폭염·열대야에도 생체 시계 고장 없는 이유…[달콤한 사이언스]
유용하 기자
수정 2025-07-30 14:00
입력 2025-07-30 14:00
펙셀즈 제공
여름 휴가지로 유명한 싱가포르나 태국, 베트남 등 동남아 지역은 고온다습한 아열대 기후대에 속한다. 최근 낮 기온이 37도에 육박하며, 체감 기온은 그보다 더 높고 밤에도 25도 이하로 기온이 떨어지지 않는 열대야가 계속되고 있어, 아열대 지역을 방불케 한다. 이 때문에 멀리 여행 가지 않고도 동남아 날씨를 느낄 수 있다는 우스갯소리까지 나오고 있다. 무더위에 온몸이 녹아내리는 느낌에, 밤에는 잠을 제대로 이룰 수 없는 상황이 이어지면 생체 시계에 문제가 생기는 것 아닐까 하는 생각이 들기도 한다. 그렇지만, 생체 시계는 24시간 주기로 고장 없이 잘 작동한다. 어떤 원리일까.
일본 이화학연구소(RIKEN) 초학제 이론 및 수리과학 연구센터(iTHEMS), 교토대 유카와 이론물리학 연구소, 카브리 우주 물리·수학 연구소 공동 연구팀은 물리학과 수학을 이용해 생체 시계가 급격한 기온 변화에도 불구하고 일정하게 24시간 주기를 유지하는 이유를 찾아냈다고 30일 밝혔다. 이 연구의 제1 저자인 신조 기보 박사는 현재 국내 대표적인 수리 생물학자 김재경 카이스트 교수가 이끄는 기초과학연구원(IBS) 의·생명 수학그룹에서 연구하고 있다. 이 연구 결과는 수리 생물학 분야 국제 학술지 ‘플로스 계산 생물학’(PLOS Computational Biology) 7월 22일 자에 실렸다.
많은 화학 반응은 온도가 올라가면 속도가 빨라지는 것을 보면, 여름철 야외의 폭염과 에어컨이 작동하는 실내 공간을 오가는 상황처럼 연중 기온 변화 속에서 인체가 어떻게 24시간 주기를 유지하는지는 수수께끼로 남아있다.
생체 시계는 단백질 생성을 코딩하는 mRNA의 주기적 패턴에 의해 작동하며, 이는 특정 유전자가 규칙적으로 켜지고 꺼지는 것을 반복함으로써 발생한다. 진자의 움직임을 수학적으로 시간 변화에 따른 사인파(부드럽게 오르내리는 반복적 패턴)로 표현할 수 있는 것처럼, mRNA 생성과 감소 리듬도 마찬가지로 설명될 수 있다.
일본 이화학연구소(RIKEN) 제공
이에 연구팀은 mRNA 수준에서 규칙적인 상승과 하강을 설명하기 위해 물리학을 활용해 mRNA 변화 동역학을 모형화했다. 이에 따르면, 더 높은 온도에서 mRNA 수준은 더 빨리 상승하고 천천히 감소하지만, 한 주기의 지속 시간은 일정하다는 것을 보여주고, 고온에서는 비대칭적이고 왜곡된 파형으로 표현됐다. 연구팀은 높은 기온에서 유전자 활동 리듬의 형태가 미묘하게 변하는 ‘파형 왜곡’ 현상을 통해 생체 주기의 안정성이 유지된다고 설명했다.
연구팀은 이 모델이 실제 생물체에서 작동하는지 확인하기 위해 초파리와 생쥐로 실험했다. 그 결과, 더 높은 기온에서 동물들의 생체 주기는 예측된 파형 왜곡이 발견됐다. 이런 파형 왜곡이 생체 시계의 온도 보상에서 핵심이고, 각 주기에서 mRNA 수준 감소가 느려지는 것으로 확인됐다.
연구를 이끈 구로사와 겐 박사는 “이번 연구 결과는 파형 왜곡이 생체 시계가 기온 변화에도 불구하고 정확하게 동기화된 상태를 유지하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다”며 “생체 시계 유전자의 파형 왜곡 정도는 수면 장애, 시차 적응, 노화가 우리 내부 생체 시계에 미치는 영향을 더 잘 이해할 수 있게 하는 바이오 마커”라고 설명했다.
유용하 과학전문기자
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