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35장 동물의 구조와 기능적 특징
동물의 기본적인 특징은 해부학과 생리학의 성 과로 인해 잘 밝혀져 있다.
수렴은 유사한 환경 문제에 대해 다양한 종들이 독립적으로 적응해 왔음을 보여준다.
35.1 동물의 크기와 모양은 물리법칙과
환경에 의해 제한된다
동물의 크기와 모양, 움직임은 물리법칙에 어긋 나지 않는다.
▶ 비행이나 수영과 같은 특정 활동을 수행하는 능력은 동 물의 크기와 형태로 결정된다.
▶ 다세포 동물에서 각각의 세포는 액체 환경에 있어야 한 다.
▶ 끊임없이 환경과의 물질교환을 위해 동물은 충분한 표면 /부피의 비를 유지해야 한다.
세포는 조직을 구성한다.▶ 세포들은 복잡한 유기분자를 가지고 있고, 주변환경에 따라 특정 분자를 만든다.
▶ 이런 분자에는 에너지원으로 사용되는 ATP, 그리고 세포 와의 신호를 전달하기 위한 분자, 신호를 받는 분자 등이 포함된다.
35.2 동물은 조직화 수준에 따라 형태와
기능이 연관되어 있다
▶ 세포는 수용액에 둘러싸여 있다.
- 다세포 생물의 세포 사이의 공간을 채우고 있는 것이 세포사이액(interstitial fluid)이다.
- 이 용액은 세포로의 영양소 공급, 노폐물 제거, 삼투평 형을 비롯하여 개개의 세포가 필요로 하는 모든 것을 공급한다.
- 또한 내부의 액체 환경을 조성하고, 세포들 간의 의사 소통을 위한 다리 역할을 한다.
▶ 이동, 먹이포획, 소화, 영양소의 내부 순환, 노폐물의 배 출, 생식 등 동물의 생리적인 활동 및 육체적인 활동에 필 요한 세포들의 그룹이 있다.
▶ 예를 들면, 육체적인 활동에는 근육세포, 소화 활동에는 각종 위, 식도 등에 있는 세포들의 그룹이다.
▶ 따라서 세포는 각 기능과 활동에 필요하도록 분화되었다.
조직은 기관을 구성한다.▶ 분화된 세포의 집단은 조직을 이룬다.
▶ 조직은 같은 구조와 기능을 하는 세포집단으로서 하나 또 는 그 이상의 역할을 수행하는 하나의 단위로 함께 작용 한다.
기관은 모여서 기관계를 구성한다.
▶ 기관은 2개 또는 그 이상의 서로 다른 조직이 하나의 특 수한 기능을 수행하도록 통합된 것이다.
▶ 기관계는 2개 또는 그 이상 기관들을 포함하고 이들의 활 동을 조정하는 시스템으로 몸의 주요 기능을 수행한다.
▶ 기관과 기관계는 일정한 위치를 차지한다.
▶ 포유류의 경우, 소화계, 순환계, 호흡계, 면역림프계, 배 설계, 내분비계, 생식계, 신경계, 피부계, 골격계, 근육계 등의 기관계로 구성되어 있다.
조직, 기관, 기관계의 활동은 조화를 이루기 때
문에 몸은 각 부분의 단순 합보다 더 크게, 즉
전체(system)로서 작용한다.
여러 종류의 세포들은 조직을 이루어 특정한 기 능을 수행한다.
세포를 연결하여 조직을 이루는 데에는 고착연 접(anchoring junction), 밀착연접(tight
junction), 간극연접(gap junction) 등 여러 종 류의 결합단백질이 관여한다.
35.3 여러 세포들이 이루는 각 조직은
4개의 기본 조직 중 하나에 속한다
상피조직
▶ 몸의 바깥을 덮어 외부 환경으로부터 내부를 보호한다.
▶ 상피조직에는 여러 분비샘이 존재한다.
▶ 흡수성 내피 및 내층을 형성한다.
▶ 상피세포의 구조
- 단층 상피와 다층 상피로 분류됨
- 상피내 세포 모양: 편평형, 입방형, 원주형 등
▶ 상피에 있는 분비샘
- 외분비샘: 관을 통해 상피 표면에 점액, 침, 땀, 귀지, 피지 등을 분비한다.
- 내분비샘: 상피 아래 결합조직에 상피 표면으로 이어지 고, 수송관 없이 호르몬 등을 분비한다.
- 하나의 분비샘이 외분비샘과 내분비샘 모두의 기능을 수행할 수도 있다.
결합조직
▶ 다른 조직을 결합시키고 지지해 준다.
▶ 기계적인 힘과 그 외 힘을 전달하고 어떤 경우에는 여과 기 역할도 한다.
▶ 결합조직은 3가지의 섬유로 구성되어 있다.
- 콜라겐으로 이루어져 있는 아교질섬유는 탄력성이 없 고, 잡아당겨도 쉽게 찢어지지 않는다.
- 엘라스틴 단백질로 만들어진 긴 실 모양의 섬유인 탄력 성 섬유는 고무와 같은 특성을 가진다.
- 세망섬유는 콜라겐으로 구성되어 있으며 아교질섬유와 연결되어 있다.
▶ 결합조직을 구성하는 두 가지 주요 세포는 섬유아세포와 대식세포이다.
▶ 결합조직의 종류
- 성긴결합조직은 아교질과 다른 당단백질 섬유의 다소 느슨한 망 모양으로 둘러싸인 세포로 이루어진다.
- 섬유성결합조직은 매우 체계적이고 평행하게 나열된 다발인 아교질 섬유와 탄력성 섬유의 밀집한 집단 사이 에 산재하여 분포한다.
- 연골은 연골세포들이 산재하여 형성된 것으로 고무처 럼 압력에 견딜 수 있을 만큼 탄력을 가지고 있다.
- 뼈는 몸을 지탱하는 골격을 형성한다.
- 지방조직은 지방세포로 구성되고 몸의 완충작용을 한 다.
- 혈액은 적혈구, 백혈구, 혈소판, 혈장 등으로 구성된다.
근육조직
▶ 근섬유라고도 부르며 주로 신경신호에 의한 자극으로 수 축될 수 있는 긴 세포들로 구성되어 있다.
▶ 수축과 이완은 액틴과 미오신 두 단백질의 상호작용에 의 해 발생한다.
▶ 몸의 곳곳의 구조물을 움직일 수 있게 함은 물론 혈액 펌 프로도 작용하고 장의 연축운동을 가능하게 한다.
▶ 3가지 종류로 나누어 볼 수 있다.
- 골격근
① 힘줄에 의해 골격에 부착된 근육들이다.
② 골격근 세포들은 긴 원통형 모양으로 많은 핵을 가지고, 줄무늬 모양으로 매우 조직화되고 평행한 단위로 배열되어 있다.
③ 신경 자극에 반응하여 수의적 운동을 담당한다.
- 심장근은 심장의 불수의적 운동을 담당하는 줄무늬근 이다. 모든 방향으로 수축하여 압축과 펌프 활동을 가 능하게 한다.
- 평활근은 불수의적 운동을 담당하고 내장을 구성하는 근육으로 줄무늬가 없다.
① 액틴과 미오신 분자가 느슨한 망 모양으로 배열되어 있다.
② 세포는 간극연접으로 연결되고 결합조직의 망으로 싸여 있다.
③ 골격근에 비해 느리게 수축하지만 더 오랫동안 안정된 수준으 로 수축상태를 유지할 수 있다.
④ 이런 평활근 수축은 장의 일정하고 상대적으로 지속적인 연축 운동을 가능하게 한다.
신경조직은 전기 신호를 전달한다.
▶ 뉴런(신경세포)로 구성된다.
▶ 신경아교세포는 뉴런을 물리적으로 지탱하고 영양 공급 을 하며, 뉴런들 사이에 전기적 절연을 제공하며, 세포의 노폐물 및 외부 물질을 제거한다.
▶ 뉴런 또는 신경세포의 구조
- 수상돌기는 다른 뉴런이나 세포로부터 화학적 신호를 받아 전기적 신호로 전환한 후 세포체에 전달한다.
- 축삭은 세포체로부터 축삭말단 또는 완전 끝 부분까지 전기적 신호를 전달한다.
동물은 음식으로부터 화학에너지를 얻는데, 이 에너지의 대부분은 ATP로 전환된다.
생물에너지학은 궁극적으로 동물의 행동, 생장, 생식과 관련하여 동물이 얼마나 많은 에너지를 필요로 하는지에 대해 연구한다.
35.4 환경에 반응하여 형태와 기능을 유지
하기 위해 동물은 에너지를 사용한다
물질대사율은 단위시간 동안 동물이 사용하는 전체에너지 양이다.
▶ 조류와 포유류는 대사 열을 사용, 일정한 체온을 유지하 고(내온성전략), 대부분의 어류, 파충류, 양서류, 무척추 동물은 외부 공급원으로부터 열을 얻는다(외온성전략).
▶ 내온동물의 물질대사율은 외온동물의 물질대사율에 비해 서 일반적으로 더 높다.
▶ 유사한 동물 사이에서 물질대사율은 몸 크기에 반비례한 다.
활동은 동물의 BMR(기초대사율) 또는 SMR(표 준대사율)보다 높게 물질대사율을 증가시킨다.
▶ 기초대사율이란 내온동물이 스트레스가 없고 위가 비어 있는 상태, 즉 편한 온도에서 쉬면서 호흡과 심장박동이 유지될 때의 물질대사율이다.
▶ 표준대사율이란 특정 온도에서 외온동물이 성장하지 않 고 음식섭취를 하지 않는 상태에서 스트레스가 없을 때의 대사율이다.
▶ 일반적으로 내온동물은 외온동물에 비해서 오랫동안 높 은 강도의 일을 지속할 수 있다.
▶ 동물은 기초대사(표준대사), 활동, 항상성(온도조절 등), 성장, 생식을 위해 에너지를 분배해 사용한다.
항상성은 동물 내부가 일정한 상태로 유지되는 것이다.
▶ 항상성은 외부변화에 대응하여 작동하는 동물의 내부조 절 메커니즘 사이의 균형이다.
▶ 신경계와 내분비계가 항상성 유지에 가장 중요하게 작용 한다.
▶ 환경 변화를 보정하기 위해 끊임없이 내부 조정을 하는 역동적인 과정이다.
35.5 대부분의 동물은 비교적 좁은 범위
안에서 내부 환경을 조절한다
외부에 의한 변화를 최소화하기 위해 내부를 조 절하는 동물을 조절자, 외부환경에 따라서 내부 를 변화시킬 수 있는 동물을 순응자라 한다.
동물세포를 둘러싸고 있는 세포사이액은 외부
환경과 매우 다르고 항상성을 유지하는데 기여
하는 환경을 제공한다.
항상성 메커니즘은 주로 음성되먹임을 통해 내 부환경의 변화를 조정한다.
양성되먹임은 변화를 확대시키는 조절회로이다.
동물은 순화(acclimatization)를 통해 변화하는
환경에 대응하여 항상성의 정상 범위를 변화시
킨다.
동물은 허용된 범위에서 내부 온도를 조절한다.
▶ 외온동물은 환경으로부터 열을 얻는 동물로 대부분의 무 척추동물, 어류, 양서류, 파충류가 해당한다.
▶ 조류와 포유동물은 내온동물이다. 높은 체온을 유지하기 위해 높은 수준의 유산소 물질대사를 한다.
35.6 체온조절은 항상성 유지에 기여하며
다양한 메커니즘을 통해 이루어진다
체온을 일정하게 유지하는 항온동물과 환경에 따라 변화하는 변온동물이 존재한다.
▶ 비단뱀이나 나방 등 일부 변온동물은 물질대사로 열의 생산을 조정할 수 있다.
▶ 포유류는 시상하부를 포함하는 신경계, 순환계, 피부계 등의 여러 기관계를 통해 하나의 복잡한 음성되먹임 메커 니즘으로 체온을 조절한다.
전도, 대류, 복사, 증발은 열의 손실과 획득을 일으킨다.
▶ 체온조절은 열 손실과 획득의 균형을 이루게 하는 생리 적, 행동적 조절을 포함한다.
▶ 단열, 혈관이완 또는 수축, 역류열교환기 등 순환계 적응 을 통해 열을 조절한다.
▶ 헐떡거림, 땀내기, 목욕 등 행동적 반응은 증발을 증가시 켜 몸을 냉각시킨다.
휴면은 극단적인 환경에서 에너지를 보존한다.
▶ 동물은 겨울(동면)이나 여름(하면)에 또는 잠자는(일중휴 면) 동안 휴면에 들어간다.
▶ 휴면은 물질대사율, 심장박동률, 호흡률을 감소시키고, 부적합한 기온이나 먹이와 물이 부족한 시기를 동물이 한 시적으로 견딜 수 있게 한다.
