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- 고산지대는 인간과 동물 모두에게 극한의 환경이다.
- 해발 약 1천500 미터에서는 공기가 매우 희박해져 호흡이 빨라져
- 오랫동안 포유류가 살 수 있는 최대 고도는 약 5천5백 미터로 여겨졌다
- 해발 6천7백 미터 고지대에서 발견되는 이 쥐는 지구에서 가장 높은 곳에 사는 포유류
- 먹이에서 독소를 중화하는 데 관여하는 유전자의 수많은 변화 발견

세계에서 가장 높은 곳에 사는 포유류는 어떻게 살아남을까

안데스 산맥의 고산지대는 생명체가 살기 힘든 환경이다. 영하의 기온, 낮은 산소 농도, 그리고 거의 없는 초목까지. 하지만 안데스잎귀쥐는 이러한 극한 환경에서도 살아남았다. 해발 6천7백 미터가 넘는 고지대에서 발견되는 이 쥐는 지구상에서 가장 높은 곳에 사는 포유류다. 최근 유전체 분석을 통해 이 쥐가 이러한 환경에 적응하기 위해 어떤 특징들을 발달시켰는지 밝혀졌다. 

▲ 안데스잎귀쥐는 해발 6,700미터가 넘는 고산지대에 서식하는데, 이는 포유류 중 최고 기록이다. 사진: © Marcial Quiroga-Carmona

고산지대는 인간과 동물 모두에게 극한의 환경을 제공한다. 해발 약 1천500 미터에서는 공기가 매우 희박해져 호흡이 빨라진다. 고도가 높아질수록 기온은 떨어지고, 결국 모든 생명체가 사라지는 것처럼 보인다. 오랫동안 포유류가 살 수 있는 최대 고도는 약 5천5백 미터로 여겨졌다. 하지만 작은 쥐 한 마리가 이러한 통념에 도전하고 있다. 2020년, 연구진은 안데스 ​​잎귀쥐(Phyllotis vaccarum)가 해발 6천739 미터의 안데스 화산 정상에 서식한다는 사실을 처음으로 밝혀냈다.

극한 환경에서의 생존

캐나다 맥마스터 대학교의 그레이엄 스콧(Graham Scott)는 "이것은 완전히 예상치 못한 일이었다. 포유류가 이런 고도에서 생존할 수 있을 거라고는 생각지도 못했는데, 실제로 가능했다"고 말했다. 화산 정상의 기온은 항상 영하로 떨어지고, 호흡할 때마다 해수면 산소량의 44%밖에 얻지 못한다. "숙련되고 고산 환경에 적응된 등산가라면 하루 동안 정상 등반을 시도하는 동안 이러한 산소 부족 상태를 견딜 수 있지만, 장기간 인간이 생존하기에는 불가능한 고도다.“

반면, 잎귀쥐는 이러한 환경에 전혀 영향을 받지 않는 것으로 보인다. 이 동물은 현존하는 포유류 중 가장 높은 고도에 서식한다는 기록을 보유하고 있을 뿐만 아니라, 분포 범위 또한 가장 넓다. 칠레 해안의 사막에서 안데스산맥의 최고봉에 이르기까지 서식지가 광활하다. 그렇다면 이 동물은 어떻게 이러한 극한 환경을 견뎌낼 수 있을까? 이를 알아내기 위해 스콧은 몬태나 대학교의 스카일러 리프하르트Schuyler Liphardt가 이끄는 연구팀과 함께 이 작은 설치류의 추위와 산소 부족에 대한 반응을 조사하고 유전체도 분석했다.

▲ P. vaccarum은 안데스 ​​산맥 서쪽 사면의 가파른 고도 경사면을 따라 매우 낮은 수준의 유전적 분화를 보인다. (A) 안데스 고원과 인접한 저지대의 채집 지역(자세한 내용은 데이터 S1 참조). 타원은 해발 0m에서 6700m 이상에 이르는 아타카마 사막과 안데스 건조 푸나의 채집 지역을 포함한다. (B) 아타카마 푸나에 있는 룰라이야코 화산(24°43.21′S, 68°32.22′W)의 북서쪽 면. 4100m에서 6739m의 화산 정상까지 이어지는 조사된 고도 경사면의 상부를 보여준다. (C) 전체 게놈 다형성 데이터에 대한 주성분 분석(PCA)은 P. vaccarum이 분포 지역 전체에 걸쳐 상대적으로 낮은 수준의 개체군 구조를 나타낸다는 것을 보여준다. 타원 안에 있는 데이터 포인트는 해당 종의 분포 범위 북부 지역(즉, (A)의 타원 안에 있는 지역들)에서 해안에서 정상까지의 고도 경사를 따라 채집된 쥐를 나타낸다. 타원 밖에 있는 데이터 포인트는 (A)에 표시된 가장 남쪽의 채집 지역들에서 채집된 표본을 나타낸다. (D) P. vaccarum은 분포 범위 북부 지역에서 예상치 못하게 낮은 개체군 구조를 보이는데, 이는 칠레 북부 사막 해안선에서 안데스 산맥 정상까지 약 6.7km의 고도 경사를 따라 채집된 표본에서 유사한 혼합 비율을 보이는 것으로 나타난다. 개별 표본이 채집된 고도는 추정된 혼합 비율 위에 표시되어 있다. (출처:Adaptation across an extreme elevational gradient in Andean leaf-eared mice, the world’s highest-dwelling mammal / Science / 9 Jul 2026)

산소 부족에 대처하는 방법으로서의 과호흡

실험을 위해 연구팀은 극고도에 서식하는 쥐와 저지대에 서식하는 같은 종의 쥐를 포획했다. 비교를 위해 저지대에서만 서식하는 근연종도 함께 연구했다. 리프하르트 연구팀은 실험실에서 약 7천 미터 고도의 환경과 유사한 추위와 산소 부족 조건을 조성했다. 그 결과, 고지대에 서식하는 쥐가 저지대에 서식하는 쥐 및 근연종보다 산소를 더 효율적으로 이용하는 것을 발견했다.

그렇다면 이 쥐들은 어떻게 이런 일을 해낼까? 고산지대에 적응한 다른 동물들과 달리, 안데스잎귀쥐는 산소 운반체인 헤모글로빈의 효율적인 변종을 가지고 있지 않다는 것이 분석 결과 밝혀졌다. 대신, 이 쥐들은 호흡 속도를 높이는 데 의존하는 것으로 추정된다. 탄산무수효소라는 효소가 혈중 이산화탄소 농도를 조절하여 혈중 이산화탄소 농도가 위험할 정도로 떨어지는 것을 막아준다.

▲ 높이 6,739미터의 안데스 산맥 화산 룰라이야코의 모습. 정상에는 안데스 잎쥐가 서식한다. © Naim Bautista

더 활발한 갈색 지방과 더 많은 미토콘드리아

고산지대 쥐들은 과호흡을 통해 추운 환경에도 불구하고 체온을 유지할 만큼 충분한 산소를 얻는 것으로 보인다. 실험에 사용된 안데스잎귀쥐는 저지대 쥐에 비해 근육과 열 생산에 관여하는 갈색 지방 조직이 더 활발하게 활동하는 것으로 나타났다. 세포 수준에서도 차이가 분명하게 드러났다. 스콧은 "고산지대 쥐의 근육 세포에는 미토콘드리아가 풍부하여 더 오랫동안 열 발생 활동을 유지할 수 있다"고 설명하며, "이러한 특징 때문에 고산지대 쥐는 단거리 선수보다는 마라톤 선수에 더 가깝다"고 덧붙였다.

또한 잎쥐의 적응 방식은 고도에 따라 크게 다르지만, 연구진은 고지대와 저지대 개체군 사이에 상당한 유전자 흐름이 존재한다는 사실에 놀랐다. 연구팀은 "유전적 차이가 매우 낮은 것은 이례적이며, 서로 다른 고도에 대한 지역적 적응에는 강한 선택압이 필요함을 시사한다"고 설명했다. 그렇지 않다면 잎쥐는 서로 다른 서식지 간의 교배를 통해 필수적인 적응 형질을 잃을 수도 있을 것이다.

▲ 생리 실험과 유전체 분석을 통해 안데스 잎귀쥐의 극한 고도 적응 메커니즘이 밝혀졌다. 안데스 산맥 서쪽 사면에 서식하는 이 쥐들은 해발 0m에서 6,700m가 넘는 산 정상까지 매우 넓은 고도 분포를 보인다. 고산지대 토착종은 기저 대사 표현형의 변화와 함께 저산소 환경에서 향상된 열 발생 능력을 진화시켜 왔다. 유전체 분석을 통해 고도 관련 선택에 관여하는 후보 유전자들을 확인했다. VO2max: 최대 산소 소비율; COX: 시토크롬 c 산화효소; PBE: 개체군 분지 과잉. (출처:Adaptation across an extreme elevational gradient in Andean leaf-eared mice, the world’s highest-dwelling mammal / Science / 9 Jul 2026)

독성 먹이에 대한 예상치 못한 적응

또한 유전자 분석 결과 예상치 못한 결과가 나왔다. 스콧은 "처음에는 산소 부족과 추위와 같은 가장 명백한 환경적 어려움에 초점을 맞췄지만, 예상하지 못했던 중요한 요인들이 있었다"고 말했다. 연구진은 먹이에서 독소를 중화하는 데 관여하는 유전자의 수많은 변화를 발견했다. 안데스산맥의 가장 높은 봉우리에는 푸른 잎을 찾아볼 수 없다. 바위에는 몇몇 이끼류만 덮여 있을 뿐이다. 화산재로 인해 토양의 비소 함량이 높고, 이 비소가 먹이로 스며들 수 있다.

따라서 잎귀쥐는 이러한 환경에서 살아남기 위해 추위와 산소 부족에 대한 적응뿐만 아니라 분자 수준의 해독 시스템도 발달시켜야 했다. 스콧의 동료인 그랜트 맥클렐런드(Grant McClelland)는 "진화는 복잡한 과정이다. 동물이 정말 어려운 환경에 직면했을 때, 명백한 요인뿐만 아니라 여러 가지 다른 요인에 대처해야 한다. 개별적인 비생물적 스트레스 요인에만 너무 집중하면 종의 생태적 지위의 진정한 복잡성을 간과할 수 있다"고 말했다.

출처: Schuyler Liphardt(미국 몬타나 대학교) 외, Science, 2026; 도이: 10.1126/science.aec8347

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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