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발생학 (Embryology)

[ 목차 ]

　

  • 개요

    • 생식

      • 생식(reproduction)이란 한 생물 개체가 자신과 같은 종의 개체를 만들어 내는 것을 의미한다.

      • 약 40억 년 전 지구상에 원시 생물체가 출현한 이후로 모든 생물은 끊임없이 자신과 닮은 후손을 만들고 진화하였다. 자신의 후손을 남기고자 하는 기능은 자기 보전, 적응과 더불어 생물체의 3대 욕구중 하나이다.

      • 생식 방법에는 무성생식과 유성생식이 있다.

      • 무성생식은 아메바나 세균처럼 단일 세포가 둘로 분열하여 딸세포를 만드는 방법이고 유성생식은 남성과 여성이라는 두 배우자 간에 정자와 난자가 결합한 수정(fertilization)이라는 과정을 통해 유전물질을 교환하여 새로운 세트의 유전자를 가진 후손을 만드는 방법이다.

      • 유성생식을 통해 생물은 보다 다양한 유전자를 발달시키고 서로 교환할 수 있게 되었으며 변화하는 환경에 적응하기가 더욱 용이해졌다.

    • 생식 과정의 이해

      1. 세포

        • 모든 생물은 바이러스를 제외하고 기본적으로 세포로 이루어져 있다.

        • 세포는 유전물질을 담고 있는 핵과 각종 단백질을 지니고 생명현상을 일으키는 세포질로 구성된다.

        • 생물의 유전물질은 핵 안에 들어있는 디옥시리보핵산(DNA)라고 하는 물질이며 이 핵산은 네 종의 염기(아데닌, 구아닌, 티민, 시토신)로 이루어져 있다.

        • 이 염기의 서열이 유전정보를 구성하며 생명의 근원인 단백질의 합성과 조절을 규정한다.

        • DNA는 핵 속의 염색체(chromosome)속에 들어 있는데 사람을 포함한 동물의 염색체는 두 쌍으로 되어 있다.

          • 하나는 어머니, 다른 하나는 아버지로부터 얻은 것이다.

        • 사람 세포의 염색체는 성세포(정자, 난자)를 제외하고는 23쌍, 모두 46개이다.

        • 이 전체 유전정보를 게놈(genome)이라고 부른다.

        • 성세포가 만들어질 때는 23쌍의 염색체 중 한 짝씩만 들어가(감수분열) 수정을 통해 새로운 배우자를 만나면서 다시 23쌍의 완전한 짝을 갖추게 된다.

      2. 세포 주기와 세포분화

        • 주기

          • 정상적인 유핵세포는 성장하고 분열하는 과정을 거치는데 이것을 세포주기(cell cycle)라 한다.

          • 세포주기는 G1-S-G2-M의 네 단계로 구분되는데

          • G1기에서는 DNA합성에 필요한 준비를 하며 S기에서는 DNA를 합성하고 G2기에서는 세포가 분열할 준비를 하며 M(mitosis)기에 세포가 분열하여 두 개의 딸세포로 갈라진다.

          • M세포와 G1기 사이에는 휴지기(G0)기가 있는데 대부분의 세포는 분열할 필요가 있기 전까지는 이 단계에 머물게 된다.

        • 분화

          • 모든 세포는 수정란으로부터 출발하여 분열하면서 각기 다른 모양과 기능을 가진 세포로 만들어진다.

          • 이를 분화(differentiation)과정이라고 하며 특히 수정란으로부터 개체의 모습을 갖추게 되는 과정을 배발생(embryogenesis)이라고 한다.

          • 이 과정은 특정한 유전자가 발현되고 다른 유전자는 억제되는 방식을 통해 이루어지며 결과적으로 혈액 속의 적혈구와 피부의 상피세포, 뇌의 신경세포처럼 전혀 다른 세포가 된다.

          • 즉 사람을 구성하는 수십 조 개의 세포는 전체 유전정보를 모두 가지고 있지만 각기 역할에 따라 그 일부만 발현시키고 있는 것이다.

          • 따라서 이를 거꾸로 돌리면(역분화) 하나의 세포로부터 전 개체를 다시 만들어낼 수도 있다.

          • 지금까지는 이런 능력을 갖춘 유일한 세포는 수정란으로 생각되었지만 이제 어느 체세포든지 그런 기능을 가질 수 있게끔 조작이 가능해진 것이다. 이것이 바로 체세포 복제의 의미이다.

      3. 난자, 정자 및 수정

        • 수컷의 정자와 암컷의 난자가 서로 만나 수정함으로써 새로운 생명이 탄생하게 된다.

        • 사람의 정자는 50∼70μm으로 긴 꼬리를 가진 올챙이 모양이며, 머리·중편(midpiece)·꼬리의 세 부분으로 나뉜다.

        • 두부에는 부친의 유전정보가 DNA로 저장된 반수체 염색체(23개)를 포함하고 있으며 머리 끝의 첨체에는 정자가 난자로 돌입할 때 난막을 녹이는 역할을 하는 리소자임 효소가 있다.

        • 꼬리는 미토콘드리아의 에너지를 사용해 꼬리를 흔들며 전진하는 편모 운동으로 정자에 추진력을 제공한다.

        • 난자는 구형 또는 타원형의 모양을 한 인체 최대의 세포로 육안으로도 보인다.

        • 난자는 난황과 핵으로 되어 있으며, 주위를 투명한 막과 방사상으로 배열된 세포가 감싸고 있다.

        • 원형질막 바로 바깥에 난황막이 있으며 그 주변을 투명대(zona pellucida)가 둘러싸고 배란시에는 방사관(corona radiata)이라 불리는 여포세포들에 의해 다시 둘러싸인다.

        • 수정이 되려면 정자는 이러한 막구조들을 모두 통과해야 한다.

        • 수정이 되면 정자의 핵과 난자의 핵은 서로 합쳐져서 46개의 염색체를 지닌 융합핵이 된다.

        • 이때부터 수정란은 활발한 분열을 시작하여 마침내 많은 미분화된 세포를 가진 배반포(balstocyte)가 되어 자궁에 착상하게 된다.

        • 이 때부터 임신이 시작된다.

      4. 배발생

        • 수정후 수정란은 활발한 분열을 한다.

        • 이를 난할(cleavage)이라고 부르며 그렇게 나뉘어진 세포들을 할구라 한다.

        • 이 할구들이 어떤 원인으로 서로 분리되면 각기 다른 개체로 발생하는데 일란성 다태아(쌍둥이)는 이렇게 태어나는 것이다.

        • 이들도 서로에 대해 일종의 복제품(clone)이라 말할 수 있다.

        • 인공수정한 수정란을 이렇게 물리적으로 분리하여 유전적으로 동일한 동물의 복제품을 얻는 연구는 오래 전에 성공을 거두었으며(배분리 기술) 또한 수정란의 핵을 다른 할구의 핵으로 치환하여 완전한 개체를 발생시킬 수 있게 되었다. 수정란은 이렇게 여러 세포가 덩어리진 상실기(morula)시기를 거쳐 착상할 때쯤이면 세포가 두 층으로 갈라지는 배반포(blastocyte)가 된다. 이때부터 각 세포층은 각기 다른 기관이나 장기로 분화될 준비를 시작하며 수정 후 2주 가량이 지나면 외배엽과 내배엽이 만들어지고 장차 태아의 모든 부분을 만들 원기(embryonic disc)를 형성한다. 이 시기의 세포들은 배아기간세포(embryonic stem cell)이라고 불리는데 장차 각 기관으로 분화해 나가는 기본 세포이기 때문에 각종 질병들의 치료에 있어 유용하게 쓰일 수 있다. 이후 장배기(gastrula)시기를 거친 배아는 각종 기관과 사지가 형성되면서 성체와 비슷한 모양을 갖춘 태아(fetus)가 된다.

    • 분화

    • 수정, 복제배아 및 처녀생식의 차이

    • 처녀생식

      • 처녀생식이란 말은 얼핏 생각하면 ‘처녀가 아이를 낳는다‘는 뜻으로 오해될 수 있다. 실제로는 ‘난자만으로 생식이 이뤄진다’는 의미다.

      • 다른 성(性) 없이 생식한다는 뜻에서 ‘단성생식’으로도 불린다. 사실 곤충이나 어류의 일부는 처녀생식을 통해 자손을 낳는다.

      • "미국 생명공학 회사 ACT사는 2001년 11월 인간 난자를 대상으로 처녀생식을 성공시켰다. 하지만 줄기세포를 얻지는 못했다. 난자(A)에 화학적 처리를 가하자 분열을 거듭하다(B) 6일째에는 배반포 단계의 배아로 자라났다(C)."

  • 기타 관련사이트 및 문헌

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