솔직히 이건 예상 밖이었습니다. 어릴 때 다큐멘터리에서 처음 아귀를 봤을 때, 저는 그냥 '못생긴 물고기'로만 넘겼습니다. 그런데 그 머리 위 발광 기관이 살아남기 위한 정교한 진화의 결과라는 걸 알게 된 순간, 바다를 보는 눈이 완전히 달라졌습니다. 수심 200m 아래, 태양빛이 닿지 않는 그 세계에는 우리가 상상도 못 한 방식으로 살아가는 생명들이 있습니다.
어둠 속에서 살아남는 법 — 심해 생물의 발광과 생존전략
제가 처음 심해어 영상을 제대로 찾아본 건 20대 초반이었습니다. 화면 속 생물들은 하나같이 뭔가 인상을 잔뜩 쓰고 있었고, 보면 볼수록 '왜 이렇게 생겼을까?'라는 의문이 쌓였습니다. 나중에 알고 보니 그 '인상'에는 다 이유가 있었습니다.
해양학적으로 심해는 수심 200m 이하를 가리킵니다. 여기서 200m란 단순한 숫자가 아닙니다. 태양광이 완전히 차단되고 수온은 1~2도에 불과하며, 수압은 수면의 수십 배에서 수백 배까지 치솟는 환경입니다. 인간이 스쿠버 장비를 착용해 내려갈 수 있는 한계가 30~40m라는 점을 감안하면, 심해는 사실상 다른 행성과 다를 바 없습니다.
이 극한 환경에서 살아남기 위해 심해 생물들이 택한 전략 중 하나가 바로 생물발광(bioluminescence)입니다. 생물발광이란 생물이 체내 화학반응을 통해 스스로 빛을 만들어 내는 현상을 말합니다. 심해에서 발견되는 생물의 약 76%가 이 능력을 갖고 있다고 알려져 있습니다(출처: MBARI(몬터레이 만 수족관 연구소)).
대표적인 예가 앵글러피시(Anglerfish), 우리말로 아귀입니다. 머리 위로 뻗은 낚싯대 모양의 돌기를 일리시움(illicium)이라고 하고, 그 끝의 발광 기관을 에스카(esca)라고 부릅니다. 에스카 안에는 공생 박테리아가 살고 있어서 산소와 반응할 때 푸른빛을 냅니다. 뚜껑을 열고 닫으며 빛의 강도까지 조절한다는 사실이 참 놀라웠습니다. 이건 단순한 물고기가 아니라 정밀하게 설계된 사냥 기계입니다.
반면 랜턴피시(Lanternfish)는 정반대의 목적으로 발광합니다. 배 아랫부분에 일렬로 늘어선 발광 기관으로 자신의 그림자를 지우는 것입니다. 수심 200~1,000m 구간은 유광층(mesopelagic zone)이라고 불리는데, 여기서 유광층이란 태양빛이 희미하게나마 도달하는 구간으로, 이 구간에서는 위에서 내려다봤을 때 물고기의 실루엣이 포식자에게 노출될 수 있습니다. 랜턴피시는 자기 몸에서 내는 빛의 밝기를 주변 자연광에 맞춰 조절해 그림자 자체를 없애 버립니다. 몸에 빛 센서가 달려 있다는 뜻이죠.
생존 전략은 발광만이 아닙니다. 대왕오징어는 눈 지름이 30cm에 달합니다. 빛이 적은 환경에서 최대한 많은 광자를 포착하기 위해 눈을 극대화한 결과입니다. 반대로 후각이나 화학 감각을 발달시킨 종은 눈을 아예 퇴화시키기도 합니다. 에너지를 불필요한 기관에 낭비하지 않겠다는 전략입니다. 제가 처음엔 퇴화를 단순한 '손실'로 봤는데, 실제로는 또 다른 형태의 최적화라는 걸 나중에야 이해했습니다.
- 앵글러피시: 공생 박테리아로 에스카를 발광시켜 먹이를 유인
- 랜턴피시: 배 발광 기관으로 자신의 그림자를 지워 포식자를 피함
- 대왕오징어: 눈 지름 30cm로 극소량의 빛도 포착
- 일부 종: 시각 퇴화 대신 후각·화학 감각 강화로 에너지 효율 극대화
생명의 오아시스 — 열수분출공과 심해의 숨겨진 가치
저는 솔직히 심해하면 그냥 어둡고 아무것도 없는 뻘바닥을 상상했습니다. 그런데 열수분출공 영상을 처음 봤을 때, 그 생각이 완전히 무너졌습니다. 새우, 게, 관벌레가 바글바글한 그 장면은 사막 한가운데 갑자기 나타난 샘물 같았습니다.
열수분출공(hydrothermal vent)이란 해저 지각의 갈라진 틈으로 300~400도의 뜨거운 열수가 분출되는 지점을 말합니다. 지각판이 벌어지는 틈으로 해수가 스며들어 마그마 가까이까지 내려갔다가 구리, 니켈, 아연, 금, 은 같은 금속 이온과 황화수소를 머금고 다시 뿜어져 나오는 것입니다. 1977년 갈라파고스 인근 해역에서 처음 발견됐을 때 과학계가 큰 충격을 받은 이유가 있습니다. 그때까지 지구의 모든 생태계는 태양 에너지, 즉 광합성에 기반한다고 믿었는데, 햇빛이 전혀 닿지 않는 심해에 거대한 생태계가 버젓이 존재했기 때문입니다(출처: NOAA(미국 해양대기청)).
열수분출공 주변 생물들의 생존 방식도 압도적입니다. 리프티아 관벌레(Riftia pachyptila)는 입도, 위도, 항문도 없습니다. 몸 하단의 트로포 좀(trophosome)이라는 기관에 수억 마리의 공생 박테리아를 키우고, 아가미로 흡수한 황화수소를 그 박테리아에 공급합니다. 박테리아는 화학합성(chemosynthesis)으로 유기물을 만들어 관벌레에게 에너지를 제공합니다. 여기서 화학합성이란 광합성처럼 빛 대신 화학에너지를 이용해 유기물을 합성하는 과정을 뜻합니다. 먹지 않고 사는 동물이라니, 처음 들었을 때 반신반의했지만 이미 밝혀진 사실입니다.
예티 크랩(Yeti Crab)은 또 다른 방식을 택합니다. 집게발에 긴 털을 기르고, 그 털에 공생 박테리아를 외부 배양합니다. 주기적으로 열수분출공 쪽으로 집게발을 흔들어 박테리아 성장을 촉진한 뒤, 정기적으로 털을 긁어먹습니다. 연구자들이 이 행동을 '농사(farming)'라고 부르는 이유가 있습니다. 먹이를 직접 찾아다니는 게 아니라 스스로 기르기 때문입니다.
심해의 가치는 생물에만 그치지 않습니다. 열수광상(hydrothermal deposit) 지역에는 금, 은, 구리, 코발트, 희토류 같은 고가 광물이 다량 포함돼 있습니다. 전자 산업의 핵심 재료들입니다. 다만 한때 망간 단괴를 쓸어 채취했던 지역을 수십 년째 관측했더니 생태가 복구되지 않았다는 연구 결과가 나왔습니다. 자원은 있지만 채취는 마지막 선택이어야 한다는 뜻입니다. 게다가 심해 생물들이 가진 독성 내성 단백질이나 새로운 효소들은 의약·신소재 연구에 훨씬 더 큰 가치를 가질 수 있다는 게 제 판단입니다.
자주 묻는 질문
Q. 심해어를 먹어도 되나요? 식용이 가능한가요?
A. 뉴질랜드·호주 근해에서 잡혔던 오렌지 러피(Orange Roughy)가 대표적인 심해 식용어였습니다. 흰살에 육질이 단단해 고급 어종으로 팔렸지만, 성체가 되는 데 20~30년, 수명은 100~200년에 달하는 종이라 저인망으로 과잉 채취한 결과 현재 멸종위기 수준입니다. 게다가 먹이사슬 상위에 위치해 체내에 수은 등 중금속이 축적된다는 최신 연구 결과도 있어 섭취를 권하지 않습니다.
Q. 심해어를 끌어올리면 왜 모양이 망가지나요?
A. 심해에서는 수백 기압의 압력이 몸 전체를 균등하게 누르고 있습니다. 갑자기 수면으로 올라오면 압력이 급격히 낮아지면서 체내 가스가 팽창하고, 부레가 파열되거나 위·장이 입 밖으로 밀려 나오기도 합니다. 블로브피시(Blobfish)처럼 물보다 밀도가 낮은 젤리 형태의 몸을 가진 종은 형태 자체가 무너져 버립니다. 심해 환경에서만 정상적인 구조를 유지할 수 있도록 진화한 결과입니다.
Q. 열수분출공 근처 온도가 300~400도라는데 생물이 어떻게 살 수 있나요?
A. 끓는점은 기압에 따라 달라집니다. 수심 1,500~3,500m 구간은 150~350기압에 달하기 때문에 300도에서도 물이 기체로 변하지 않습니다. 게다가 분출된 열수는 주변 심해수(1~2도)와 섞이며 빠르게 식기 때문에 생물들은 분출구 바로 옆이 아닌 적당히 식은 온도 구간에 군집을 이룹니다. 온천 원숭이가 물 옆에 모이는 것과 비슷한 원리입니다.
Q. 사람이 유인 잠수정을 타고 심해에 내려갈 수 있나요?
A. 가능합니다. 일본의 신카이 6500(Shinkai 6500)처럼 수심 6,500m까지 내려갈 수 있는 유인 잠수정이 실제 연구에 사용됩니다. 수심 2,000~3,000m에 도달하는 데만 두세 시간이 걸리고, 내부 직경이 약 2m 정도에 불과합니다. 탑승 전날부터 콩류, 유제품, 탄산음료, 기름진 음식은 피하고 소화 부담이 적은 식사만 해야 할 만큼 체계적인 준비가 필요합니다.
결론
바닷가에 가면 저는 이제 파도만 보지 않습니다. 그 아래 수백 미터, 어쩌면 수천 미터 깊이에서 빛을 만들고, 독성 물질을 에너지로 바꾸고, 박테리아를 농사 짓는 생물들이 지금 이 순간도 살아가고 있다는 생각이 겹칩니다. 제가 경험상 느낀 건, 심해를 '무섭고 미지의 공간'으로 두는 것보다 '아직 열리지 않은 지식의 공간'으로 보기 시작하면 훨씬 더 많은 게 보인다는 점입니다.
심해 생태계 지도를 만들겠다는 연구자들의 꿈처럼, 우리가 지금 당장 할 수 있는 것은 심해에 관심을 갖고 그 연구가 이어지도록 응원하는 일입니다. 심해 광물 개발보다 생물자원과 생태계 보전이 장기적으로 훨씬 가치 있다는 시각도 함께 가져가면 좋겠습니다. 한국 해양과학기술원(KIOST) 같은 기관의 연구가 앞으로도 더 많은 것을 밝혀내 주길 기대합니다.
참고: https://www.youtube.com/watch?v=6tIg6sRDAKk&list=PLkKcqR2KGxgzqeKZo1Rx93kJFokuVkpye&index=18
해양생물학자가 실제로 본 심해 2,000m의 광경 알려드립니다 (feat. 김동성 박사) [취미는 과학/ 73화 확장판]