 수생 절지동물을 대상으로 연구됐다. 척추동물은 절지동물과 생리적 특성이 크게 달라 도마뱀에서도 재호흡이 가능할 것이라고는 예상치 못했다.
◇공기 방울이 아가미 역할 할 수도
공기 방울의 역할은 여러 가지로 볼 수 있다. 가장 간단한 형태는 스쿠버 다이버의 산소 탱크 역할이다. 도마뱀의 폐에 들어 있는 공기에 추가로 공기를 공급하는 것이다. 물방개도 같은 방법으로 잠수 시간을 늘린다.
스워크 교수는 앞으로 아놀도마뱀의 공기 방울이 물속에 사는 곤충처럼 아가미 역할을 하는지 알아보겠다고 밝혔다. 공기 방울은 물에서 산소를 흡수하는 아가미 역할을 할 수도 있다. 이 역시 일부 절지동물에서 관측된 바 있다.
또 공기 방울은 날숨의 이산화탄소를 제거하는 용도로 볼 수도 있다. 앞서 연구에서 수생 절지동물에 달라붙은 공기 방울은 주변 물보다 이산화탄소 농도가 높게 나왔다. 이산화탄소는 물에 잘 녹는다. 이는 날숨의 이산화탄소가 다시 호흡기로 들어가지 않고 주변의 물에 녹아 들어간다는 것을 보여준다.
참고 자료
Biology Letters(2024), DOI: https://doi.org/10.1098/rsbl.2024.0371
Current Biology(2021), DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.04.040