향유고래, 수면 중 기체 방출로 부력 조절...수직 수면의 비밀 밝혀졌다

연구 방법

연구진은 노르웨이 로포텐 제도(Lofoten Islands) 앞바다에서 42마리의 수컷 향유고래를 대상으로 흡착식 태그(suction-cup tag) 를 부착했다. 이 태그는 수심, 3차원 움직임, 소리를 기록하며, 8년(여름철)에 걸쳐 데이터를 수집했다.

태그는 기포 방출 소리, 수직 위치 변화, 고래 머리의 방향(위/아래)을 정밀하게 기록했다. 연구진은 또한 조직 밀도, 항력, 체내 기체 부피 등을 고려한 컴퓨터 시뮬레이션 모델을 구축해 기포 방출이 부력 조절을 설명할 수 있는지 검증했다.

핵심 발견

• 기포 방출은 보편적이다: 61회의 휴식 기간 중 약 92% 에서 기포 방출이 관찰됐으며, 낮잠 한 번당 평균 약 8회 방출됐다. 수면 가까이에서 휴식하는 고래는 최대 11회, 깊은 잠수(200m 이상) 후 올라오는 고래는 3~4회 방출했다.
• 메커니즘 확인: 시뮬레이션 결과, 기체 방출은 고래의 양성 부력(positive buoyancy)을 감소시켜, 팽창하는 폐기체가 고래를 위로 떠오르게 하는 것을 상쇄했다. 이를 통해 고래는 수면 바로 아래에서 수직으로 잠을 자는 동안 거의 중성 부력(near-neutral buoyancy) 을 유지할 수 있었다.
• 왜 수직일까? 향유고래는 머리에 있는 거대한 정유 기관(spermaceti oil reservoir, 향유고래 기름주머니) 때문에 자연적으로 양성 부력을 띤다. 기름은 몸의 다른 부분보다 밀도가 낮기 때문에, 적극적으로 헤엄치지 않으면 자동으로 머리 윗부분이 위로 향하는 자세로 회전한다.
• 초기 기체 부피 차이: 고래는 깊은 먹이 사냥 잠수를 시작할 때보다 휴식 잠수를 시작할 때 폐에 더 적은 기체 부피를 가지고 있어, 초기 부력 자체가 낮아진다.

남은 과제

• 방출의 원인: 고래가 의식적으로 자신의 수심과 상승을 감지하고 일부러 기포를 방출하는지, 아니면 수면 중 자동으로 발생하는 현상인지는 아직 밝혀지지 않았다. 만약 고래가 양쪽 뇌 반구가 모두 잠드는 생리적 수면(bi-hemispheric sleep) 을 취한다면(밀러 교수는 이 가능성을 제기했다), 완전히 무의식 상태에서 부력을 조절하는 놀라운 능력을 가진 셈이다.
• 추가 기능? 연구진은 기포 방출이 단순한 부력 조절 외에도 조직에서 과잉 CO₂나 질소를 배출(off-gas) 하는 역할을 할 수 있다고 언급했다. 즉, 이 행동은 휴식 중 대사 가스 교환에도 관여할 가능성이 있다.

결론

이번 연구는 향유고래가 수직 수면 중 기포(방귀)를 방출해 부력을 적극적으로 조절한다는 강력한 증거를 제시했다. 현장 태깅, 음향 모니터링, 컴퓨터 모델링의 결합은 기포 방출이 상승 속도를 늦추고 중성 부력을 유지한다는 사실을 확인해준다. 하지만 고래가 이 과정에서 의식적인지, 기포가 호흡 및 부력의 이중 기능을 하는지에 대한 흥미로운 질문은 여전히 남아 있다.