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쩝쩝접 [591036] · MS 2015 · 쪽지

2018-03-14 00:16:39
조회수 3,310

시간의 상대성 2 - 도파민, 생체시계

게시글 주소: https://dev.orbi.kr/00016474784

(이번 글은 생물학적 내용이 다소 많습니다. 그냥 많습니다.)




1. 


생체시계, 또는 체내시계는


낮과 밤의 24시간 주기에 따른 동식물의 다양한 생리작용이나


대사 등의 리듬을 담당하는 일종의 생물학적 시계로


생체리듬을 나타내는 내재성기구라 할 수 있다.



생체시계의 고유주기는 외부 환경과는 독립적이며


개체마다 일정하지만 정확히 24시간이 아니므로



외계의 주기적 변동과 격리된 일정한 환경에서는


고유주기에 따라서 생체리듬이 점차 자율적으로 외계의 시각과 어긋나게 된다.






18세기 장 자크의 미모사 실험으로


미모사가 암실에 있을 때에도 낮과 밤이 있는 것처럼


생체리듬이 유지되는 현상을 관찰한 후부턴



생체시계의 존재는 오랜 시간동안 알려져 있었지만


생체시계의 작동 원리는 계속 미지의 영역으로 남아있었다.



그러던 중 1970년대 시모아 벤저는


특정 유전자에서 변이가 일어나면


초파리의 생체시계에 이상이 생기는 것을 보고


이 유전자를 'period'라고 명명하였다.



이 period(이하 PER) 유전자의 작용을 연구한 끝에


PER 단백질이 밤에 축적되고 낮에 감소한다는 사실을 알아냈으며



PER 단백질이 음성 피드백 기전을 따른다는 가정까지 세웠지만


(PER 단백질의 양이 증가하면 period 유전자의 활성을 억제시킨다는 기전)



세포질에서 만들어진 PER 단백질이 핵막을 통과하여


핵 속으로 들어가 PER 유전자의 활성을 막는 원리는


설명하기 어려운 부분이었다.



그러던 중 1995년 마이클 영이 TIM 단백질을 만드는


두 번째 생체시계 유전자인 'timeless'를 발견하면서


이 난제를 해결할 수 있었다.



TIM 단백질이 PER 단백질에 가서 붙으면


두 단백질이 세포 핵 속으로 들어가


Period 유전자의 활성을 막는다는 것이었다.



뒤이어 doubletime이라는 유전자의 존재마저 밝혀지면서


DBT 단백질이 PER 단백질의 축적을 지연시킴으로써


주기 조절에 관여한다는 사실 또한 밝혀지면서



2017년 노벨 생리의학상의 영광은 이를 밝혀낸 과학자들에게 돌아가게 되었다.




2.



한편 생체시계와 관련된 실험 중 재미있는 실험이 하나 있다.



심리학자인 Peter A. Mangan(피터 멩건 박사)가


20대 초중반인 젊은 사람들과


60~80대인 나이든 사람들을


각각 나눠서 시행한 심리실험 말이다.



이 실험에서 멩건 박사는 사람들에게 3분이라는 시간을 마음속으로 세어


정확히 3분이 되었다고 생각되었을 때 자신에게 알려주도록 한 다음에



실제로 각 다른 연령대를 가진 사람들이


마음속으로 시간을 얼마나 정확히 측정했는지 알아보았다.



그 결과 재미있는 현상이 관측되었다.





젊은 사람들은 3분이라는 시간을 3초 내외로 상당히 정확하게 예측한 반면에


나이든 사람들은 3분 40초 정도가 지나서야 3분이 지났다고 이야기한 것이다.



젊은 사람에 비해 나이든 사람들이 


40초 가량이 더 지나고 나서야


3분이 지났다고 인식을 했으니



나이를 먹을수록 실제로 느끼는 시간은 


빠르게 간다고 느끼는 셈이다.


(실제 4분이 지났을 경우, 나이든 사람은 약 3분이 지났다고 생각하나, 젊은 사람은 4분이 지났다고 생각)




쉽게 생각하면


오르비니까 오르비다운 비유를 들어보겠다.



수학이나 과탐 킬러문제 타임어택 신나게 하고 있는데


나는 분명 10분 정도밖에 안 쓴거 같은데


어느새 20분을 쓰고 있다!


이게 나이든 사람의 심정이라 생각하시면 된다.


(감독관 "10분 남았습니다")




반대로 젊은 사람은 10분 정도 썼다고 느낀 상태서 


시계를 보니 10분이 지났다... 이런 생각하시면 된다.





그렇다면 이 현상은 왜 발생할까?



이에 대한 해답은


생체시계 조절에 관여하는 유전자(e.g. PER gene)들의 발현에 관여하는


신경전달물질에 있었다.



도파민(Dopamine) 말이다.




3.





도파민에 대해 간략한 설명을 먼저 하자면


쾌감 및 즐거움 등과 관련된 신호를 전달하여


인간에게 행복감을 느끼게 하는 신경전달물질이다.



이 신경전달물질이 왜 갑자기 나오는가?



뭐 앞에서 킬러문제 다 풀고 신나서


감독관 싸다구라도 때리고 싶을 정도로 흥분하다보니


뇌에서 도파민이라도 뿜뿜 하는건가?



그런건 아니고


이 도파민이라는 신경전달물질이


생체주기를 조절하는 인자이기 때문이다.



더 자세한 것까지는


알아서 영미권 쪽 논문 검색하셔서 찾아보시고...



간략하게 생체주기가 조절되는 과정을 나타내면


다음과 같은 그림이 나온다.












위 그림에서 보다시피


도파민은 도파민 수용체(D2)를 활성시킴으로써


생체시계 유전자(e.g. PER1, PER2 gene)의 발현을 조절한다.



다르게 말하면


생체시계는 도파민의 양과 도파민 수용체의 반응능력에 의해서


결정될 수 있다는 셈이다.



그렇다면 나이를 먹을수록 시간이 빠르게 간다고 느끼는 이유를


도파민과 생체시계를 통해서 어떻게 알 수 있는가?





4. 



생명체가 주관적으로 느끼는 시간을


좌우하는 요소는 생체시계이다.


생체시계의 성격 자체가 '생명체 내부의 시계'이기 때문이다.



이 생체시계를 좌우하는 것은 도파민의 양과


도파민 수용체의 반응능력 정도인데



나이를 먹을수록 도파민의 생산량은 줄어들며


도파민 수용체의 반응능력 정도 또한 작아진다.



젊은 사람은 도파민의 양도 많고 반응능력도 크므로


생체시계, 즉 시간에 대한 내 안의 기준(회로)이 빠르게 돌아가니


상대적으로 바깥세상의 모든 것이 느리게 느껴진다.



반면 나이든 사람은 도파민의 양도 적고 반응능력도 덜하므로


시간에 대한 내 안의 기준이 느리게 돌아가므로


젊은 사람이 느끼는 것에 비해 상대적으로


바깥세상의 모든 것이 빠르게 느껴진다.



그 결과 젊은 사람은 시간이 느리게 간다고 느끼는 반면


나이든 사람은 시간이 빠르게 간다고 느끼게 되는 것이다.



한편 이 도파민의 성질로 인해서


항정신성 약물에 의한 생체시계의 조작 또한 가능한데


가령 마리화나의 경우 도파민 신경세포를 활성시키므로


생체시계가 상대적으로 천천히 가게 된다.


(다르게 말하면 시간이 빠르게 간다고 느낀다.)





5.




이쯤에서 의문이 드는 점이 하나 있을 것이다.


노인과 젊은이가 느끼는 시간의 차이도 차이지만


어린이가 느끼는 시간의 차이 또한 크다고 할 수 있는데



어린이와 청년, 장년, 노인층 각각이 느끼는


체감시간의 차이는 생물학적 요소만으로 설명하기에는


격차가 너무 크다고 할 수 있다.



도파민의 생산량과 수용체의 반응능력 만으로 설명하기엔


체감시간의 변화가 너무 크기 때문이다.



그렇다면 생물학적 요소 이외에도 과연


우리가 느끼는 '시간의 상대성'에 영향을 주는 요소가 존재하는가?





이에 대한 해답은 다음 글에서


올리버 색스의 저서 인용을 시작으로 하여


다시 심리학적 측면 속에서 찾아보고자 한다.




그리고 어쩌면 다음 글을 통해서



우리가 앞으로 인생을 어떻게 살아야 하는지


시간을 어떻게 대해야 하는지



생각해볼 기회를 가질 수도 있을 것 같다.




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