생물학 - 생식계통

1. 생식

생물이 자손의 개체를 만드는 것을 생식이라고 한다. 부모의 세포들이 토대가 되어 자식의 세포가 만들어지므로 새로운 세포가 만들어지는 연속성이 있다. 자식이 부모의 성질을 계승하는것을 유전이라고 하며, 그 성질은 세포핵의 염색체에 있는 유전자에 의해서 결정된다.

유전자로 완성되어 있는 염색체는 생물에 따라 그 수가 정해져 있는데, 인간의 체세포에는 염색체가 46개(2n=46) 있다. 부모의 생식모세포는 감수분열에 의해서 염색체가 23개의 세포(난자, 정자)가 되며, 23개의 정자(sperm)와 난자(ovum)는 수정(fertilization) 과정을 통해 46개의 염색체를 회복하게 된다.

1) 무성생식

하등동물(세균, 아메바 등)의 생식 방법으로서, 생식세포(또는 배우자)를 형성하지 않는다. 유전자 변화 없이 유저나 복사로 증가되며 클론을 만들어낸다. 이로 인한 장점은 배우자를 찾지 않아도 스스로 자손을 증식한다. 그러나 환경에 적응력이 떨어지고 서식지 환경이 변화하면 쉽게 도태될 수 있어서 종족이 전멸할 수 있다.

2) 유성생식

인간을 포함한 대부분의 다세포 생물생식방법으로 생식 기관에서 생식세포를 형성하고 이들의 수정을 통해 새로운 개체를 만든다. 배우자를 찾아야 하므로 무성생식보다는 훨씬 증식이 불리하고 서로 다른 유전적 성질을 가진 배우자들이 자식을 만들기 때문에 부모와 다른 성질의 자식들이 태어날 수 있다. 이는 다양한 자손을 남길 수 있다는 뜻이고, 성질의 변화를 조금씩 축적해가는 것이 생물진화이다.

 

2. 남성과 여성의 생식계통

1) 남성의 생식계통

남성의 생식샘(성선)은 고환이며, 생식샘에서 생식세포인 정자를 만들고, 남성호르몬인 테스토스테론을 분비한다. 남성의 생식계통은 수정을위해 정자를 생산하고 보호하며, 남성호르몬의 분비와 생산을 조절하는 기능을 담당한다.

(1) 남성의 생식계통 구조

가. 고환과 부속관

고환에서 생성된 정자를 음경으로 전달하는 관은 부고환, 정관, 사정관이다.

① 고환(정소, Testis)

남성의 생식샘으로 음낭 안에 존재한다. 정자를 형성하고 남성호르몬인 테스토스테론을 분비한다.

② 부고환(epididymis)

성숙하지 못한 정자가 고환에서 나오면 저장했다가 남성이 성적으로 흥분하면 수축해서 정자를 정관으로 보내주는 기관을 한다.

③ 정관(ductus deferens)

부고환에 연결된 길이 약 40 cm의 관으로 사정 시 꿈틀 파동을 일으켜 정자를 앞으로 밀어준다.

④ 사정관(ejaculatory duct)

정관의 끝 부분으로, 사정시기에 정자를 요도를 통해 배출시킨다.

나. 부속샘과 바깥생식기관

부속샘은 정액을 분비하는 기관으로 정낭, 전립샘, 망울요도샘이 있다.

① 정낭(seminal vesicle)

정액을 분비해 고환에서 생선된 정자와 혼합해 사정 시 사정관을 통해 요도로 보내는 역할을 한다.

② 전립샘(전립선, prostate gland)

정액을 분비해 정자의 운동을 촉진하고 사정에 앞서 요도를 윤활하게 해서 산성인 오줌의 유해작용에서 정자를 보호한다.

③ 망울요도샘(요도구선, bulbo-urethral gland : 쿠퍼샘)

알칼리성 점액을 분비해서 요도에서 산성의 소변 찌꺼기를 씻어준다. 또 윤활유처럼 작용한다.

④ 음낭(scrotum)

고환과 부고환, 정관의 일부를 감싸는 주머니로 생존력 있는 정자 생산에 유리하도록 온도를 유지한다.

⑤ 음경(penis)

(2) 정자형성(Spermatogenesis)

사춘기, 이차성징이 시작되는 때부터 일생동안 수백만 개의 정자가 고환의 정세관에서 생산된다.

정자는 머리와 목 꼬리로 구분한다. 머리는 핵을, 목은 미토콘드리아를 가지고 있다. 미토콘드리아는 정자에 운동에너지를 제공하고 꼬리는 정자가 활발하게 운동하도록 한다.

성선자극호르몬이 여포자극호르몬FSH를 활성화시켜서, 정세관을 자극 및 활성화 시키고 그 결과 정자를 생산하게 된다. 생식세포(정조세포)는 두번의 감수분열을 통해 23개의 염색체로 이루어져 있다.

(3) 남성호르몬의 역할

남성호르몬인 테스토스테론은 고환의 사이질세포(라이디히세포)에서 생산된다. 이차성징이 시작되는 사춘기 때부터 분비되며, 남성호르몬의 분비 증가는 정자 생성에 관여하기도 하지만, 남성의 이차성징에도 관여한다.

성선자극호르몬은 여포자극호르몬FSH를 자극해 정세관을 활성화시키고 정자를 생성하게 하지만, 황체형성호르몬LH를 황성화시켜 사이질세포를 자극하고 남성호르몬을 형성시키기도 한다.

(4) 남성 사춘기(Puberty)

남성의 사춘기는 여성보다 약 2년 더 늦은 10~15세 사이에 발생한다. 이 시기에는 여포자극호르몬의 양이 증가하여 황체형성호르몬LH의 합성을 자극한다.

테스토스테론은 남성의 내·외부의 생식기관의 변화를 촉진시키고 정자세포의 형성과 성숙에도 관여한다. 남성 사춘기의 주요 변화는 고환과 음낭이 커지고, 음모가 발생하며 성기의 크기가 커진다. 이차성징은 13~14세 사이에 주로 나타나는데, 그 결과는 수염, 음모 그리고 흉모가 돋아나는 것이 대표적이다. 성대의 형태가 변화되면서 남성의 목소리가 나오고, 체형이 변하고, 콩팥이 커지며, 근육질의 분포가 많아지고 지방질은 감소한다. 또 뇌하수체에서 분비되는 여포자극호르몬은 정낭, 전립샘, 망울요도샘(요도구선)을 자극하여 정액을 형성하게 한다.

(5) 발기 및 사정

음경의 길이와 직경이 딱딱해지면서 증가하는 것을 발기라고 하며, 음경조직 내의 혈류증가로 발생된다. 교감신경의 자극을 받으면 정액이 배출되는 사정 현상이 일어난다. 매 사정 시마다 배출되는 정액의 양은 약 1.5~5.0 mL이고 45~80% 정도는 정낭에 의해 15~30% 정도는 전립샘에 의해 만들어진다. 사정액 mL당 약 6천만~1억 5천만 개의 정자가 방출된다.

2) 여성의 생식계통

여성의 생식샘은 난소이며, 생식샘에서 생식세포인 난자를 만들고, 여성호르몬인 에스트로겐과 프로게스테론을 분비한다. 여성의 생식계는 수정을위해 난자를 생산하고 보호하며, 또한 수정된 난자의 성숙을 통해 태아를 발육시키고 출산하도록 한다.

(1) 여성 생식계통의 구조

① 난소(Ovary)

수십만 개의 난포는 난자를 형성하고 여성호르몬인 에스트로겐과 프로게스테론을 분비한다.  출생 시 약 30~40만개의 난포가 존재하며, 그 중 폐경까지약 400~450개 정도 배란이 되어 난자를 배출한다.

② 자궁관(난관, 나팔관)

난소와 자궁의 연결통로로 10 cm 정도로 난자의 이동과 수정란의 이동이 이루어지는 곳이다. 자궁 안쪽 1/3은 가는 협부, 가쪽(난소쪽) 1/3은 넓은 팽대부의 모습이다. 팽대부는 팽대부의 끝이 깔때기로 넓어진 자궁관의 끝은 돌기가 돌출되어 난소에서 난자가 배란되었을 때 난자를 잡는 역할을 한다. 즉, 팽대부는 수정이 이루어지는 장소로 정자와 난자가 만나는 장소이다.

③ 자궁

수정란이 착상되어 태아를 성장시키는 장소로, 길이 7 cm, 폭 4~5 cm, 두께 2.5cm의 속이 빈 근육성 장기이다. 자궁은 3층으로 구성되어 있다. 자궁속만(자궁내막)은 수정란이 착상되는 가장 안 쪽으로, 발육하기 위해 비후하고 수정되지 않으면 박리되어 탈락된다. 이 탈락의 의미는 월경을 말한다. 자궁근육층(자궁근층)은 자궁중간층이다. 자궁바깥막(자궁외막)은 자궁표면이다.

④ 질

음경과 만나는 곳이면서 출산통로(산도) 또는 월경이 나오는 통로로 길이 8~10 cm의 얇은 벽으로 구성된 관이다.

⑤ 바깥생식기 : 외음부(vulva)

여성의 바깥생식기는 불두덩과 음순으로 구분된다. 불두덩(치구)는 음모로 덮인 지방질 부분이고, 대음순과 소음순이 있는데, 소음순은 여성의 요도와 질구멍(질구)을 보호하는 기능을 한다. 음핵(clitoris)는 발기성 조직이 있으며 대음순의 앞부분 가장자리에 위치한다. 큰질어귀샘(대전정선)은 성교 시 윤활액을 나오게 해남성의 쿠퍼샘과 비슷한 기능으로서 성교를 도와준다.

(2) 난자형성(Oogenesis)

난소는 난자를 생산하는 곳으로 난자는 난포 속에 존재한다. 완전 성숙된 포상 난포가 파열되어 난자를 배출하는 것이 배란이다. 난자를 보관하고 있는 난포는 모두 태생기에 만들어지는 것으로 출생 후에는 만들어지지 않고 성숙하고 변성되어 소실되며, 그 속에서 난자는 같이 성장하고 배란과정에서 밖으로 배출된다.

사춘기까지 정지된 상태로 잠복하고 있다가 사춘기에 접어든 여성에게서 배란기가 시작되면 황체형성호르몬의 영향으로 일차감수분열이 시작되며, 난소를 보관하고 있는 난포는 포상난포로 성숙해 배란이 된다. 생식세포(난조세포)는 두번의 감수분열을 통해 23개의 염색체로 이루어져 있다.

(3) 여성호르몬(에스트로겐, 프로게스테론)의 역할

생식샘자극호르몬 방출호르몬의 자극에 의해 뇌하수체 앞엽에서 여포자극호르몬FSH가 분비되어 난소의 난포를 활성화시키고, 활성화된 난포에서 여성호르몬인 에스트로겐이 분비되어 난포의 성장을 돕는데, 이 시기를 여포기라고 한다.

배란이 된 후의 난포는 황체로 퇴하가 시작된다. 황체에서 또 다른 여성호르몬인 프로게스테론(황체호르몬)을 분비한다. 자궁속막의 증식을 유도해 임신을 유지하거나 착상이 되지 않으면 자궁속막의 탈락을 해 월경을 하게 한다. 이 시기를 황체기라고 한다.

자궁속막을 변화시켜 임신을 유지하거나 월경을 유발하게 된다. 자궁속막의 증식과 탈락은 약 28일 주기로 변화하며, 이를 자궁주기 또는 월경주기라고 한다.

(4) 여성사춘기(Peberty)

여성의 사춘기는 남성보다 약 2년 빠른 8~13세 사이에 발생한다. 시상하부, 뇌하수체, 난소 그리고 부신으로부터 많은 양의 성호르몬을 만들기 시작한다. 여포자극호르몬FSH의 생성이 시작되고 난소를 성숙시킨다. 에스트로겐 분비가 증가하면서 가슴이 발달하고, 자궁과 질의 벽이 변화되며, 음핵에 공급되는 혈액이 증가하고 골반뼈의 구조적 변화가 이루어진다. 이를 이차성징이라고 한다.

에스트로겐은 여성성을 나타내는 호르몬이고 이차성징에 관여한다. 프로게스테론은 임신유지호르몬이라고도 한다.

 

3. 성장과 발달

1) 수정과 발생

(1) 수정(Fertilization)

남자는 사정으로 약 3 mL의 정액을 사출하면서 약 5억 마리의 정자를 방출한다. 이때 오직 한 마리의 정자가 난자에 가장 먼저 도달하고 수정된다. 정자와 난자는 수정 전에 반수체(n)이지만, 수정에 의해 하나의 세포로 융합되면 이배체(2n)이 된다. 수정은 난자와 정자가 난관의 팽대부에서 만나는 것이다. 난자는 수정이 되면 즉시 수정막을 형성해 다른 정자가 들어오는 것을 막는다.

일란성쌍생아는 하나의 난자에 하나의 정자핵이 삽입되어 수정이 된  후 수정이 된 1개의 배아가 반으로 분리되어 유전적으로 100% 동일한 2명의 신생아가 태어나는 경우이다. 이란성쌍생아는 두 개의 서로 다른 난자에 두 개의 다른 정자의 핵이 각각 삽입되어 수정된 후 각각 신생아로 태어나는 경우로 유전적으로 50% 정도 동일하다.

(2) 분할(난할, Cleavage)

수정란이 자궁관을 따라 내려가면서 자궁에 착상되기 전까지 유사분열을 계속하는 과정을 분할(난할)이라고 한다. 분할 때의 세포분열은 크기가 변하지 않은 상태에서 분열하므로 세포의 수는 2배로 많아지지만, 크기는 점점 작아지며, 분할은오디배, 주머니배(포배)의 단계로 진행된다.

오디배(상실배, morula)는 세포가 8~16개로 분할된 단단한 공 모양의 세포덩이로 착상하기 전 단계의 분할 세포덩이이다. 주머니배(포배, blastocyst)는 오디배 중심배에 액체 공간이 만들어지면서 세포(영양모세포와 속세포덩이로 구성)와 공간으로 구성되어진 상태를 말한다. 영양모세포에서 나오는 효소가 자궁의 벽을 파괴하면서 자궁속막에 침투하기 시작한다.

(3) 착상(Implantation)

주머니배가 배란 후 약 7일 쯤에 자궁에 침투한 것을 말하며, 착상 후 주머니배는 배엽으로 발달된다. 영양모세포는 후에 태반으로 발달하고, 속세포덩이는 배엽으로 되어 후에 태아로 성장이 된다. 즉, 주머니배의 속공간으로 향하는 세포층은 내배엽으로 성장하고, 바깥으로 향하는 세포층은 외배엽으로 성장하며, 그 사이의 접합부는 나중에 중배엽으로 성장해 신경계통, 소화계통, 호흡계통, 근골격계통 등 각각 태아의 장기를 형성한다.

2) 분만(Parturition)과 출산(Labor)

착상 후 10개월까지 태아는 발달하고 10개월경 출산을 한다. 분만은 수축이 일어나 양막이 터져 양수가 흘러나오는 확장기를 지나면 엄마 몸 밖으로 아이악 나오는 만출기 그리고 아이 분만 후 태반을 분출하는 태반기의 3단계를 거친다.

 

요점정리

유성생식이란? 무성생식과의 차이점

여자 생식기 구조 및 기능 * 난소의 역할

남자 생식기 구조 및 기능 * 고환의 역할

정자, 난자에 대해서

여성호르몬의 종류와 기능

남성호르몬의 종류와 기능

수정의 의미 * 분할의 의미