양의 연간 LH 분비 리듬 신호 분석과 모델링으로 밝힌 내인성 주기

초록

열대 양을 온대 위도에서 일정한 일조 조건에 두고 3년간 측정한 LH 농도 데이터를 시간‑주파수 분석과 수학 모델링으로 검토하였다. 저주파 성분은 내인성 연간 리듬을 반영하고, 고주파 성분은 실험적 샘플링 간격에 의해 발생함을 확인하였다.

상세 분석

본 연구는 열대 양이 일정한 광주기 하에서도 연간 LH 분비 리듬을 유지하는지를 검증하기 위해 3년간 수집된 LH 혈중 농도 시계열을 대상으로 고급 신호 처리와 수학적 모델링을 적용하였다. 먼저 불규칙한 측정 간격과 개체 간 변이를 고려하여 웨이브릿 변환 기반의 시간‑주파수 분석을 수행하였다. 이 과정에서 저주파(LF) 대역에 약 1년 주기의 에너지 피크가 일관되게 나타났으며, 이는 외부 광주기와 무관한 내인성 연주기를 시사한다. 반면 고주파(HF) 대역에서는 2~4주 간격의 주기가 두드러졌는데, 이는 실험에서 혈액을 채취한 일정한 주기적 샘플링 스케줄에 의해 인위적으로 생성된 신호임을 모델링을 통해 입증하였다.

수학 모델은 LH 분비를 펄스 형태의 사건으로 가정하고, 각 펄스의 발생 간격을 인터펄스 인터벌(interpulse interval)이라 정의하였다. 모델은 광주기 변화가 인터펄스 인터벌을 조절한다는 가설 하에, 일정한 인터벌을 갖는 기본 펄스 시퀀스에 광주기 의존적인 변조 함수를 적용하였다. 시뮬레이션 결과, 광주기 신호가 없을 때도 LF 성분이 유지되며, 인터펄스 인터벌의 미세 조정이 연간 리듬의 위상과 진폭을 결정한다는 것을 확인하였다. 또한, 샘플링 프로토콜을 모델에 포함시켜 재현한 경우 HF 성분이 실험 데이터와 거의 일치함을 보여, 고주파 변동이 실험 설계에 의한 인공적 효과임을 명확히 했다.

이러한 분석은 기존에 광주기에 의존한다고 여겨졌던 연간 번식 리듬이 실제로는 내인성 시계에 의해 주도되며, 광주기는 주로 펄스 간격을 조절함으로써 리듬의 세부적인 조정에 관여한다는 새로운 통찰을 제공한다.