전기뱀장어의 특성들과 전기생성의 비밀들
살아있는 생물이 스스로 전기를 발산하는 건 엄청나게 신기한 일이겠죠. 이런 영화같은 일이 사실 대자연에서는 이루어지고 있습니다. 바로 전기뱀장어라는 물고기를 통해서요. 너무 흥미롭지 않나요? 오늘 한 번 그 비밀을 알아봅시다.
전기뱀장어란
일반적으로 우리가 전기뱀장어라고 부르는 계통의 물고기들은 남미에서 온 신열대 민물고기 속이라고 하고 그들은 전기를 생성하여 먹이를 기절시키는 능력으로 유명하다고 합니다. 그들의 이름에도 불구하고 전기뱀장어는 사실 장어류와는 밀접한 관련이 없다고 하고 특이하게 메기와 더 밀접한 관련이 있는 전기수용성 신열대 칼 어목의 구성원이라고 합니다. 이 녀석의 전기적 능력은 1775년 윌리엄스와 헌터에 의해 처음 연구되기 시작하여 1800년 전기배터리 발명에 기여했다고 합니다. 2019년에 2개의 추가 종의 발견이 이루어지기 전까지 약 2세기 동안 전기뱀장어는 단일 유형의 속으로 여겨지기도 했다고 합니다.
전기뱀장어의 생리학
전기뱀장어는 공기로 호흡한다고 합니다. 전기장어에는 전기를 생산하는 3쌍의 복부 기관이 있는데, 주로 헌터 기관이나 삭스 기관이라고 불리는 이 기관들은 몸의 5분의 4인 대다수를 차지하며 전기뱀장어에게 두 가지 유형의 전기 기관 방전을 생성할 수 있는 능력을 부여한다고 합니다. 이 기관은 전기 세포로 구성되어 있으며 이온 전류가 통과할 수 있도록 일렬로 정렬되어 있으며 각각이 전위차를 추가할 수 있도록 적층되어 있다고 합니다. 이 녀석은 먹이를 식별하면 뇌가 신경계를 통해 전기세포로 신호를 보냅니다. 이것은 이온 채널을 열어 나트륨이 통과하도록 하여 일시적으로 극성을 반전시킨다고 하고 급격한 전위차를 발생시켜 전지와 유사한 방식으로 전류를 발생시키며 적층판은 각각 전위차를 발생시킨다고 합니다. 또한 전기능력으로 먹이의 신경계를 제어할 수 있습니다. 전기 펄스를 통해 희생자의 신경계와 근육을 제어함으로써 먹이가 도망치는 것을 막거나 먹이를 강제로 움직여 위치를 찾을 수 있다고 합니다. 1839년 마이클 페러데이는 수리남에서 수입된 전기 뱀장어의 전기적 특성을 광범위하게 테스트했는데, 4개월 동안 그는 한 구리 패들과 안장을 표본에 대고 전기뱀장어가 생성하는 전기 충격을 조심스럽고 아주 인도적으로 측정을 해보았는데, 이를 통해 그는 전류의 방향과 크기를 결정하고 정량화하는데에 성공했으며 검류계에서 스파크와 편향을 관찰하여 동물의 충동이 실제로 전기적인 것임을 증명했다고 합니다. 인간에 대한 충격은 거의 치명적이지 않지만 그 경험은 매우 불쾌한 것으로 여겨지고 있으며 마치 실수로 전기 울타리를 만지는 것과 같은 강도라고 합니다.
그 희귀성으로 인해 발생하는 일들
이 물고기는 일부 동물 수집가들이 항상 찾고 있다고 합니다. 전기 뱀장어를 사육하는 것은 어렵고 대부분 동물원과 수족관에 국한되지만 일부 애호가는 애완동물로 키운다고 합니다. 미국 테네시 수족관에는 전기 뱀장어가 있다고 하는데, 미구엘 왓슨이라는 이름의 이 뱀장어의 전시품은 충분히 높은 임계값에서 전기를 방출할 때 미리 작성된 트윗을 보내는 소형 컴퓨터에 연결되어 있다고 합니다.
이들을 둘러싼 연구이력
전기뱀장어에 대한 속은 너무 이례적이러서 여러번 재분류되었다고 합니다. 현재 Electrophorus electricus로 정의된 종이 1766년 칼에 의해 처음 기술되었을 때 그는 Gymnotus electricus라는 이름을 사용하여 몇 년 전에 설명한 줄무늬 칼물고기와 같은 속으로 배치했다고 하고 약 한 세기가 흐룬 뒤인 1864년에는 데오도르 길이 전기 뱀장어를 자신의 속인 electrophorus로 옮겼다고 합니다. 나중에 전기뱀장어는 앞서 말한 과들과 달리 충분히 독립적인 개체로 구별될 수 있는 것으로 여겨졌지만 이후에 다시 다른 과들과 병합되는 과정을 거쳤다고 하고 2019년에는 한 학자에 의해 이들의 DNA분기서열과 생태 및 서식지, 그리고 해부학 및 생리학, 전기적 능력에 따라 세 종으로 나눌 것을 제안하기도 했다고 합니다.
더 구체적인 전기발생기의 구조
전기뱀장어의 전기발생기관은 다양한 수생환경에 따라서 많은 어종에 따라서 그 생김새나 형태가 다채롭고 독립적으로 발전되었다고 하는데, 하지만 모든 어류가 근육조직이나 말초신경의 조직을 변화시켜 발전시킨 것은 근본적으로 같다고 하며 그 사용방법에 따라 고저의 전압발생과 높은 전류발생기관으로 진화된 것이라고 합니다. 이들은 단위조직인 전기세포를 가지고 있고 이것을 이온펌프라는 기능을 이용하여 세포 내부와 외부의 전위차를 발생하며 이러한 것은 척수의 신경조직과 연결되어 두뇌의 지시를 받는다고 합니다. 한 번 두뇌가 신호를 주면 이 신호는 각각의 신경섬유로 즉시 연결되어 각각의 전기세포가 평형상태에서 활성상태로 변환되게 만들고 전기뱀장어의 경우는 세포를 직렬로 연결하여 고전압을, 전기홍어와 같이 병렬로 연결된 세포조직들은 고전류를 발생시킨다고 합니다.
이를 통해 우리가 알 수 있는 것들은 무엇일까요
이런 전기어종들의 방전현상은 일반적인 지구상의 동물에서 근육을 제어하여 움직이는 형태과 동일하다는 것과 같고 또한 전기세포는 섬유상 근육세포가 변하면서 수축적인 기능을 잃어버린 대신에 이온전류를 생성하는 특수 기능으로 발전해나간 것이라고 합니다. 이러한 전기세포는 평면적인 구조를 가지고 있으며 신경이 접해있는 부분들은 한 면은 평평한 반면에 다른 면들은 오돌토돌한 작은 돌기들이 많아서 그 표면적을 아주 극대화하는 모습을 띄고 있다고 합니다. 이러한 특징은 전기를 충전하는 축전기능을 극대화하기 위한 것으로 여겨지고 각 전기세포는 척수 운동신경과 연결되어 자극을 받으면 소극현상이 발생하며 곧 극파전위를 발생시킨다고 합니다. 극파전위는 세포막을 사이에 둔 양이온들의 활발한 이동에 그 원인을 두고 있다고 하는데, 전기세포는 평탄에서 세포의 안 쪽으로, 표면적이 넓은 오돌토돌한 면에서는 세포의 외부로 투과되는 성질을 가지고 있다고 하며 하나의 전기세포에서 발생하는 극파전위의 크기는 대략 150mV에서 최고로 에너지를 높였을 때는 전기뱀장어의 경우 약 600V에 도달할 수도 있다고 합니다. 강력한 전기충격을 생성하기 위해서는 방전현상의 시간상 동시성이 필요하다고 하는데, 이것은 각 전기세포에 신호를 따로, 그리고 동일한 시간에 전송하는 프로세스로 해결했다고 합니다.
오늘은 자연에 존재하는 천연 전기 발전기인 전기뱀장어와 그 전기발생의 신비한 근거들에 대해서 알아보는 시간을 가져봤습니다. 겉으로 봤을 때 조금 어렵긴 하지만 너무 신비로운 사실인 것은 변함이 없네요. 신체에서 전기를 만들어내는 그 느낌은 도대체 어떤 느낌일까요? 아마 온 몸이 짜릿짜릿한 느낌이라는 걸 이런 전기 뱀장어를 두고 하는 말이 아닐까도 싶네요. 그럼 오늘의 물고기 소개도 이상으로 마치도록 하겠습니다. 흥미롭게 보셨다면 좋겠네요. 다음에도 풍성한 물고기 상식을 전해드리도록 하겠습니다. 읽어주셔서 감사합니다.
출처 : wikipedia, 전기뱀장어의 충전과 방전 (윤경석,김상우)