[과학향기 Story] 돌고래도 졸리면 바닷속에서 하품한다? 하품의 과학 : 과학향기 Story : KISTI의 과학향기

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[과학향기 Story] 돌고래도 졸리면 바닷속에서 하품한다? 하품의 과학

<KISTI의 과학향기> 제3035호 2024년 02월 19일

하품은 무의식적으로 하게 되는, 매우 일상적인 행동이다. 사람마다 다르지만, 보통 하루에 8~10번 정도 하품을 한다는 통계가 있다. 하품이 나오는 상황은 제각각이다. 대부분 피곤하거나 지루할 때가 가장 많지만, 불안하거나 긴장되는 상황에서도 하품하곤 한다.

그림 1. 피곤하거나, 지루하거나, 스트레스받는 상황에서 우리는 무의식적으로 하품하곤 한다.

게다가 하품은 전염성이 강해서 딱히 피곤하지 않아도 주변의 누군가가 하품을 한다면 따라서 하게 된다. 심지어 하품에 관한 글을 읽는 것만으로도 하품이 나올 수 있어 지금 이 문장을 읽는 순간 하품이 나오는 독자들도 있을 것이다. 그 하품이 지루함 때문은 아니길 바라며, 하품에 관한 연구들을 살펴보자.

뇌 냉각, 각성, 사회적 신호 등 하품에 대한 다양한 가설 등장
의학적으로 ‘하품’은 세 단계의 행동이 무의식적으로 일어나는 것으로 정의된다. 먼저 입을 천천히 벌리고 숨을 길게 들이마신다. 그리고 턱을 늘리면서 입을 더 크게 벌린 뒤, 숨을 내쉬며 빠르게 입을 닫는다.

그런데 하품을 ‘왜’ 하는지는 아직도 정확히 밝혀지지 않았다. ‘하품은 산소가 부족해서 하는 행동이 아니었나?’ 하는 생각이 드는 사람도 있을 것이다. 30년 전만 해도 과학자들 또한 그렇게 생각했다. 신선한 공기가 필요한 신체가, 혈액 내 산소 수치를 높이기 위해 크게 입을 벌려 다량의 공기를 흡입하는 것이라고 말이다. 하지만 일련의 연구들을 통해 산소 부족과 하품 사이에는 그다지 관계가 없다는 사실이 밝혀졌다. 미국 메릴랜드대학교 연구팀은 사람들에게 산소가 더 많은 공기와 이산화탄소가 더 많은 공기 두 가지를 각각 들이마시게 한 다음, 하품의 빈도를 측정했다. 하지만 두 경우 모두 하품의 빈도에 큰 차이가 없어, 하품과 호흡은 별도의 현상이라는 것을 보여주었다.

최근 과학자들은 하품하는 이유를 뇌의 변화에서 찾고 있다. 현재 가장 유명한 가설은 하품이 과열된 뇌를 식혀준다는 이른바 ‘뇌 냉각 가설’이다. 신경 세포들이 활발하게 활동하면서 뇌 온도가 올라가는데, 이때 하품을 하면서 신선하고 차가운 공기를 들이마시고, 뇌로 가는 혈류를 증가시켜 뇌를 식혀준다는 것이다. 실제로 주위 온도가 높으면 하품을 더 많이 하게 되고, 이마에 냉찜질할 때처럼 낮은 온도에서는 하품을 거의 하지 않는다는 실험 결과가 있다.

그림 2. 왼쪽은 하품 전후 쥐의 뇌 온도를 기록한 그래프다. 쥐는 뇌 온도가 높아질 때 하품했고, 하품하고 난 뒤에는 뇌의 온도가 떨어졌다. 오른쪽 그래프는 주변의 온도 변화가 포유류와 조류의 하품 빈도에 영향을 미치는 것을 보여준다. 파란색 선의 열 중립 영역에서는 하품의 횟수가 크게 증가하지 않다가, 빨간색 선처럼 주변 온도가 올라가면 하품의 횟수가 급격하게 늘어난다. ⓒ2017 Gallup and Eldakar, Frontiers

하품이 ‘각성’ 수단으로 작용하기 때문이라는 가설도 있다. 신체가 반복적인 자극으로 피곤해지거나 스트레스 상황일 때, 뇌를 재설정하기 위해 하품이 나온다는 것이다. 하품이 졸음과 지루함의 신호라는 일반적인 믿음과 달리, 하품은 우리를 각성시켜 더 활동적으로 만든다는 연구 결과가 널리 받아들여지고 있다.

진화적으로는 하품의 전염성을 근거로 하품의 사회적 역할을 중요하게 생각하는 학자들도 있다. 하품이 과거 집단 사람들 사이의 수면 패턴과 주기를 동기화하기 위해 피로를 알렸던 신호이며, 유대감을 형성하는 역할을 한다는 것이다. 아직 명확한 해답은 없지만, 우리의 하품에는 이런 복합적인 이유가 작용하고 있는 것으로 보인다.

동물도 하품한다, 바닷 속 돌고래가 하품하는 모습 처음 발견
사람만 하품하는 건 아니다. 포유류, 조류 등의 척추동물은 대부분 하품을 하는 것으로 알려져 있다. 다만 하품하는 목적은 조금씩 다르다. 개코원숭이나 기니피그 등은 하품을 공격적인 신호로 사용한다. 아델리펭귄은 구애 행동 중 하나로 하품을 한다고 한다. 그리고 최근에는 물 속에 사는 돌고래도 하품한다는 사실이 밝혀졌다.

모리사카 타다미치 일본 미에대학교 생물자원대학원 교수 연구팀은 2021년 일본 아이치현의 미나미치타 비치랜드 수족관에서 돌고래가 사람처럼 하품하는 모습을 처음으로 포착했다. 연구팀은 수족관에 있는 돌고래를 총 119시간 관찰했는데, 마치 사람이 하품하는 것 같은 행동을 여러 차례 발견했다. 2022년 연구팀은 듀공도 같은 행동을 하는 것을 발견했다. 20시간 동안 듀공의 행동을 관찰했는데, 듀공이 하품하는 듯한 모습을 14차례 보인 것이다.

하지만 이 모습을 본 연구팀은 돌고래나 듀공이 사람처럼 하품한다기보다는 그냥 입을 벌리고 있는 것으로 생각했다. 돌고래는 수면 위로 나와 숨을 쉬는 동물이기에, 물속에서는 하품할 수 없다고 보았기 때문이다. 게다가 관찰 대상이었던 돌고래와 듀공 모두 수족관에 갇혀 살고 있었기에, 연구팀은 자유롭게 움직일 수 없는 동물에게서 나타나는 이상 행동이라고 여겼다.

그런데 야생 돌고래에서도 같은 모습이 발견됐다. 2023년 12월, 연구팀은 2012년부터 2017년까지 미쿠라섬(일본 도쿄에서 190km 떨어진 섬) 앞바다에서 돌고래를 촬영한 영상을 분석해 그 결과를 국제학술지 ‘포유류 연구(Mammal Study)’에 발표했다. 총 1816시간 분량의 영상 동안, 돌고래는 94차례 입을 벌렸다. 이 중 89번은 돌고래가 입을 벌리는 데 분명한 이유가 있었다. 다른 돌고래를 위협하거나, 물고기를 먹거나, 장난을 치기 위해서였다. 그런데 나머지 5번은 돌고래가 입을 벌릴 특별한 이유가 없었다.

연구팀은 이때 돌고래가 입을 벌리는 행동을 자세히 관찰했다. 돌고래는 사람이 하품할 때처럼 3단계로 입을 벌리고 닫았다. 천천히 입을 벌리고, 턱을 늘려 입을 최대한 크게 벌리고, 빠르게 닫았다. 그리고 다섯 번의 행동 모두 졸음이 오는 아침 시간대에 이뤄졌으며, 하품하고 나서 더 활기찬 모습을 보였다.

관찰 결과를 바탕으로, 연구팀은 돌고래와 듀공은 이상 행동이 아닌 하품하는 것이 맞다고 결론 내렸다. 그리고 돌고래와 듀공은 수중에서 숨을 쉬지 않고 하품하기 때문에 “하품의 정의를 수정해야 한다”고 말했다. 숨을 들이쉬고 내쉬는 호흡을 제외한, 입의 움직임으로만 하품이라는 행동을 정의해야 한다는 것이다.

물론 이번 연구는 돌고래도 하품한다는 것을 발견했을 뿐, 돌고래가 왜 하품하는지는 밝혀내지 못했다. 그럼에도 연구팀은 돌고래가 하품한다는 것은 우리의 생각보다 돌고래가 더 사회적이며, 인간과도 가까운 동물이라는 것을 보여준다고 말했다. 연구팀은 바다거북과 폐가 있는 물고기 등, 다른 해양 생물의 하품을 후속 연구로 진행할 예정이다. 앞으로 동물과 인간을 대상으로 한 더 많은 연구를 통해, 하품의 비밀이 완전히 밝혀지기를 기대한다.

글: 오혜진 동아에스앤씨 기자 / 일러스트: 이명헌 작가

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