심해는 정말 아무것도 보이지 않는 곳일까요?
햇빛이 거의 닿지 않는 바다 깊숙한 곳을 떠올리면 칠흑 같은 어둠부터 생각하게 됩니다. 그런데 실제 심해를 탐사하는 카메라에 포착되는 장면은 우리의 예상과 조금 다릅니다.
어둠 속에서 갑자기 푸른 섬광이 번쩍이고, 작은 빛을 내며 움직이는 생물이 나타납니다. 몸 아래쪽에서 은은하게 빛을 내는 생물도 있고, 먹잇감을 향해 빛나는 구조물을 내미는 생물도 있습니다.
이 빛은 잠수정의 조명이 아닙니다.
생물이 스스로 만들어낸 빛입니다.
이 현상을 생물발광(Bioluminescence)이라고 합니다.
그런데 여기에서 조금 이상한 질문이 생깁니다.
빛이 거의 없는 곳에서 살아가는 생물들은 왜 굳이 빛을 만들어낼까요?
생물발광을 처음 접하면 가장 먼저 떠오르는 생각은 단순합니다. “어두우니까 빛이 필요했겠지.”
하지만 심해 생물들이 실제로 빛을 사용하는 방식을 하나씩 살펴보면 이야기가 완전히 달라집니다.
어떤 생물에게 빛은 몸을 숨기는 위장이고, 어떤 생물에게는 먹이를 유인하는 미끼입니다. 포식자의 공격을 피하기 위한 방어 수단이 되기도 하고, 같은 종의 개체를 찾기 위한 신호가 되기도 합니다.
즉 심해에서 빛은 우리가 생각하는 것처럼 주변을 밝히기 위한 ‘조명’이 아닐 수 있습니다.
어쩌면 생물발광은 어둠 속에서 살아가기 위해 만들어진 하나의 언어에 더 가까운지도 모릅니다.
01. 심해의 어둠은 생각보다 특별합니다
바다 표면에서는 햇빛이 생태계의 중요한 에너지원으로 작용합니다. 하지만 물속으로 들어갈수록 빛은 흡수되고 산란되면서 빠르게 약해집니다.
대략 수백 미터 깊이로 내려가면 자연광은 크게 줄어들고, 약 1,000m보다 깊은 곳에서는 햇빛이 사실상 도달하지 않습니다. 이 때문에 심해는 지구에서 가장 극단적인 어둠의 환경 가운데 하나가 됩니다.
그런데 바로 이 환경에서 생물들은 오히려 빛을 만들어냅니다.
해파리와 빗해파리, 오징어와 새우, 플랑크톤, 다양한 물고기와 상어에 이르기까지 생물발광을 사용하는 해양 생물은 매우 다양합니다. 생물발광은 특정한 한 종류의 심해 생물만 가진 특수한 능력이 아닙니다. 바다의 여러 계통에서 반복적으로 나타난 생존 전략입니다.
한 연구에서는 해양 수층에서 관찰된 생물 가운데 생물발광 여부를 판정할 수 있었던 자료를 분석했을 때, 약 76%가 생물발광 능력을 가진 것으로 분류됐습니다.
다만 이것을 “바다 생물의 76%가 빛난다”라고 해석해서는 안 됩니다. 해당 수치는 특정 연구에서 관찰되고 분류된 자료를 바탕으로 계산된 값이며, 아직 생물발광 여부가 충분히 알려지지 않은 생물도 있기 때문입니다.
오히려 이 연구가 보여주는 더 중요한 사실은 따로 있습니다.
우리가 생각하는 것보다 훨씬 많은 해양 생물이 빛을 이용하고 있다는 것입니다.
02. 생물은 어떻게 빛을 만들어낼까?
생물발광은 단순히 몸이 밝아지는 현상이 아닙니다.
생물의 몸 안이나 몸에서 분비되는 물질 사이에서 일어나는 화학반응을 이용해 빛을 만들어내는 현상입니다. 과학적으로는 화학발광(Chemiluminescence)의 한 형태로 볼 수 있습니다.
대표적인 생물발광 시스템에서는 루시페린(Luciferin)이라는 기질과 루시페레이스(Luciferase) 계열의 효소가 관여하며, 산소가 필요한 경우도 있습니다.
대표적인 생물발광 반응의 개념
발광 물질(Luciferin) + 산소 + 관련 효소 → 화학반응 → 빛
하지만 모든 생물이 똑같은 화학 시스템을 사용하는 것은 아닙니다. 생물마다 사용하는 발광 물질과 효소가 다르고, 어떤 생물은 스스로 발광 물질을 만드는 대신 발광 능력을 가진 미생물과 공생합니다.
따라서 우리가 바닷속에서 보는 푸른 섬광은 겉보기에는 비슷해도 그 안에서 일어나는 화학적 과정까지 같은 것은 아닙니다.
생물발광이라는 하나의 현상 아래에는 서로 다른 생화학적 시스템과 진화의 역사가 존재합니다.
03. 그런데 왜 하필 푸른빛일까?
심해 생물을 떠올리면 가장 먼저 생각나는 색은 아마 푸른빛일 것입니다.
그렇다면 왜 많은 해양 생물의 생물발광은 파란색이나 청록색 영역에 집중되어 있을까요?
바닷물은 빛의 파장에 따라 흡수하는 정도가 다릅니다. 붉은 계열의 빛은 물속에서 비교적 빠르게 흡수되는 반면, 청색과 청록색 계열의 빛은 상대적으로 더 멀리 전달될 수 있습니다.
따라서 생물이 빛을 만들어 다른 생물에게 보여주려 한다면, 물속에서 잘 전달되는 파장의 빛을 사용하는 것이 유리할 수 있습니다.
하지만 여기에도 예외가 있습니다.
일부 용치어류 또는 드래곤피시(Dragonfish)는 다른 많은 심해 생물이 잘 감지하지 못하는 붉은빛을 만들어내고 감지할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.
이런 능력은 심해에서 상당히 독특한 이점을 제공합니다. 주변의 다른 생물이 볼 수 없는 빛으로 먹잇감을 찾거나, 자신의 존재를 드러내지 않으면서 주변을 탐색할 수 있기 때문입니다.
심해에서는 단순히 빛이 있느냐 없느냐만 중요한 것이 아닙니다.
어떤 파장의 빛을 누가 볼 수 있는가가 생존과 연결됩니다.
04. 첫 번째 이유 — 빛을 내서 오히려 몸을 숨긴다
여기에서 생물발광의 가장 흥미로운 역설 가운데 하나가 등장합니다.
빛을 내는 것이 오히려 자신을 숨기는 방법이 될 수 있습니다.
심해로 내려간다고 해서 모든 자연광이 즉시 사라지는 것은 아닙니다. 특히 황혼대와 그 아래쪽 일부 수심에서는 위에서 내려오는 희미한 빛이 남아 있습니다.
아래쪽에서 위를 바라보는 포식자에게 먹잇감은 이 희미한 빛을 배경으로 어두운 실루엣처럼 보일 수 있습니다.
그래서 일부 해양 생물은 몸의 아래쪽에 있는 발광기관을 이용해 위에서 내려오는 빛과 비슷한 밝기를 만들어냅니다.
Counterillumination, 역조명
몸 아래쪽에서 빛을 내어 위에서 내려오는 자연광과 밝기를 맞추고, 아래쪽에서 바라보는 포식자에게 자신의 실루엣이 드러나는 것을 줄이는 위장 방식입니다.
이 전략을 이해하면 생물발광을 바라보는 우리의 관점이 완전히 달라집니다.
빛을 내는 것이 반드시 “나 여기 있어”라는 뜻은 아닙니다.
어떤 생물에게 빛은 오히려 “나를 발견하지 못하게 해주는 위장 장치”입니다.
05. 두 번째 이유 — 포식자를 혼란스럽게 만든다
어둠 속에서 갑자기 강한 빛이 번쩍인다면 포식자는 순간적으로 먹잇감의 위치를 놓칠 수 있습니다.
일부 해양 생물은 공격을 받았을 때 짧은 섬광을 내거나, 빛나는 물질을 주변으로 방출합니다.
빛나는 물질이 일종의 연막처럼 퍼지면서 포식자가 먹잇감의 정확한 위치를 파악하기 어렵게 만들 수 있습니다. 이때 빛은 공격 무기가 아니라 도망칠 시간을 벌어주는 방어 수단이 됩니다.
여기에는 더욱 흥미로운 전략도 있습니다.
일부 생물의 강한 발광은 자신을 공격하는 포식자보다 더 큰 포식자의 관심을 끌어, 결과적으로 공격자를 위험에 빠뜨릴 가능성이 제시되어 있습니다.
이를 흔히 burglar alarm, 도둑 경보기에 비유합니다.
예를 들어 심해의 일부 해파리류는 공격을 받으면 강한 발광을 내어 더 큰 포식자의 주의를 끌 수 있습니다. 공격자를 먹을 가능성이 있는 다른 포식자를 불러들이는 셈입니다.
물론 이런 전략이 모든 발광 생물에게 적용되는 것은 아닙니다. 하지만 한 가지 사실은 분명합니다.
심해의 빛은 때때로 다른 생물의 행동을 바꾸기 위한 방어 신호가 됩니다.
06. 세 번째 이유 — 빛으로 먹이를 유인한다
이번에는 정반대의 상황입니다.
빛으로 적을 쫓아내는 것이 아니라 먹잇감을 자신의 쪽으로 끌어들이는 것입니다.
대표적인 사례가 일부 심해 아귀류(Deep-sea Anglerfish)입니다.
심해 아귀류 가운데 일부는 머리 앞쪽에 낚싯대처럼 뻗은 구조를 가지고 있습니다. 그 끝부분에는 발광기관이 있는 유인 구조가 자리합니다.
어둠 속에서 작은 빛 하나가 나타나면 주변을 지나던 작은 동물이 그 빛에 접근할 수 있습니다. 그리고 바로 그 순간, 기다리고 있던 포식자가 먹잇감을 공격합니다.
심해 아귀에게 이 빛은 주변을 밝히는 손전등이 아닙니다.
어둠 속에 던져놓은 낚싯밥에 가깝습니다.
07. 빛은 서로를 찾는 신호가 되기도 합니다
어둠 속에서는 먹이를 찾는 것만 어려운 것이 아닙니다.
같은 종의 개체를 만나는 일 역시 쉽지 않습니다.
그래서 일부 해양 생물에게 생물발광은 같은 종의 개체와 정보를 주고받는 신호로 활용됩니다.
빛의 색이나 강도, 지속시간, 깜빡이는 패턴 등이 종이나 개체를 구별하거나 행동 신호를 전달하는 데 활용되는 사례가 알려져 있습니다. 특히 짝을 찾는 과정이나 개체 간 상호작용에서 발광 신호가 중요한 역할을 하는 생물도 있습니다.
하지만 여기에서도 한 가지 주의해야 합니다.
모든 생물발광이 의사소통을 위한 것은 아닙니다. 어떤 생물에게는 방어이고, 다른 생물에게는 포식이며, 또 다른 생물에게는 같은 종을 찾기 위한 신호입니다.
결국 같은 ‘빛’이라는 현상도 생물이 처한 환경과 생활 방식에 따라 전혀 다른 의미를 가질 수 있습니다.
어쩌면 우리가 심해에서 보는 짧은 섬광 하나를 이해하려면, 빛의 모양만 보는 것이 아니라 그 순간 그 생물이 무엇을 하고 있었는지까지 알아야 하는지도 모릅니다.
08. 어떤 생물은 혼자 빛을 만들지 않습니다
생물발광에서 특히 흥미로운 부분 중 하나가 공생(Symbiosis)입니다.
일부 해양 생물은 자신의 세포에서 직접 빛을 만들어내는 대신 발광 능력을 가진 미생물과 함께 살아갑니다.
숙주 생물은 발광 세균이 살아갈 수 있는 환경과 영양분을 제공하고, 세균은 그 안에서 빛을 만들어냅니다.
이런 관계는 여러 해양 생물에서 독립적으로 나타난 것으로 알려져 있습니다. 생물발광 물고기를 대상으로 한 진화 연구에서도 세균과의 공생을 이용하는 발광 시스템이 여러 계통에서 반복적으로 진화한 것으로 나타났습니다.
즉 우리가 어둠 속에서 보는 하나의 빛이 사실은 서로 다른 생물이 함께 만들어낸 결과일 수도 있습니다.
이 부분은 심해 생존 전략을 바라보는 또 하나의 시선을 제공합니다.
심해에서 살아남는 방법은 혼자 모든 것을 만들어내는 것만이 아닙니다. 때로는 다른 생물과 어떤 관계를 맺느냐가 생존에 더 중요한 전략이 될 수도 있습니다.
심해에서 빛은 이렇게 사용될 수 있습니다
① 위장 — 몸의 실루엣을 감추기
② 방어 — 포식자를 혼란스럽게 만들기
③ 연막 — 빛나는 물질을 방출해 도망칠 시간 만들기
④ 포식 — 빛으로 먹잇감을 유인하기
⑤ 신호 — 같은 종의 개체와 정보를 주고받기
⑥ 공생 — 발광 미생물과 함께 빛을 만들어내기
09. 그런데 왜 생물발광은 여러 번 진화했을까?
여기서 생물발광의 더 깊은 수수께끼가 시작됩니다.
생물발광이라는 능력은 하나의 생물 계통에서 한 번 등장한 뒤 모든 생물에게 퍼진 것이 아닙니다.
서로 관계가 먼 여러 생물 계통에서 독립적으로 반복해서 진화한 것으로 보입니다.
특히 해양 어류를 대상으로 한 계통분석 연구에서는 발광 능력이 최소 27차례 독립적으로 진화한 것으로 추정됐습니다. 발광 세균과의 공생 역시 여러 어류 계통에서 독립적으로 나타났습니다.
이 사실은 상당히 흥미롭습니다.
전혀 다른 생물들이 서로 다른 진화의 길을 걸었는데도, 어둠이 많은 바다에서는 결국 비슷한 해결책에 도달한 것입니다.
빛이 먹이를 찾고, 포식자를 피하고, 번식하거나 의사소통하는 데 충분한 이점을 제공했기 때문에 이런 현상이 반복됐을 가능성이 있습니다.
하지만 이것을 곧바로 “빛이 생존에 가장 좋은 전략이었다”라고 단순화해서는 안 됩니다. 생물발광의 기능과 진화 과정은 계통마다 다르고, 아직 기능이 밝혀지지 않은 발광 생물도 많기 때문입니다.
아직 남아 있는 질문
• 서로 다른 생물 계통에서 생물발광은 정확히 몇 번이나 독립적으로 진화했을까요?
• 아직 발견되지 않은 발광 생물은 얼마나 많을까요?
• 같은 빛이라도 생물마다 정확히 어떤 정보를 전달할까요?
• 생물발광이 심해 생태계의 먹이그물과 종 분화에 미친 영향은 어느 정도일까요?
• 아직 관찰하지 못한 새로운 발광 방식이 존재할까요?
10. 우리가 심해의 빛을 제대로 보고 있는 것일까?
이 질문을 조금 더 깊게 생각해볼 필요가 있습니다.
생물발광은 오래전부터 알려져 있었지만, 자연 상태에서 심해 생물이 실제로 언제, 왜, 누구를 향해 빛을 내는지를 관찰하는 일은 매우 어렵습니다.
연구자가 강한 조명을 켜는 순간 빛에 민감한 생물이 달아날 수 있고, 투명하거나 작은 생물은 카메라에 제대로 잡히지 않을 수도 있습니다. 우리가 사용하는 관측 장비 자체가 생물의 자연스러운 행동을 바꿀 가능성도 있습니다.
그래서 심해 생물의 빛을 연구하는 과학자들은 가능한 한 약한 조명과 특수 카메라, 원격탐사 장비 등을 이용해 생물이 자연스러운 상태에서 어떤 행동을 하는지 관찰하려고 합니다.
이것은 생각보다 중요한 문제입니다.
우리가 지금 알고 있는 생물발광의 기능은 실제 심해에서 일어나는 모든 행동의 목록이 아니라, 현재까지 관찰할 수 있었던 행동을 바탕으로 만든 이해이기 때문입니다.
그렇다면 우리가 아직 보지 못한 것은 무엇일까요?
수천 미터 아래에서 작은 생물이 아주 짧은 순간 빛을 내고 사라진다면, 그 빛이 누구에게 어떤 의미였는지 우리가 알아채지 못할 가능성도 있습니다.
이런 점에서 생물발광은 단순히 “신기한 심해 생물의 능력”을 넘어섭니다.
우리가 심해 생태계를 얼마나 제한적으로 보고 있는지를 보여주는 창이기도 합니다.
11. 빛이 없는 곳에서 살아남기 위해, 빛을 만들었다
생물발광을 처음 보면 “어두우니까 빛이 필요했겠지”라고 생각하기 쉽습니다.
하지만 지금까지 살펴본 생물들을 다시 떠올려보면 그 설명만으로는 부족합니다.
어떤 생물은 몸 아래에서 빛을 내 자신의 실루엣을 감추고, 어떤 생물은 갑작스러운 섬광으로 포식자의 행동을 방해합니다. 심해 아귀처럼 빛을 먹잇감을 유인하는 미끼로 사용하는 생물도 있고, 발광 패턴을 이용해 다른 개체와 신호를 주고받는 경우도 있습니다.
그리고 어떤 생물은 자신의 몸만으로 빛을 만드는 것이 아니라, 발광 세균과 함께 살아가며 그 능력을 이용합니다.
같은 ‘빛’이라는 현상이지만 생물마다 완전히 다른 전략이 만들어지는 것입니다.
저는 이 부분이 심해 생물발광에서 가장 흥미로운 지점이라고 생각합니다.
우리는 빛을 보면 본능적으로 “무언가를 밝히기 위한 것”이라고 생각합니다. 인간에게 빛은 어둠을 없애고 주변을 보기 위한 도구인 경우가 많기 때문입니다. 하지만 심해 생물의 입장에서 보면 빛은 전혀 다른 의미를 가질 수 있습니다.
어떤 생물에게 빛은 자신을 감추는 수단이고, 다른 생물에게는 먹이를 끌어오는 함정입니다. 또 누군가에게는 포식자의 공격을 피하기 위한 마지막 신호이고, 다른 개체에게는 같은 종을 찾는 메시지일 수 있습니다.
같은 물리적 현상이지만 그 의미는 생물의 위치와 행동, 감각 체계에 따라 달라집니다.
그래서 심해를 탐험한다는 것은 단순히 더 깊은 곳으로 내려가는 일이 아닐지도 모릅니다.
그곳의 생물이 세상을 감지하는 방식을 이해하는 것이 진짜 탐험에 가까울 수 있습니다.
우리가 카메라에 포착한 한 번의 섬광에도 그 생물이 어떤 환경에서 살아가고, 무엇을 피하고, 무엇을 찾고, 누구와 상호작용하는지가 담겨 있을 수 있기 때문입니다.
그렇다면 우리가 아직 발견하지 못한 심해의 빛은 어떤 이야기를 하고 있을까요?
바다는 어둡기 때문에 아무것도 보이지 않는 곳이 아닙니다.
우리가 아직 충분히 볼 수 없을 뿐, 그 안에서는 수많은 생물이 빛을 만들고 서로 다른 방식으로 이용하고 있습니다.
어둠 속에서 한 번의 섬광이 나타났다가 사라지는 순간, 우리는 그 빛이 존재했다는 사실은 볼 수 있습니다.
하지만 그 빛이 누구를 향한 것이었는지, 왜 그 순간 켜졌는지, 그것이 생물에게 어떤 의미였는지는 아직 완전히 알지 못합니다.
어쩌면 심해의 가장 흥미로운 미스터리는 빛이 어떻게 만들어지는가가 아니라, 그 빛이 서로에게 무엇을 의미하는가인지도 모릅니다.
어둠 속에서 반짝인 그 작은 빛은
대체 누구에게 무엇을 말하고 있었을까요?
참고자료
NOAA Ocean Exploration — What is Bioluminescence?
NOAA Ocean Exploration — How do living organisms produce light?
NOAA Ocean Exploration — Why are so many deep-sea animals red in color?
Smithsonian Ocean — Bioluminescence
Monterey Bay Aquarium — Bioluminescence
Quantification of bioluminescence from the surface to the deep sea demonstrates its predominance as an ecological trait
Repeated and Widespread Evolution of Bioluminescence in Marine Fishes
Species-specific bioluminescence facilitates speciation in the deep sea