생물은 모두 시계를 갖고 있다 - 7. 생물 시계는 어디에?

생물은 모두 시계를 갖고 있다

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

      제7장 생물 시계의 정체

    생물 시계는 어디에?

  우리는 앞에서 고니아울락스라는 원생동물에 대해 알아보았다. 그리고 단 한 개의 세포로 이루어진 고니아울락스조차 활동의 시간대가 다른 서커디언 리듬을 몇 가지 갖고 있다는 것을 알게 되었다.  고니아울락스가 보인 여러 행동, 섬광 같은 빛을 내는 일이라든가 약하고 지속적인 빛을 내는 일, 세포 분열, 광합성 등은 모두 서커디언 리듬을 보였지만 활동의 시간대는 서로 달랐다. 그렇다면 다세포 생물에는 몇 가지나 되는 활동 리듬이 있을까? 다세포 생믈에서도 행동이나 생리, 그 밖의 다양한 측면에서 각각 독특한 활동의 시간대를 갖는 많은 리듬이 나타났다. 약 반 날, 하루, 반 달, 한 달, 1년 등으로 주기가 다른 무수히 많은 크고 작은 여러 가지 리듬이 소용돌이치고 있었던 것이다. 그렇다면 다세포 생물의 몸 속에는 몇 개나 되는 생물 시계가 있을까? 여러분은 단세포 동물의 몸 속에도 독립적으로 돌아가거나, 꼭 독립적이라고는 할 수 없지만, 거의 독립적으로 돌아가고 있는 생물 시계가 상당히 많이 모여 있을 것이라고 생각할지도 모른다.

  하지만 그럴 때 아무런 문제도 없을까? 이런 일을 상상해 보자. 한 생물체가 갖고 있는 수많은 세포가 각기 나름대로의 시계를 갖고 있다면, 혹은 다세포 생물의 몸 속에 있는 다양한 기관이 모두 나름대로의 시계를 갖고 있다면, 그 생물은 서로 다른 시계들이 서로 다른 시간을 가리키며 내는 소음 때문에 잘 살아갈 수 없지 않을까? 따라서 만일 우리의 몸 속에 세포의 숫자만큼이나 많은 생물 시계가 있다면, 아니 최소한 각 기관이 따로 생물 시계를 갖고 있다면, 그 수많은 생물 시계들을 통제할 수 있는 있는 중심 기관이 필요한 것이다.

  우리의 몸 속에는 위와 장, 이자, 쓸개 같은 소화 기관이 있어서 소화에 관한 일을 모두 담당하고 있다. 눈이나 코, 귀 같은 감각 기관은 감각에 관한 일을 담당한다. 또 혈액의 순환을 담당하는 심장이라는 기관도 있으며 호흡을 담당하는 허파라는 기관도 있다. 몸은 이렇게 다양한 기관으로 분화되어 있는 것이다. 그러니 우리의 몸 속 어딘가에는 생물 시계의 중심 부분이라 할 수 있는 특수한 기능을 가진 기관이 있다고 해도 전혀 이상한 일이 아니다. 이 생물 시계의 중심체는 수많은 작은 시계에서 나오는 리듬을 마치 교통 경찰처럼 멋지게 정리하고 있는지도 모른다. 모든 악사들이 박자를 맞출 수 있도록 앞에서 지휘하는 지휘자처럼 말이다.

  생물 시계의 중심체가 있는 장소를 찾아내려는 연구는 1950년대에 처음 시작되었다. 동물의 몸의 어느 일부분을 잘라내거나 파괴하거나 하면서, 그 부분이 없을 때, 과연 생물 시계의 리듬이 그대로 유지되는가를 조사해 보았던 것이다. 이 연구가 시작되고 나서 수많은 연구 결과가 보고되었다.
  "동물의 몸에서 (가)라는 부분을 제거했다. 그러자 그 동물은 서커디언 리듬을 보이지 않았다. 따라서 동물에서는 (가) 부분이 생물 시계라 할 수 있다."
  "그렇지 않다. (나) 부분을 제거했더니 서커디언 리듬이 사라져 버렸다. 따라서 동물의 몸에서는 (나) 부분이 생물 시계의 일을 맡고 있다."
  이런 식의 보고가 수없이 쏟아져 나왔다. 하지만 이런 결론은 정확한 것이 아니었다. 파괴 실험의 경우, 시계 자체는 파괴되지 않고 남아 있지만, 그 시계로부터 정보를 전달받아 정보를 수행하는 기관에까지 전달해 주는 경로가 파괴되어 활동의 리듬이 사라질 수 있기 때문이다. 초기의 이런 잘못된 결론은 이후 여러 실험을 통해서 수정되었다.

 시계의 중심부, 혹은 지휘자가 가진 구조는 지금까지 척추동물, 곤충, 갑각류, 연체동물 등의 극히 일부분에서만 부분적으로 밝혀져 있을 뿐이다. 지금까지 시계의 구조가 알려진 바로는 생물 시계가 각각의 종류에 따라 다양한 구조를 갖고 있다는 것이다. 어떤 생물 시계는 시계의 중심체와 외부의 빛을 받아들여 시간을 알아내는 빛의 수용체가 서로 다른 곳에 달려 있는, 고도로 발달한 구조를 갖고 있었다. 하지만 다른 시계는 시계 자체가 빛의 수용체를 겸하고 있는 단순한 구조로 되어 있었으며, 또 어떤 시계는 이 두 가지 시계의 중간 정도의 구조를 보이고 있었다.

  시계의 중심체와 각 부분으로 나누어진 시계의 말단부 사이의 상하 관계는 생물의 종에 따라, 또 리듬의 종류에 따라 상당한 차이를 나타내고 있었다. 때로는 시계의 말단부가 중심부의 지배로부터 벗어나, 자유롭고 독립적으로 작동하는 경우도 있었다. 그리고 시계의 말단부가 빛을 받아들이는 능력을 갖고 있는 것도 발견되었다.