심해 생물은 시간 개념을 인식할 수 있을까

심해 환경과 시간 개념의 부재

심해는 지구상에서 가장 빛이 없는 공간 중 하나입니다. 일반적으로 수심 1,000m 이하를 심해로 정의하며, 이 깊이부터는 태양광이 전혀 도달하지 않습니다. 즉, 인간을 포함한 대부분의 생물이 사용하는 ‘하루’라는 시간 단위를 구성하는 주야의 구분 자체가 존재하지 않습니다. 이러한 환경에서 살아가는 심해 생물은 시각적 정보를 기반으로 시간을 판단할 수 없습니다. 그럼에도 불구하고 많은 심해 생물들이 먹이 활동, 이동, 번식 등 특정 행동을 주기적으로 반복한다는 관찰이 이어지고 있습니다. 이는 단순한 본능이 아니라, 생물 내부에 존재하는 어떤 형태의 ‘시간 인식 시스템’이 작동하고 있다는 가능성을 제시합니다. 우리가 육상에서 경험하는 낮과 밤, 아침과 저녁의 개념이 없는 공간에서 생물들이 시간 흐름을 감지하고 있다는 사실은 매우 흥미롭고, 동시에 중요한 생물학적 의문을 던집니다.

 

생체 시계의 기본 원리

생체 시계는 모든 생물에 존재하는 ‘내부의 시계’입니다. 이는 외부 자극과 상관없이 주기적인 리듬을 생성하며, 생물의 생리 작용과 행동을 조절합니다. 인간을 포함한 많은 동물은 빛의 변화, 특히 아침 햇살과 저녁 어둠에 반응하여 24시간 주기의 생체 시계를 유지합니다. 하지만 심해처럼 햇빛이 존재하지 않는 환경에서는 이 생체 시계가 어떻게 작동하는지 의문이 생깁니다. 심해 생물의 경우, 생체 시계는 유전자 수준에서 작동하며, 외부 환경에 직접 의존하지 않고도 내부 리듬을 유지하는 경향이 강합니다. 예를 들어 일부 갑각류는 연구실에서 완전한 어둠 속에서도 일정한 시간 간격으로 활동을 반복하는 것이 확인되었습니다. 이는 내부적인 유전자, 호르몬, 신경 조절에 의해 생체 리듬이 형성되어 있으며, 빛이라는 자극이 없어도 시간 개념을 어느 정도 유지할 수 있다는 증거입니다.

 

광 주기 대신 물리·화학적 신호 활용

빛이 없는 환경에서 심해 생물들은 다양한 다른 자극을 통해 시간 감각을 유지합니다. 가장 대표적인 것이 해류의 흐름입니다. 해류는 조석(밀물과 썰물), 달의 중력, 지구의 회전 등 복합적인 요인에 의해 발생하며, 물속에서도 일정한 주기성을 가지고 변동합니다. 이 흐름은 미세한 압력의 차이, 염도 변화, 수온의 진동으로 이어지며, 심해 생물은 이 변화를 감지해 시간의 흐름을 인식하는 수단으로 활용합니다. 또한 해저 열수구 근처에서는 특정 금속이나 가스가 주기적으로 분출되며, 이 역시 생물에게 화학적 자극으로 작용합니다. 예를 들어 특정 생물은 황화수소 농도가 일정 수준 이상이 되는 특정 시간에만 먹이 활동을 시작하거나, 몸의 체온을 변화시키는 방식으로 반응합니다. 이렇게 광 주기 없이도 정교하게 시간을 감지하는 능력은 매우 독창적인 적응 전략이라 할 수 있습니다.

 

유전자 수준에서의 시간 조절

생체 시계를 제어하는 유전자는 단순히 시간만을 재는 것이 아니라, 생물의 내부 상태와 환경 변화를 통합적으로 감지하여 반응을 조절합니다. 심해 생물도 CLOCK, PER, CRY와 같은 주요 시간 조절 유전자를 보유하고 있으며, 이는 포유류와 유사한 기능을 수행합니다. 예를 들어 CLOCK 유전자는 주기적인 유전자 발현을 유도하며, PER 유전자는 그 반응을 조절하는 피드백 회로로 작동합니다. 이 유전자들은 특정 단백질 생성 주기를 조절하며, 이는 곧 호르몬 분비나 효소 작용에 연결됩니다. 심해 생물은 이러한 유전자들의 발현 타이밍을 주변 물리적 자극에 맞추어 조절하며, ‘어느 시점에 어떤 행동을 할지’ 판단하는 기초 자료로 삼습니다. 흥미로운 점은 일부 심해 생물이 이들 유전자의 발현을 조절할 수 있는 유연성을 가지고 있어, 일정한 주기가 없는 환경에서도 자기만의 리듬을 유지할 수 있다는 것입니다.

 

번식 주기와 시간 감각의 연관

시간 개념은 생물의 생존뿐 아니라 번식 전략에도 깊게 연관되어 있습니다. 대부분의 심해 생물은 번식기를 맞이할 때, 에너지 소비를 최소화하고, 성공 확률을 높이기 위해 특정한 시점을 선택합니다. 예를 들어, 조류가 가장 약하거나 해류에 영양소가 풍부한 시간대를 선택하여 산란을 시작하는 경우가 많습니다. 어떤 생물은 달의 주기에 맞춰 행동하기도 하며, 이는 중력 변화가 바닷물의 흐름을 바꾸고, 그 흐름이 생물의 내부 리듬을 유도하기 때문입니다. 이러한 환경 요인을 기준으로 한 번식 행동은 매우 정밀하게 조율되어 있고, 개체 간 동기화까지 이뤄지기도 합니다. 즉, 심해 생물은 육상 생물처럼 '달력'을 보는 것은 아니지만, 외부 환경 변화에서 얻은 신호를 시간 개념으로 변환하고, 이를 바탕으로 생식 활동을 조절하는 고차원적 행동을 수행합니다.

 

행동 패턴의 주기성

관찰 연구에 따르면, 심해 생물은 정해진 시간 간격으로 특정 행동을 반복하는 경향이 있습니다. 예를 들어 어떤 심해 새우는 하루 중 특정 시간에만 수면에서 이탈하여 사냥을 하며, 그 외 시간에는 암석 틈에 숨거나 이동을 하지 않습니다. 또 다른 사례로, 심해어 중 일부는 하루 주기로 수직 이동을 반복하는데, 이는 수면과 심해를 오가며 먹이를 찾거나 포식자를 회피하는 전략입니다. 이 같은 이동 패턴은 단순한 반사 작용이 아니라, 체내 생체 시계에 따라 조절된다는 것이 연구로 밝혀졌습니다. 특히, 외부 자극이 차단된 실험 조건에서도 이러한 행동 패턴이 유지된다는 점은, 심해 생물이 스스로 시간 감각을 내재화하고 있음을 보여주는 강력한 증거입니다.

 

자가발광 생물과 시간 인식

심해 생물 중 일부는 자가발광을 통해 자신의 존재를 드러내거나 은폐합니다. 이 자가발광은 단순한 빛이 아니라, 주변 환경에 대한 반응이며, 때로는 시간에 따라 패턴이 달라지기도 합니다. 예를 들어 심해 오징어는 일정 시간대에만 발광을 시작하고, 다른 시간에는 발광을 멈춥니다. 이는 생체 리듬의 한 형태로 이해되며, ‘언제 발광할지’를 판단하는 생물 내부의 시간 감각이 작동하고 있음을 의미합니다. 어떤 해파리는 특정 온도나 화학 농도에서만 발광 주기가 시작되며, 그 지속 시간도 고정된 주기를 따릅니다. 이러한 자가발광 행동은 주기성을 띠고 반복되며, 외부와의 상호작용 없이도 내부 시계가 있다는 점을 입증하는 또 다른 사례입니다. 발광은 단순한 생물학적 반응이 아니라, 환경 변화에 따라 시간을 재고 대응하는 ‘광 생리학적 도구’일 수 있습니다.

 

시간 개념의 진화적 가치

시간 개념을 가지는 것은 에너지 효율을 높이는 데 매우 중요합니다. 특히 심해처럼 자원이 부족하고 먹이 획득이 어려운 환경에서는, 무작위로 행동하는 것보다 일정한 패턴을 유지하며 생존 전략을 수립하는 편이 훨씬 유리합니다. 심해 생물은 일정 시간에만 먹이를 찾아 에너지를 아끼고, 불필요한 움직임을 줄이며 생존 가능성을 극대화합니다. 번식 시기도 가장 적합한 환경 조건이 예상되는 시점에 맞춰 조절되며, 이는 시간 감각 없이 불가능한 정밀 전략입니다. 생존 경쟁이 치열한 환경에서 시간에 맞춰 효율적인 행동을 반복하는 것은, 진화적으로도 매우 큰 이점이 있었고, 이에 따라 심해 생물의 생체 시계도 점차 복잡해졌을 가능성이 있습니다. 이처럼 ‘시간 개념’은 단순한 행동 습관이 아니라, 생태계의 흐름을 인식하고 이에 적절히 대응하는 진화적 생존 전략의 핵심입니다.

 

미래 연구의 방향과 의의

심해 생물의 시간 인식 체계는 아직 많은 부분이 미지의 영역으로 남아 있습니다. 하지만 최근 분자생물학과 행동생태학의 발전으로, 이 신비로운 생명체들의 생체 리듬과 시간 감각을 이해하려는 시도가 활발해지고 있습니다. 특히 유전자 수준에서 리듬을 조절하는 메커니즘이나, 환경 자극에 따른 생리 반응의 변화는 앞으로 인간의 생체 시계 연구에도 영향을 줄 수 있습니다. 더 나아가, 폐쇄된 우주선 환경이나 극지 탐사처럼 빛이 없는 조건에서 인간의 생체 시계를 유지하는 데 필요한 생물학적 단서도 심해 생물 연구를 통해 얻을 수 있습니다. 우리는 심해 생물을 통해 ‘시간이 없는 환경에서 시간 개념을 유지하는 법’을 배우고 있으며, 그 지식은 인간의 미래 생존 전략에도 큰 도움이 될 것입니다.