Electron Microscopic Study on the Ultrastructure of Mummy's Hair 미라(mummy) 모발의 미세구조에 관한 전자현미경적 연구

미라(mummy) 모발의 미세구조에 관한 전자현미경적 연구

안산1대학 임상병리과, 동남보건대학 임상병리과¹

김주성․장병수¹

Electron Microscopic Study on the Ultrastructure of Mummy's Hair

Kim, Ju Sung., Chang, Byung Soo

¹

Department of Clinical Pathology, Ansan 1 College, Ansan, Korea Department of Clinical Pathology, Dongnam Health College, Suwon, Korea

¹

Recently, there have been some reports on the mummies from the medieval tombs in Korea. Though these mummies were not made from any traditional process for making the mummies. the well-preserved mummies were accidentally found within the medieval tomb of Chosun dynasty. So far mummies and the accompanying remains including the clothes, ancient documents were used as a useful basis for the rebuilding the scene of the medieval Korea society, but nothing has been reported on the histological examination for the mummies until now. Therefore, we first examined to ultra-structure of mummy's hair by using transmission and scanning electron microscope. In general, physical examination with naked eyes that conservation status of mummy's scalp hair was perfectly preserved and the length of the hair was approximately 30㎝. In the light microscopic view of the cross-section of a hair, the hair shape circular in form. In the observation of transmission and scanning electron microscopy, the outer surface of hair was well preserved and covered with many deposits which seemed to inorganic material. The hair was comprised of well organized cuticle and fully developed cortex. The thickness of cuticle was 4㎛ in diameter and composed of 5 or 6 cuticular cell layers. And the cortex filled with cortical cells and scattered melanin granules.

Key Words: Ultra-structure, Mummy, Hair, Cuticle, Cortex

임상병리검사과학회지 : 35권 제2호, 182-187, 2003

1)

I. 서 론

한국에서 미라 (mummy)가 발견되어 학계에 보고되는 것은 드문 일이다. 국내에서 지금까지 발견된 미라는 고 고학과 문화재 보존학 및 한국전통의상학을 연구하는 학 자들에 국한되어 관심이 집중되어 왔다. 이러한 이유는 발견된 미라의 신체를 훼손시키지 않고 주변의 유품 등

교신저자 : (우) 장병수, 경기도 수원시 장안구 정자동 937 동남보건대학 임상병리과

Tel : 031-249-6413

E-mail: [email protected]

을 쉽게 확보하여 연구할 수 있기 때문이다. 따라서 미라 의 신체상태에 관한 생물학적 연구는 전혀 이루어지지 않았다.

최근까지 국외의 미라에 관한 연구에서 자연상태에서

미라화 (mummification)가 진행되는 기전은 두가지 자연

환경 조건에 의해서 이루어진다고 보고되었다. 첫째로 영

구 동토층에서 미라화가 진행되는 것은 낮은 대기 온도

로 인하여 형성되었다. Nevada주의 Amapato와 El plomo

의 안데스 산맥에서 발견된 원시 콜럼비아인의 미라

(Reinhard, 1996)와 Tylorean의 냉동인간 (ice man) 및 15

세기에 형성된 그린랜드 미라의 경우가 확인되었다 (Hess

등, 1998).

두 번째 원인은 중국의 Taklamacan 사막과 칠레 (Chile) 북부지역 및 북 유럽에서 발견된 미라에서 관찰되 었는데(Spindler 등, 1996), 이런 경우는 사막과 같은 특수 한 환경조건에 의하여 사체의 부패가 건조된 모래, 소금 또는 tannic acid 등의 접촉에 의해서 지연되어 이루어진 다고 하였다.

그러나, 한국에서 자연적으로 만들어진 미라는 위에서 언급한 바와 같이 기후나 지리적인 조건에 의해서 만들 어 졌을 것이라고 추측하기가 어렵다. 더욱 한국인의 조 상숭배 개념에서 볼 때 사람이 죽어서 토양에 매장을 하 면 완전히 분해되는 것을 최고로 생각해왔다. 그렇기 때 문에 후손들이 조상의 시신을 인위적으로 부패하지 않게 어떠한 처리도 하지 않는 것이 한국적 매장문화의 풍속 이다.

일반적으로 이와 같은 한국적 매장 문화에서 미라가 형성된 것은 밀폐된 관에서 시신의 부패가 미생물들에 의하여 진행되면서 잔존하였던 산소를 소비함으로써 관 내부가 진공상태가 되었을 것으로 추측하여 왔을 뿐이다.

본 연구는 2001년 11월 양주군에서 발견된 미라의 신 체 조직학적 연구를 수행하는데 있어서 우선 완벽한 상 태로 존재하고 있는 모발을 실험재료로 사용하였다.

우리가 사회활동을 하면서 가장 손상 받기 쉬운 신체 부위는 피부 부속기관인 모발이다. 두피에서 생성된 모발 은 발생과정 중에 세포의 활성을 상실한 각질화된 편평 무핵세포 (anuleated squamous cell)와 각화세포 (cornified cell)로 구성되어 있다.

모발의 손상 원인은 지속적으로 환경과 인위적인 손질 등에 의해서 나타나는 물리화학적 구조 변화를 의미한다.

즉, 태양광선, 오염된 공기, 바람, 해수, 수영장의 염소화 합물 등과 미용을 위한 화학약품의 사용 및 빗질 등에 의 해서 영향을 받게 된다.

이런 요인은 주로 모발의 외부를 둘러싸고 있는 소피 (cuticle)와 피질 (cortex)에 손상을 주게 되고 더 나아가서 손상된 부분이 부러지게 된다 (Dawber와 Comaish, 1970;

Rook, 1976; Tolgyesi, 1983; Georgalas와 Dowbarands, 1993; Chang, 1996). 이와 같이 모발은 자라면서 다양한 요인에 의해서 손상을 받게되면 부러지거나 표면의 일부 가 탈락되어져서 거칠은 표면을 같게된다.

우선 본 연구는 4계절이 뚜렷한 한국과 같은 기후에 서 미라가 형성된 원인을 규명하기 위한 연구의 일환으 로 미라 모발을 고 배율의 주사전자현미경과 투과전자현

미경으로 관찰하여 모발의 외부형태와 내부 미세구조를 확인하였다.

II. 재료 및 방법

1. 투과전자현미경 관찰

미라 발굴현장에서 바로 채취한 모발을 2.5%

paraformaldehyde- glutaraldehyde (4℃, phosphate buffer;

이하 PBS라 한다, pH 7.4)에 1시간 동안 전고정하고, 인 산완충용액 (4℃, 0.4 M PBS, pH 7.4)으로 15분씩 2회 세 척한 다음, 1% OsO

4

(4℃, PBS)로 1시간 후고정 하였다.

고정이 끝난 재료는 동일 완충용액으로 2회 씩 세척한 후, ethanol 농도 상승순으로 탈수하고, propylene oxide로 치환하여 Epon-Araldite 혼합액에 포매한 다음, 60℃

vacuum drying oven (Yamato, Japan)에서 36시간 동안 중 합반응시켰다. 포매된 조직은 초박절편기 (ultramicroto- me, LKB-2088)로 준초박절편 (semi-thin section)을 제작 한 다음, 1% toluidine blue (1% borax)로 hot plate (60℃) 상에서 2분간 염색하였다. 염색이 끝난 절편은 증류수로 충분히 세척한 다음, 광학현미경 (Olympus CH30)으로 저 배율에서 고배율까지 관찰하였다. 이어서 조직의 미세구 조를 관찰하기 위해 초박절편 (ultra-thin section)을 제작 하여 copper grid에 부착시킨 다음, uranyl acetate와 lead citrate로 이중 염색하여 JEOL 100 CX-Ⅱ형 투과전자현 미경으로 100 kV에서 관찰하였다.

2. 주사전자현미경 관찰

발굴현장에서 바로 채취한 미라 모발의 표면구조를 각

각 관찰하기 위해서 시료를 2.5% paraformaldehyde-

glutaraldehyde (4℃, PBS, pH 7.4)와 1% OsO4 (4℃, PBS)

로 각각 2시간 씩 전, 후고정 하였다. 고정이 끝난 재료는

인산완충용액 (4℃, 0.4 M PBS, pH 7.4)으로 수회 수세한

다음, ethanol 농도 상승순으로 탈수하여 isoamyl acetate

로 치환하였다. 처리된 재료는 임계점건조기 (critical

point dryer, Hitachi SCP-Ⅱ, Japan)에서 건조시킨 후,

JFC-1100 ion coater를 사용하여 20 ㎚ 두께로 금 도금

(gold coating)한 다음 JSM-840 A형 주사전자현미경으로

20 kV에서 관찰하였다.

III. 결 과

우선 미라의 모발을 관찰하기 전에 현대인의 정상모발 을 관찰하였다. 정상 모발을 가로 절단하여 toluidine blue 로 단순염색 (simple stain)해서 광학현미경으로 관찰한 결 과 모발의 직경은 약 110μm 이었고, 약간의 타원형으로 관찰되었다 (Fig. 1). 정상 모발을 가로 절단한 주사전자 현미경상에서 모발의 내부구조는 수질 (medulla)과 피질 (cortex) 및 소피(cuticle)로 뚜렷하게 구분되었다. 소피는 약 4μm 두께로 측정되었으며, 5내지 7개의 편평 무핵세 포가 길고 납작하게 신장되어 피질을 둘러 싸고 있었고, 이들 개개의 편평무핵세포의 직경은 약 0.6μm로 나타났 다. 소피에 의해서 둘러싸인 피질에는 멜라닌과립 (me- lanin granule)들이 고르게 산재되어 분포하고 있었고 이 들의 직경은 약 0.5μm로 측정되었다. 정상적인 모발에서 피질은 모발 직경에 약 3/4정도의 크기로 나타났다. 수질 은 내부가 텅 비어 있는 상태로 관찰되었다 (Fig. 2).

또한, 정상 모발의 표면은 각화된 편평무핵세포가 중 첩되어 마치 지붕의 기와장을 쌓아놓은 것 같은 구조를 하고 있었으며, 소피 표면에는 비늘 (scale)이 전혀 손상됨 없이 존재하고 있었다.

발굴당시 미라의 머리채는 손상되거나 훼손된 부분 없 이 완벽한 상태로 보존되어 있었다. 육안적인 검사에서 두피의 모발은 목뒤의 중심선을 따라 한 갈래로 따서 쪽 을 진 상태였으며, 흑갈색으로 전혀 탈색되지 않았고, 길 이는 약 25-30cm를 유지하고 있었다.

미라의 모발 표면을 초음파세척기 (ultrasonic cleaner) 로 세척한 후 주사전자현미경으로 관찰해 본 결과 모발

Fig. 1. Light micrograph of the cross section of a normal hair

shaft showing ovoid shape. Note that the normal hair shaft devide into cuticle, cortex and medulla (100X).

Fig. 2. Scanning electron micrograph of the cross section of a

normal hair shaft showing well organized cuticle(C), fully developed cortex(Co) and medulla(M). Note that the cuticle is 4μm in diameter and composed of 5 or 7 cuticular cell layers (1,000X).

Fig. 3. Scanning electron micrograph of the mummy's hair

shaft (600X).

의 외부형태는 아주 완벽한 상태로 존재하였고, 모발의 직경은 약 80μm로 나타났다 (Fig. 3). 미라의 모발은 구형 의 형태로 관찰되었으며 머리 피부쪽에서 부터 모발 끝 으로 갈수록 가늘어졌으며, 끝부분의 모발 직경은 약 20 μm로 측정되었다.

또한, 모발의 소피를 구성하는 편평무핵세포들에 의해 서 이루어진 비늘 (scale)은 생존했을 당시의 모양 그대로 완벽하게 유지되어 있었다 (Fig. 3).

미라의 모발 표면을 세척하지 않고 채취한 상태 그대 로 주사전자현미경으로 관찰한 결과 모발표면은 작은 미 립자들에 의해서 피복, 침착되어 있는 것을 확인하였다.

고배율의 주사전자현미경으로 관찰해 본 결과, 이와 같은

Fig. 4. High magnification scanning electron micrograph of

figure 3. The mummy's hair shaft showing imbricated cuticular scale (1,000X).

Fig. 5. Scanning electron micrograph of the mummy's hair

surface appears coated materials (2,000X).

침착물들은 1.5-2μm 두께로 모발에 피복되어 있었다 (Fig. 5).

미라의 모발을 급속동결 절단한 주사전자현미경상에서 모발은 완전한 구형의 형태를 하고 있었으며 내부의 피 질은 전혀 손상되지 않고 잘 보존되어 있는 것을 확인하 였다 (Fig. 6).

투과전자현미경으로 관찰해 본 결과 소피는 5개에서 6 개의 각화된 편평무핵세포들에 의해서 구성되어 있었다.

피질은 macrofibril을 함유하고 있는 각화세포들에 의해서 채워져 있었으며 이들 사이에 멜라닌과립들이 직경이 0.4

㎛인 구형의 형태로 존재하고 있는 것을 확인하였다. 투 과전자현미경상에서도 모발 표면에는 1.5-2μm 두께의 피 복물질들이 관찰되었다 (Fig. 7).

Fig. 6. Scanning electron micrograph of the mummy's hair shaft

after the freeze fracture appears round shape (500X).

Fig. 7. Transmission electron micrograph of a partial of

cuticle(C) and cortex(Co). The cortex are well developed cortical cells and melanin granules(arrow). The outer surface of hair are surrounded to coated inorganic materials (4,000X).

IV. 고 찰

사람은 사망한 시점부터 부패가 진행되기 시작한다. 그

러나, 뼈와 치아, 모발은 인체 조직 중에서 분해가 서서히

그리고 느리게 진행되는 조직들이다. Chang (2004)의 보

고에 의하면 사후 일반 마사토의 토양에 매장된 후 모발

의 풍화현상에 관한 연구에서 모발은 약 30년간의 기간

을 거치면서 형태적인 변화가 일어나게 되는데 매장 후

25년이 경과된 모발의 모양은 마치 고목나무가 썩어서

소피는 모두 벗겨지고 속이 텅 빈 것과 같은 구조를 하고

있다고 보고하였다. 이와 같은 과정이 계속 진행되게 되

면 모발은 완전히 분해되어 형태를 알아 볼 수 없게 된다.

본 연구에서 미라의 모발은 아주 완벽한 상태로 보존 되어 있는 것을 관찰할 수 있었다. 모발 표면의 소피를 구성하는 비늘 (scale)은 거의 손상된 부분 없이 완전한 상태로 존재하였다. 현대인에 있어서 미용을 위하여 모발 에 사용되는 화장품과 같은 화학약품 등의 무절제한 사 용과 페머넌트를 위해서 모발에 가해지는 강한 열에 의 해서 모발은 손상을 받게 된다 (Swift와 Brown, 1972;

Winkins와 Moore, 1982; Chang, 1996; Chang, 2003).

Hong 등 (2000)의 보고에 의하면 손상된 모발은 소피가 박리 되어 떨어지게 되고 속피질이 노출되면서 거대원섬 유 (macrofibril)에 존재하는 멜라닌 과립 (melanin gra- nule) 들이 지속적으로 탈락되는 것으로 알려져 왔다.

본 연구 결과에서 미라의 모발은 현대인의 모발보다 어떠한 인위적인 손상이나 박리현상 없이 완벽하게 보존 되어 있는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과는 미라가 생 존하였던 시대 사람 남녀노소 누구나 머리를 따서 쪽을 짓는 것을 최고의 미로 생각하여 관리해 왔기 때문으로 사료된다.

사람 모발의 형태는 직선모 (straight hair), 파동모 (wavy hair), 곱슬모 (curly hair), 양모 (woolly hair), 말린 모 (peppercorn hair)로 구분된다 (Lantis and Pepper, 1978). 곱슬모는 긴 나선형의 머리채로 나타내며, 양모는 아주 납작한 코일 형태의 나선형으로 이것은 머리채를 형성하지 못한다. 말린모는 흑인에서 나타나는 일반적인 모발형태로 작은 단추모양을 하는 납작한 나선형의 형태 이다 (Stamm 등, 1977; Whiting, 1987). 직선모는 대부분 의 황인종에서 나타나는 모발이다.

본 연구에서 미라의 모발은 일직선상으로 전형적인 직 선모의 형태를 하고 있었다. 그러나 미라의 모발을 현대 의 동일연령대 아이의 모발과 비교해 보면 굵기에 차이 가 나타났다. 미라의 모발은 직경이 약 0.08mm 정도인 반면에 현대아이의 모발은 0.11mm 정도로 굵기가 약 1/4 정도로 더 가늘게 관찰되었다.

이와 같은 모발 굵기의 차이는 개체의 유전적인 요인 에 의해서 좌우되지만 환경적인 요인에 의해서도 나타난 다. 현대인에 있어서 모발이 굵은 이유는 두피의 보호에 있다. 요즘 사람들은 멋과 유행에 따라서 모발을 짧게 자 르거나 변형을 주기 때문에, 두피가 쉽게 노출되어 태양 광선이나 자외선 등에 의해서 손상을 받게 되고, 이와 같 은 손상을 줄이기 위해서 모발이 굵어지게 되는 것으로 사료된다.

V. 결 론

최근에 한국의 중세무덤에서 미라가 발견되었다. 비록, 한국의 전통 매장문화에서 의도적으로 시신을 미라화 (mummification)하지는 않지만, 잘 보존된 미라가 조선시 대의 무덤에서 발견되었다. 지금까지 무덤에서 미라와 함 께 출토된 문서와 의상은 중세시대의 사회상을 재조명하 는데 기초자료로 유익하게 활용되었지만, 미라의 조직학 적 연구는 전혀 이루어지지 않았다. 그래서, 본 연구는 우 선 미라의 모발을 주사 및 투과전자현미경으로 관찰하여 모발의 형태와 미세구조를 확인하였다. 모발을 육안으로 관찰한 결과 모발은 완벽하게 보존되어 있었고, 그 길이 는 약 30㎝로 측정되었다. 광학현미경상에서 가로 절단한 모발의 모양은 원형의 형태로 관찰되었고 직경이 약 80

㎛로 측정되었다. 주사전자현미경상에서 모발의 외부형 태는 전혀 손상된 부분 없이 완벽하게 보존되어있었다.

투과전자현미경상에서 모발은 소피와 피질부위로 뚜렷하 게 구분되었다. 소피의 두께는 약 4㎛로 측정되었고, 5내 지 6개의 소피세포들로 중첩되어 있었다. 피질은 각화세 포들로 채워져 있었으며 이들 사이에 멜라닌과립들이 산 재하여 있었다.

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