밤샘 후 숙면은 꿈? 수학으로 풀어보는 생체시계의 비밀!

밤샘 후 숙면은 꿈? 수학으로 풀어보는 생체시계의 비밀!

안녕하세요! 카이스트 수리과학과 김재경입니다. 오늘은 수학으로 생명과학의 미스터리를 풀어보는 시간을 갖겠습니다. 주제는 바로 우리 몸속의 신비로운 시계, 생체시계입니다!

밤을 새고 나면 왜 잠을 짧게 잘까요?

밤새도록 공부나 작업을 하고 아침에 잠깐 눈을 붙여도 깊은 잠에 들지 못하는 경험, 누구나 한 번쯤 해보셨을 겁니다. 그 이유는 바로 멜라토닌 호르몬 때문입니다. 멜라토닌은 밤 10시부터 아침 7시까지 분비되는 졸음 유발 호르몬인데, 이 시간대가 지나면 아무리 아데노신(졸음 유발 물질)이 많이 쌓여도 잠이 잘 오지 않습니다. 밤을 새고 아침에 잠깐 잠을 청해도 깊은 잠을 자지 못하는 이유가 바로 여기에 있습니다.

생체시계: 밤 10시를 아는 뇌 속의 시계

그렇다면 우리 몸은 어떻게 매일 밤 10시에 멜라토닌 분비를 시작할까요? 정답은 생체시계(circadian clock)입니다. 생체시계는 뇌의 시상하부에 위치한 '시교차상핵'에 존재하며, 24시간 주기의 리듬을 조절합니다. 깜깜한 동굴 속에서도 생체시계는 정확하게 작동합니다. 30년간 암흑 속에서 번식한 초파리 실험 결과에서도 이 사실이 확인되었습니다.

아침형 인간 vs. 저녁형 인간: 생체시계의 차이

아침형 인간과 저녁형 인간은 생체시계의 주기가 다릅니다. 아침형 인간은 멜라토닌 분비 주기가 짧고, 저녁형 인간은 주기가 깁니다. 스마트워치의 수면 데이터를 분석하여 개인의 생체시계 주기를 파악하는 연구도 진행 중이며, 곧 누구나 자신의 생체시계 타입을 알 수 있게 될 것입니다.

교대근무와 생체시계: 건강의 적신호

교대근무는 생체시계를 가장 크게 망가뜨리는 요인 중 하나입니다. 생체시계가 불규칙해지면 암, 당뇨병, 심장병 등 각종 질병의 위험이 높아집니다. 컴퓨터의 시계가 고장나면 컴퓨터가 작동하지 않는 것처럼, 생체시계의 고장은 건강에 심각한 영향을 미칩니다.

야행성 동물의 비밀: 멜라토닌의 역설

야행성 동물도 생체시계를 가지고 있으며, 멜라토닌 분비 시간은 주행성 동물과 동일합니다. 하지만 야행성 동물은 멜라토닌에 대한 반응이 다릅니다. 멜라토닌이 분비될 때 오히려 각성 상태가 높아져 낮에 잠을 자게 됩니다.

청소년기의 늦잠: 진화의 비밀?

청소년기의 늦잠은 생체시계가 2시간에서 4시간 정도 뒤로 밀리기 때문입니다. 이는 2차 성징기의 수컷과 암컷이 만날 확률을 높여 건강한 자손을 번식시키기 위한 진화의 결과일 가능성이 높습니다.

성장호르몬과 빛: 밤늦은 유튜브 시청의 위험

밤늦은 시간의 강한 빛, 특히 청색광은 성장호르몬 분비를 방해하여 성장에 악영향을 미칠 수 있습니다. 밤에 스마트 기기를 사용해야 한다면, 청색광 차단 기능을 활용하는 것이 좋습니다.

시차 극복의 비법: 빛과 식사 시간

시차 적응은 하루에 한 시간씩 생체시계를 조절할 수 있다는 점을 고려하여, 새로운 시간대에 맞춰 빛을 쬐고 식사하는 것이 중요합니다. 잠을 자는 것은 시차 적응을 오히려 늦출 수 있습니다.

수면 시간 맞춤형 앱: 슬립웨이(Sleepway)

연구실에서는 스마트폰/스마트워치 데이터를 분석하여 개인에게 필요한 수면 시간을 추천하는 앱, 슬립웨이를 개발 중입니다. 곧 출시될 예정이니 많은 기대 부탁드립니다.

생체시계 연구의 쾌거: 60년 난제 해결

저는 생체시계가 온도 변화에도 불구하고 24시간 주기를 유지하는 메커니즘을 수학적 모델링과 실험을 통해 밝혀낸 연구를 진행했습니다. 이 연구는 생체시계 분야의 60년 난제를 해결한 쾌거로 평가받고 있습니다.

 

우리 몸속의 놀라운 시계, 생체시계에 대한 이야기, 흥미로우셨나요? 더 궁금한 점은 댓글로 남겨주세요!