수능, 농업직, 농학과, 축산기사, 종자기사 등 대비 생물과학 요약 - 13. 동물의 자극수용과 체내조절

제13장 동물의 자극수용과 체내조절

 

 

 

 

 

1. 동물의 자극수용

 

① ‌동물은 특수하게 분화한 감각세포로 구성된 여러 가지 자극수용기(감각기관)를 가지고 있어서 몸 안팎의 물리·화학적 변화를 인식할 수 있다.

② ‌자극수용기는 수용하는 자극의 종류에 따라 기계적 감각 수용기(촉각·압각·청각·평형각·중력각 등), 광수용기, 화학수용기(맛·냄새), 온도수용기 등으로 구분된다.

 

가. 피부에 있는 수용기

① ‌동물의 피부는 외부환경과 접해 있는 가장 바깥쪽 기관이며, 포유류의 피부에는 접촉과 압력에 대한 감각수용기가 분포해 있다.

② ‌압각 : 피부 깊숙이 마치니소체(Mazzini corpuscle)와 파치니소체(Pacinian corpuscle)가 담당하며, 이 수용기들은 압력을 받으면 수용기 세포 안에 들어 있는 액체의 형태가 변하고 여기에 연결된 신경에서 활동전위가 발생한다.

③ ‌촉각 : 마이스너소체(Meissner’s corpuscle)와 메르켈소체(disc of Merkel)에 의해 감지되며, 입술과 손가락 끝같이 털이 없는 부위에 특히 많이 분포한다.

④ ‌온도수용기 : 피부에는 온도수용기인 크라우제소체(Krause’s bulb)와 루피니소체(Ruffini’s corpuscle)가 있어 차가움과 뜨거움을 감지한다.

 

나. 광수용기

① ‌포유류의 눈은 빛을 인지하는 광수용기이며, 눈으로 들어오는 빛의 양은 홍채에 의한 동공의 크기 변화로 조절된다.

② ‌시세포 : 눈의 망막은 여러 종류의 세포로 구성되어 있으며, 빛은 뉴런층을 지나 시세포(광수용체)에 도달하고, 시세포에는 원추세포(물체의 색깔을 구별)와 간상세포(빛을 구별)가 있다.

③ ‌시각과 행동 : 시각은 행동을 유발하는 직접적인 자극이며, 빛깔이 행동을 유발하는 경우도 있다.

 

다. 맛과 냄새의 수용

 

1) ‌포유동물은 먹이를 주로 혀의 미각에 의한 맛과 코의 후각에 의한 냄새로 판단하고, 곤충은 체표면·입·더듬이(촉각)·앞발 등에 미각과 후각을 감지하는 화학수용기가 발달하였다.

 

2) 미각

① ‌포유동물의 혀에는 약 10,000개의 유두가 있고, 유두에는 미뢰(맛봉오리)가 있으며, 1개의 미뢰에 약 250개의 미각세포가 있어 쓴맛·짠맛·신맛·단맛을 식별한다.

② ‌어류의 미각은 체표면에 분포하여 미각세포가 먹이를 찾는 데 도움이 되는데, 어류는 미각과 후각의 구별이 없고, 단지 민감성과 감각중추의 위치에 따라 구별된다.

 

3) 후각

① ‌사람의 후각 수용기는 콧속 위쪽에 약 60만 개의 후각세포로 냄새를 감지한 후 각 중추에서 통합되며, 약 1만 가지의 냄새를 식별할 수 있다.

② ‌동물들은 발정기에 특별한 냄새를 발산하여 상대를 유인하는데 이렇게 종족 안에서 정보전달에 쓰이는 물질을 페로몬(pheromone)이라 한다.

 

라. 청각과 평형감각

 

1) 청각

① ‌사람의 귀는 청각수용기로서 소리(음파)가 귓구멍으로 들어와 고막을 진동시키면, 이 진동이 청소골을 지나 내이의 청신경을 거쳐 뇌에 전달된다.

② ‌동물의 감각 중 청각이 차지하는 비중은 크며, 의사전달과 행동의 결정을 나타낸다.

 

2) 평형감각

① ‌내이에 있는 세반고리관과 세반고리관 아래쪽의 소낭과 통낭에서 몸(머리)의 균형을 감지한다.

② ‌3개의 반고리관 안에 있는 유모세포(감각세포)는 뉴런과 연결되어 있고, 머리가 움직이는 방향에 따라 반고리관 안에 림프의 흐르는 방향이 달라지며, 이것이 유모세포에 있는 섬모를 자극하면 신경세포가 이것을 감지하여 그 정보가 대뇌에 전달된다.

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2. 동물호르몬과 화학적 조절

1) ‌동물의 호르몬(hormone) : 내분비계에서 생산되어 혈액으로 분비되는 화학물질로 표적세포에 작용하여 세포의 대사 활성을 조절한다.

 

2) 호르몬 : 대사율, 성장, 발달, 생식 등에 모두 관여한다.

 

3) ‌척추동물의 내분비계 : 12개 이상의 내분비선으로 이루어져 있다.(교과서 324쪽, 표 13-1 참조)

 

4) 호르몬의 작용 메커니즘

① ‌스테로이드호르몬(에스트로겐·코티솔·알도스테론 등)은 표적세포 안으로 들어가서 특정 수용체와 복합체를 형성한 후 DNA의 특정 부위(엔핸서)에 결합하여 유전자의 전사를 촉진시킨다.

② ‌펩티드호르몬(인슐린·에피네프린·부신피질자극호르몬·항 이뇨호르몬 등)은 세포막을 투과할 수 없어 세포막에 있는 수용체와 결합하여 일련의 신호전달과정을 통해 세포 안의 특정 단백질(효소)이 활성화되어, 특정 화합물이 합성되거나 특정 유전자의 활성화가 일어난다.

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3. 동물의 체내환경조절

① ‌고등동물은 내부환경을 일정한 상태로 유지하는 능력이 있으며 이를 항상성(homeostasis)이라 한다.

② ‌동물의 체온조절(thermoregulation), 삼투조절(osmoregulation), 배설(excretion)은 항상성 유지에 관여하는 중요한 과정이다.

 

가. 체온조절

1) 내온성 동물(항온동물, endotherm)의 체온조절

① ‌호기성(산소) 호흡에서 ATP가 합성될 때 열이 발생한다.

② ‌근육의 떨림을 일으켜서 열을 발생하게 한다.

③ ‌갈색지방조직에는 미토콘드리아가 많이 있으나 호흡에 의한 ATP생성이 거의 없어 갈색지방이 산화할 때 많은 열을 발생한다.

 

2) 체온의 내적 조절(체온유지를 위한 방법)

① ‌체온이 낮아지면 자율신경계의 활성화로 혈관의 수축, 땀샘조절, 에피네프린의 분비를 통한 세포의 대사를 조절한다.

② ‌또한 뇌하수체를 통해 갑상선의 티록신 분비를 촉진하여 세포의 대사 활성을 증가시켜 열의 발생을 높인다.

③ ‌대뇌는 체온유지를 위한 행동을 개시하게 되며, 시상하부의 근육의 떨림을 일으켜 열을 발생하게 된다.

 

3) 외온성 동물(변온동물, ectotherm)의 체온조절

① ‌대사활동이 낮아 내온성 동물보다 먹이량이 적어도 충분히 생활할 수 있다.

② ‌열의 원천이 몸 밖에 있어 밤이나 추운 계절에 활동이 제한된다.

③ ‌파충류는 햇빛을 쪼이면 열을 흡수하여 한낮 햇빛량이 많을 때는 비스듬히 있으면서 열의 흡수를 줄이고, 아침·저녁은 빛의 방향을 수직으로 하여 열의 흡수를 높인다.

 

나. 삼투조절

 

1) 신장의 구조와 기능

① ‌주먹만한 크기의 강낭콩 모양으로 척추의 앞쪽으로 좌우 1개씩 있다.

② ‌신장(kidney, 콩팥)은 배설계의 주요 처리장소로 혈액을 여과하여 오줌을 만들어 배설하며, 그 과정에서 물과 포도당, 염류, 아미노산 등의 중요한 용질이 혈액으로 재흡수됨으로써 영양물질의 손실을 막고 혈액의 삼투압을 일정하게 유지한다.

③ ‌신장의 바깥 부분인 피질에는 신장의 구조 및 기능적 단위인 신단위(nephron, 네프론)가 약 100만 개 있다.

④ ‌신장의 안쪽 부분인 수질에는 신우가 있어 신단위에서 오는 오줌을 수뇨관으로 흐르게 한다.

⑤ ‌오줌(urine)은 신단위에서 만들어지며 오줌의 주성분은 요소(urea)이고, 단백질과 아미노산대사에서 생성된 암모니아가 요소회로(urea cycle)에서 합성된다.

 

2) 신장의 기능조절

① ‌혈액의 수분함량(삼투압)은 뇌의 시상하부에서 조절되는데 혈액에 수분함량이 적으면 항이뇨호르몬(ADH)이 분비되어 물의 재흡수가 이루어지고 수분함량이 많으면 오줌으로 배설된다.

② ‌신장의 중요한 기능은 배출된 물질의 능동적인 재흡수를 통해 혈액(체액)의 삼투압을 조절하는 것이다.

 

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4. 동물의 면역체계

가. 동물의 방어능력

 

1) 제1방어 : 피부와 표피의 점막

 

2) 제2방어 : 혈액의 보체(complement protein, 항균 단백질), 염증반응

 

3) 제3방어 : 면역계

 

나. 면역 획득

 

1) ‌면역(immune) : 홍역이나 천연두에 감염된 사람은 또다시 같은 질병에 걸리지 않는 것은 이들 병원균에 대해 면역되었기 때문이다.

 

2) ‌항원 : 면역반응을 유도하는 물질(예: 바이러스, 박테리아, 곰팡이포자, 암세포, 꽃가루 등)

 

3) ‌항체 : 체내에 침입한 항원에 반응하여 이들을 불활성화시키기 위해 만들어 내는 물질을 말한다.

 

4) ‌면역반응 : 림프세포가 항원을 인식한 후 항원을 무력화시키기 위한 항체를 생산하는 반응을 말한다.

 

5) ‌클론선택설(clonal selection theory) : 수많은 항원에 대하여 각각의 항체가 생산되는 것으로 림프구(B림프구)에는 특정 항원만 인식할 수 있게 기능적으로 분화된 여러 가지 계통(클론, clone)이 있어 항원마다 다른 항체를 생산할 수 있다.

 

다. B림프구와 T림프구

 

1) ‌림프구 : 림프계에 있는 백혈구로 면역반응을 일으키는 세포(예: B림프구, T림프구)

 

2) B림프구

① ‌골수(bone marrow)의 줄기세포(stem cell)에서 분화되어 골수에서 성숙한 세포

② ‌항원을 인식한 B림프구는 분열을 계속하면서 형질세포(plasma cell)와 기억세포(memory cell)로 분화한다.

③ ‌형질세포는 항체를 생산해 혈액으로 방출하고, 항체와 결합한 항원은 불활성화되어 제거된다. 즉, 감염으로 회복되거나 일정시간이 지나면 형질세포는 사라진다.

④ ‌기억세포는 오랫동안 남아서 다음에 다시 같은 항원이 나타났을 때에는 보다 수많은 형질세포로 전환하여 처음보다 많은 양의 항체를 신속하게 생산해 내며 이러한 면역반응을 체액성 면역(humoral immunity)이라고 한다.

 

3) T림프구

① ‌골수의 줄기세포에서 분화되어 가슴샘으로 이동하여 가슴샘에서 분비되는 티모신(thymosin)에 의하여 성숙한 세포

② ‌T림프구에는 보조 T세포와 독성 T세포가 있다.

③ ‌보조 T세포(helper T-cell)는 항원을 만나면 인터루킨(interleukin)이라는 물질을 분비하여 B림프구가 형질세포로 분화하는 과정과 독성 T세포의 활성화를 촉진한다.

④ ‌보조 T세포가 항원을 포식한 대식세포를 만나면 주요 조직적합복합체(major histocompatibility complex)의 변화를 인식하여 세포분열과 분화가 일어나 보다 많은 보조 T세포와 독성 T세포 및 기억세포들이 만들어진다.

⑤ ‌독성 T세포(cytotoxic T-cell)는 세포막에 있는 수용체(항체)로 몸속에 침입한 주요조직적합복합체가 다른 세포와 결합하여 그 세포를 죽이며 이 면역반응을 세포성 면역(cellular immunity)이라고 한다.

 

라. 면역성 질병

① ‌고초열(hay fever), 알레르기(allergy)는 항체에 의해 비만세포(mast cell)로부터 알레르기 유발물질인 히스타민 분비를 유도하여 생기는 질환

② ‌후천성면역결핍증(acquired immune deficiency syndrome, AIDS)은 RNA 바이러스에 의한 질병으로 이 바이러스가 침입하면 항원으로 인식되지 않을 뿐만 아니라 보조 T세포에 침입하여 보조 T세포의 수가 줄어들고 B림프구의 항체생산이 저해되어 나타나는 증상

③ ‌암세포(cancer cell)는 몸을 구성하고 있던 세포에서 어떤 원인으로 유전적 변이를 일으켜 나타난 증상

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▣ 학습문제

 

1. 사람의 귀에서 는(은) 우리 몸의 균형을 유지하는 기능을 가졌다.

① 고막 ② 중이

③ 유스타키오관 ④ 내이

 

2. 피부에는 여러 가지 형태의 접촉과 온도변화를 감지하는 감각수용기가 있다. 다음 중 연결이 잘못된 것은 이다.

① 통증 ― 루피니소체 ② 온도 ― 크라우제소체

③ 접촉 ― 마이너스소체 ④ 압력 ― 파치니소체

 

3. 동물의 호르몬은 스테로이드호르몬과 펩티드호르몬으로 구별된다. 펩티드호르몬인 은(는) 항이뇨호르몬이다.

① 아드레날린 ② 알도스테론

③ 바소프레신 ④ 레닌

 

4. 우리 몸의 면역감시 기능은 을 말한다.

① 림프구가 혈액에서 병원성 박테리아를 찾아 내는 것

② B림프구가 항체를 분비하여 혈액에 침입한 병원균을 퇴치하는 것

③ T림프구가 항원을 인식하여 B림프구의 분화를 촉진시키는 것

④ 면역시스템이 암세포와 같이 형질이 전환된 세포를 찾아서 불활성화시키는 것

 

5. 우리 몸에서 항원을 인식하는 림프구는 B림프구와 T림프구가 있다. B림프구에서 방출되는 항체는 .

① 단백질로서 크기가 같은 4개의 단위체로 되어 있다

② 항체 1분자는 2개의 항원과 결합할 수 있다

③ 정상부를 구성하는 4개의 단위체가 모두 다르다

④ 세포성 면역을 나타낸다

 

 

6. 고양이나 개의 수컷은 배설물로 자신의 영역을 표시하며, 발정기에는 특별한 냄새를 발산하여 상대를 유인한다. 이와 같이 종족 안에서 정보전달에 쓰이는 물질은?

① 호르몬 ② 페로몬

③ 봄비콜 ④ 피토크롬

 

7. 박쥐가 어둠 속에서 먹이를 잡고 날아다닐 수 있는 이유는?

① 신경전달물질의 함량이 많기 때문이다.

② 페로몬의 함량이 많기 때문이다.

③ 초음파를 발생시키기 때문이다.

④ 눈의 간상체가 많기 때문이다.

 

8. 동물의 체내에서 세포와 체액의 삼투압이 일정하게 유지되는 생명현상은?

① 엑소시토시스 ② 피노시토시스

③ 엔도시토시스 ④ 호메오스타시스

 

9. 오줌의 주성분은 ㉠ 이고, 이것은 단백질과 아미노산대사에서 생성되는 ㉡

로부터 요소회로를 거쳐 합성된다.

① ㉠ 암모니아(NH3) ㉡ 요소

② ㉠ 소금(NaCl) ㉡ 요소

③ ㉠ 요소 ㉡ 소금(NaCl)

④ ㉠ 요소 ㉡ 암모니아(NH3)

 

10. 백혈구에 대한 설명으로 잘못된 것은?

① 식작용을 한다.

② 암세포를 제거한다.

③ 헤모글로빈이 있어 산소를 운반한다.

④ 염증반응에 관여한다.

 

 

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▣ 정답 및 해설

 

1. ④ 사람의 귀는 외이, 중이, 내이의 3부분으로 구성되며, 내이에 있는 세반고리관(삼반규관)과 소낭 및 통낭에서 몸(머리)의 균형을 감지한다.(교과서 321~322쪽)

2. ① 포유류의 피부에는 접촉과 압력에 대한 감각수용기가 분포해 있다. 압각은 마치니소체와 파치니소체가 담당하고, 촉각은 마이너스소체와 메르켈소체에 의해 감지되며, 차가움과 뜨거움 등 온도는 크라우제소체와 루피니소체가 감지한다.(교과서 316~317쪽)

3. ③ 바소프레신(항이뇨호르몬)은 신체가 수분을 필요로 할 때, 신장에서 물의 재흡수를 촉진하여 오줌의 양을 줄여 주며, 이것의 분비가 부족하면 당뇨병 증세가 나타난다.(교과서 326쪽)

4. ④ 면역감시는 동물체 내에서 암세포와 같은 변이세포가 새로운 항원으로 되는 것을 막아 주는 면역시스템을 말한다.(교과서 342쪽)

5. ② B림프구의 세포막에는 특정 항체가 있어서 항원을 인식하며, 항원과 결합하면 활성화된다. 활성화된 림프구는 세포분열과 동시에 분화가 일어나 형질세포와 기억세포가 생성되며, 형질세포가 항체를 생산한다. 각 항체마다 항원결합부위가 2개씩 있다. 따라서 1개의 항체가 2개의 항원과 동시에 결합할 수 있다.(교과서 338~339쪽)

6. ② 화학적 신호를 유발하는 화학물질을 페로몬(pheromone)이라 하며, 페로몬은 같은 종 내에서 다른 개체의 행동에 영향을 주게 된다. 봄비콜(bombikol)은 암나방(Bombyx moth)에서 발산되는 성유인물질로 페로몬의 일종이다.(교과서 319, 321쪽)

7. ③ 박쥐는 초음파를 발생시켜 어둠 속에서도 날아다니고 먹이를 잡는다.(교과서 321쪽)

8. ④ 항상성(homeostasis, 호메오스타시스)은 동물이 체온조절과 삼투조절 및 배설 등으로 체내 환경을 항상 일정한 상태로 유지하려는 생명현상을 말하며, 이는 내부환경을 변화시키려는 외부의 힘과 이러한 변화에 대처하는 내부 조절 메커니즘 사이의 상호작용에 의해 나타나게 된다.(교과서 331쪽)

9. ④ 오줌은 신장의 신단위에서 만들어지며, 오줌의 주성분은 요소이다. 요소는 독성이 적고 많은 질소를 포함하고 있으며 일시적으로 몸 안에 축적할 수 있다.(교과서 334쪽)

10. ③ 백혈구는 식작용(대식세포, 호중성백혈구)을 하고 암세포 등을 제거(T림프구, 대식세포, NK세포)하며, 염증반응(호산성백혈구, 호염기성백혈구, 비만세포)을 일으킨다.(교과서 309쪽)

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