생물은 모두 시계를 갖고 있다

    7. 생물 시계의 정체 - 아직 밝혀지지 않은 생물 시계의 정체는 과연 무엇인가?

     곤충의 생물 시계

 전체 동물계를 통틀어서 생물 시계의 구조가 가장 처음 알려진 것은 바퀴였다. 여러분 중에서 바퀴를 모르는 친구는 거의 없을 것이다. 바퀴라고 하면 '그게 무엇일까' 하고 고개를 갸웃거리던 친구들도 바퀴벌레라고 하면 모두 고개를 끄덕끄덕할 것이다. 바퀴를 보통 바퀴벌레라고 부르기 때문이다. 하지만 바퀴벌레는 올바른 이름이 아니다. 원래는 윤충이라고 하는 민물에서 사는 작은 벌레를 바퀴벌레라고 하기 때문이다. 따라서 어두운 밤이 되면 집안을 슬금슬금 기어다니는 그 불결한 곤충은 '벌레'를 빼고 '바퀴'라고 불러야 한다. 이제 바퀴는 우리 사람들에게 아주 친근한(?) 곤충의 하나가 되었다. 물론 서로 잘 지낼 수 있다는 뜻에서 친근하다는 것이 아니고, 자주 만난다는 뜻에서 친근하다는 것이다.

  바퀴가 속하는 곳은 곤충류 메뚜기목 바퀴과이다. 바퀴가 어떻게 생겼는지는 여러분 모두 잘 알고 있을 것이다. 몸은 납작한 타원형이고 빛깔은 갈색이다. 바퀴는 따뜻한 곳을 좋아하며 음식물과 옷에 해를 주고 전염병을 옮기기도 한다. 여러분이 만일 방에서 한밤중에 갑자기 전등을 켰을 때, 바퀴 1마리를 발견했다면 그 방에는 최소한 10마리 이상의 바퀴가 있다고 보아야 한다. 바퀴는 밤에 활발하게 돌아다닌다. 야행성의 활동 리듬을 갖고 있기 때문이다. 바퀴의 활동 리듬을 지배하는 시계가 어디 있는가가 알려진 것은 1968년의 일이었다. 바퀴의 생물 시계는 뇌의 일부분이 왼쪽과 오른쪽으로 내밀어진 시신경엽이라는 장소에 있었다.

  곤충의 눈은 두 가지가 있다. 겹눈과 홑눈이다. 그런데 시계의 빛을 받아들이는 수용체는 겹눈이다. 우선 이 겹눈에서 바깥 세상의 정보를 받아들인다. 그리고 시신경을 통해서 시신경엽에 있는 시계에까지 정보를 전달하면 시계는 그 정보를 통해 시간을 읽는 것이다. 시계가 보내는 정보는 역시 신경을 통해 뇌의 중추부에 있는 뇌간부에 보내진다. 정보는 다시 이곳으로부터 호르몬을 통해서 온몸으로 퍼져 나간다. 하지만 뇌간부가 시계의 말단부로서 정보를 전달한다는 것을 잘못이라고 보는 과학자도 있다.

  귀뚜라미도 바퀴와 마찬가지로 고도로 발달된 시계를 갖고 있다. 귀뚜라미의 시신경엽을 파괴하거나 그곳에서 정보를 흘러 보내는 신경을 절단하거나 하면 귀뚜라미는 돌아다니는 활동의 리듬도 없어질 뿐만 아니라, 노래하는 활동의 리듬이나 생식 기관을 형성하는 리듬까지 모두 사라져 버리고 만다. 시신경엽에 시계의 중심체가 있다는 것은 분명한 사실로 알려졌지만 뇌간부에 시계의 말단부가 있는가에 대해서는 학자들 사이에서 아직 의견의 일치를 보지 못하고 있다. 바퀴나 귀뚜라미가 갖고 있는 이런 훌륭한 시계는 다른 곤충에서는 아직 발견되지 않았다. 나아가 더욱 흥미로운 것은, 이들 곤충의 시계가 뒤에 이야기할 사람의 시계와 아주 비슷하다는 것이다. 사람의 생물 시계에 대해 알아본 다음에 바퀴나 귀뚜라미의 생물 시계와 비교해 보면 좋을 것이다.

  나방은 곤충류 중에서는 아주 고등한 것으로 생각되고 있다. 상당히 진화한 곤충이라는 이야기이다. 나방의 우화 리듬을 대상으로 해서 생물 시계의 구조를 조사해 보았다. 그 결과, 나방이 가진 생물 시계의 중심체는 뇌간부 속에 있는 것으로 나타났다. 그리고 나방은 생물 시계가 빛의 수용체 역할까지 겸하고 있었다. 나방의 생물 시계는 실로 간단한 구조를 보였던 것이다.  바퀴나 귀뚜라미는 불완전한 변태를 하는 곤충이다. 알에서 애벌레, 애벌레에서 엄지벌레의 세 시기를 거친다는 것이다. 한데 바퀴나 귀뚜라미는 애벌레의 몸에도 시신경엽이나 겹눈이 갖추어져 있다. 이에 반해 나방은 완전 변태를 하는 곤충이다. 따라서 알에서 애벌레, 애벌레에서 번데기, 번데기에서 엄지벌레의 네 시기를 거쳐 한살이를 한다는 것이다. 나방처럼 완전 변태를 하는 곤충은 엄지벌레만이 시신경엽과 겹눈을 갖고 있다. 애벌레와 번데기 상태에서는 시신경엽과 겹눈이 없다는 이야기이다.

 따라서 나방이 변태하면서 빛의 수용체나 시계의 중심체의 위치와 구조를 바꾸지 않기 위해서는, 평생 동안 변화가 그리 크지 않은 뇌간부 속에 빛을 받아들이는 수용체까지 겸한 생물 시계를 가질 수밖에 없었을 것이다. 나방은 이렇게 자신에게 가장 알맞은 생물 시계의 형태를 갖추는 방향으로 진화했던 것이다. 앞에서 등장했던 진딧물의 광주기 시계가 가진 구조도 나방의 것과 똑같다는 사실이 알려져 있다.