수능, 농업직, 농학과, 축산기사, 종자기사 등 대비 생물과학 요약 - 11. 동물의 생식과 발생

11. 동물의 생식과 발생

 

 

 

 

1. 동물의 진화와 다양성

 

① ‌동물은 무척추동물과 척추동물로 구분되며, 무척추동물이 약 96%를 차지한다.

② ‌최초의 육상 척추동물은 양서류이고, 사람을 포함하는 포유류는 파충류에서 진화하였다.

③ ‌지구상에 있는 동물계(kingdom Animalia)는 성체구조의 특성과 배의 발생 형태를 기초로 하여 9개의 동물문으로 나뉜다(교과서 262쪽, 표 11-1 참조).

 

2. 동물의 생식

가. 무성생식

- ‌무성생식(asexual reproduction)은 정자와 난자의 융합 없이 자손을 만드는 생식법이다.

- 동물은 이분열, 출아, 단편분리 등에 의해 무성생식을 한다.

1) 이분열(fission) : 하나의 개체가 두 개의 똑같은 개체로 되는 것(예: 아메바)

2) ‌출아(budding) : 체세포의 일부가 자라나 새로운 개체를 만들어 내는 것(예: 해면, 히드라)

3) ‌단편분리(fragmentation) : 개체가 둘 또는 그 이상으로 쪼개져서 새로운 개체로 재생하는 방법(예: 편형동물)

4) ‌장점 : 짝짓기 없이 자손을 만들 수 있고, 에너지 소비 없이 짧은 시간 내에 많은 자손을 만들 수 있으며, 특정한 유전자형을 빠르고 정확하게 번식시킬 수 있다.

5) 단점 : 무성생식으로 번식한 개체는 멸종의 위험이 높다.

 

나. 유성생식

- ‌유성생식(sexual reproduction)은 반수체(n) 배우자인 정자와 난자가 융합하여 2배체(2n)인 접합자를 만들어 자손을 생산한다.

1) ‌자웅이체(dioecious) : 암컷과 수컷으로 분화되어 각 개체가 한 쪽 성만 갖는 것(예: 사람, 말, 개 등)

2) ‌자웅동체(hermaphrodite) : 동일한 개체에 암컷과 수컷의 생식기관이 모두 존재하는 경우(예: 지렁이, 달팽이 등)

3) ‌체외수정(external fertilization) : 난자와 정자를 몸 밖으로 내어 물에서 수정이 이루어지는 것(예: 수중 무척추 동물, 어류, 양서류)

4) ‌체내수정(internal fertilization) : 정자가 암컷의 생식기 안으로 방출되어 암컷의 몸 안에서 정자와 난자가 합쳐지는 것(예: 대부분의 육상동물)

5) ‌단위생식(parthenogenesis) : 미수정란으로부터 배가 발달하는 것(예: 꿀벌, 진딧물, 개미, 풍뎅이, 물벼룩, 바퀴 등)

 

다. 정자와 난자 형성

1) 정자형성

① ‌정자는 정소의 세정관에서 만들어진다.

② ‌세정관의 맨 바깥쪽에 있는 정원세포가 체세포분열을 하여 제1정모세포가 되고, 제1정모세포는 제1감수분열과 제2감수분열을 거쳐 크기가 같은 네 개의 정세포(반수체)를 생산한다.

③ ‌정세포는 성숙과정을 거쳐 머리·중편·꼬리의 형태를 갖춘 정자(sperm)로 된다.

④ ‌정자 머리에는 첨체(acrosome)가 있고, 난자의 막을 뚫고 들어갈 때에 필요한 가수분해효소를 가지고 있다.

⑤ ‌중편의 미토콘드리아는 꼬리를 움직일 때 필요한 에너지(ATP)를 생산한다.

 

2) 난자형성

① ‌난자는 난소에서 만들어진다.

② ‌난소의 가장 바깥쪽에 있는 난원세포가 체세포분열을 하여 제1난모세포로 된다.

③ ‌제1난모세포는 제1감수분열에 의해 크기가 다른 두 개의 세포가 생기는데 큰 것이 제2난모세포가 되고 작은 것은 세포질 없이 핵만 있으며 이것을 제1극체라고 한다.

④ ‌제2난모세포는 제2감수분열로 다시 큰 난세포와 작은 제2극체를 형성한다.

⑤ ‌제1극체도 제2감수분열을 하나 제2극체와 함께 퇴화한다.

⑥ ‌난세포는 난자(egg, ovum)로 성숙하며 난자는 난황막과 젤리층으로 둘러싸여 있다.

 

라. 수정

① ‌수정(fertilization)은 암·수배우자가 결합하여 2개의 반수체 핵이 융합하는 현상이다.

② ‌정자가 난자에 접근하여 난자의 젤리층과 접촉하면 첨체반응(acrosomal reaction)이 일어난다.

③ ‌첨체반응은 정자 머리부분의 첨체에서 효소가 분비되어 벨리를 녹여 구멍으로 만든 다음 정자의 머리부분이 난황막에 도착하면 정자 표면에 있는 종특이적 단백질 분자가 난황막의 수용체단백질과 결합한다.

④ ‌결합이 이루어지고 나면, 정자는 난황막을 지나 정자의 세포막과 난자의 세포막이 융합되고, 정자의 핵이 난자 안으로 들어간다.

⑤ ‌정자와 난자의 세포막이 융합되면 즉시 난황막이 굳어지면서 세포막으로부터 떨어져 세포막과 난황막 사이에는 물이 차고 난황막은 튼튼한 수정막(fertilization membrane)으로 변하여 다른 정자의 침입을 막아주어 다정자수정이 일어나지 않게 된다.

 

3. 동물의 배발생과 형태형성

가. 난할과 포배형성

① ‌정핵과 난핵이 융합하여 수정이 이루어지면 배발생을 위한 세포분열이 일어나며, 수정란의 세포분열을 난할(cleavage)이라 한다.

② ‌난할은 세포주기에서 G1기와 G2기가 거의 없어 세포분열 속도가 빠르고, 난할에 의해 핵의 수는 2배씩 늘어나지만 세포질은 증가하지 않기 때문에 딸세포(할구, blastomere)의 크기가 작아진다.

③ ‌수정란에서 난황이 많은 쪽을 식물극(vegetal pole)이라 하고, 반대쪽을 동물극(animal pole)이라 한다.

④ ‌난할의 2세포기와 4세포기는 가운데 축을 따라 세포분열을 하며, 8세포기는 적도면을 따라 가로로 분열한다.

⑤ ‌그 다음부터는 종분열과 횡분열이 교대로 일어나며 계속적으로 분열된 할구들은 빈 공간을 가지는 공 모양의 포배(blastura)가 된다.

⑥ ‌포배는 내부공간인 포배강에 단백질과 당류 등이 녹아 있고, 나중에 축소되어 없어진다.

 

나. 낭배형성

① ‌낭배(gastrula) : 포배기를 지나면 세포 이동이 일어나 식물극 근처의 바깥쪽 세포층이 포배강 안쪽으로 접혀 들어가서 3개의 세포층을 이루며 이 시기의 배를 낭배라고 한다.

② ‌낭배의 맨 바깥 세포층을 외배엽(ectoderm), 원장의 벽이 되는 안쪽 세포층을 내배엽(endoderm), 외배엽과 내배엽 사이의 세포층은 중배엽(mesoderm)이라 하며, 이렇게 형성된 배엽층으로부터 조직과 기관이 분화되어 간다.

③ ‌신경배(neurual) : 낭배형성이 끝나면 낭배의 등쪽 중앙부에 있는 외배엽의 일부 세포가 두꺼워지며 신경판이 생기기 시작하고, 신경판은 신경주름을 만들고 신경관이 되며, 신경관은 나중에 뇌와 척수가 된다. 이 시기의 배를 신경배라 한다.

 

다. 기관형성

① ‌낭배형성에 이어서 각 배엽층의 세포는 조직 및 기관으로 분화하기 시작한다.

② ‌외배엽의 신경관은 중추신경을 형성하여, 앞부분은 뇌로 발달하고 나머지 부분에서는 척수가 발생하며, 표피·신경계·감각기관 등이 형성된다.

③ ‌내배엽에서는 원장이 소화관을 형성하고 간·이자·소화샘 등이 만들어지며, 호흡기관이 분화된다.

④ ‌중배엽에서는 체강이 생기고 척색이 만들어지며, 근육·뼈·심장·혈관·생식소 등이 분화한다.

⑤ ‌모든 발생의 단계는 세포와 세포 사이, 또는 세포층 사이의 신호에 의해 조절되며, 이 신호는 배세포에게 언제 무엇을 해야 하는지를 정확하게 지시하고, 어떤 한 세포군이 가까운 다른 세포군의 발달에 영향을 주는 것을 유도(induction)라고 한다.

 

라. 패턴형성

① ‌패턴형성(pattern formation)은 분화된 조직과 기관들이 모두 제자리에 있게 됨으로써 동물의 체형이 결정되는 것을 말한다.

② ‌패턴형성은 위치를 결정하는 화학적 신호와 조절유전자에 의해 이루어진다.

 

4. 사람의 발생

① ‌사람의 발생도 다른 포유류와 같은 과정으로 이루어진다.

② ‌정자와 난자는 자궁관 내에서 수정되며, 수정 후 2주 된 배아는 2개월 자라 태아가 되며 10개월이 지나면 신생아가 되어 태어난다. 수정 후 6개월 된 태아는 보육기에서 생존이 가능하다.

③ ‌출생 후의 발생과정(출생, 유아, 어린이, 사춘기, 성인)은 주로 성장하는 것이며, 두드러진 형태형성은 없다.

 

5. 동물의 노화

① ‌손상된 조직이 원래의 조직이 아닌 결합조직으로 대체되기 때문에 남아 있는 원래 조직의 부담이 커진다.

② ‌동맥경화 관절이 경직화 피부탄성의 저하에서 볼 수 있는 것처럼 결합조직 내의 세포 간 기간물질 중 콜라겐섬유가 증가한다.

③ ‌호르몬 균형의 변화는 여러 조직의 기능저하와 결부된다.

④ ‌세포노화에 따라서 대사산물이 세포 내에 축적되기 때문에 세포는 기능저하와 퇴화를 일으키게 된다.

⑤ ‌염색체의 양끝에서 염색체를 보호하는 텔로미어의 길이가 줄어드는 것이 노화와 밀접한 관련이 있다.

⑥ ‌산소 가운데 1∼4%는 인체에 유해한 활성산소로 남게 되고, 이 활성산소가 특정 단백질과 결합해서 염색체를 파괴하고 노화가 일어난다.

 

 

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▣ 학습문제

 

1. 동물은 9개의 문으로 구분되는데, 물고기는 에 포함된다.

① 척추동물 ② 절지동물

③ 환형동물 ④ 연체동물

 

2. 수정란의 세포분열을 특히 난할이라 한다. 난할에 관한 설명으로 는 것은 사실이 아니다.

① 난황이 적은 쪽에서 난할이 빨리 일어난다

② 식물극 쪽에서 난할이 더 빨리 일어난다

③ 난할에 의해 생긴 딸세포는 크기가 작다

④ 동물극 쪽은 식물극 쪽에 비해 할구 수는 많은 반면 크기는 작다

 

3. 동물의 배발생은 낭배의 외배엽·내배엽·중배엽으로부터 조직과 기관이 분화한다. 은(는) 내배엽으로부터 발달한 기관이다.

① 근육 ② 뇌

③ 감각기관 ④ 소화기관

 

4. 동물의 배발생은 의 순서로 이루어진다.

① 난할 → 낭배 → 포배 → 기관형성

② 난할 → 포배 → 낭배 → 기관형성

③ 난할 → 기관형성 → 낭배 → 포배

④ 난할 → 기관형성 → 포배 → 낭배

 

5. 동물의 배발생에서 분화된 조직과 기관들이 모두 제자리에 있게 됨으로써 동물체형이 결정되는 것을 이라 하며, 이는 세포의 위치정보와 관계된다.

① 가역적 발생 ② 재생력

③ 패턴형성 ④ 분화의 단계성

 

 

6. 동물과 식물의 배우자 형성에 대한 설명으로 바른 것은?

① ‌동물과 식물 모두 하나의 생식모세포로부터 암배우자는 1개, 수배우자는 4개 만들어진다.

② ‌동물과 식물 모두 하나의 생식모세포로부터 암배우자는 4개, 수배우자는 1개 만들어진다.

③ 동물과 식물 모두 각 배우자 세포에서 2회의 핵분열이 일어난다.

④ 동물과 식물 모두 각 배우자 세포에서 3회의 핵분열이 일어난다.

 

7. 정자와 난자가 융합하는 동물의 수정에는 정자의 ㉠ 반응, 난자의 ㉡ 반응이 중요한 역할을 하며, 한 개의 정자가 수정되고 나면 수정파, 수정막, 투명층 등에 의해 다정자 수정을 막아 준다.

① ㉠ 첨체 ㉡ 표층 ② ㉠ 표층 ㉡ 첨체

③ ㉠ 수정구 ㉡ 위란강 ④ ㉠ 위란강 ㉡ 수정구

 

8. 동물의 노화와 관련이 없는 것은?

① 호르몬의 균형이 변화한다.

② 세포 간 기질물질 중 콜라겐 섬유가 증가한다.

③ 결합조직의 손상부위는 근육조직으로 대체된다.

④ 대사산물이 세포 내에 축적된다.

 

9. 사람이 노화함에 따라 저하가 가장 심한 기능은?

① 신경전달속도 ② 뇌로 가는 혈액공급량

③ 운동 시 최대산소흡입량 ④ 신장의 여과율

 

10. 동물극과 식물극은 어떻게 다른가?

① 난황이 많은 쪽이 식물극이다.

② 난황이 많은 쪽이 동물극이다.

③ 식물극에서 난할이 빨리 일어난다.

④ 동물극은 식물극보다 할구 수가 적으나 크기가 크다.

 

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▣ 정답 및 해설

 

1. ① 척추동물문에는 원구류, 연골어류, 경골어류, 양서류, 파충류, 조류, 포유류 등 7개의 강(class)이 있다.

2. ② 수정란의 난할(세포분열)은 보통의 세포분열과 비교하여 G1기와 G2기가 거의 없거나 매우 짧아 세포분열 속도가 빠르고, 또한 난할에 의해 핵의 수는 2배씩 늘어나지만 세포질은 증가하지 않으므로 딸세포(할구)의 크기가 작다. 수정란에서 난황이 많은 쪽을 식물극이라 하고, 그 반대쪽을 동물극이라고 하는데, 난할은 동물극 쪽에서 더 빨리 일어난다.(교과서 271~272쪽)

3. ④ 외배엽에서는 뇌가 발달하고 척수가 발생하며, 표피·신경계·감각기관 등이 형성된다. 내배엽으로부터는 소화관이 형성되고, 간·이자·소화샘 등이 만들어진다. 중배엽에서는 체강이 생기고 척색이 만들어지며, 근육·뼈·심장·혈관·생식소 등이 분화한다.(교과서 274쪽)

4. ② 동물의 배발생은 속이 빈 공간이 있는 포배를 만들고, 포배가 함몰하여 왜배엽·내배엽·중배엽 등 3개의 배엽층으로 된 낭배를 형성하며, 각 배엽층으로부터 조직과 기관이 형성된다. 배발생은 예정된 운명을 따른다. 예정운명이란 외배엽·내배엽·중배엽에서 분화할 기관이 처음부터 정해져 있다는 것이다.(교과서 272~274쪽)

5. ③ 동물의 체형을 결정하는 패턴형성은 위치를 결정하는 화학적 신호와 조절유전자에 의해 이루어지는데, 화학적 신호를 통해 다른 세포에게 위치정보를 전달하는 패턴형성 세포층이 있다.(교과서 276쪽)

6. ① 동물과 식물의 배우자 형성에서 하나의 생식모세포로부터 암배우자(동물은 난자, 식물은 난세포)는 1개, 수배우자(동물은 정자, 식물은 정세포)는 4개가 만들어진다. 그런데 동물은 제1감수분열에서 크기가 다른 딸세포(제2난모세포와 극체)가 생기며, 식물은 대포자가 3번 체세포분열하고, 소포자가 2번 체세포분열한다.(교과서 219~220, 267~269쪽)

7. ① 첨체반응은 정자 머리부분의 첨체에서 효소가 분비되어 난자의 젤리층을 녹여 구멍을 만드는 것이고, 난자에서 일어나는 표층반응은 정자가 난자에 들어가도록 하고 다정자수정을 막아 준다.(교과서 269~270쪽)

8. ③ 근육조직의 손상부위가 결합조직으로 대체된다. 따라서 다른 근육조직의 부담이 커져서 노화가 일어난다.(교과서 279쪽)

9. ③ 75세된 남자는 30세의 남자와 비교하여 척수신경의 신경섬유수가 1/3밖에 되지 않으며, 뇌로 가는 혈액공급량과 심장의 혈액 압출량은 20~30% 떨어지고, 운동 시 최대 산소흡입량 등 폐기능은 절반 수준이다.(교과서 279쪽)

10. ① 동물의 수정란에서 난황(배발생에 필요한 영양물질)이 많은 쪽을 식물극이라 하고, 그 반대쪽을 동물극이라고 하며, 난황이 적은 동물극에서 난할이 더 빨리 일어난다. 난할의 첫 번째와 두 번째는 동물극과 식물극을 연결하는 축을 따라 종분열을 하며, 세 번째는 적도면을 따라 횡분열을 한다. 그 다음부터는 종분열과 횡분열이 교대로 일어난다.(교과서 272쪽)