극한 온도에서의 생존

많은 생물은 휴식 단계로 들어감으로써 극한 온도에서도 생존한다. 겨울철 온대림이나 매우 더운 여름날의 사막 한가운데와 같이 매우 춥거나 매우 더운 환경을 생각해보라. 만약 그런 환경에 있다면 다른 때보다 생물들의 활동이 훨씬 더 적다는 것을 알게 될 것이다. 많은 식물은 휴면기에 있고 새들은 거의 활동하지 않으며 곤충들은 나타나지 않을 것이다. 많은 생물은 휴식 단계로 들어감으로써 극한 환경을 피하는 방법을 발달시켰다. 이러한 단계는 더운 낮 동안 은신처에서 쉬는 것만큼 정교한 생리적이고 행동적인 적응과 관련이 있을지도 모른다. 생물들이 극한 온도를 피하는 방법 중 몇 가지를 알아보도록 하자. 극한의 주변 온도를 피하는 간단한 방법은 가장 덥거나 가장 추울 때 은신처를 찾는 것이다. 주변 온도가 가장 높아질 때인 한낮에 은신처에 들어가 있는 길잡이에 대해 생각해보자. 작고 육식성인 길앞잡이를 포함한 많은 생물이 뉴질랜드의 해변에 산다. 검은색을 띠는 길앞잡이의 한 종인 Neocicindela perhispida campbelli는 검은 모래 해변에 산다. 이 장의 처음에서 본 것처럼 이러한 검은 모래 해변은 아침 햇살에 금방 데워지고, 근처의 하얀 모래 해변보다 더 높은 온도에 도달한다. 이러한 해변에 사는 검은 길앞잡이 또한 빨리 데워진다. 아침 햇볕을 쬠으로써 그들은 아침 일찍 활동하기에 충분할 정도로 따뜻해진다. 하지만 하루가 끝나갈 때 그들은 체온이 너무 올라가지 않게 해야만 한다. 길앞잡이는 햇볕과 그늘 사이를 왔다 갔다 하고 햇볕과 평행하게 몸을 위치시킴으로써 약 36.4도의 체온을 유지한다. 길앞잡이는 또한 대류를 통한 냉각의 비율을 증가시킴으로써 열을 식힌다. 그들은 더 높이 공중으로 올라가기 위해서 다리를 쭉 뻗고 발끝으로 서는 '죽마 타기'를 이용해서 열을 식힌다. 이러한 행동들의 조합으로 길앞잡이는 모래의 온도보다 낮은 체온을 유지한다. 하지만 모래의 온도가 70도 가까이 도달하는 한낮이 되면 체온 조절하기가 매우 어려워진다. 길앞잡이 대부분은 이곳을 떠남으로써 고온을 간단히 피한다. 활동하는 길앞잡이들은 주로 그늘에 있다. 이제 밤에 추워지는 환경에서 사는 벌새들을 살펴보자. 추운 밤 동안에 체온을 올린 채로 유지하기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하다. 어떤 곳에서 벌새들은 밤 동안에 대사율을 줄이고 그들의 체온을 감소시키는 것을 통해서 에너지를 절약할지도 모른다. 벌새들은 높은 대사율과 39도의 체온을 유지하기 위하여 꿀과 곤충을 먹고사는 작은 새이다. 먹이가 충분할 때, 그들은 낮이나 밤 모두 대사율과 체온을 높게 유지한다. 하지만 먹이가 적고 밤에 온도가 낮을 때, 벌새들은 휴면에 들어갈 것이다. 휴면은 대사율과 체온을 낮게 유지하는 상태이다. 휴면 동안 벌새들의 체온은 39도보다 훨씬 낮은 12~17도 정도이다. 낮은 대사율로 인해 체온이 낮게 유지되기 때문에 휴면에 들어간 벌새들은 많은 에너지를 절약한다. 얼마나 많은 에너지가 절약될까? 카펜터와 그의 동료들은 밤새도록 높은 체온을 유지하는 적갈색의 벌새들은 약 0.24g의 지방을 소비한다고 추정했다. 휴면에 들어간 벌새들에서는 0.02g의 지방만이 소비되었으며 이는 90% 이상의 에너지를 절약하는 것에 해당한다고 추정했다. 칼더가 휴면에 들어가는 벌새들의 상황을 밝히기 위한 연구를 함으로써 휴면에 관한 것이 훨씬 더 많이 알려졌다. 그가 연구를 시작할 때 두 가지의 가설이 있었다. '일상' 가설은 벌새들이 아마도 매일 밤, 주기적으로 휴면기에 들어간다는 것이다. '오직 긴급 상황' 가설은 단지 음식 공급량이 부적절할 때만 벌새가 휴면기에 들어간다는 것이다. 야생 벌새들은 따라다니기가 힘든데, 어떻게 칼더는 밤에 벌새들이 휴면 상태에 들어가는지 아닌지를 결정할 수 있었을까? 그는 벌새들이 밤에 보금자리에 들어가기 전에 벌새의 무게를 재고 아침에 다시 무게를 재는 것을 통해서 밤 동안에 신진대사에 사용된 지방의 양을 추정할 수 있었다. 휴면 상태에 들어갔던 벌새들의 무게 차이는 훨씬 작을 것이다. 벌새들의 무게를 측정하기 위해서 칼더는 안개 그물로 그들을 잡거나 전자저울이 달린 벌새들의 먹이통을 횃대에 매달아 놓았다. 칼더의 관찰은 일상 가설을 지지하지 않았다. 그의 측정 결과는 벌새들은 휴면 상태에서 요구되는 에너지의 무게보다 15배나 더 많이 줄었다는 것을 보여주었다. 분명히 벌새들은 보통 밤 동안에 높은 대사율을 가질 것이고 때때로 휴면 상태에 들어갈 것이다. 칼더는 벌새들이 휴면 상태에 들어가는 두 가지 상황을 발견했다. (1) 많은 꽃이 피기 전에 새끼를 낳는 장소나 겨울을 나는 장소에 도착했을 때와 (2) 벌새들의 먹이 섭취를 방해하는 폭풍이나 꽃의 꿀 생산의 감소로 인해서 음식 섭취율이 줄어들었을 때였다. 나방의 체온조절에 대한 하인리히의 연구처럼 칼더의 관찰도 두 가지 가설 사이의 논쟁을 해결했다. 벌새들은 매일 밤 몇 시간 동안 휴면 상태에 들어가지만, 다른 동물들은 여러 달 동안 계속하여 대사율이 줄어드는 상태로 들어갈 수 있다. 이러한 상태가 주로 겨울에 일어난다면 그것을 동면이라 한다. 그것이 여름에 일어난다면 이를 하면이라 한다. 동면 동안 북극 땅다람쥐의 체온은 2도까지 떨어진다. 동면하는 마멋의 대사율은 활동할 때의 3%까지 떨어지기도 한다. 하면 동안 긴 목 거북의 대사율 감소는 이러한 동물들이 전적으로 저장된 에너지에 의존해서 살아야만 하는 북극 또는 고산 지대의 긴 겨울 동안 사막의 덥고 건조한 기간 동안 살아남는 것을 가능하게 한다. 어떤 조건에서는 열대 종도 동면을 할 수 있다.