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대부분의 사람은 올해 코로나바이러스 감염증(COVID-19)으로 해외여행을 나가지 못했다. 여름이 지나면 백신이나 치료제 개발로 다시 해외여행이 가능한 일상으로 돌아갈 수 있을 줄 알았는데 현실은 그렇지 못하다. 지난 해외여행을 기억해보면, 먼저 붐비는 공항과 복잡한 탑승 수속, 그리고 시차가 떠오른다. 특히 장거리 해외여행을 떠나는 사람들에게 시차로 밤낮이 바뀌어 몸이 힘들었는데, 언젠가부터 ‘멜라토닌’이란 약을 이용해 이를 극복하였다. 멜라토닌은 해가 지고 저녁이 되면 뇌 속 송과선에서 분비되어 수면을 유도하는 생체 호르몬이다. 우리 몸은 시간에 따라 멜라토닌을 만들고 부수면서 잠이 들고 잠을 깨는 ‘일주기 리듬’(circadian rhythm)을 갖는다. 따라서 우리가 해외여행지에서 먹는 멜라토닌은 시차로 혼란스러워하는 우리 몸에 새로운 밤낮 환경의 일주기 리듬을 제공하는 것이다.
일주기 리듬이란 우리뿐 아니라 지구상의 모든 유기 생명체가 약 24시간을 주기로 보이는 일체의 생물학적 리듬을 말한다. 이를 통해 조절되는 현상으로는 잠을 자고 깨는 일, 호르몬 분비, 섭식 행동 및 체온조절에 이르기까지 다양한 생리, 대사, 행동이 해당한다. 라틴어에서 유래한 일주기(circadian)는 ‘돌다’(circa)와 ‘하루’(dies)가 합쳐진 것이다. 하루를 주기로 리드미컬하게 돌아가는 현상이 ‘일주기 리듬’이다. 이 현상을 처음으로 발견한 사람은 18세기 프랑스 천문학자인 장 자크 도르투 드 메랑이다. 그는 자신의 정원에 있는 식물인 미모사가 낮에는 해를 향해 잎을 펼치고 해가 지면 잎을 접는 것을 발견하였는데, 이 발견을 통해 새로운 궁금증이 생겼다. 미모사가 계속 어두운 환경에 있으면 과연 잎을 펼칠 수 있는지 아니면 계속 접고만 있을지가 궁금해졌고, 이 궁금증을 풀기 위해 빛을 차단한 곳에 미모사를 두고 관찰하는 실험을 하였다. 실험 결과, 빛이 없어도 미모사의 잎은 일상적인 밤낮의 주기에 맞춰 잎을 펼쳤다가 접었다가를 반복하였다. 즉 이 식물이 낮밤과 무관하게 자신만의 생체시계를 갖고 일주기 리듬에 적응하고 있다는 사실을 발견한 것이다.
일주기 리듬의 핵심은 생체시계 유전자들의 존재와 이들이 유기적으로 작동하며 자발적인 일주기 리듬을 생성하고 조절하는 분자기전이다. 미국 브랜다이스대학의 제프리 홀과 마이클 로스배시 박사와 미국 록펠러대학교의 마이클 영 박사는 일주기 리듬을 제어하는 생체시계 유전자를 분리해냈고, 이후 이들 유전자가 밤에는 특정 단백질을 만들어 축적하고, 낮이 되면 이들 단백질이 분해되어 없어지는 주기를 갖는다는 것을 밝혔다. 2017년 노벨상 위원회는 이런 생체시계의 작동 원리에 대한 핵심적인 분자기전을 밝힌 이 연구자들에게 생리의학상을 수여했다.
그런데 일주기 리듬은 시차처럼 단순히 잠을 자고 깨는 것에만 국한된 것은 아니다. 일주기 리듬이 깨지게 되면 건강은 물론 삶의 질도 망가지게 된다. 2015년 미국국립한림원회보에 발표된 피츠버그대학교 에티엔느 시빌 교수 연구진의 연구결과에 따르면 나이가 들어 노인이 되면, 일주기 리듬이 대부분 깨진 생체시계가 뇌에서 작동하기 시작한다고 한다. 이 경우 생체시계 이상에 따른 다양한 증상이 나타나는데, 가장 대표적인 경우가 어르신 환자들이 밤에 소동을 벌이거나 불안반응을 보이는 증상인 ‘일몰 증후군’(Sundowning syndrome)이다. 치매 어르신도 저녁이 되면 불안해지고, 혼란스러워하며 부산해지는 현상을 자주 보이는데, 이 또한 생체시계 이상으로 인한 일몰 증후군의 한 예다. 이같이 생체시계의 오작동은 일주기 리듬 이상을 가져와 우울증, 조울증, 불안 장애, 계절성 기분장애 등 다양한 형태의 정서장애를 유발한다.
먼 해외출장지의 새벽, 홀로 잠에서 깨어 뒤척이며 시차 적응에 힘들어하던 기억조차도 그리운 시간이다. 그래도 시차 적응에 힘들어 한다는 것은 아직 생체시계가 제대로 작동한다는 것이니, COVID-19 백신이나 치료제가 개발되어 시차를 다시 경험하는 날이 빨리 돌아오길 기대해본다.
문제일 대구경북과학기술원교수 뇌·인지과학
