향유고래는 왜 거품을 뿜으며 수직으로 잠드는가 — 센서 태그가 밝힌 부력 제어의 비밀

세인트앤드루스대학교와 뇌샤텔대학교 연구진이 향유고래가 바다 표면 바로 아래에서 몸을 수직으로 세운 채 잠드는 독특한 휴식 방식의 작동 원리를 규명했다. 연구 결과는 7월 23일 『Journal of Experimental Biology』에 게재됐다. 향유고래는 수직 자세로 쉬는 것으로 알려진 유일한 고래로, 이 자세는 표면의 파도 움직임으로부터 몸을 보호하면서도 깊은 수심까지 잠수하는 데 드는 에너지를 아낄 수 있게 해준다고 여겨져 왔다. 다만 이들이 어떻게 해수면 바로 아래라는 미묘한 위치를 유지하는지는 그동안 밝혀지지 않았다.

핵심 발견은 향유고래가 쉬는 동안 가스 거품을 방출해 부력을 조절한다는 점이다. 향유고래는 머리에 다량의 경뇌유(spermaceti oil)를 지니고 있어 본래 양성 부력, 즉 자연히 떠오르는 성질을 갖는다. 게다가 이들은 숨을 참고 잠수하는 동물이기 때문에, 쉬는 동안 천천히 위로 떠오르면 폐 속의 가스가 팽창하며 부력이 더 커진다. 거품을 내보내는 행동은 이렇게 팽창하는 잠수 가스를 상쇄해 거의 중성 부력 상태를 만들어내고, 결과적으로 몸을 표면 아래에 붙잡아 두는 역할을 한다.

흡착 태그와 시뮬레이션이 만든 증거

실무자 관점에서 흥미로운 대목은 이 결론에 도달한 방법론이다. 연구진은 노르웨이 연안의 향유고래에게 흡착판(suction cup)으로 소형 태그를 부착해 데이터를 수집했다. 이 태그는 소리와 3차원 움직임을 함께 기록한다. 태그에는 뚜렷한 거품 소리가 잡혔고, 동시에 기록된 움직임 데이터가 검증의 두 번째 축이 됐다. 즉 단일 센서의 관측에 의존하지 않고, 음향 신호와 운동 궤적이라는 서로 다른 성격의 데이터를 교차 확인한 셈이다.

연구진은 이 움직임 데이터를 바탕으로 조직 밀도, 물속에서 받는 항력(drag), 체내 가스 부피를 반영한 시뮬레이션을 구성했다. 시뮬레이션은 거품 방출이 실제로 양성 부력을 낮춰 고래가 쉬는 동안 잠긴 상태를 유지하게 한다는 점을 확인해줬다. 관측된 현상을 물리 모델로 재현해 인과를 검증하는 이 접근은, 직접 개입이나 실험이 불가능한 야생 대형 동물 연구에서 센서 데이터와 수치 모델을 결합하는 전형적인 방식이다. 관측·기록·모델링을 하나의 파이프라인으로 엮었다는 점에서 데이터 기반 검증의 좋은 사례로 읽을 만하다.

자는 동안의 정밀 제어라는 역설

시뮬레이션은 또 다른 사실도 드러냈다. 향유고래는 휴식용 잠수를 시작할 때 깊은 먹이 사냥용 잠수 때보다 잠수 가스의 양을 더 적게 지니고 들어간다는 것이다. 휴식과 사냥이라는 목적에 따라 초기 조건 자체를 다르게 설정한다는 의미로, 부력 제어가 즉흥적 반응이 아니라 준비 단계부터 계획된 전략임을 시사한다.

세인트앤드루스대학교 해양포유류연구단의 패트릭 밀러 교수는 이 연구가 향유고래가 가스를 방출해 해수면 바로 아래에서 거의 중성 부력을 유지하며 잠긴 상태를 정교하게 제어한다는 사실을 확인했다고 밝혔다. 그는 특히 잠들어 있다고 여겨지는 동안에도 이런 미세한 조정을 해낸다는 점을 흥미롭게 지적하며, 이는 인간을 비롯한 육상 포유류에게는 전혀 낯선 종류의 과제라고 말했다. 무의식에 가까운 상태에서 지속적인 물리량 제어가 이뤄진다는 점은 생리적 자동 제어 시스템의 관점에서 곱씹어볼 만하다.

동시에 이 연구가 열어둔 질문도 있다. 저자들은 거품 방출이 조직에 쌓인 과잉 이산화탄소나 질소가 폐로 빠져나오는 탈가스(off-gassing) 과정과 관련될 수 있다고 보며, 이 행동이 대사성 가스 교환에도 영향을 미칠 가능성을 제기한다. 다만 이는 아직 확정된 결론이 아니라 후속 연구가 필요한 가설이다. 데이터가 뒷받침하는 사실과 아직 추정에 머무는 해석을 구분하는 태도는, 관측 데이터에서 결론을 끌어내는 어떤 분야에서든 유효한 원칙이다.