다음에 여러분이 교통 체증에 걸렸을 때, 기차가 연착하거나, 혹은 여러분의 자전거가 출근길에 펑크가 났을 때, 우리의 해양 동물 플랑크톤은 매일 가장 힘든 통근을 하는 것에 대해 생각해 보세요. 동물성 플랑크톤은 해양 먹이 그물의 중요한 부분을 이루며, 밀리미터에서 불과 몇 센티미터에 걸쳐 물기둥에서 수백 미터까지 매일 수직 이동을 한다.

낮에는 깊은 바다의 안전한 곳에 숨어서, 이 작은 동물들은 밤에 수면 근처에서 먹이를 먹기 위해 위로 이동하며, 다시 한번 깊은 곳으로 수영하기 전에 스스로 잡아먹힐 위험을 줄이기 위해 어둠의 덮개를 사용한다. 변화하는 빛에 반응하여 물기둥을 통한 이러한 수직 이동은 엄청난 도전입니다 – 몸길이를 비교한다면, 그것은 인간이 하루에 두 번의 울트라 마라톤을 완주하는 것과 같습니다.

하지만 더욱 흥미로운 것은 동물성 플랑크톤이 어떻게 깊은 곳에서 이 수중 빛을 ‘보는’가 가능한가 하는 것입니다. 특히 극지방에서는 여름 내내 빛과 겨울 내내 어둠이 있을 때 말이죠.

스코틀랜드 해양과학협회, 비엔나 대학, 스트라스클라이드 대학, 델라웨어 대학의 국제 연구팀은 동물성 플랑크톤이 수중 세계에서 어떻게 빛을 보는지를 이해하기 위해 북쪽으로 79도 떨어진 스발바르 북서쪽에서 현장 연구를 수행했다.

그들은 빛을 감지하는 놀라운 능력을 발견했지만, 우리 인간들이 알고 있는 것처럼 그렇지 않다. 연구팀은 비록 동물성 플랑크톤이 비슷한 빛의 강도를 따라 이동하지만, 그들은 실제로 이 매일의 여행에서 매우 다른 색깔의 스펙트럼을 경험한다는 것을 발견했다. 다양한 색상의 빛은 다양한 깊이로 바다를 관통하며, 동물성 플랑크톤이 가장 미묘한 변화를 감지하고 그에 따라 ‘체내 시계’를 알려준다.

통신 생물학에 발표된 이 연구 결과는 해양 생물들이 세상을 어떻게 인지하는지에 대한 통찰력을 제공한다. 해양생태학자인 킴 라스트 박사는 “이런 동물성 플랑크톤 이동을 표면과는 매우 다른 색깔로 지배되는 해저 세계로 이끄는 데 얼마나 적은 빛이 필요한지 매우 놀랍다.

“동물 플랑크톤은 요각류와 크릴이 지배하는데, 요각류는 하루의 시간을 알려주는 생체시계를 가지고 있습니다. 그것은 이 시계들이 아마도 우리가 예상했던 것보다 훨씬 낮은 조도와 다른 색깔의 만화경을 통해 ‘설정’되어 있다는 것을 보여준다.” 연구팀은 2018년 봄 북극 피오르에서 현장조사를 실시했다. 노르웨이 연구위원회의 육상 아크라이트 천문대와 수중 음향 센서 데이터를 활용해 물기둥에 있는 동물성 플랑크톤의 이른바 ‘디엘 수직 이동’을 추적해 이를 물 속에서 이용할 수 있는 빛과 비교할 수 있었다.

동물성 플랑크톤은 매일 피오르 바닥으로 이동하는 것으로 밝혀졌다. 그러나에 도달했을 때 조차도 이 동물들은 거의 4차 정도의 밝기 변화를 경험했을 것이다. 표면 근처에서는 밝은 색상의 모든 스펙트럼을 보았지만, 이동 깊숙한 곳에서는 그들의 세계가 대부분 파란색이었을 것이다 바카라커뮤니티. 킴 라스트 박사는 이 낮은 푸른 빛이 지배하는 세계에 적응하는 몇 가지 근본적인 메커니즘이 있을 수 있다고 생각한다.

“우리는 크릴새우나 요각류가 아침에 일어나거나 시간대를 비행할 때 동기화되지 않는 것과 매우 유사한 생체시계를 가지고 있다는 것을 알고 있습니다. 이것은 우리가 모두 시차 적응이라고 알고 있는 상태입니다. 이 시계들은 특히 푸른 빛에 민감한데, 이 빛은 눈의 색소(로돕신)와 단백질(크리토크롬)에 의해 감지된다.

이 논문의 공동저자인의 로라 홉스 박사는 “동물 플랑크톤이 넓은 범위의 광도를 경험하지만, 이것은 그들이 같은 위치나 표면에 있는 것보다 훨씬 적다. 이 경우 최대 6차 광도 변화(즉, 백만 배)를 경험하게 된다. 그것은 낮에 자는 야간 근무자와 약간 비슷해서 제한된 범위의 빛에만 노출된다.

“이 연구는 정상적인 주간/야간 주기가 있는 봄에 수행되었지만, 우리는 거의 일년 내내 이동을 봅니다. 이러한 극지방 환경에서 한여름이나 한겨울에 빛의 변화가 없는 것을 고려하면, 우리는 이 유기체들이 어떻게 이러한 비정상적인 이동을 지속할 수 있을까? 빛과 스펙트럼 변화에 대한 그들의 민감도는 매우 높을 것이다.”

연구자들은 ‘실현된 디젤 빛 틈새’라고 부르는 이러한 행동적으로 수정된 일광 환경을 보다 현실적인 실험실 실험을 위해 고려해야 한다고 제안한다. 이 발견은 또한 빛에 의해 어떻게 일주기 생체시계가 설정되는지의 메커니즘과 한계를 연구하는 과학자들과 특히 관련이 있다.