생체 시계

한문: 生體時計
영어: Circadian rhythm

1 개요

생물이 지구의 일주기 (밤과 낮이 약 24시간을 주기로 반복되는 현상) 에 맞춰 살아가도록 행동과 생리 작용을 조절하는 일련의 생화학적 기작을 뜻한다.

2 설명

밤이 되면 졸리고 때가 되면 배가 고픈 이유. 밤낮이 바뀐 위키니트들은 반대겠지만
비행기를 타면 시차 때문에 고생하게 되고, 야근을 하면 다음날 낮 동안 피곤해지며 하루종일 피곤하던데? 야식을 먹으면 소화가 잘 안되고 몸에 안 좋은 이유이기도 하다. 야식 문서에 하위항목으로 연결해 놓으면 밥맛이 뚝 떨어질 내용
하여튼 우리 몸의 행동이나 생리적 현상에서 나타나는 밤낮의 차이는 대부분 이것 때문이라고 보면 된다. 인간이 가장 잔인해지는 오후 8시랑은 관계없다. 세포 성장부터 운동 능력이나 학습 능력에 이르기까지 몸 전체의 거의 모든 능력에 관여한다. 이는 생체 시계 유전자가 체내의 모든 세포에서 발현하고 기능하며, 세포 분열이나 대사 과정 다수의 중요한 생명 현상에 관여되어 있기 때문이다. 제 때 밥먹고 잠자는 규칙적인 생활이 건강에 중요한 이유도 이것과 무관하지 않다. 반대로 말하면, 야근이나 야식을 장기적으로 하면 다종다양한 합병증에 노출될 수 밖에 없는 원인이기도 하다. 안타깝게도 현대 사회에서는 이렇게 생활하는 것 자체가 쉽지 않은데, 이 때문에 현대인들이 만성적인 대사 증후군이나 기타 현대병이라 불리는 질병들에 걸리기 쉬워졌다는 시각도 존재한다.

3 생체 시계가 존재하는 이유

밤과 낮의 차이는 빛의 양, 온도, 습기 등 여러 환경 조건이 크게 변하는 현상이며, 극히 일부를 제외한 지구상의 대부분의 생물체는 이러한 환경 변화에 노출된다. 또한 비록 계절과 지역마다 차이는 있으되, 밤과 낮의 변화는 지구상 대부분의 지역에서 주기적으로 찾아온다. 따라서 생명체가 밤과 낮에 생리적, 행동적 적응 방법을 다르게 취하는 것은 개체의 생존성을 크게 높일 수 있는 장치이며, 이로 인해 지구상의 대부분의 생물이 내재적인 생체 시계를 가지도록 진화하게 된 것이다. 그 결과 지구상의 생물체들은 박테리아부터 동식물에 이르기까지 광범위하게 생체 시계라고 분류될 수 있는 기작과 생체 시계 유전자들을 가지고 있게 되었다고 본다. 특이하게도, 일부 생체 시계 유전자들 사이에서는 놀라울 정도의 유사성이 발견되는데 이는 진화적인 연관성이 있음을 뜻한다. 또한 다세포 생물의 경우 모든 세포가 개별적 생체 시계 기구를 가지고 있다. 쉽게 말해서, 만약 우리 몸의 세포를 떼어내여 접시 위에 배양해도 그 세포의 생체 시계는 세포가 살아있는 한 작동한다!! 실제 전 세계 실험실에서 수십년 넘게 계대배양되어온 실험용 세포주(cell line)들도 24시간 주기로 일정하게 활성이 변화하는 생체 시계 기구를 가지고 있다. 가설이긴 하지만, 단세포 시절에 가지고 있던 생체 시계 유전자의 기본적인 원리를 다세포로 진화하고 나서도 계속 유지하고 있다고 볼 수 있으며, 이는 기능적으로 중요한 유전자들이 진화적으로 보존되는 현상에 속한다고 볼 수 있다. 생체시계가 존재함이 증명되었다고 한다.

4 생체 시계의 구조

생체 시계의 시스템을 크게 2부분으로 나누자면, 약 24시간을 주기로 계속해서 돌아가는 타이머 부분과 외부 환경 신호를 인식하여 타이머를 조절하는 조절부로 나눌 수 있다. 관련 연구가 많이 되고 있는 포유류의 예를 들어보면, 생체 시계 유전자는 모든 세포에서 나타나지만 각각의 개별 세포들이 가진 고유한 리듬을 동기화(synchronizaition) 시켜서 개체 수준의 행동 양상을 만드는 곳은 뇌 시상 하부의 시교차상핵(Suprachiasmatic Nucleus, SCN)에 존재하는 신경세포들이 담당한다. SCN이 망가진 동물은 비록 각각의 세포들은 여전히 24시간의 주기를 나타내지만 이들이 서로 동기화가 안되고 제멋대로 움직이기 때문에 개체 수준에서는 주기성을 잃어버린 것처럼 행동하게 된다. 말하자면 오케스트라의 지휘자같은 입장이라고 할 수 있으며, 이들을 중추 시계(central clock)이라고 부른다. 반면 SCN을 제외한 나머지, 세포나 주요 장기 수준에서 존재하는 생체 시계를 말초 시계(peripheral clock)이라고 부른다. 중추 시계인 SCN은 망막과도 연결되어 있으며, 이들을 통해 외부의 빛 자극을 인식하여 자신의 시계를 재설정한다. 그리고 이렇게 재설정된 시간을 다른 말초 시계에 전달하여 같은 리듬으로 몸 전체를 동기화시킨다. 그러나 이 과정은 바로 일어나지는 않으며, 한번에 시간이 변경될 수 있는 한계가 존재한다. 이 때문에 발생하는 것이 시차 적응증(Jet lag syndrome)이다. 시간대가 다른 지역으로 비행기를 타고 여행하게 되면 우리 몸이 적응할 수 있는 한계보다 더 많은 수준으로 밤과 낮의 시간차가 발생하기 때문에, 현지 시간으로는 낮 시간대임에도 불구하고 체내 생체시계는 아직 밤으로 인식해서 졸리거나 피곤해지는 것이다. 이러한 적응 속도도 개인차가 심한 편이며, 시차적응증을 줄이기 위해 멜라토닌을 섭취하기도 한다.

이러한 생체 시계의 연구에는 생체 시계의 핵심 유전자들을 망가뜨린 유전자 변형 생쥐가 널리 사용되는데, 이들은 정상적인 생쥐처럼 낮에 자고 밤에 활동하는 (야행성) 행동 패턴을 보이지 않고 자기 맘대로(...) 자다가 일어났다가 하는 비정상적인 행동을 보인다. 어디서 많이 보던 생활 패턴이다 너 나 우리 주의해야 할 것은 이 때 망가진 것은 내재적인 생체 시계라는 것이다. 이들이 비정상적으로 행동하는 것은 계속 빛이 없는 공간에서 사육했을 경우이고, 정상적인 광주기 상태에서는 다른 정상적인 쥐처럼 낮에는 자고 밤에는 활동하는 행동을 보인다. 즉 외부에서의 신호가 주어지면 거기에 맞춰서 반응할 수 있으나, 자기 내부에서 시간을 재는 시스템은 망가져 있다는 것. 실제 사람도 빛이 전혀 들지 않는 곳에서 장기간 생활해도 자신이 그 전에 생활하던 패턴에 따라 밤이 되면 잠을 자고 낮이 되면 깬다. 단 내재된 생체시계는 정확하게 24시간 주기가 아니기 때문에 하루마다 조금씩 시간차이가 생기게 되어 장기간 계속 이렇게 생활할 경우 외부와는 다른 생활 리듬으로 살게 된다.

5 생체 시계의 재설정과 교란

생체 시계는 체내에서 자기 스스로 약 24시간의 주기를 유지하는 능력을 가지고 있지만, 외부의입력에도 영향을 받는다. 이러한 효과를 가진 외부 신호 중에서 가장 강력한 신호는 빛이며, 광주기는 다른 어떤 신호보다도 생체 시계를 재설정하는 데에 큰 효과를 가진다. 그러나 빛 이외에도 온도나 양분의 섭취도 마찬가지로 영향을 미치며, 인간에서는 노동이나 유희 활동과 같은 사회적인 활동(social activity)도 생체 시계를 변화시키는 효과가 있다고 한다. 정상적인 상황에서 이러한 외부 자극에 의해 체내의 생체 시계가 변화하는 것은 계절의 변화나 주거 환경의 변화 등을 인식하여 신체의 반응을 적절하게 조절하여 생존성을 높이기 위한 장치로서 기능한다. 그러나 인간, 특히 현대 사회에서는 생체 시계에 영향을 줄 수 있는 자극이 너무 많아서 문제가 된다. 당장 도시에서 생활하면 야간에도 낮이나 다름 없는 밝기의 빛에 거의 매일 노출되고 있으며 야근이나 야식을 하는 사람들도 매우 흔하다. 여기에도 매우 흔할 것이다 단기간에는 약간 피로하거나 소화가 잘 안되는 정도지만 장기간 계속될 경우에는 여러가지 질병의 위험이 높아진다. 당뇨, 비만 등 대사성 질환은 물론 심혈관계 질환에서 암까지. 이른바 성인병이나 현대인 병이라고 불리는 질병들이 여기 많이 속하는데, 생체 시계가 교란되기 쉬운 현대 사회의 환경과 무관하지 않다고 볼 수 있다. 때문에 이러한 교란된 생체 시계를 원래대로 돌리거나 안좋은 영향을 줄이려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

참고로 야식을 먹게 되면 시상하부 신호와 별개로 말단 세포 및 장내세균의 생체 주기를 초기화시키기 때문에 진짜 생체 리듬바이오리듬과 상관 없다을 해치게 되니 건강을 원한다면 제 때 밥 먹고 살자.