시험&논문용 <우주인 동면 기술> 인간동면 개요, 연구 필요성, 실험실에서도 동면하는 영장류 실험

우주인 동면 기술에서는 먼저 인간 동면 개요를 알아봅니다. 이어서 연구 필요성를 살펴보고 자연환경이 아닌 인공적인 실험실에서도 동면하는 영장류인 난쟁이 영우 원숭이의 실험 결과를 알아봅니다.

 

우주인 동면 기술의 인간 동면 개요

인간 동면은 사람이 겨울잠을 잔다는 것입니다. 인간 동면의 원리는 인체에 약물을 투여하여 신체 표면을 식힌 다음 체온을 낮추고 신진대사를 줄여 인공 동면을 만드는 것입니다. 물론, 더 오랫동안 휴면 상태를 유지할 수 있는 기술을 개발하는 것은 여전히 어려운 과제입니다. 동물들이 정상적인 삶의 활동을 유지하기 위해서는 호르몬이 적절하게 작용해야 합니다. 그러기 위해서는 체온을 적정 온도로 유지해야 하는데, 양서류나 파충류 같은 가변적인 동물의 경우 주변 온도에 따라 체온이 내려갑니다. 그래서 그들은 활동을 멈추고 추운 겨울에 땅이나 다른 곳에서 겨울잠을 자면서 이러한 문제들을 해결합니다. 그것을 동면이라고 불립니다. 인간의 겨울잠은 동물의 겨울잠에서 영감을 받았습니다. 인간의 겨울잠은 개구리나  곰이 겨울잠을 자는 것처럼 약간 낮은 온도에서 에너지 소비를 줄입니다. 따라서 호흡과 맥박은 낮지만 생명은 유지됩니다. 또 우주여행이나 질병 치료 등의 이유로 잠시 잠을 자게 한 뒤 원하는 시간에 다시 깨울 수 있습니다. 인체가 10℃의 낮은 체온에 도달하면 세포가 활동을 멈추고 산소가 거의 필요하지 않다고 합니다.  사람이 겨울잠을 잔다면, 몸 안의 세포의 활동 속도는 100분의 1로 떨어질 것입니다. 이것은 우리가 노화 속도를 100분의 1까지 늦출 수 있다는 것을 의미합니다. 지금 60세라면, 겨울잠에서 6,000년까지 살 수 있다는 계산이 됩니다. 겨울잠을 자면 수명이 늘어나는 것입니다. 또한 암과 같은 말기 환자들에게 매우 희망적인 소식이 될 것입니다. 일단 동면에 들어가서 최소한의 신진대사로 생명만을 유지하다가 시간이 흐른 후 암을 치료하는 약이 개발되면  그 때 동면에서 깨어나 암을 고치면 되기 때문입니다. 연구 결과 겨울잠을 조절하는 중요한 단백질이 발견되었습니다. 다람쥐 실험 결과 체온이 37℃일 때는 심박수가 분당 500회 정도인데 동면기에 접어들면 7~8회로 감소합니다. 다람쥐는 변온동물과 달리 동면을 조절하는 중요한 단백질을 혈액 속에 가지고 있습니다. 게다가, 다람쥐의 평균 수명은 약 12년으로, 같은 크기의 쥐보다 4배에서 5배 더 깁니다. 이처럼 다람쥐의 수명을 연장시키는 요인은 혈액 속에서 분비되는 단백질로 간주되는데, 인간의 갑상선 호르몬이나 남성 호르몬도 이러한 단백질의 생성을 촉진하거나 억제함으로써 리듬을 만들어 내는 효과가 있는 것으로 밝혀졌습니다. 만약 이것이 사실이라면, 인간은 다람쥐처럼 체온을 떨어뜨리지 않고 겨울잠을 잘 수 있습니다.

 

연구 필요성

2019년 유럽 우주국(ESA)의 우주 환경 과학 팀은 우주인 동면 계획에 대한 첫 번째 세부 검토를 실시했습니다. 공상과학 영화에서나 볼 수 있었던 우주선 승무원들의 동면을 다룬 영화 전반부를 관련 전문가들이 모여 분석했습니다. 사실, 지구에서 가장 가까운 행성인 화성은 현재의 기술로 지구에서 화성까지 도착하는데 5개월 이상이 걸립니다. 만약 화성으로 가는 우주비행사들이 겨울잠을 잔다면, 그들은 더 적은 짐을 나를 수 있고 우주선의 무게를 약 3분의 1까지 줄일 수 있습니다. 그것은 또한 비행 중에 고에너지 입자인 우주선에 노출되는 것을 방지합니다. 다시 말해서, 인간을 위한 동면 기술은 미래 우주 여행의 판도를 바꿀 수 있습니다. 이러한 이유로, 곰과 같은 동면 동물에 대한 연구는 매우 중요합니다. 하지만, 현재 그러한 연구에는 한계가 있습니다. 이것은 야생에서 겨울잠을 자는 대부분의 동물들이 동물원이나 실험실에서 겨울잠을 자지 않기 때문입니다.

실험실에서도 동면하는 영장류 실험

하지만 포획된 야생동물도 실험실 환경에서 겨울잠을 잘 수 있다는 연구 결과가 처음으로 발표됐습니다. 주인공은 마다가스카르에 사는 뚱뚱한 꼬리의 난쟁이 여우원숭이입니다. 다람쥐 크기의 영장류인 이 여우원숭이는 마다가스카르의 숲에서 살며, 건기 동안 비 없이 7개월 동안 겨울잠을 잡니다. 그러므로, 그 전에, 과일을 먹고, 지방은 두꺼운 꼬리에 저장된 다음, 겨울을 지속합니다. 미국 듀크 여우원숭이 센터의 연구원들은 여우원숭이들이 겨울잠을 자는 곳과 비슷한 나무 상자로 가짜 나무 구멍을 만들어 겨울잠의 안식처로 만들었습니다. 그 후, 마다가스카르에서 경험하는 계절 변화를 모방하기 위해 실내 조명을 하루 12시간에서 겨울과 유사한 9.5시간으로 조정하고, 온도를 25℃에서 10℃ 이하로 점차 낮췄습니다. 만약 여우원숭이들이 깨어있고 활동적이라면, 그들은 2주마다 먹이를 제공하고 몸무게를 재지만, 그렇지 않으면 겨울잠을 자도록 내버려 두었습니다. 그 결과는 연구에서 8마리의 여우원숭이가 4개월 동안 약 70%의 시간 동안 겨울잠을 자는 것처럼 행동한다는 것을 보여주었습니다. 즉, 체온이 낮은 상태에서 몸을 웅크리고, 최장 11일 동안 거의 움직이지 않았고, 음식에는 전혀 관심을 보이지 않았습니다. 실험 후, 연구원들은 겨울잠에서 깬 여우원숭이들의 신체 검사를 실시했습니다. 그 결과 동면을 시작하기 직전보다 몸무게가 22~35% 줄었는데, 이를 제외하면 전반적인 신체적 상황은 건강한 것으로 나타났습니다. 심박수도 분당 8회에서 다시 200회 정도로 높아졌고, 식욕도 예전처럼 회복됐습니다. 특히 암컷이 수컷보다 체중 변화가 적은 것으로 나타나 동면에서 깨어나도 임신과 수유를 위한 지방 저장 공간이 필요하기 때문으로 추정됩니다. 연구원들은 이 여우원숭이들의 에너지 절약 능력이 다른 특징인 장수와 관련이 있을 것으로 추측하고 있습니다. 야생 동물들이 포획되어도 야생 조건과 유사하게 겨울잠을 잘 수 있다는 것을 처음으로 보여준 이 연구 결과는 국제 학술지 사이언티픽 리포트에 발표되었습니다. 또한 기록상 가장 오래 살았던 난쟁이 여우원숭이는 29살까지 살아남았습니다. 난쟁이 여우원숭이가 동면하지 않은 종들보다 더 오래 산다는 사실은 동면 메커니즘과 관련된 생물학적 특성이 노화를 막을 수 있다는 것을 암시합니다. 후속 연구로, 연구원들은 난쟁이 여우원숭이들이 겨울잠을 준비하기 위해 어떤 일을 하는지, 긴 겨울잠에서 깬 후 몸을 회복하는 방법은 대사 분석을 통해 알아 낼 것이라고 말했습니다. 이러한 연구는 우주비행사들의 동면뿐만 아니라 심장마비, 뇌졸중, 그리고 다른 생명을 위협하는 질병들에 대한 새로운 치료법으로 이어질 수 있다는 점에서 주목할 만합니다. 특히, 여우원숭이는 신체적으로 인간과 가깝기 때문에 더 기대됩니다. 우주인의 동면기술이 현실화될지 기대가 됩니다.