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자체 발광하는 생물


오늘은 Bioluminescent 라고 하는 '생물발광'에 대해서 알아본다. 생물발광은 빛을 생성하는 생물체를 의미하는데 크게 나눠 생물 스스로 발광기관을 통해 빛을 내는 경우가 있고 발광기관은 없지만 포토포어 (photphores)라고 하는 발광세포 내의 공생 박테리아가 빛을 내는 경우가 있다.

발광은 루시페린이라고 하는 발광물질이 효소 루시페라아제에 의해 산화되면서 일어나는 화학작용인데 생물마다 루시페린의 종류는 조금씩 다르다. 통상 1분자가 산회되면 1광자로 방출된다고 한다.

현대 과학계에서는 일부 루시페린의 화학구조를 밝혀낸 것도 있지만 아직도 대다수 발광생물의 기전에 대해선 미지의 영역으로 남아있다.


발광생물은 박테리아처럼 아주 작은 것부터 버섯, 반딧불 그리고 해파리나 오징어 같은 해양생물 등 매우 광범위한 분포를 보이고 있고 이와 관련된 학계에서는 빛을 내는 생물을 아예 발광생물종으로 별도 분류하여 연구하고 있다.

오늘날 이 분야가 각광받는 이유는 무엇보다 이 발광생물이 만들어내는 빛의 메커니즘과 유전자정보를 이용해 여러 산업분야에 다양하게 응용하기 위함인데 가령 가로등을 대신해 발광 가로수만으로 빛을 만들어낸다거나, 실내 발광식물을 이용해 가정용 전등 등을 대체함으로써 인류가 소비하고 있는 엄청난 양의 에너지를 절약하기 위해서다.

빛이 도달하지 않는 깊은 심해에 사는 생물 중에도 빛을 내는 종류가 꽤 많은데 그 중에서 가장 많은 분포를 차지하는게 해파리와 오징어 종류다. 특히 발광 오징어와 문어는 자체 발광도 하지만 위험 순간에 먹물처럼 발광물질을 뿜어내 포식자의 주의를 분산시켜 자신을 방어하거나 은폐의 도구로 사용하기도 한다.

생물학자들은 특정 생물이 왜 빛을 만들어내는가라는 질문에 포식자가 현란한 빛으로 먹이를 유인하기 위해서라거나 환경적응에 이롭게 하기 위해서라고 설명하는데 이는 사실 단편적이고 주관적인 해석이라고 볼 수 있다.

아무튼 발광생물이 스스로 빛을 내는 장면은 생물학적 해석을 떠나서 매우 환상적이고 몽환적인 느낌으로 인간의 상상력을 자극한다. 해양 생물에 의해 생성되는 일반적인 빛의 색상은 파란색인데 이것은 물을 통해 가장 멀리 퍼져나가는 색이라고 한다.



파란색은 밤하늘에 빛나는 별 빛과도 아주 잘 어우러진다. 특히 발광 오징어는 밤하늘의 색상에 가장 가깝다고 알려져 있다. 그럼 많은 발광생물체 중 인상 깊은 해양 생물군 위주로 10개만 살펴보자. 여기에 소개하는 발광생물은 극히 일부이고 소개하지 못한 것과 아직 발견하지 못한 것은 헤아릴 수 없이 많다.

10. 백열벌레  Glow worms



사진작가인 Joseph Michael이 3천만년 된 것으로 추정되는 뉴질랜드의 석회암 동굴 속 천장에 달라 붙어 발광하는 반딧불 유충(백열벌레)의 발광 사진을 촬영했다.



9. 갯반디(vargula hilgendorfii)


Vargula hilgendorfii라고 불리는 갯반디는 3mm 정도 크기에 모래와 얕은 바다에서 살고있는 갑각류 일종인데 5월에서 10월까지 이런 현상을 관찰할 수 있다. 이 발광 갑각류는 외부 자극이나 스트레스 상태에 반응하여 화학 반응의 결과로 빛을 방출한다.

8. 야광충(Dinoflagellata)



야광충은 2,294 종의 원생 생물로 구성된 문인데 그중에서 발광하는 종은 Noctiluca scintillans라고 하는 발광 플랑크톤이며 바다 스파클이리고도 한다. 위의 갯반디 사진과 조금 다른데 흔히 야광충이라고 하는 발광성 플랑크톤에 의해 빛나는 해변 풍경이고 갯반디처럼 환상적인 분위기를 만들어낸다. 

야광충이 발광하는 것은 일종의 자기방어인데 파도나 인간에 의해 간섭받을 때 스트레쓰 짱 받으면서 신틸론 (scintillons)이라고하는 세포질소기 세포에서 일어나는 루시페린- 루시퍼라제 효소반응의 작용에 의해 빛을 발산한다. 

야광충이 이상 증식을 하면 적조현상을 일으키는 것으로 알려져 있다. 

7. 크리스탈 해파리 crystal jellyfish


1979년에 캘리포니아 남부 태평양에서 최초로 발견된 종으로 심해에서 주로 서식한다. 

심해 발광 생물 중 많은 분포도를 보이고 있는게 이런 해파리 종류인데 매우 투명한 몸체로 인해 크리스탈 해파리라는 이름이 붙여졌고 형태의 실루엣 부분이 도드라지게 발광하는 모습이 마치 외계 생물체 같은 느낌을 주고 있다.

6. 우주 해파리 cosmic jellyfish




우주해파리는 2016년 국립 해양 대기 관리국(NOAA) 소속 해양생물탐사팀이 태평양 마리아나 해구 수심 3700미터에서 원격조종 심해탐사 무인 잠수정(ROV)으로 발견한 종이다. 

마치 외계 UFO를 연상시키는 이 독특한 생물은 심해에서 서식하는 것으로 알려져 있으며 이제껏 발견된 종류와는 다른 완전히 새로운 종류라고 밝힌 바 있다. 아직 이 생물에 대해 알려진 건 많이 없지만 먹이 사냥을 할 때 촉수를 아래로 길게 늘어뜨리고 정지모드로 잠복한다. 

에베레스트 산이 그대로 잠기고도 약 2500미터나 공간이 있는 태평양 마리아나 해구는 아직까지 발견되지 않은 무수한 심해 생물이 살고 있는데 그중에는 수명이 100년을 훨씬 넘긴 종도 많다고 한다.

5.  Tomopteris




마치 에이리언 같은 느낌을 받는 이 생물은 Tomopteris라고 한다. 실제로는 아주 작은 2mm에서 4mm까지 성장한다고 하는데 Tomopteris 중에는 발광생물체 중 희귀한 컬러인 노란색을 나타내는 종류도 있어서 과학계에서 매우 흥미롭게 다뤄지는 생물 중의 하나다.



일반적인 발광생물에서 사용하는 종류가 아닌 특이한 루시페린을 사용하고 있는 것으로 짐작되지만 정확히 어떤 물질이고  어떤 메커니즘인지  아직 밝혀지지 않았다.



4. 반딧불이 오징어 Firefly Squid (발광오징어 Sparkling Enope)







야광충, 갯반디와 함께 해변을 밝게 빛나게 해주는 종류 중 하나인데 반딧불이 오징어의 발광은 밤에 달과 별에서 오는 빛의 품질에 매우 가깝다고 알려져 있다. 일본에서는 건강식으로 알려져 있어서 인기가 높다.

3. 꽃모자 해파리 Flower hat jellyfish




이 녀석의 촉수끝에 녹색 레이저 포인터처럼 특이한 형광색을 나타내는건 녹색 형광 단백질(GFP)이 있기 때문인데 수십개의 레이저포인터가 달린 뾰족한 촉수로 작은 먹이를 잡아먹고 살아가고 있다.

서태평양에 주로 서식하며 주변 물고기들을 관찰한 결과 강한 형광색이 물고기를 유인하는 효과가 있는 것으로 나타났다.

2. 앵그러피쉬 anglerfish



일명 낚시하는 물고기라는 별명을 가진 이 진상 물고기는 멕시코 심해에서 발견되는 아귀 종류다. 

눈에 불을 켜고 다닌다는게 뭔지 확실하게 보여주고 있어. (아래 사진은 이빨에 불켰어) 일단 생김새부터 빈정상하게 생긴 이 녀석은 눈앞의 촉수처럼 생긴 돌기물 끝에 빛이 발광되고 이걸로 먹이를 유인한다. 

재밌는건 빛을 내는 것은 암놈이고 숫놈은 빛을 내지 않는다. 저 빛에 대해 정확히 말하자면 저 놈이 발광기관을 갖고 스스로 빛을 내는게 아니라 낚싯대 처럼 생긴 저 돌기에 Photobacterium이라고 불리는 백열 박테리아가 서식하여 발광하는 것이다.

1위 빗해파리


얘네들은 암놈 숫놈이 구별되지 않은 자웅동체로 알려져 있고 난자와 정자는 보통 입을 통해 입싸 형태로 이뤄진다. 

실리아 (silia)라고 불리는 8줄의 줄판대에 털같은 섬모의 움직임으로 유영을 하는데 이 놈들의 발광은 뭔가 특별한 것이 있다. 다른 것들은 빛이 대개 고정형인데 반해 이 놈들은 LED처럼 순차점멸한다. 

마치 동물원 인근에서 판매하는 어린이 장난감 같은 모양이다.

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여러 차례 시도하지 않아도 수차례 재현 가능하다는 것은 그의 재능이 이미 검증 되었다고 생각된다. 인간의 직관적 물리행동은 그 한계가 없을지도 모르겠다.