생체 시계와 잠의 관계 (놀라운 증명)

생체 시계와 잠의 관계 (놀라운 증명)

1. 사람은 왜 잠을 잘까? 

 

사람이 자야 하는 이유는 현재까지 과학적으로 증명되지 않았습니다. 즉, 알 수 없습니다. 하지만 분명 한 사실은 사람은 잠을 안 자면 죽는다는 것입니다. 잠을 자야 하는 것은 확실한 사실이지만, '잠'을 왜 자야 하는지, '잠'의 원인에 대해서는 학계마다 해석이 분분한 상황입니다.

 

잠을 자는 동안 세포 재생, 기억 통합 작업을 하게 되는 등 사람에게 여러 가지 순기능은 밝혀진 바가 있습니다. 그런데 잠을 안 자면 왜 죽는 것인지에 대한 답은 아직도 연구의 대상입니다. 인간은 물과 소금만 있으면 10~14일 생존이 가능합니다. 하지만 잠을 자지 않고는 3~4일을 견뎌내기가 쉽지 않습니다. 물론 기네스 기록으로는 11일 동안 잠을 자지 않고 생존한 바가 있기는 합니다.

윌리엄 데번트와 랜디 가드너

'랜디 가드너'라는 1964년 17세의 소년이 264시간 동안 잠을 자지 않고 기네스 기록을 세웠고, 그 곁에서 과학자 윌리엄 데번트가 그의 변화를 관찰한 내용을 기록했습니다. 11일째가 되자 계속해서 잠을 잘지 안 잘 지를 판단할 수 있는 자기 결정력마저 상실할 지경에 이르자, 결국 기네스기록위원회 측에서 랜디 가드너의 생명을 위협한다고 판단하에 실험을 중단시키게 됩니다. 실험 2일 차가 되자 촉각만으로는 사물을 구별하는 능력이 상실하였고, 실험 3~4일 차에는 우울함, 기억력 감퇴, 망상, 거리의 표지판을 사람으로 착각했으며, 실험 9일 차에는 언어 능력 저하로 문장을 끝맺지 못합니다.

잠 안 자기 11일차 랜디 가드너

실험 11일 차가 되자 감정 없는 인형에 가까운 상태가 되어 단순한 뺄셈 산수, 타인과 대화가 불가능한 지경에 이르렀으며, 당시의 상황을 랜드 가드너는 '뇌를 사포로 긁는 것 같다'는 고통을 호소하기까지 했다고 합니다. 이후 '잠 안 자기' 부문은 목숨을 건 위험한 도전이라고 판단하에 기네스기록에서 퇴출됩니다. 

 

지구상 거의 모든 생명체는 잠을 잡니다. 하지만 잠을 자는 패턴은 다릅니다. 사람은 좌뇌와 우뇌가 동시에 잠이 드는 반면, 돌고래와 일부 새들은 한쪽 뇌만 수면하는 '반구 수면'을 하기도 합니다.

시신경과 뇌는 서로 교차되어 연결

 

동물 대부분은 시신경과 뇌가 서로 교차되어 연결되어 있습니다. 즉 왼쪽 눈은 우뇌로, 오른쪽 눈은 좌뇌로 연결되어 있습니다.

반구수면하는 새

 

반구수면을 하는 모습은 좌뇌가 잘 때 오른쪽 눈을 감고, 왼쪽 눈은 뜨고 있거나 반대의 모습을 보이는 사진의 새들이 그 예입니다. 새가 한쪽 눈만 뜨고 있다면 반만 자고 있는 것입니다.

새들의 무리에서 반구수면 하는 방법

새들이 나뭇가지에서 나란히 자고 있을 때 양쪽 끝 새들은 각각 한쪽눈을 감고 있고 불침번을 서고 있고, 중간에 있는 새들은 두 눈을 모두 감고 자는 모습을 볼 수 있습니다. 그리고 일정한 시간 후 양끝의 새들은 뒤를 돌아서 감았었던 눈의 반대쪽 눈을 감아 다른 쪽 뇌를 쉬게 해주는 패턴을 보이는 것이 흥미롭습니다. 이뿐 아니라 지구상에는 다양한 형태의 '잠'이 존재합니다. 이런 다양한 잠이 존재하는 이유 또한 여전히 풀리지 않는 미지의 세계입니다. 

2. 잠에서 깨어나는 행위도 본능인 걸까?

우리 몸 안에 생체 시계가 있어, 외부 자극과 상관없이 우리 몸이 지닌 규칙적 패턴이 있다는 것은 밝혀진 바 있습니다. 우리 몸 안에는 생체 시계가 있어 밤에 자고 아침에 깨는 수면 패턴부터 호르몬 분비나 단백질 생성, 다음날 쓸 에너지를 미리 비축해 놓는 것과 같은 인간 활동 전반의 패턴이 모두 24시간 주기로 이루어지게 합니다.

생체시계는 위와 같이 태양의 주기에 따라 작동하게 되는데, 1938년 시카고 대학교의 클라이트먼과 리처드슨이 햇빛과 외부 자극을 차단시킨  동굴에 들어가서 6주 동안 실험을 통해 밝혀지게 됩니다. 외부와 단절된 채 자유롭게 먹고, 자는 것을 반복 하자 햇빛이 없이도 하루 주기의 리듬이 생성되어, 놀랍게도 체내 시계의 주기가 24시간보다 불과 15~30분 정도의 차이밖에 나지 않는다는 사실이 밝혀지기도 했습니다.

 

2017년도 노벨 생리의학상 수상자

우리 몸에 있는 생체 시계의 원리를 밝혀서 제프로 C. 홀, 마이클 로스바쉬, 마일 W. 영  2017년도 노벨 생리의학상을 수상하게 됩니다. 이들은 24시간 낮과 밤에 따른 몸의 변화를 집중적으로 연구했고, 초파리에게서 생체 시계의 비밀을 풀어내 인간 웰빙 연구의 새 시대를 열었다는 평을 받았습니다.

3. 초파리를 통한 생체 시계 연구

서캐디언 리듬 생체 시계

생체 시계 원리는 햇빛 없는 동굴 안에 들어가서도 우리 몸 안에 무언가가 있어, 24시간 주기의 체내 리듬을 만든다는 것입니다. 이것을 물리학적으로 생각해 보면 햇빛 없이 시간을 알려면 시간을 재는 무언가가 필요하게 된다는 것인데, 이것은 체내 어떤 물질의 양으로 재게 됩니다.

초파리가 번데기에서 성충이 되는 시간은 주로 아침

그 물질의 단서를 찾기 위해 초파리로 실험을 한 것입니다. 초파리가 번데기에서 성충이 되는 시간은 주로 아침입니다. 이 시간이 대개 아침이라는 것은 초파리 내에 어떤 물질이 있어서 아침 시간에 이를 맞춘다는 것을 의미합니다. 그 단서는 바로 초파리의 X염색체에 있는 'Period(PER)' 유전자입니다. Period(PER)' 유전자는 낮과 밤 사이 PER 단백질을 조절해 일정한 주기를 형성하는 역할을 합니다. 이 유전자에 문제가 생기면 초파리가 성충이 되는 시간이 뒤죽박죽이 되는 것을 발견했고, 이 유전자가 생체 시계의 단서라는 것을 알게 됩니다. 유전자란 단백질 생성에 기여합니다. 유전자가 생성되어 PER 단백질을 차곡차곡 만들어내서 그것이 쌓이게 되고 이 단백질의 양으로 시간을 측정하게 됩니다. 이때 단백질양이 끝없이 늘어나기만 하면 시계가 될 수 없는데, 놀랍게도 PER  단백질이 늘어나면 TIM 단백질과 결합하여 유전자의 발현을 억제하는 역할을 하게 돼, PER  단백질이 늘어나면 TIM 단백질을 줄어드는 것과 같은 유전자와 단백질의 체내에서 서로 상호작용이 일어나며 주기를 만들어냅니다. 이 전체 메커니즘을 밝힌 공로로 세 사람이 노벨생리의학상을 수상하게 됩니다. 사람과 초파리를 포함한 다양한 생명체들은 많은 부분에서 공통되는 생명의 원리를 공유하고 있기 때문에 생체 시계 메커니즘 또한 찾아낼 수 있었던 것입니다. 이 생체 시계를 통해 우리의 몸은 24시간을 규칙적으로 살아간다는 것이 과학적으로 밝혀집니다. 이 메커니즘을 통해 인간은 주기에 따라 잘 자는 것이 건강의 필수조건이라는 사실 또한 밝혀집니다.

https://donbuller.tistory.com/entry/잠

아프지 않고 오래 살려면 해야 하는 일 3가지('잠', '아교세포')

 

<출처: 놀라운 증명>