진화·생물다양성부터 동물생리·내분비·신경까지 — Ch15·21·22·27은 교수님 강의로 풀어낸 본문
이 노트는 생명과학개론 기말 시험범위(Campbell Essential Biology with Physiology 12판 Ch 13·14·15·16·17·21·22·23·24·25·27)를 처음부터 끝까지 교과서처럼 읽도록 구성했습니다. 크게 세 흐름입니다 — 진화와 생물다양성(Ch 13–17), 동물 생리(Ch 21–24), 내분비·신경(Ch 25·27).
5개년 동일: 영어 단어 15문항(30점) · 단답 10문항(30점) · 서술 8문항(40점). 단어 정의는 교재 glossary 원문이 거의 그대로 출제되므로 영어 철자까지 외워야 합니다. 본문 곳곳의 ⭐ 표시가 기출 단골입니다.
생명은 작은 단위가 모여 큰 단위를 이루는 위계로 조직됩니다: 분자 → 세포(cell) → 조직(tissue) → 기관(organ) → 기관계(organ system) → 개체(organism). 이 위계는 동물 생리 단원(Ch 21)에서 다시 ⭐단골 문제로 등장합니다.
진화 단원 전체를 관통하는 발상은 다윈의 자연선택(natural selection)입니다. 즉 유전되는 변이가 있고, 환경에 더 적합한 개체가 더 많이 살아남아 번식하면, 세대를 거치며 집단의 형질 구성이 변합니다. 변이의 궁극적 원천은 돌연변이(mutation)이고, 유성생식은 그 변이를 재조합할 뿐입니다 — 이 구분이 ⭐단골입니다.
Campbell은 모든 챕터를 다섯 주제로 묶습니다: ① 진화(Evolution) ② 정보 흐름(Information Flow) ③ 구조–기능(Structure–Function) ④ 에너지·물질 변환(Pathways that transform energy and matter) ⑤ 생물계 내 상호작용(Interactions within biological systems). 과제의 "Identifying Major Themes"는 진술을 이 다섯 중 하나로 분류하는 문제입니다.
그럼 진화와 생물다양성부터 시작합니다.
⭐분류 위계 8단계(역>계>문>강>목>과>속>종, domain>kingdom>phylum>class>order>family>genus>species)와 ⭐Hardy-Weinberg 평형식(p²+2pq+q²=1) 계산은 거의 반드시 출제된다. 진화의 궁극적 원천은 ⭐돌연변이(mutation)이며 적응(adaptation)을 만드는 유일한 기작은 자연선택(natural selection)이다. 유전적 부동(genetic drift, 병목·창시자 효과)·유전자 흐름(gene flow)·자연선택의 3유형(방향성·분단성·안정화)을 구분하는 문제가 단골이다.
지구에는 100만 종이 넘는 생물이 있으며, 이 다양성은 과거 진화의 산물이다. 18세기 스웨덴 학자 린네(Carolus Linnaeus)가 오늘날까지 쓰이는 분류 체계를 정립했다. 생물을 식별·명명·분류하는 분야를 분류학(taxonomy)이라 한다.
이명법(binomial)은 각 종에 라틴어 두 단어 이름을 붙이는 방식이다. 앞 단어는 가까운 종들을 묶은 속(genus), 뒤 단어는 그 속 안에서 종을 구별하는 이름이다. 예: 표범 Panthera pardus. 속명은 첫 글자를 대문자로 쓰고 전체를 이탤릭으로 표기한다. 이명법은 같은 일반명이 지역마다 다른 생물을 가리키는 혼란을 없앤다.
⭐둘째 핵심은 계층적 분류 위계다. 비슷한 속을 과(family)로, 과를 목(order), 목을 강(class), 강을 문(phylum), 문을 계(kingdom), 계를 역(domain)으로 묶는다. 각 단계는 바로 위 단계 안에 포함(nested)된다. (영어로 "least inclusive → most inclusive" 순서를 묻는 자기점검 문제가 그대로 출제된다.)
| 한글 | English | 표범의 예 |
|---|---|---|
| 종 | Species | Panthera pardus |
| 속 | Genus | Panthera |
| 과 | Family | Felidae |
| 목 | Order | Carnivora |
| 강 | Class | Mammalia |
| 문 | Phylum | Chordata |
| 계 | Kingdom | Animalia |
| 역 | Domain | Eukarya |
⭐암기 순서(넓은→좁은): 역·계·문·강·목·과·속·종(domain > kingdom > phylum > class > order > family > genus > species). 같은 속에 속할수록 더 가까운 관계다. 예: Ursus americanus(흑곰)와 Ursus maritimus(북극곰)는 속이 같아 가깝지만, Bufo americanus(두꺼비)와는 종명만 우연히 같을 뿐 관계가 멀다. ⭐위계 순서 배열은 단골 단답이다.
아리스토텔레스 이래 서구에서는 종이 변하지 않는다는 고정종(fixed species) 관념이 지배적이었다. 화석은 멸종 생물의 존재를 보여 이 관념을 흔들었다. 라마르크(Lamarck)는 생물이 환경과 상호작용하며 진화한다고 본 점에서 길을 닦았으나, 그가 제시한 획득형질의 유전(inheritance of acquired traits)은 틀렸다(웨이트 트레이닝으로 키운 근육은 자식에게 전해지지 않는다).
다윈(Charles Darwin)은 1831년 비글호(Beagle) 항해, 특히 갈라파고스 제도의 생물 분포에서 통찰을 얻었다. 라이엘(Lyell)의 지질학(수백만 년에 걸친 점진적 지구 변화)도 영향을 주었다. 다윈은 1859년 종의 기원(On the Origin of Species)에서 ①현존 종은 조상 종에서 변화를 동반한 계승(descent with modification)으로 유래했고, ②그 기작이 자연선택(natural selection)이라고 제안했다. 이전 학자들과의 결정적 차이는 진화가 어떻게 일어나는지 기작을 제시했다는 점이다.
⭐상동(homology): 공통 조상에서 비롯된 특징의 유사성. 사람·고양이·고래·박쥐의 앞다리는 기능(지느러미·날개 등)은 달라도 같은 골격 요소로 이루어진 상동기관(homologous structures)으로, 공통 조상에서 변형되었음을 보여 준다.
진화의 증거는 세 갈래다. ①화석 증거: 퇴적암 지층(strata)은 아래일수록 오래되어 화석 출현 순서가 생명의 역사 기록이 된다. ②상동 증거(homology): 상동기관, 흔적기관(vestigial structures, 고래의 골반뼈), 배아의 인두낭·꼬리. ③분자 증거: 모든 생물이 같은 DNA·RNA 언어와 거의 동일한 유전암호를 쓴다는 사실이 공통 조상을 강력히 뒷받침하며, 서열이 가까울수록 최근의 공통 조상을 공유한다. (상동의 정의·사례는 단답·객관식 단골이다.)
다윈은 육종가의 인위선택(artificial selection)에서 영감을 얻었다. 인위선택에는 개체 간 변이(variation)와, 형질이 자손으로 전달되는 유전성(heritability)이 필요하다. 여기에 맬서스(Malthus)의 통찰을 더해, 유한한 자원을 둘러싼 생존경쟁 속에서 유리한 형질을 가진 개체가 더 성공적으로 번식한다는 결론에 이른다. 자연선택의 본질은 불균등한 번식(unequal reproduction)이다.
자연선택 4대 원칙. ①개체는 진화하지 않는다 — 진화하는 것은 집단(population)이다(진화 = 세대 간 집단의 변화). ②유전되는 형질만 증폭·감소한다(획득형질 제외). ③자연선택은 창조가 아니라 편집(editing) — 살충제가 저항성을 새로 만드는 게 아니라 이미 존재하던 저항성 개체를 선택한다. ④목적 지향적이지 않고 완벽한 생물을 만들지 않는다.
⭐모든 새로운 대립유전자의 궁극적 원천은 돌연변이(mutation), 곧 DNA 염기서열의 변화다. 다세포 생물에서는 생식세포의 돌연변이만 자손에 전달된다. 대부분의 돌연변이는 해롭거나 중립적이지만, 환경이 바뀌면 드물게 유리해질 수 있다(예: DDT 도입 후 과거엔 불리하던 저항성 돌연변이가 유리해짐).
유성생식(sexual reproduction)은 새 대립유전자를 만들지 않고 기존 대립유전자를 섞어 변이를 만든다. 세 가지 무작위 요소는 ①감수분열 중기 I의 상동염색체 독립적 배열, ②교차(crossing over), ③무작위 수정이다. 사람처럼 세대가 길고 이배체인 생물에서는 한 세대 변이 대부분이 유성생식에서 오지만, 세대가 짧은 원핵생물에서는 돌연변이가 며칠 만에 변이를 빠르게 만든다.
진화의 단위는 집단이며, 진화는 집단의 유전자풀(gene pool)(모든 개체의 모든 대립유전자 집합)에서 대립유전자 빈도가 세대를 거쳐 변하는 것으로 측정된다.
⭐하디-바인베르크 평형(Hardy-Weinberg equilibrium)은 진화하지 않는(유전적 평형 상태) 집단을 기술하는 조건이다. 두 대립유전자 A(빈도 p), a(빈도 q)만 있을 때 p + q = 1, p² + 2pq + q² = 1이 성립한다.
⭐p² = 우성 동형접합(homozygous dominant), 2pq = 이형접합(heterozygous), q² = 열성 동형접합(homozygous recessive). 세 유전자형 빈도의 합은 1이다. ⭐q²(관찰되는 열성 표현형)로부터 q→p→보인자(2pq)를 역산하는 계산이 가장 출제 가능성이 높다.
열성질환 PKU(페닐케톤뇨증)가 1만 명 중 1명일 때 보인자(carrier) 빈도는?
풀이: q² = 0.0001 → q = √0.0001 = 0.01 → p = 1 − q = 0.99. 보인자 = 2pq = 2 × 0.99 × 0.01 ≈ 0.0198, 즉 약 2%다. (참고: 붉은 꽃 R p=0.8, 흰 꽃 r q=0.2이면 RR=0.64, Rr=0.32, rr=0.04.)
평형이 깨져 대립유전자 빈도가 세대 간 변하는 것을 미시진화(microevolution)라 한다. 평형식 자체는 진화가 일어나지 않을 때의 기준선이다.
유전자풀을 바꾸는 세 가지 주요 기작은 자연선택, 유전적 부동, 유전자 흐름이다(돌연변이·비무작위 교배 포함 시 다섯).
⭐유전적 부동(genetic drift): 우연(chance)에 의한 유전자풀 변화로, 작은 집단에서 가장 뚜렷하다. 동전을 10번 던져 7:3이 나오듯, 집단이 작을수록 표본오차로 빈도가 크게 흔들린다.
| 구분 | 병목효과 (bottleneck) | 창시자 효과 (founder) |
|---|---|---|
| 계기 | 재난(지진·홍수·남획·질병)으로 기존 집단이 급감 | 소수 개체가 새 고립지(섬·호수)를 개척 |
| 유전자풀 | 생존자 = 원래 다양성의 우연한 일부 표본 | 창시자가 우연히 지닌 대립유전자만 반영 |
| 결과 | 일부 대립유전자 과대·과소대표·소실 → 다양성 감소 | 원집단과 다른 빈도 → 희귀 유전병 흔해짐 |
| 예 | 치타(빙하기·사냥으로 다양성 매우 낮음) | 북미 아미시·메노파 공동체의 희귀 유전병 |
유전자 흐름(gene flow)은 다른 집단과의 유전적 교환(이주·꽃가루 전달)으로, 집단 간 차이를 줄이는 방향으로 작용한다(충분히 크면 두 집단을 하나로 합친다).
⭐세 기작 중 적응(adaptation)을 일으키는 유일한 과정은 자연선택뿐이다. 자연선택에서 무작위인 것은 변이를 만드는 단계(돌연변이·유성생식)뿐이고, 선택 과정 자체는 무작위가 아니다. 상대적 적응도(relative fitness)는 다음 세대 유전자풀에 기여하는 정도로, "survival of the fittest"는 싸움이 아니라 번식 성공(reproductive success)을 뜻한다. 성선택(sexual selection)은 짝짓기 기회를 좌우해 이차성징·성적 이형(sexual dimorphism)을 만든다.
털색이 연회색~진회색으로 분포하는 쥐 집단의 종 모양 곡선에서, 어떤 표현형이 선택되느냐에 따라 세 결과가 나온다. ⭐그래프·사례 매칭으로 자주 출제된다.
| 유형 | 선호 표현형 | 환경 / 대표 사례 |
|---|---|---|
| 방향성 (directional) | 한쪽 극단(예: 가장 어두운 쥐) → 집단 전체 이동 | 환경 변화·이주 시. 살충제 저항성 증가, 가뭄 후 다윈 핀치 부리 깊이 증가 |
| 분단성 (disruptive) | 양 극단 모두 선호, 중간형 불리 | 패치(patchy)한 환경. 둘 이상의 대조적 표현형 공존 |
| 안정화 (stabilizing) | 중간 선호, 극단 제거 | 안정된 환경. 사람 출생체중 3~4kg 집중. ⭐가장 흔함 |
진화적 도약은 보통 환경 변화·이주로 집단이 스트레스를 받을 때 일어나며, 집단은 자연선택으로 적응하거나 소멸한다(화석 기록상 소멸이 더 흔하다). 살아남아 충분히 변한 집단은 새 종이 될 수 있다(→ Ch14). 항생제 내성(antibiotic resistance, 예: MRSA) 확산은 무작위 돌연변이와 비무작위 선택이 결합한 자연선택이 의학 현장에서 실시간으로 일어나는 대표 사례다.
어떤 유전자 자리에 두 대립유전자 B, b가 있는 집단에서 B의 빈도가 0.7이다. 이 집단이 하디-바인베르크 평형 상태일 때, 이형접합(heterozygous)인 개체는 집단의 몇 %인가? (힌트: 동형접합 우성의 빈도는?)
정답: 2pq = 42%. p(B) = 0.7, q(b) = 1 − 0.7 = 0.3. 이형접합 빈도 = 2pq = 2(0.7)(0.3) = 0.42 = 42%. (참고: 동형접합 우성 BB = p² = 0.49 = 49%, 동형접합 열성 bb = q² = 0.09 = 9%.) ⭐2025 단답 단골.
자연선택의 원료가 되는 유전적 변이의 궁극적 원천(ultimate source)은? (a) 유성생식 sexual reproduction (b) 돌연변이 mutation (c) 유전적 부동 genetic drift (d) 자연선택 natural selection
정답: (b) 돌연변이(mutation). 돌연변이는 새 대립유전자, 따라서 모든 유전적 변이의 궁극적·본래적 원천이다. 유성생식(a)은 기존 대립유전자를 새 조합으로 재배열할 뿐 새 것을 만들지 못하고, 유전적 부동(c)·자연선택(d)은 기존 변이의 빈도를 바꿀 뿐 변이를 만들지 않는다.
병목 효과(bottleneck effect)와 창시자 효과(founder effect)가 어떻게 유전적 부동(genetic drift)으로 이어지는지 비교·대조하시오.
둘 다 작은 집단을 만들어 그 유전자풀이 원래의 큰 집단을 대표하지 못하게 하는 유전적 부동(genetic drift)의 형태다. 병목 효과는 재해·질병·남획 같은 비선택적 사건으로 집단이 급격히 줄 때 일어나며, 생존자는 원래 대립유전자의 우연한 일부만 가진다. 창시자 효과는 소수 개체가 새 고립지(섬 등)에 정착할 때 일어나며, 새 집단의 유전자풀은 그 소수 창시자가 우연히 지녔던 대립유전자만 반영한다. 차이는 계기 — 기존 집단의 급감(bottleneck) 대 소수 이주자에 의한 새 집단 형성(founder) — 이지만, 둘 다 우연에 의해 유전적 다양성을 감소시킨다.
다음 중 자연선택의 요건이 아닌 것은? (a) 유전적 변이 (b) 격변적 사건 catastrophic events (c) 차등적 번식 성공 (d) 자손의 과잉 생산
정답: (b) 격변적 사건(catastrophic events). 자연선택에는 유전 가능한 변이(a), 한정 자원 경쟁을 만드는 자손의 과잉 생산(d), 일부가 더 많은 자손을 남기는 차등적 번식 성공(c)이 필요하다. 갑작스러운 비선택적 재해는 자연선택이 아니라 유전적 부동(병목 효과)과 관련된다. ⭐선택 vs 부동 구분 함정.
분류 위계 8단계(class, domain, family, genus, kingdom, order, phylum, species)를 가장 덜 포괄적인 것(least inclusive)부터 가장 포괄적인 것(most inclusive) 순으로 배열하시오.
종(species) → 속(genus) → 과(family) → 목(order) → 강(class) → 문(phylum) → 계(kingdom) → 역(domain). 각 단계는 바로 위 단계 안에 포함(nested)된다 — 종은 속 안에, 속은 과 안에 들어가 가장 포괄적인 역(domain)까지 이어진다.
이 챕터의 핵심은 세 가지다. ① 종을 정의하는 생물학적 종 개념(biological species concept)과 종 사이를 막는 생식장벽(reproductive barrier) — 접합전 5종 + 접합후 3종 분류. ② 지리적 격리로 갈라지는 이소적 종분화(allopatric speciation) vs 같은 지역에서 갈라지는 동소적 종분화(sympatric speciation), 특히 식물의 배수성(polyploidy). ③ 대진화·지질연대(선캄브리아~신생대)와 방사성 동위원소 연대측정(반감기). 생식장벽 예시 분류, polyploid, 반감기 계산은 매번 나오는 단골이다.
자연선택(natural selection)은 생물이 환경에 잘 적응해 가는 소진화(microevolution)를 설명하지만, 지구상에 존재해 온 수백만 종(species)의 거대한 다양성 자체는 설명하지 못한다. 다양성은 한 종이 둘 이상의 종으로 갈라지는 종분화(speciation)가 반복되며 만들어진다. 그렇다면 '종'을 어떻게 정의할까.
생물학적 종 개념(biological species concept)은 종을, 자연 상태에서 서로 교배하여 번식 가능한(viable, fertile) 자손을 낳을 잠재력을 가진 개체군(populations)들의 집합으로 정의한다. 기준은 외형적 유사성이 아니라 생식적 양립성(reproductive compatibility)이다. ⭐ 정의 자체 또는 '왜 번식 가능한 자손이어야 하는가'를 묻는 기출 단골.
예컨대 외모가 제각각인 인류도 모두 교배 가능하므로 단일 종(Homo sapiens)이고, 반대로 동부·서부 들종다리(meadowlark)처럼 겉모습이 거의 같아도 서로 교배하지 않으면 별개 종이다.
가까운 두 종이 같은 지역에 살아도 섞이지 않는 이유는 생식장벽(reproductive barrier)이 유전자풀(gene pool)을 갈라놓기 때문이다. 장벽은 접합자(zygote, 수정란) 형성 이전에 작동하느냐 이후에 작동하느냐에 따라 두 부류로 나뉜다.
⭐ 접합전 장벽(prezygotic barrier) = 짝짓기·수정 자체를 막음. 접합후 장벽(postzygotic barrier) = 잡종(hybrid) 접합자가 만들어진 뒤 번식 가능한 성체로 못 자라게 함. 보기를 주고 접합전/접합후 분류 + 종류 명명하는 서술 문제가 2023·2024·2025 3년 연속 출제된 최상위 단골이다.
접합전 장벽(prezygotic barrier)은 짝짓기나 수정 자체를 막는다.
| 종류 | 내용 | 교과서 예시 |
|---|---|---|
| 시간적 격리(temporal isolation) | 번식 시기·시각이 다름 | 서부 점박이스컹크는 가을, 동부종은 늦겨울에 번식 |
| 서식지 격리(habitat isolation) | 같은 지역, 다른 서식처에 삶 | 한 가터뱀은 물에, 가까운 종은 육지에 |
| 행동적 격리(behavioral isolation) | 구애 의식·냄새·색 등 짝 인식 신호가 다름 | 갈라파고스 푸른발부비새의 고유한 발 구애 의식 |
| 기계적 격리(mechanical isolation) | 생식 구조가 물리적으로 안 맞음 | 벌새 부리 모양과 꽃 구조가 안 맞아 꽃가루 전달 실패 |
| 배우자 격리(gametic isolation) | 정자·난자가 만나도 수정 안 됨 | 성게 알·정자 표면 분자가 결합 못 함(체외수정에서 특히 중요) |
접합후 장벽(postzygotic barrier)은 잡종 접합자가 실제로 만들어진 뒤에 작동해, 번식 가능한 성체로 자라지 못하게 한다.
| 종류 | 내용 | 교과서 예시 |
|---|---|---|
| 잡종 생존력 감소(reduced hybrid viability) | 잡종이 성숙 전에 죽음 | 도롱뇽 잡종이 유전적 불화합으로 정상 발생 못 함 |
| 잡종 번식력 감소(reduced hybrid fertility) | 잡종은 살지만 불임 | 노새(말×당나귀)는 염색체가 안 맞아 불임 |
| 잡종 붕괴(hybrid breakdown) | 1세대 잡종은 정상이나 다음 세대가 허약·불임 | 벼 잡종의 다음 세대가 작고 불임 |
한 개체군이 다른 개체군과 단절되어 유전자풀이 격리되면, 그 분리 집단은 유전적 부동(genetic drift)과 자연선택을 따라 독자적 진화 경로를 밟는다. 이 생식적 격리가 일어나는 방식은 두 가지다.
이소적 종분화(allopatric speciation, "다른 나라"): 지리적 장벽(geographic barrier)이 분리 집단을 물리적으로 격리하면서 시작되는 종분화. / 동소적 종분화(sympatric speciation, "같은 나라"): 지리적 격리 없이 모집단 한가운데서 분리 집단이 생식적으로 격리되는 종분화.
이소적 종분화에서는 호수가 갈라지거나, 강이 물길을 바꾸거나, 협곡이 패이거나, 대륙이 이동하는 등의 지질 작용이 격리를 만든다. 장벽이 얼마나 강력해야 하는지는 생물의 이동 능력에 달려 있다 — 그랜드 캐니언 양쪽의 영양다람쥐(antelope squirrel)는 협곡을 못 건너 두 종으로 갈라졌지만, 쉽게 날아 건너는 새들은 갈라지지 않았다. 작고 고립된 개체군일수록 부동·선택으로 유전자풀이 크게 바뀌어 종분화 가능성이 높다.
동소적 종분화에서는 배수성(polyploidy), 서식지 분화, 성선택(sexual selection)이 같은 지역 내 유전자 흐름을 줄일 수 있다.
배수체(polyploid)는 세포분열의 오류로 두 벌을 넘는 완전한 염색체 세트를 가진 생물이다. 동소적 종분화에서 가장 흔히 관찰되는 메커니즘으로, 한 세대 만에 일어나는 대규모 유전적 변화다. 오늘날 식물 종의 약 80%가 배수성 종분화로 생긴 조상에서 유래한다(어류·양서류 등 일부 동물에도 있다). ⭐ "식물에서 흔한 동소적 종분화 = polyploid"가 핵심 키워드, 노새와의 대조로 2025 서술 7번 출제.
배수성 종분화에는 두 형태가 있다. 첫째 자가배수화 — 한 부모 종에서 세포분열(감수분열 비분리) 실패로 염색체가 두 배(2n → 4n)가 되면, 이 배수체는 부모 종과 번식 가능한 잡종을 못 만들므로 즉각 생식적 격리가 일어난다. 둘째 이질배수화 — 서로 다른 두 종이 교배해 잡종을 만든 뒤 염색체 수가 배가되는 경우로, 식물 배수성 종분화의 대부분이 여기에 해당한다.
식물 잡종은 왜 처음엔 불임인데 노새와 달리 결국 새 종이 될 수 있는가?
노새는 말(64개)과 당나귀(62개)의 염색체 수가 달라 잡종(63개)에서 상동 염색체가 짝짓지 못해 불임이다. 식물 잡종도 처음엔 같은 문제(예: A종 n=2 + B종 n=3 → 잡종 n=5, 홀수라 감수분열 불가)로 불임이다. 그러나 많은 식물은 무성생식이 가능해 일단 살아남고, 이후 세포분열 오류로 염색체가 배가되면(예: 2n=10) 상동 염색체가 짝을 이뤄 정상 감수분열로 배우자를 만들 수 있게 된다. 이렇게 생긴 새 배수체 종은 양쪽 부모 종과 모두 격리된다. 귀리·감자·바나나·딸기·땅콩·사과·사탕수수·밀 다수가 배수체이며, 빵용 밀은 세 부모 종의 잡종으로 6벌의 염색체를 가진다.
대진화(macroevolution)는 종 수준을 넘어서는 진화적 변화로, 양서류의 기원 같은 새 집단의 출현, 대량절멸(mass extinction)의 영향, 비행 같은 핵심 적응의 기원을 포함한다. 그 증거는 주로 화석 기록(fossil record), 즉 퇴적암 지층(strata)에 화석이 나타나는 순서에서 온다. 아래 지층일수록 오래되었으므로 그랜드 캐니언 절벽은 위에서 아래로 수억 년을 거슬러 읽는 책과 같다. 다만 이는 화석들의 상대적 나이만 알려준다.
⭐ 지질학자들은 지구 46억 년 역사를 네 시대로 나누며, 각 대(era)를 가르는 경계가 대량절멸이다. 시대별 대표 사건을 묻는 단골.
대륙이동(continental drift)도 큰 영향을 줬다. 약 2억 5천만 년 전 모든 대륙이 합쳐져 초대륙 판게아(Pangaea)가 형성되며 얕은 바다 서식지가 사라지고 많은 종이 절멸했다. 중생대에 판게아가 갈라지면서 각 대륙은 독자적 진화 무대가 되었고, 이는 오스트레일리아 유대류(marsupial)나 마다가스카르 고유종 같은 생물지리(biogeography) 패턴을 설명한다. 각 대량절멸 뒤에는 생존자의 폭발적 다양화, 즉 적응방산(adaptive radiation)이 따랐다 — 공룡이 사라진 빈자리에서 포유류가 크게 번성한 것이 대표적이다.
화석·암석의 절대 나이를 알아내는 가장 흔한 방법은 방사성 연대측정(radiometric dating)으로, 방사성 동위원소(radioactive isotope)가 일정한 속도로 붕괴하는 성질을 이용한다.
반감기(half-life)는 어떤 동위원소의 절반이 붕괴하는 데 걸리는 시간이다. 살아 있는 생물은 대기와 같은 비율로 안정 동위원소 탄소-12와 방사성 탄소-14를 지닌다. 죽으면 탄소 흡수가 멈추고, 탄소-12는 그대로지만 탄소-14는 붕괴해 줄어든다. 탄소-14의 반감기는 5,730년이다.
⭐ 계산의 핵심은 반감기 횟수 n이다. 남은 비율 = (1/2)ⁿ. 남은 비율이 1/2이면 n=1, 1/4이면 n=2, 1/8이면 n=3. 나이 = n × 반감기. K-40 연대측정 단답이 2024·2025 연속 출제됐다.
탄소-14는 비교적 젊은 화석(약 7만 5천 년까지)에만 쓸 수 있다. 더 오래된 것은 반감기가 긴 동위원소(우라늄-235는 7억 1,300만 년, 칼륨-40은 13억 년)를 이용하는데, 생물은 이들을 몸에 들이지 않으므로 화석이 낀 지층 위아래의 화산암·화산재를 칼륨-아르곤(potassium-argon) 등으로 측정해 그 사이 값으로 나이를 추정한다.
칼륨-40(반감기 1.3억 년)이 16 mg에서 4 mg으로 줄었다면 암석의 나이는?
남은 비율 = 4/16 = 1/4 = (1/2)². 따라서 반감기 횟수 n = 2. 나이 = 2 × 1.3억 = 약 2.6억 년.
종분화가 거듭되며 쌓인 차이는 결국 분류(classification)와 계통(phylogeny) 연구로 정리된다. 분류는 진화적 관계를 반영해야 하며, 계통수(phylogenetic tree)는 그 가설을 나뭇가지 모양으로 나타낸다.
상동(homology) — 공통 조상에서 물려받아 닮은 형질. 진화적 관계 추정의 근거가 된다. / 수렴진화(convergent evolution)의 결과인 상사(analogy) — 서로 다른 계통이 비슷한 환경에 적응하며 독립적으로 닮게 된 형질로, 계통 정보로 쓰면 안 된다.
예컨대 박쥐 날개와 새 날개를 받치는 뼈는 상동이지만, 곤충 날개와 새 날개는 전혀 다른 구조에서 독립적으로 생긴 상사다. 복잡한 구조일수록 우연히 독립적으로 같아질 확률이 낮아, 상동을 가려내는 단서가 된다. 오늘날 생물은 분자·세포 증거에 기반해 세역(three-domain) 체계 — 세균(Bacteria)·고세균(Archaea)·진핵생물(Eukarya) — 로 분류한다.
다음 각 생식장벽이 접합전(prezygotic) 장벽인지 접합후(postzygotic) 장벽인지 구별하고, 종류 이름을 밝혀라. (a) 한 라일락 종은 산성 토양에, 다른 종은 염기성 토양에 산다. (b) 청둥오리(mallard)와 고방오리(pintail)는 한 해 중 서로 다른 시기에 짝짓기를 한다. (c) 두 표범개구리(leopard frog) 종은 짝짓기 울음소리가 다르다. (d) 두 흰독말풀(jimsonweed) 종의 잡종 자손은 항상 번식하기 전에 죽는다. (e) 한 종류의 소나무(pine tree) 꽃가루는 다른 종류를 수정시키지 못한다.
(d)만 접합후, 나머지는 모두 접합전. (a) 서로 다른 서식처 → 서식지 격리(habitat isolation) — 접합전. (b) 번식 시기가 다름 → 시간적 격리(temporal isolation) — 접합전. (c) 짝짓기 울음소리(짝 인식 신호)가 다름 → 행동적 격리(behavioral isolation) — 접합전. (d) 잡종이 번식 전에 죽음 → 잡종 생존력 감소(reduced hybrid viability) — 접합후. (e) 꽃가루가 밑씨를 수정 못 시킴 → 배우자 격리(gametic isolation) — 접합전. 핵심 기준: 접합자(zygote)가 만들어지기 전 교배·수정을 막으면 접합전, 잡종이 생긴 뒤 손상시키면 접합후.
왜 작고 격리된 집단(small, isolated population)이 큰 집단보다 종분화(speciation)를 겪을 가능성이 더 높은가?
작고 격리된 집단에서는 유전적 부동(genetic drift)과 자연선택이 유전자풀을 빠르게 바꿀 수 있다. 우연한 사건과 국지적 선택압이 적은 수의 개체에게 상대적으로 더 큰 영향을 주기 때문이다. 또 격리로 인해 원래 집단으로부터의 유전자 흐름(gene flow)이 차단되므로, 집단은 더 큰 유전자풀 쪽으로 "다시 평균화"되지 않고 자유롭게 분기할 수 있다. 이런 조건이 생식장벽을 빠르게 축적시켜 종분화 가능성을 높인다.
한 고생물학자가 어떤 암석이 생성될 당시 방사성 동위원소 칼륨-40(K-40)을 12 mg 함유했다고 추정한다. 그 암석은 현재 K-40을 3 mg 함유한다. K-40의 반감기는 13억 년이다. 이 암석은 약 몇 억 년 되었는가?
약 26억 년(2.6 billion years). 남은 비율 = 3/12 = 1/4 = (1/2)². 즉 반감기가 2번 지났다(12 mg → 6 mg가 1번, 6 mg → 3 mg가 2번째). 나이 = n × 반감기 = 2 × 1.3억 = 2.6억(2.6 Gyr). 검산: 남은 비율 1/4 ⇒ n=2가 맞다.
대량 멸종(mass extinction)에 관한 다음 설명 중 옳은 것은? (a) 종의 수를 오늘날 남아 있는 소수의 생존자까지 줄였다. (b) 주로 대륙의 분리에서 비롯되었다. (c) 약 백만 년마다 규칙적으로 일어났다. (d) 그 뒤에 생존자들의 다양화가 뒤따랐다.
정답은 (d). 대량 멸종은 많은 생태적 지위(niche)를 비웠고, 살아남은 계통들은 그 뒤 적응방산(adaptive radiation)을 통해 비워진 역할을 채우며 다양화되었다(공룡 절멸 후 포유류 번성이 대표 예). (a)·(b)·(c)는 틀림 — 오늘날 소수 생존자만 남긴 것도, 주로 대륙 분리 때문도, 백만 년마다 주기적인 것도 아니다.
노새(mule)는 살아 있는데도 불임이다. 이것은 접합전 장벽인가 접합후 장벽인가? 또 어떤 종류이며, 식물의 배수체(polyploid)는 같은 문제를 어떻게 극복하는가?
접합후 장벽 — 잡종 번식력 감소(reduced hybrid fertility). 노새는 말(64)×당나귀(62)의 잡종으로 염색체 수가 달라(63) 감수분열에서 상동 염색체가 짝짓지 못해 불임이다. 식물 잡종도 처음엔 같은 이유로 불임이지만, 많은 식물은 무성생식으로 살아남고 이후 염색체가 배가(폴리플로이드화)되면 모든 염색체가 짝을 이뤄 정상 감수분열이 가능해진다. 이렇게 양쪽 부모 종과 격리된 새 배수체 종이 단번에 생긴다.
⭐생명의 기원 4단계(유기 단위체 무생물합성 → 고분자 → 전세포 → 자기복제 분자)와 그 핵심 실험(밀러-유리)을 순서대로 외울 것. ⭐지구 생명의 역사 순서(원핵생물 → O₂ 축적 → 진핵생물 → 다세포 → 캄브리아기 폭발 → 육상 진출 → 인류)도 단골이다. 원핵생물의 형태(구균·간균·나선균)·번식(이분법·내생포자)·3역(세균/고세균/진핵), 그리고 리보자임(ribozyme, RNA world), 마이크로바이옴(microbiome) vs 마이크로바이오타(microbiota) 구분이 자주 출제된다.
교수님은 미국 지도(샌프란시스코·UC 버클리·샌디에이고로 내려오는 캘리포니아 해안)를 펴며 단원을 시작했다. 교과서가 미국인이 쓴 책이라 시간 척도를 미국 횡단 여행에 비유하는데, 핵심은 숫자 하나다 — "3,500 million years"가 몇 년이냐? ⭐ 35억 년 전, 그때 최초의 원핵생물(prokaryote)이 출현했다(50억 년설도 있으나 대략 35억 년으로 본다). 현생 인류(Homo sapiens)는 고작 약 19만 5천 년 전. 교수님이 좋아하는 공룡(중생대, 약 1억 8천만 년 전)조차 한참 뒤쪽 사건이라, 전체 진화에서 인간은 "거의 마지막 찰나"라는 게 거듭 강조한 시간 스케일이다.
⭐ 처음 지구엔 산소가 없었다. 그리고 산소가 없는 상태가 오히려 유기물(아미노산·핵산) 형성의 조건이었다 — 산소는 화학결합을 끊는 부식성 물질이라 복잡한 분자 형성을 방해하기 때문이다. 그래서 "오늘날 자연발생이 불가능한 이유"의 답이 대기 중 산소의 풍부함이다. 순서를 외우자: 산소 없는 상태에서 생명 발생 → 광합성 원핵생물이 O₂를 뿜어 대기에 축적 → 진핵생물(eukaryote) 형성.
⭐ 이어지는 전체 순서도 시험 단골이다: 원핵생물(35억 년 전) → 대기 O₂ 축적 → 진핵생물(eukaryote) → 다세포 생물 → 약 5억 4100만 년 전 캄브리아기 대폭발(Cambrian explosion)로 동물 몸체구조 분화 → 약 5억 년 전 식물·균류·곤충의 육상 진출(colonization of land) → 마지막에 인류. Self-Quiz의 순서 나열 문제로 거의 매번 나오니 통째로 외우자.
산소 없는 초기 지구에서 생명체는 어떻게 만들어졌을까. 교수님은 이걸 화학적 진화(chemical evolution) 네 단계로 풀었고, 이 네 단계가 그대로 1953년 밀러(Stanley Miller)·유리(Harold Urey) 실험의 구조이기도 하다. 밀러는 원시 대기를 재현해, 끓는 물(원시 바다) 위에 산소는 빼고 메탄(CH₄)·암모니아(NH₃)·수소만 넣고 전극으로 계속 번개(전기 스파크)를 쳤다. 뜨거워 올라간 기체에 전기 충격을 주고 다시 냉각해 모인 물질을 분석했더니 — 무기물뿐이었는데 아미노산 등 유기물이 발견되었다. 무기물에서 유기물이 저절로 만들어질 수 있음(무생물적 합성, abiotic synthesis)을 증명한 것이다.
⭐ 생명의 기원 4단계(서술·단답 최다 출제):
① 소형 유기분자의 무생물적 합성(synthesis of organic monomers) — 아미노산·뉴클레오타이드 같은 단위체(monomer)가 무기물에서 만들어짐. 밀러 실험이 증명한 1단계.
② 고분자(macromolecule) 형성 — 단위체가 결합해 단백질·핵산 같은 중합체(polymer)가 됨. 단위체 용액을 뜨거운 모래·점토에 떨어뜨려 물이 증발·농축되면 자발적으로 중합된다. ⭐ 이때 결합 반응은 탈수반응(dehydration reaction)(Checkpoint 단골).
③ 전세포(pre-cell) 형성 — 유기물이 막 속에 갇혀, 내부 화학환경이 외부와 구분되는 방울이 됨("세포가 되려면 막에 둘러싸여 패키징되어야 한다"). 지방산(fatty acid)에서 막 방울이 자발 형성되며, 이 다공성 막은 작은 단위체는 드나들되 큰 중합체는 가둔다.
④ 자기복제 분자(self-replicating molecule)의 기원 — 전세포 안 분자가 스스로 복제하고, 전세포가 둘로 갈라져 단순 생식까지 함.
4단계의 핵심 질문은 "전세포 안에서 처음 자기복제를 한 그 물질이 무엇이었나"이다. 오늘날 세포는 DNA에 정보를 저장하지만 원시 대기에서 DNA가 바로 만들어지진 않으므로, 후보는 둘로 좁혀졌다 — 단백질 효소냐, RNA냐. 교수님은 이걸 "닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐"(정보 저장 유전자가 먼저냐, 촉매 효소가 먼저냐)에 비유했다. 결정적으로, 일부 RNA가 효소처럼 촉매 작용을 한다는 발견이 RNA 우선설을 뒷받침한다.
⭐ 리보자임(ribozyme) = 효소처럼 기능하는 RNA 분자. RNA는 정보도 담고(유전자) 반응도 돕는다(효소) — 즉 닭이자 달걀이다. 그래서 "유전자와 효소 중 무엇이 먼저냐"의 역설을 푼다(둘 다 RNA였으니까). 이 시기를 RNA 세계(RNA world)라 한다.
자기복제 RNA를 품은 전세포에 자연선택(natural selection)이 작용하며 더 효율적으로 복제하는 쪽이 늘었고, 수백만 년 뒤 더 안정한 DNA가 RNA를 대신해 유전정보 저장소가 되면서 진짜 세포 — 원핵생물 — 로 넘어갔다(RNA는 불안정, DNA는 안정적). 화학적 진화에서 다윈식 진화로 이어진 것이다.
원핵생물은 핵과 막성 소기관이 없고 대부분 세포벽을 가진다. 단순해 보여도 끓는 심해 열수구·사해처럼 짠 곳 등 어디에나 살고(집단 생물량은 모든 진핵생물의 최소 10배), 교수님 말로는 "마스크에도, 싱크대 수세미에도" 다 있다. ⭐ 분류의 첫 단계는 형태(form)로 세 가지가 핵심이다 — 구균(cocci, 공 모양; 단수 coccus·복수 cocci), 간균(bacilli, 막대 모양 = rod shape), 나선균(spiral, 꼬인 형태; 스피로헤타 포함, 매독·라임병 유발). 배열도 의미가 있다 — "포도상구균"은 포도송이처럼 동그란 게 뭉쳤다는 뜻으로 staphylococci, 사슬로 이어진 건 연쇄상구균(streptococci, 패혈성 인두염)이며 현미경 배열로 구분한다(Checkpoint).
미생물은 점 하나로 외롭게 자라지 않고 덩어리로 뭉쳐 자란다. 대표가 치태(dental plaque) — 입속 미생물이 떡처럼 뭉친 것이다. 이렇게 서로 물질을 교환하며 뭉친 군집을 생물막(biofilm)이라 한다. ⭐ 항생제를 치면 표면부터 죽지만 안쪽 균은 살아남아 내성이 생기는 게 문제다. 의학은 바이오필름을 깨려 하지만, 교수님은 반대로 "(플라스틱 분해를 위해) 바이오필름을 증가시키는 연구"를 한다고 했다.
⭐ 번식은 이분법(binary fission) — DNA 복제 후 둘로 갈라져 1→2→4→8…(2의 N승). 성별이 없어 유성생식 개념이 없다. 최적 조건에서 20분이면 한 세대라 빠른 증식과 함께 돌연변이가 많이 생기고, 이게 항생제 내성의 빠른 출현으로 직결된다.
이 단원 최고 하이라이트는 내생포자(endospore)다. 영양분(글루코스 등)이 주변에 하나도 없으면, 일부 세균은 껍데기를 두껍게 싸고 대사를 멈춘 좀비 상태가 되어 안에 저장물질을 채우고 버틴다. 환경이 좋아지면 물을 흡수해 다시 깨어난다. ⭐ 문제는 이게 끓는 물(100°C)에도 안 죽는다는 것이다.
이걸 각인시킨 게 골드러시 이야기다. 서부로 떠나는 길은 사막이라 소를 잡아 통조림을 만들어 갔는데, 토양균 Clostridium botulinum이 문제였다. 소가 풀을 흙째 뜯어 균에 감염되고, 압력솥이 없어 통조림을 그냥 100°C로만 끓여 담갔다. 100°C로는 내생포자가 안 죽으니, 흙에선 못 자라던 균이 농축 영양분 가득한 통조림 안에서 폭발적으로 증식해 사람들이 중독사했다. 이 독이 보툴리눔 독소다.
이 독은 호흡곤란·신경마비를 일으킨다(횡격막 근육 신경을 마비시켜 숨을 못 쉬게 함). 한 안과의사가 "근육 활동을 멈추는구나" 깨닫고, 사시(斜視) 환자(안구를 잡는 근육 좌우 밸런스가 안 맞아 한쪽으로 쏠림)의 과하게 당기는 쪽 근육을 마비시키려 독을 엄청 희석해 주사했다. 1~2년 뒤 환자들이 "주사 맞은 쪽 주름이 펴졌다"고 했다 — 이것이 ⭐ 보톡스(Botox)의 유래다. 강력한 독도 희석하면 미용·치료제가 된다.
또 다른 내생포자 형성균이 탄저균(Anthrax)이다. anthrax는 그리스어로 "석탄" — 감염되면 검은 반점이 생기며 몸이 타들어가듯 죽는다(익히지 않은 소고기로 사람에게 감염). ⭐ 먹이(글루코스)를 끊으면 내생포자를 만드는 성질을 악용해, 균을 굶겨 내생포자를 잔뜩 만든 뒤 가루로 만들어 포탄에 넣는 생화학무기가 된다. 교수님 표현 — "이 포탄은 안 터진다. '불발탄인가?' 싶은 게 진짜 공격이다(뻥 터지면 포자까지 타 죽으니까)." 북한 보유 가능성도 언급. 다행히 파스퇴르(Pasteur)가 이미 백신을 개발해뒀다.
원핵생물은 대사가 매우 다양해 광합성·유기물은 물론 암모니아(NH₃)·황화수소(H₂S) 같은 무기물에서도 에너지를 얻는다. 그래서 죽은 생물을 분해해 원소를 되돌리는 화학적 순환(chemical recycling)의 핵심이고(분해자 없으면 원소가 사체에 갇힘), 질소고정으로 식물에 질소를 주며, 생물학적 정화(bioremediation)에도 쓰인다. 교수님은 멕시코만 원유 유출 때 원유 먹는 미생물을 비행기로 대량 살포한 사례와, 우리나라 태안 기름유출 때 물 위에 뜬 기름을 사람들이 인해전술로 흡착포로 떠낸 사례를 대비시켰다(하수도 정화조→환경정화장치→상수도 순환도 미생물 분해).
분자 비교로 원핵생물은 두 갈래로 나뉘고, 진핵을 더해 생명은 ⭐ 3역(three domains, 1960년대 성립) — 세균(Bacteria)·고세균(Archaea)·진핵생물(Eukarya)로 정리된다. 고세균은 핵막이 없어 원핵이지만 일부 성질은 진핵을 닮은 "중간자"로, 대부분 극한 환경에 산다.
| 고세균 종류 | 특징 | 서식·의의 |
|---|---|---|
| 극호열균(thermophile) | 열 사랑 | 온천·열수구 등 고온 환경 |
| 극호염균(halophile) | 소금 사랑 | 사해 등 고염 환경 |
| 메탄생성균(methanogen) | 무산소에서 메탄 생성 | 소의 위·매립지. ⭐ 만든 메탄이 곧 에너지원(연료) |
메탄생성균 이야기가 재밌다. 교수님 어릴 적 재래식 화장실에 여름이면 유기물이 쌓이고 온도가 40~50°C로 올라 메탄생성균이 메탄을 가득 채웠는데, 생명과학을 안 배운 체육 선생님이 담배꽁초를 던져 펑! 폭발했다는 일화로 메탄의 가연성(프로판가스 같은)을 각인시켰다. ⭐ 그래서 요즘은 매립지에 파이프를 꽂아 메탄을 모아 난방 연료로 쓴다. 병을 일으키는 세균(병원체, pathogen)은 소수지만 큰 피해를 주며, 균 밖으로 분비하는 외독소(exotoxin, 예: Staphylococcus aureus)나 외막 성분 자체인 내독소(endotoxin, 예: 뇌수막염 Neisseria meningitidis)로 병을 낸다. ⭐ 외독소는 균이 죽은 뒤에도 남아 해를 끼친다(Checkpoint).
미생물 감염엔 항생제로 균을 죽인다. 교수님의 질문 — "왜 제약사가 새 항생제를 안 만들까?" 답은 ⭐ 내성이다. 원핵생물은 이분법으로 너무 빨리 번식해 돌연변이가 많고, 항생제를 만들어도 3~4년이면 내성균이 나온다(자연선택으로 작동 메커니즘을 회피한 돌연변이가 살아남음). 약 하나 개발에 임상까지 1조 원이 드는데 회수 전에 내성이 생기니, 제약사는 항생제 신약을 사실상 포기하고 비아그라·비만약(마운자로 류 GLP-1)만 만든다고 교수님은 비판했다.
최초의 진핵생물은 약 20억 년 전 원핵생물에서 진화했다. 작은 호기성 원핵생물이 더 큰 세포 안에 들어가 공생하며 미토콘드리아(mitochondria)가 되었다는 세포내공생설이 이를 설명한다(숙주는 산소로 ATP를 대량 얻음; Checkpoint). ⭐ 원핵과 진핵의 결정적 차이가 핵막(nuclear envelope)의 형성이다. 원생생물(protist)은 정식 분류군이 아니라 "균류·식물·동물이 아닌 모든 진핵생물"을 묶은 임시 범주로, 대부분 단세포·영양 방식이 다양하다(독립영양 조류, 종속영양, 기생, 혼합영양 Euglena).
이 마이크로바이옴의 건강 영향이 어떻게 발견됐나. 교수님은 ⭐ 위생가설(hygiene hypothesis)을 핀란드-러시아 사례로 풀었다. 2차대전 후 같은 마을에 인위적 국경선이 그어져 한쪽은 서구화된 핀란드(도시화·깨끗함), 다른 쪽은 러시아(흙·소똥 곁에서 자람)로 갈렸는데, 20~30년 뒤 서구화된 핀란드 쪽 알레르기 발생률이 훨씬 높았다. 논리: 어릴 때 많은 항원(antigen)에 노출되면 몸이 "받아들일 것"으로 인식해 알레르기가 안 생기고, 너무 깨끗하게 자라면 외부물질을 항원으로 인식해 과민반응 → 염증 → 알레르기가 된다.
교수님 아들이 던킨도너츠(피스타치오 함유)를 먹고 바로 반응했다. ⭐ 견과류 알레르기는 겉으로 안 드러나고 소화기로 가 호흡곤란을 일으켜 위험하다. 비만-장내미생물 연관("뚱보균" 쥐 이식 실험)도 소개했지만 "원인인지 결과인지 증명이 매우 어렵다"는 단서를 달았다. 유산균 음료는 "과당만, 유산균은 위에서 다 죽음" — 교수님이 인공 위액(artificial gastric juice)에 섞어 위 통과 시간만큼 돌린 뒤 배지에 도말해 살아남은 콜로니로 검증했더니 약국 농축 분말 유산균이 그나마 통과했다. 혼합 군집인 마이크로바이옴은 순수분리 대신 ⭐ PCR로 16S rRNA 유전자를 따 시퀀싱해 "어떤 종이 몇 %"인지 분석한다(1회 약 30만 원).
① 원생동물(protozoan)은 먹이를 삼켜 사는 동물 닮은 원생생물로, ⭐ 이동 방식에 따라 나뉜다 — 편모(flagella) 편모충류(예: 구토·복통 Giardia), 위족(pseudopodia) 아메바류, 섬모(cilia) 섬모충류(예: Paramecium), 그리고 모두 기생성인 정단복합체충류(예: 말라리아 Plasmodium). 이동 수단 세 가지(편모·위족·섬모)가 Checkpoint다. Trichomonas=성병, 아메바도 질병을 일으키며, 미국에서 민물 수영 중 상처로 들어간 아메바가 번식해 다리 절단 위기까지 간 사례도 들었다. ⭐ 핵심: 원생동물엔 세균용 항생제가 안 듣는다(진핵세포라 표적이 다름).
② 점균류(slime mold)는 한때 균류(fungi)와 같은 족속인 줄 알았다가 분류가 바뀌어 원생생물 쪽(아메바와 가까움)으로 넘어왔다. 생태계에서 분해자(decomposer) 역할을 하며, 그물망(web-like) 형태인 변형체(plasmodium)로 퍼지면서 효소를 분비해 유기물을 무기물로 분해·흡수한다.
③ 조류(algae)는 광합성으로 담수·해양 먹이사슬을 떠받친다. 단세포 식물성 플랑크톤, 편모 두 개 달린 와편모조류(dinoflagellate, 적조 유발), ⭐ 규조류(diatom)가 있다. 규조류는 세포벽을 실리카(silica)/실리콘으로 만드는 게 특이한데, "반도체 실리콘의 원료가 실리카"이고 일반 생물은 안 쓰는 이 성분을 규조류만 농축한다. 식물과 가장 가까운 건 녹조류(green algae, 군체성 Volvox 포함)다.
④ 해조류(seaweed)는 크고 다세포인 해양 조류로 색소에 따라 녹조·홍조·갈조(kelp)로 나뉜다(김밥의 김이 여기 속함). ⭐ 주의: 해조류가 식물을 닮은 건 수렴진화(convergent evolution)의 결과일 뿐, 해조류는 식물이 아니라 원생생물에 가깝다(Self-Quiz: 조류와 원생동물을 구분하는 대사 = 광합성).
다음 지구 생명사 사건을 순서대로 배열하시오. (a) 대기 중 O₂ 축적, (b) 식물·균류의 육상 진출, (c) 동물 다양화(캄브리아기 대폭발), (d) 진핵생물 기원, (e) 인류 기원, (f) 다세포 생물 기원, (g) 원핵생물 기원.
정답: g → a → d → f → c → b → e
원핵생물(prokaryote)이 약 35억 년 전 가장 먼저 출현했다(g). 이후 광합성 원핵생물이 O₂를 방출해 대기에 축적되었다(a). 그 다음 세포내공생(endosymbiosis)으로 진핵생물(eukaryote)이 생기고(d), 다세포 생물(f), 캄브리아기 동물 다양화(Cambrian explosion)(c), 식물·균류의 육상 진출(colonization of land)(b)이 이어졌으며, 가장 최근에 인류(humans)가 출현했다(e). ⭐ 매 시험 단골 순서 문제.
파상풍을 일으키는 세균은 끓는점보다 상당히 높은 온도에서 오래 가열해야만 죽일 수 있다. 이는 파상풍 세균에 대해 무엇을 시사하는가?
파상풍 세균(Clostridium)이 내생포자(endospore)를 형성한다는 것을 시사한다. 내생포자는 매우 단단하고 휴면 상태이며 저항성이 강한 세포로, 두꺼운 외피가 세균의 DNA를 보호하여 열·건조·화학물질 같은 가혹한 조건에서도 살아남는다. 그래서 일반적인 끓임(100°C)으로는 부족하고, 121°C 고압 증기 멸균기(autoclave)가 필요하다. (골드러시 보툴리눔 통조림 사건과 같은 원리.)
(a) 막의 형성이 세포 진화에서 근본적으로 중요한 이유는 무엇인가? (b) 극한 환경에 사는 세 종류의 고세균을 들고, 그중 에너지원이 되는 것을 지목하시오.
(a) 막(membrane)은 주변과 구별되는 분리된 내부 환경을 만든다. 이 경계는 분자들을 한곳에 모아 반응이 일어나게 하고, 내부 내용물을 보호하며, 어떤 물질이 드나들지를 조절할 수 있게 한다. 이러한 구획화(compartmentalization)는 스스로 복제·유지하는 최초의 원시세포(pre-cell)가 생겨나는 데 필수적이었다.
(b) 메탄생성균(methanogen), 극호염균(extreme halophile), 극호열균(extreme thermophile). 이 중 메탄생성균이 에너지원이 되는데, 이들이 만드는 메탄(천연가스)을 매립지에서 모아 연료로 쓸 수 있기 때문이다.
(a) 다음 중 단세포와 다세포 형태로 모두 존재할 수 있는 것은? (와편모조류 / Volvox / Paramecium / 규조류) (b) 오직 기생 형태로만 이루어진 원생동물 무리는? (정단복합체충류 / 편모충류 / 섬모충류 / 아메바류)
(a) 정답: Volvox(볼복스). 편모를 가진 여러 세포가 모여 속이 빈 공 모양 군체(colony)를 이루는 녹조류로, 단세포와 진정한 다세포 생명의 중간 형태다. 와편모조류·짚신벌레·규조류는 모두 단세포 원생생물.
(b) 정답: 정단복합체충류(apicomplexans). 모두 동물의 기생충이며, 말라리아를 일으키는 Plasmodium(열원충)이 이 무리에 속한다. 편모충류·섬모충류·아메바류에는 자유생활 종이 많다.
조류(algae) 외에, 식물처럼 광합성을 할 수 있는 또 다른 생물 무리는 무엇인가? 그리고 그 무리가 지구 초기 대기에 한 일은?
남세균(cyanobacteria, 광합성 세균; 예전엔 남조류). 이들은 식물처럼 산소를 발생시키는(oxygenic) 광합성을 하며, 초기 지구 대기에 O₂를 더한 주역이었다. 이 O₂ 축적이 생명사 순서에서 진핵생물 출현 이전의 핵심 단계다("산소 없는 상태 → 광합성 → O₂ 축적 → 진핵생물").
⭐육상 적응 5종(큐티클·기공·관다발·리그닌·균근)과 ⭐세대교번(배우체 n ↔ 포자체 2n)이 두 축이다. ⭐식물 진화 4단계 순서(선태 bryophyte → 양치 fern → 겉씨 gymnosperm → 속씨 angiosperm)와 각 단계가 무엇을 새로 얻었는지(관다발 → 종자 → 꽃), 꽃 구조(수술 stamen·심피 carpel), 그리고 ⭐양치류 = 편모 정자 + 포자체(2n) 우점이라는 비교가 단골이다. 균류는 균사체(mycelium)·키틴(chitin) 세포벽·체외 소화·포자 번식을 기억한다.
식물(plant)은 광합성을 하는 다세포 진핵생물(eukaryote)이지만, 무엇보다 육상 생활에 맞는 일련의 적응(terrestrial adaptations)을 갖추었다는 점에서 정의된다. 다세포·진핵·광합성만 보면 김 같은 대형 조류(algae)도 식물처럼 보이지만, 조류는 육상 적응이 없어 원생생물(protist)로 분류한다. 물속에서는 CO₂와 무기양분이 사방의 물에서 확산으로 공급되고 물이 몸을 떠받쳐 주지만, 육지에서는 CO₂는 공기에, 물·무기양분은 토양에 따로 있어 몸이 마르기 쉽다. 그래서 식물은 두 환경을 동시에 상대하도록 몸이 분화했다 — 땅속의 뿌리(roots)는 고정·흡수를, 지상의 슈트(shoots)(잎 leaf + 줄기 stem)는 공기·햇빛을 상대한다.
⭐ 육상 적응 5가지 — 묶어서 외운다.
① 큐티클(cuticle): 지상부를 덮는 왁스층, 수분 증발 차단.
② 기공(stomata, 단수 stoma): 잎 표피의 공변세포로 둘러싸인 구멍, CO₂·O₂ 기체 교환 조절.
③ 관다발 조직(vascular tissue): 관 모양 세포망, 뿌리→잎(물·무기질)·잎→뿌리(당) 운반.
④ 리그닌(lignin): 관다발 세포벽을 굳히는 물질 — 리그닌이 박힌 조직이 곧 목재(wood), 식물이 위로 곧게 서게 함.
⑤ 균근(mycorrhizae): 뿌리와 균류(균사)의 공생(symbiosis). 균류는 토양 틈의 물·무기질을 주고 식물은 당을 돌려준다.
생식 방식도 바뀌었다. 물속 조류는 물이 배우자(gamete)와 자손을 적셔 퍼뜨려 주지만, 식물은 건조한 공기 속에서 이들을 지켜야 한다. ⭐ 그래서 식물은 난자를 모체 조직 안에 둔 채 수정시키고, 접합자(zygote)가 배(embryo)로 자랄 때까지 모체가 감싸 보호한다 — 이 "보호되는 배(protected embryo)"는 식물을 조류와 가르는 핵심 육상 적응으로 자주 출제된다.
식물은 약 5억 년 전 호수 가장자리·해안 염습지에 깔린 녹조류(green algae)에서 기원했다. 얕은 물이 가끔 말랐기에 물 밖에서도 버티는 조류가 자연선택으로 유리해졌다. 오늘날의 차축조류(charophytes)가 식물의 가장 가까운 조류 친척이며, 식물과 차축조류는 공통 조상에서 갈라졌다. 가장 오래된 식물 화석은 약 4억 7천만 년 전 것이다.
⭐ 식물 진화 4단계 순서(2021 서술, 2022·2023·2025 단답 — 단골 중의 단골)
① 선태식물(bryophyte, 비관다발) → ② 양치식물(fern, 종자 없는 관다발) → ③ 겉씨식물(gymnosperm, 나출 종자) → ④ 속씨식물(angiosperm, 꽃식물)
사건별: 약 470 mya 최초 육상 적응(선태) → 425 mya 관다발 출현(양치) → 360 mya 종자 출현(겉씨) → 140 mya 꽃 출현(속씨). 한 줄 요약은 "관다발 → 종자 → 꽃"이 차례로 더해지며, 동시에 포자체(sporophyte)가 점점 우점해지는 방향이다.
⭐ 식물의 생활사는 동물과 전혀 달라 자주 나온다. 식물은 세대교번(alternation of generations) — 반수체(haploid, n) 세대와 이배체(diploid, 2n) 세대가 번갈아 서로를 만드는 생활사를 가진다.
배우체(gametophyte, n)는 반수체 몸으로 체세포분열을 통해 배우자(gamete)(정자·난자)를 만든다. 배우자가 합쳐져 접합자(2n)가 되고, 이것이 자라 포자체(sporophyte, 2n)가 된다. 포자체는 감수분열로 포자(spore, n)를 만드는데, 포자는 다른 세포와 융합하지 않고 혼자서 새 배우체로 자라는 반수체 세포다(배우자는 둘이 융합해야 접합자가 됨).
핵심 비교 포인트: 선태식물(이끼류)은 배우체(n)가 크고 눈에 잘 띄는 우점 세대다 — 우리가 보는 푹신한 초록 이끼가 배우체이고, 그 위로 솟은 자루 끝 캡슐이 포자체다. ⭐ 진화가 진행될수록 포자체(2n)가 점점 더 우점하는 방향으로 바뀐다: 양치류부터 포자체가 우점하고, 종자식물에서는 배우체가 극도로 축소되어 포자체에 의존한다. "어느 세대가 우점하는가"는 분류군 구별 문제로 직결된다.
선태식물(bryophytes) — 이끼(moss)·우산이끼(liverwort)·뿔이끼(hornwort) — 는 비관다발식물로, 참뿌리·잎이 없고 리그닌도 없다. 리그닌이 없어 곧게 서지 못하므로 여러 개체가 빽빽이 모여 서로를 떠받친다. ⭐ 정자가 난자까지 헤엄쳐 가야 하므로(빗물·이슬 한 겹이면 충분) 번식에 물이 필요하고, 관다발이 없어 물을 멀리 못 보내 축축한 곳에 산다. 그래도 큐티클과 모체 안 배 보호라는 두 육상 적응은 이미 보여 준다.
양치식물(ferns)은 관다발 조직의 진화 덕분에 이끼보다 다양한 서식지를 차지했다. 리그닌으로 단단해진 관다발이 양분을 멀리 보내고 몸을 받쳐 줘 이끼보다 키가 크다. ⭐ 그러나 양치류는 종자가 없는 관다발식물이며, ⭐ 정자에 편모(flagella)가 있어 이끼처럼 물막을 헤엄쳐 가야 수정한다. 게다가 ⭐ 양치류는 포자체(2n)가 우점한다(흔히 보는 큰 양치 잎이 포자체, 배우체는 땅 표면의 아주 작은 식물). 석탄기(Carboniferous, 약 360~300 mya)의 거대 양치류 숲이 불완전 분해·축적되어 오늘날의 석탄(coal)이 되었다.
| 구분 | 선태식물 (bryophyte) | 양치식물 (fern) |
|---|---|---|
| 관다발 | 없음 (비관다발) | 있음 (관다발) |
| 종자 | 없음 (포자) | 없음 (포자) |
| 우점 세대 ⭐ | 배우체 (n) | 포자체 (2n) |
| 정자 ⭐ | 편모·헤엄, 물 필요 | 편모·헤엄, 물 필요 |
| 리그닌·키 높이 | 없음 / 작음 | 있음 / 큼 |
석탄기 말 기후가 건조·한랭해지자, 물 없이도 생활사를 마치고 겨울을 견디는 종자식물(seed plants)이 유리해졌고, 그중 가장 성공한 것이 겉씨식물(gymnosperms, "나출 종자")이다. 대표는 솔방울을 맺는 구과식물(conifers) — 소나무·전나무·삼나무·레드우드다.
⭐ 양치류 대비 종자식물의 추가 육상 적응 3가지
① 배우체의 추가 축소(= 포자체 우점 강화): 솔방울 속 작은 배우체는 모체 포자체에 전적으로 의존·보호된다.
② 꽃가루(pollen): 크게 축소된 수배우체로, 정자가 될 세포를 품는다. 바람에 의한 수분(pollination) 덕에 정자가 물 없이 전달된다(헤엄치는 정자와 대비).
③ 종자(seed): 배 + 양분 + 보호 껍질로, 밑씨(ovule)에서 발달. 오래 휴면하다 좋은 조건에서 발아(germinate).
솔방울 중 암구과의 비늘에 밑씨(암배우체)가 있고, 수구과는 수백만 개의 꽃가루를 뿜는다. 솔잎은 두꺼운 큐티클과 움푹 들어간 기공으로 건조에 강하다.
속씨식물(angiosperms, "싸인 종자"), 곧 꽃식물은 약 25만 종으로 현대 식생을 지배한다(겉씨식물은 약 700종). 성공의 열쇠는 꽃(flower)과 더 효율적인 물 운반이다.
⭐ 꽃 구조 — 바깥→안 순서(출제 빈도 매우 높음)
꽃받침(sepal)(보통 초록, 봉오리 감쌈) → 꽃잎(petal)(화려한 색, 매개자 유인) → 수술(stamen)(수컷; 끝의 꽃밥 anther에서 꽃가루 생성) → 심피(carpel)(암컷; 밑씨가 든 씨방 ovary + 꽃가루를 받는 암술머리 stigma).
즉 꽃가루는 꽃밥(수술)에서, 난자는 씨방 속 밑씨(심피)에서 만들어진다.
암술머리에 꽃가루가 앉으면 꽃가루관(pollen tube)이 밑씨까지 자라 정핵을 내려보내 수정시키고, 접합자는 배로, 주변 조직은 양분이 풍부한 배젖(endosperm)으로 발달하며, 밑씨 전체가 종자가 된다.
⭐ 겉씨 vs 속씨를 가르는 핵심 = 종자가 씨방 안에 싸였는가. 겉씨식물은 나출 종자(밑씨가 씨방 밖), 속씨식물은 씨방 속 종자. 또 ⭐ 열매(fruit) = 익은 씨방으로 속씨식물만 만든다(콩깍지가 예). 열매는 종자를 보호·산포한다. 유추: 밑씨→씨, 씨방→열매.
균류(fungi)는 진핵생물이며 대부분 다세포지만, 식물보다 오히려 동물에 더 가깝다(동물·균류는 약 10억 년 전 공통 조상에서 분기). 영양 방식이 독특하다: 균류는 종속영양생물(heterotroph)로, 몸 밖으로 소화효소를 분비해 체외 소화한 뒤 단순해진 양분을 흡수(absorption)한다. 구조적으로 가는 실 모양 균사(hyphae, 단수 hypha)가 그물처럼 얽혀 섭식 구조인 균사체(mycelium)를 이룬다.
버섯(mushroom)·곰팡이(mold)·효모(yeast)가 흔한 예다. ⭐ 버섯·송로(truffle)는 곰팡이의 생식(번식) 구조로, 땅속 균사체에서 솟아 포자(spore)를 퍼뜨린다(피자 위 버섯 = 균류의 생식 구조). 생태적으로 균류는 세균과 함께 분해자(decomposer)로서 죽은 유기물을 분해해 탄소·질소를 생태계로 되돌린다 — 분해자가 없으면 원소가 순환하지 못해 생태계가 붕괴한다. 약 30%는 기생(parasite)으로 무좀·완선(ringworm)·느릅나무병 등을 일으킨다. 동시에 빵·치즈·맥주·포도주 발효에 쓰이고, 최초의 항생제 페니실린(penicillin)을 만든 Penicillium처럼 의학적으로도 귀중하다.
새로운 식물 종을 발견했다. 현미경으로 보니 편모가 있는 정자(flagellated sperm)를 만들고, 유전 분석 결과 우점 세대가 2배체(diploid)다. 어떤 종류의 식물인가? (Self-Quiz 6)
정답: 양치식물(fern, 종자 없는 관다발식물 seedless vascular plant). 물이 있어야 수정하는 편모 정자는 선태식물(bryophyte)과 양치식물 모두에 나타난다. 그러나 우점 세대가 2배체(= 포자체 sporophyte 우점)라는 점이 (배우체 gametophyte가 우점하는) 선태식물을 배제한다. 따라서 양치식물. ⭐ 2024 단골.
다음 유추를 완성하시오. (Self-Quiz 3)
a. 배우체가 반수체에 대응하듯, ____는 2배체에 대응한다.
b. ____가 침엽수에 대응하듯, 꽃은 ____에 대응한다.
c. 밑씨가 씨에 대응하듯, 씨방은 ____에 대응한다.
a. 포자체(sporophyte) — 배우체(gametophyte)=n, 포자체=2n.
b. 구과(cone)가 침엽수(conifer)에, 꽃(flower)은 속씨식물(angiosperm)에 대응 — 구과·꽃은 각각의 생식 구조를 담는다.
c. 열매(fruit) — 밑씨(ovule)는 씨(seed)로, 씨방(ovary)은 열매로 발달한다. ⭐ "익은 씨방 = 열매"는 속씨식물만의 특징.
(a) 네 가지 주요 식물군 모두에 공통인 구조는? — 관다발 조직, 꽃, 씨, 큐티클, 꽃가루 중 고르시오. (Self-Quiz 1)
(b) 위 목록(속씨식물·양치식물·관다발식물·겉씨식물·종자식물) 중 나머지 모두를 포함하는 가장 포괄적인 용어는? (Self-Quiz 8)
(a) 큐티클(cuticle). 관다발은 선태식물에 없고, 꽃·꽃가루는 종자식물에만, 씨는 겉씨·속씨에만 있다. 수분 손실을 막는 왁스질 큐티클은 모든 육상식물(선태·양치·겉씨·속씨)이 공유하는 육상 적응이다.
(b) 관다발식물(vascular plant). 양치·겉씨·속씨가 모두 관다발식물이고, 종자식물(겉씨+속씨)도 그 하위 집합이므로 가장 넓다.
균류(fungus)의 종속영양 방식을 사람의 종속영양 방식과 대조하시오. (Self-Quiz 12)
둘 다 유기물에서 탄소를 얻는 종속영양생물(heterotroph)이다. 차이는 소화 위치·순서다. 균류는 체외 소화(external digestion) — 효소를 주위로 분비해 몸 바깥에서 유기물을 분해한 뒤, 작아진 양분을 세포막으로 흡수(absorption)한다. 반면 사람은 음식을 먼저 섭취(ingestion)해 몸 안으로 들인 다음, 소화관 내부에서 소화하고 양분을 흡수한다. 즉 균류는 "밖에서 소화→흡수", 사람은 "안으로 섭취→소화→흡수".
관다발 조직이 없고 참뿌리나 리그닌화된 세포벽도 없는 식물은? — 양치식물 / 선태식물 / 차축조류 / 녹조류 중 고르고, 나머지를 한 줄로 배제하라.
선태식물(bryophyte). 이끼류는 참뿌리·리그닌이 없는 비관다발 식물이다. 양치식물(fern)은 관다발식물이라 제외, 차축조류(charophyte)·녹조류(green alga)는 식물이 아니라 조류(원생생물 protist)라 제외. (Self-Quiz 9)
① 동물의 정의(진핵·다세포·종속영양·섭취 ingestion)와 발생 단계(접합자→포배→낭배), ② ⭐척삭동물 4대 특징(등쪽 속빈 신경삭·척삭·인두열·항문 뒤 꼬리), ③ ⭐파충류가 양서류보다 육상에 잘 적응한 핵심 = 껍질 있는 양막란(amniotic egg), ④ 무척추동물 계통을 가르는 기준(조직 유무 → 방사/좌우대칭 → 체강), 변태(metamorphosis)와 외골격(exoskeleton).
동물(animal)은 네 가지 특징으로 정의된다. 진핵(eukaryotic)·다세포(multicellular)·종속영양(heterotrophic)이며, 먹이를 "먹어서" 영양분을 얻는다. 이 섭취(ingestion) 방식이 동물을 다른 생물과 구분하는 핵심이다. 광합성으로 유기물을 직접 만드는 식물과 다르고, 몸 밖에서 먹이를 소화한 뒤 흡수(absorption)하는 균류(fungi)와도 다르다. 동물은 대개 먹이를 몸 안으로 들여보낸 뒤 체내에서 소화한다.
동물(animal) — 진핵·다세포·종속영양 생물로, 먹이를 몸 안으로 들여 소화하는 섭취(ingestion)로 영양을 얻는다. 세포벽이 없으며 대부분 근육세포(운동)와 신경세포(조절)를 가진다.
대부분의 동물은 이배체(diploid)이고 유성생식을 하며, 난자와 정자만이 반수체(haploid)다. 불가사리(sea star)의 생활사가 대표적인 흐름을 보여 준다. 감수분열로 만든 난자와 정자가 수정해 접합자(zygote)가 되고, 접합자가 체세포분열을 거쳐 속이 빈 공 모양의 포배(blastula)를 형성한다. 이후 포배의 한쪽이 안으로 접혀 들어가 낭배(gastrula)가 되는데, 낭배는 외배엽·내배엽·중배엽의 세 세포층과 한쪽 끝의 구멍을 가진 주머니 모양 배아다.
⭐ 발생 순서: 접합자(zygote) → 포배(blastula, 속 빈 세포 공) → 낭배(gastrula, 외·중·내배엽 3층). 낭배가 세 배엽층을 갖는다는 점이 단골이다. 이후 직접 성체로 자라거나, 유생을 거쳐 변태한다.
낭배 이후 많은 동물은 곧바로 성체로 자라지만, 불가사리나 개구리처럼 일부는 먼저 유생(larva) 단계를 거친다. 유생은 성체와 모습이 다른 미성숙 개체이며(개구리의 올챙이가 예), 이후 몸 형태가 크게 바뀌는 변태(metamorphosis)를 거쳐 생식 가능한 성체가 된다.
생물학자들은 몸 구조(body plan)와 유전 정보를 함께 써서 동물의 진화 관계를 정리했다. 이때 가지가 갈라지는 순서와 기준이 곧 시험 포인트다.
체강(body cavity) — 소화관과 바깥 몸벽 사이의 액체로 찬 공간. 내부 장기가 독립적으로 자라고 움직이게 하며 충격을 완충한다. 지렁이처럼 연한 동물에서는 이 액체가 압력을 받아 수압 골격(hydrostatic skeleton) 역할을 한다.
| 분기 단계 | 기준 | 핵심 내용 |
|---|---|---|
| ① 조직 유무 | true tissues | ⭐ 해면동물(sponges)만 조직이 없음 → 나머지 모든 동물과 갈림 |
| ② 대칭성 | radial vs bilateral | 방사대칭(정착성)↔좌우대칭(운동성, 머리 끝에 뇌·감각기관 집중=두화) |
| ③ 발생·유전 | 분자·발생 데이터 | 극피·척삭동물 한 갈래 / 연체·편형·환형·선형·절지 다른 갈래 |
| ④ 체강 | body cavity | ⭐ 해면·자포동물·편형동물만 체강이 없음 |
척추동물(vertebrates)은 전체 동물의 5% 미만이다. 나머지 95%인 무척추동물(invertebrates)의 흐름을 잡아 두자.
| 문(門) | 핵심 특징 | 대칭/소화 |
|---|---|---|
| 해면동물 Porifera | 조직 없음, 깃세포(choanocyte)로 물을 걸러 먹는 현탁물 섭식자 | 조직·체강 없음 |
| 자포동물 Cnidaria | 자포(cnidocyte), 위수강(입=항문 하나), 폴립/메두사 두 형태 | 방사대칭, 입=항문 |
| 연체동물 Mollusca | 근육질 발·내장낭·외투막(mantle), 치설(radula) | 좌우대칭, 완전소화관 |
| 편형동물 Platyhelminthes | ⭐가장 단순한 좌우대칭 동물, 위수강 단일 개구 | 좌우대칭, 입 하나 |
| 환형동물 Annelida | 체절(segmentation), 완전소화관(입·항문) | 좌우대칭 |
| 선형동물 Nematoda | 원통형·양 끝이 가늘다, 비체절 | 좌우대칭 |
| 절지동물 Arthropoda | 외골격+마디진 부속지, 가장 번성한 문 | 좌우대칭 |
| 극피동물 Echinodermata | 수관계(water vascular system)·관족, 내골격 | 성체 방사·유생 좌우 |
몇 가지 시험에 잘 나오는 디테일이 있다. ⭐편형동물은 좌우대칭을 보이는 가장 단순한 동물이다. 환형동물부터는 입과 항문이 따로 있는 완전소화관(complete digestive tract)을 가져, 먹이가 한 방향으로 지나가며 각 소화기관이 분업한다(편형동물까지는 입=항문인 단일 개구, 위수강 gastrovascular cavity).
외골격(exoskeleton) — 동물을 보호하고 근육이 붙는 자리를 제공하는 단단한 외부 골격. 절지동물의 몸은 단백질과 키틴(chitin)으로 된 외골격으로 덮여 있다. 함께 자라지 못하므로 자라려면 낡은 껍질을 벗는 탈피(molting)를 한다(소프트셸 크랩이 그 예).
곤충(insects)은 종 다양성에서 다른 모든 생물을 합친 것보다 많고, 비행 능력이 성공의 열쇠였다. 곤충의 변태에는 두 유형이 있다 — 메뚜기처럼 어린 개체가 성체와 닮은 채 자라는 경우와, 나비처럼 유충(애벌레)·번데기(pupa)를 거쳐 성체와 완전히 다른 모습이 되는 완전변태가 있다.
동물계 탐사의 마지막 문은 척삭동물문(phylum Chordata)이다. 척삭동물은 배아 시기(때로는 성체에서도) 네 가지 공통 특징을 갖는다 — 이 챕터 최우선 암기 포인트다.
⭐ 척삭동물 4대 특징(2021 단답·2024 서술 5번 단골):
① 등쪽 속빈 신경삭(dorsal, hollow nerve cord) — 등 쪽 속 빈 신경관, 척추동물에서 뇌·척수로 발달.
② 척삭(notochord) — 소화관과 신경삭 사이의 유연한 세로 막대. 문 이름의 유래이며, 사람에서는 척추뼈 사이 디스크(추간판의 수핵)로만 남는다.
③ 인두열(pharyngeal slits) — 입 바로 뒤 인두(pharynx)에 난 홈.
④ 항문 뒤 꼬리(post-anal tail) — 항문보다 뒤쪽에 있는 꼬리.
이 네 특징은 성체에서는 알아보기 어려워도 척삭동물의 배아에는 항상 존재한다. 추가로 체절(segmentation)도 척삭동물의 특징으로, 척추동물의 등뼈와 모든 척삭동물의 분절된 근육에서 나타난다. 멍게(tunicate)와 창고기(lancelet)는 무척추 척삭동물이며, 나머지 척삭동물은 등뼈(척추)를 추가로 가진 척추동물이다.
척추동물은 두개골과 척추(vertebrae)로 된 내골격을 가진다. 진화 순서를 따라가면 다음과 같다.
| 강(綱) | 핵심 특징 | 육상 적응 포인트 |
|---|---|---|
| 어류 Fishes | 무악어류(먹장어·칠성장어)→턱(jaws) 출현. 연골어류(상어·가오리)/경골어류. 경골어류는 아가미덮개(operculum)·부레(swim bladder) 보유 | 육기어류(lobe-finned)에서 육상 진출 |
| 양서류 Amphibians | ⭐최초의 사지동물(tetrapod), 육지를 처음 정복. 올챙이 유생→변태 | 알에 껍질 없어 물에 산란, 투과성 피부 → 습한 환경에 매임 |
| 파충류 Reptiles(조류 포함) | ⭐양막란(amniotic egg) + 방수 비늘 피부. 대부분 외온동물(ectotherm) | 물 없이 육상에서 생활사 완성 |
| 조류 Birds | 수각류 공룡에서 진화한 파충류. 깃털·가벼운 뼈 | 내온동물(endotherm), 비행 적응 |
| 포유류 Mammals | ⭐젖샘(mammary gland)+털(hair). 단공류·유대류·진수류(태반) | 내온동물, 양막류 |
⭐ 파충류가 양서류보다 육상에 잘 적응한 결정적 이유(2021·2022·2023·2024, 4회 단골): 방수 껍질로 배아를 감싼 양막란(amniotic egg)을 낳는다. 양막란은 육지 위 "스스로 완결된 작은 연못"처럼 작동해 물 없이 생활사를 완성한다.
인류는 나무 위에 살던 영장류(primate)에서 비롯됐다. 영장류는 유연한 어깨, 물건을 쥐는 손, 마주 보는 두 눈(깊이 지각)으로 수상 생활에 적응했다. 영장류 중 유인원류(anthropoid)에 신·구대륙 원숭이와 유인원·사람이 든다.
⭐ 뇌 확대보다 직립보행(bipedalism)이 먼저였다 — 작은 뇌로 두 발로 걸은 Australopithecus afarensis("루시")가 이를 보여 준다. 이후 뇌가 커진 Homo habilis("손쓴 사람", 도구 사용) → 아프리카 밖으로 처음 퍼진 Homo erectus → 네안데르탈인(우리에게 약 2% 유전적 흔적) → Homo sapiens로 이어진다.
동물계에서 좌우대칭(bilateral symmetry)은 다음 중 무엇과 가장 잘 연관되는가? (a) 모든 방향을 똑같이 감지하는 능력 (b) 골격의 존재 (c) 운동성과 능동적 포식·도피 (d) 체강의 발달
정답: (c) 운동성과 능동적 포식·도피. 좌우대칭 동물은 보통 뚜렷한 머리(두화, cephalization)를 가지고 한 방향으로 나아가며 이동하는데, 이는 능동적 이동·먹이 사냥·포식자 회피에 적합하다. 반대로 방사대칭(radial symmetry)은 모든 방향을 똑같이 감지해야 하는 고착성(sessile)·표류성 동물에 적합하다. (a)는 방사대칭의 특징, (b)·(d)는 좌우대칭과 직접 연관되지 않는다.
파충류(reptiles)가 양서류(amphibians)보다 육상 생활에 훨씬 더 광범위하게 적응한 이유는? (a) 완전한 소화관을 가져서 (b) 껍데기에 둘러싸인 알을 낳아서 (c) 내온성(endothermic)이어서 (d) 유생 단계를 거쳐서
정답: (b) 껍데기에 둘러싸인 알을 낳아서. 파충류는 껍데기와 내부 막을 가진 양막란(amniotic egg)을 낳는데, 이 막들이 배아를 보호하고 건조를 막아 물 없이 완전히 육상에서 번식할 수 있게 한다. 양서류는 알에 껍질이 없어 번식을 위해 물로 돌아가야 한다. ⭐ 기출 4회 단골이며, (a)·(c)·(d)는 모두 함정 오답이다.
인간이 속한 문(phylum)의 이름은 무엇이며, 그 문은 어떤 해부학적 구조의 이름을 따서 명명되었는가? 당신의 몸 어디에서 이 구조의 파생물이 발견되는가?
인간은 척삭동물문(phylum Chordata)에 속하며, 이 문은 척삭(notochord)의 이름을 따서 명명되었다. 인간에서 척삭은 배아 때만 존재하고, 그 잔재는 성인에서 척추뼈 사이 추간판(intervertebral disc)의 젤리 같은 중심인 수핵(nucleus pulposus)으로 남아 있다("디스크 탈출"이 그 흔적이다).
다음 종들을 가장 오래된 것부터 가장 최근의 것 순서로 배열하시오: Homo erectus, Australopithecus 종, Homo habilis, Homo sapiens.
가장 오래된 것부터: Australopithecus 종 → Homo habilis → Homo erectus → Homo sapiens. Australopithecus("루시")는 작은 뇌로 직립보행을 했고(직립보행이 뇌 확대보다 먼저), Homo habilis("손쓴 사람")는 도구를 사용했으며, Homo erectus는 아프리카 밖으로 처음 퍼진 종이다.
다음 동물을 각각의 문과 짝지으시오: 창고기(lancelet), 조개(clam), 촌충(tapeworm), 집먼지진드기(dust mite), 해면(sponge).
창고기 → 척삭동물문(Chordata) / 조개 → 연체동물문(Mollusca) / 촌충 → 편형동물문(Platyhelminthes) / 집먼지진드기 → 절지동물문(Arthropoda) / 해면 → 해면동물문(Porifera). 창고기는 멍게와 함께 무척추 척삭동물이라는 점에 유의.
① 구조 위계(세포→조직→기관→기관계→개체)와 4대 조직(상피·결합·근육·신경)의 예시는 거의 매년 서술로 출제되는 단골이다. ② 해부학(anatomy) vs 생리학(physiology), 구조-기능 상관, 항상성(homeostasis)과 음성되먹임(negative feedback)의 정의·예시를 정확히 구분할 것. ③ 체온조절(내온동물 vs 외온동물)과 네프론의 4과정(여과·재흡수·분비·배설), 그리고 담수어=묽은 오줌 다량 / 해수어=농축 오줌 소량 대비는 빈출이다.
교수님은 Chapter 21을 칠판에 "Unifying Concepts of Animal Structure and Function"이라고 쓰면서, 이 단원 전체를 구조와 기능(structure and function)이라는 한 문장으로 묶었다. 핵심 명제는 이렇다. "생물학적 구조를 분석하면 기능을 알 수 있고, 거꾸로 기능을 이해하면 그 구조를 알 수 있다." 강의 내내 이 말을 몇 번이나 반복했으니, 이게 이 챕터의 major theme이라고 보면 된다. 어떤 부위의 형태는 그것이 해야 할 일에 맞춰져 있다 — 어깨의 절구관절(ball-and-socket joint)은 위팔뼈를 모든 방향으로 돌리는 데, 새의 속 빈 벌집 구조 날개뼈는 가볍고 튼튼하게 나는 데 맞춰진 구조다.
그래서 생물학자는 이 둘을 따로 연구하는 두 학문으로 나눈다. 피부 가까이 혈관이 어떻게 배열돼 있는지 들여다보는 것은 해부학자의 일이고, 그 혈관이 갑자기 더워졌을 때 어떻게 넓어지는지 그 작동을 보는 것은 생리학자의 일이다. 교수님 말처럼 해부학은 "물리적인 것에 기반"해서 역사가 훨씬 오래됐다 — 시신을 직접 갈라 보는 데서 출발했으니까. 다만 요즘은 거의 다 분자(molecular) 수준으로 넘어가, 의대 기초의학실 해부학교실에 들어가 봐도 순수 해부학만 하는 사람은 거의 없고 다들 분자생물학을 연구한다고 부연했다.
해부학(anatomy)은 몸 부위의 구조(structure)를 연구하는 학문이고, 생리학(physiology)은 그 부위의 기능(function)을 연구하는 학문이다. ⭐ 두 정의를 서로 바꿔 묻는 함정이 단골이니 "해부=구조, 생리=기능"으로 고정해 외운다.
왜 지금도 구조-기능 연구가 중요한가? 교수님은 요즘 유행하는 휴머노이드 로봇 이야기로 풀었다. 이족보행 휴머노이드를 만들려면 가장 비슷한 모델인 사람을 해부학적으로 분석해서 따라 만들어야 한다. 그런데 두 발로 더 잘 걷는 건 사실 사람보다 타조다 — 그러니 더 잘 걷는 로봇을 원하면 타조의 뼈 배치를 분석해 베껴야 한다. 즉 구조(뼈 배치)를 알아야 기능(잘 걷기)을 구현한다는 것. (여담으로 GS25에서 중국산 휴머노이드를 판다는 뉴스를 곁들였다. 제일 비싼 게 3,250만 원, 애완용 로봇은 250만 원이라고.)
⭐ 동물의 몸은 계층적 위계(hierarchy)로 조직돼 있다. 교수님은 이걸 "소단위에서 대단위로 점점 커진다"는 한 방향으로 정리했다. 세포가 비슷한 것끼리 모이면 조직(tissue), 여러 조직이 결합해 하나의 기능 단위를 이루면 기관(organ)이다. 강의에서 든 예가 혈관 계통으로 — 모세혈관·동맥·대동맥·정맥·대정맥 같은 "파이프라인"이 다 모여 하나의 기관을 형성한다. 그런데 기관은 혼자 일하지 않는다. 그 기관과 관련된 모든 것을 묶으면 기관계(organ system)가 되고, 기관계가 여러 개 모여 통합되면 결국 개체(organism)가 된다.
구조 위계는 작은 것부터 세포(cell) → 조직(tissue) → 기관(organ) → 기관계(organ system) → 개체(organism) 순으로 커진다. ⭐ 이 순서를 큰→작은 또는 작은→큰으로 배열하거나, 4단계(조직·기관·기관계·개체)를 쓰게 하는 문제가 거의 매년 서술로 나온다.
교수님이 굳이 강조한 포인트 하나 — 심혈관계 질환(고혈압·저혈압·부정맥)을 다루려면 "심장(혹은 신장) 하나만 떼어 봐서는 안 되고, 관련된 기관계 전체를 봐야 한다"는 것. 이 위계의 핵심은 각 단계마다 이전 단계에는 없던 창발적 성질(emergent properties)이 나타난다는 점이다. 기관은 그것을 이루는 어떤 조직도 혼자서는 못 하는 일을 해낸다. 대표 예가 심장으로, 근육세포(세포) → 심장근(조직) → 심장(기관) → 순환계(기관계) → 사람(개체)의 흐름이 위계 그대로다. 각 기관계는 서로 의존하므로, 한 기관계(예: 췌장)가 망가지면 당뇨처럼 개체 전체가 위협받는다.
조직(tissue)이 뭔지 교수님은 삼겹살로 설명했다. "휴일이라 삼겹살 파티를 한다 치자. 구워 놓고 보면 근육조직도 있고, 지방세포도 덩어리져 있고, 그게 다 섞여서 한 덩어리를 이룬다." 그러면서 정의를 못 박았다 — 조직은 "유사하지만 동일하지는 않은 세포들의 덩어리"다. 다른 종류의 세포가 섞여 있지만, 그 안의 세포들은 각자 분화(specialized)돼 특정 기능을 맡는다. (고기를 결대로 찢으면 쫙 갈라지는 건, 근육세포가 다발(bundle)로 묶여 있어 그 다발이 하나씩 찢어지기 때문.)
⭐ 동물의 조직은 딱 네 가지다 — 상피조직·결합조직·근육조직·신경조직. 각 조직의 기능과 예시를 묶어 외워야 한다(거의 매번 출제).
| 조직 | 기능 | 예시·특징 |
|---|---|---|
| 상피조직(epithelial) | 표면을 덮고 기관 내부를 싸는 보호·교환 | 피부(여러 겹의 방수 장벽), 모세혈관 내벽(얇은 한 겹—물질교환 최적), 장 내벽(소화액 분비·영양소 흡수) |
| 결합조직(connective) | 다른 조직을 지지·결합 | 세포가 세포외기질(extracellular matrix)에 흩어져 있음. 성긴결합조직·섬유결합조직(힘줄·인대)·연골·뼈·지방·혈액 |
| 근육조직(muscle) | 자극 받아 수축 | 골격근(수의·뼈 움직임), 심장근(불수의·심장박동), 평활근(불수의·내장·혈관) |
| 신경조직(nervous) | 정보를 전달·통합 | 기본 단위는 뉴런(neuron). 전기신호를 먼 거리까지 전달, 뇌·척수·신경 구성 |
상피조직 — "여기서 물질 교환이 일어난다." 교수님은 상피(epithelial)를 "표면을 덮거나 기관 내부에 라인(line)을 치는 세포"로 정의하고 사례를 죽 나열했다. 피부, 혈관을 둘러싼 세포, 폐의 호흡관 내부, 위 점막, 장(腸, 결국 "파이프 내부"), 대장, 방광(urinary bladder, 안이 비어 있으니 그 내부 표면도) 전부 상피다. ⭐ 이걸 한 줄로 꿰는 핵심 — 이 상피 라인을 따라 물질 교환(exchange)이 일어난다. 호흡관이면 기체가, 소화관이면 음식물이, 혈관이면 피가 왔다 갔다 하면서 상피세포와 물질을 주고받는다. 그래서 모세혈관 내벽은 새는 듯 얇은 한 겹이라 교환에 최적이고, 피부는 반대로 여러 겹의 촘촘한 방수 장벽이다. 화상의 정도(1·2·3도)도 상피·진피 중 어디까지 손상됐는지로 판정한다.
상피세포의 또 다른 특징은 빨리 자라고 빨리 죽는다는 것. 그래서 머리 표면 각질이 떨어진 게 바로 비듬이고, 미토콘드리아 시퀀싱 실험 때 손가락을 자르지 않고 면봉으로 입안 점막을 긁어 세포를 얻는 것도 입안 상피가 빨리 떨어져 쉽게 채취되기 때문이다. 반대로 신경세포(뉴런)는 수십 년을 산다 — 거의 평생 안 바뀐다는 대비가 핵심이다.
⭐ 상피 관련 통계 하나(교과서 보충). 상피세포는 외부와 가장 직접 접촉하며 끊임없이 빠르게 분열·교체되므로 분열 오류(돌연변이) 위험이 크다. 그래서 전체 암의 약 80%가 상피조직에서 발생하며, 이를 암종(carcinoma)이라 부른다(유방·전립선·폐·결장·직장암 등).
결합조직 — 핵심은 "세포외기질을 가진다". 둘째는 결합조직(connective, 연결조직이라고도 하지만 결합조직으로 외우자)으로, 기능은 다른 조직을 지지(support)·결합(join)하는 것이다. ⭐ 상피가 그냥 표면의 "껍데기"라면, 결합조직의 결정적 차이는 세포외기질(extracellular matrix, ECM)을 함유한다는 점이다. 세포외기질은 세포가 바깥으로 분비한 단백질·당·지질로, 세포 자체는 아니지만 세포 사이를 채워 지지·연결한다. 교수님은 무릎 단면도(21-4)로 종류를 짚었다 — 성긴결합조직(loose, 피부 아래), 지방을 저장하는 지방세포(아디포스, adipose), 콜라겐이 빽빽해 힘줄(tendon, 고기의 질긴 부분, 근육↔뼈)을 만드는 섬유결합조직, 뼈와 뼈 사이 쿠션인 연골(cartilage). "나이 들면 걸을 때마다 다리가 삐그덕거린다"며 연골 마모를 자기 경험으로 설명했다(연골은 혈관이 없어 손상 시 잘 낫지 않는다). 그리고 "특이하게도" 혈액(blood)도 결합조직이라는 점을 따로 강조했다.
콜라겐 이야기 — 세포외기질의 주인공. ECM의 주성분이 콜라겐(collagen)이다. 교수님은 이걸로 두 이야기를 했다. 첫째, "여자친구를 만들고 싶으면 콜라겐·엘라스틴 든 화장품을 선물해라(상식 있는 사람이다)." 그러면서 "100% 식물성 화장품"의 함정 — 식물성이 좋아 보여도 거기엔 콜라겐이 없어서 오히려 피부 침투(전달)가 안 된다는 것. 둘째, 좀 더 무거운 법·윤리 이야기. 눈·간·심장 같은 장기는 법으로 엄격히 규정돼 등록 순서대로, 그리고 면역 거부가 없는 적합자 순으로만 꼭 필요한 환자에게 간다(돈이 많다고 새치기 못 한다). 그런데 세포외기질(콜라겐)은 법적으로 '조직'에 들어가지 않는다. 그래서 시신에서 떼어 다른 데 써도 법적 제약이 덜하고, 인체 유래 콜라겐은 사람 피부에 더 잘 먹히기 때문에(돼지 콜라겐보다 효과가 좋다) 일부 바이오벤처가 이를 피부과 등에 공급하는 게 이슈가 된다.
(보너스 — 결합조직 끝에 들려준 미토콘드리아 모계유전 일화: 미토콘드리아 DNA는 난자, 즉 엄마에게서만 온다. 정자 것은 추적에 안 잡힌다 → 너희 미토콘드리아는 다 "엄마 번호". 아들만 있는 집안은 그 계보가 후대로 전달 안 돼 '멸종'하고, 딸이 있어야 이어진다. 이 모계유전 추적으로 인류가 아프리카에서 남방·시베리아·중국을 거쳐 한반도로 퍼진 경로까지 추정할 수 있다고.)
근육조직과 신경조직. 근육조직(muscle)은 자극을 받아 수축한다. ⭐ 세 종류 중 골격근(skeletal)만 의식적으로 조절(수의)할 수 있고, 심장근·평활근은 불수의다. 무게운동은 근섬유 수가 아니라 개별 골격근 섬유를 굵게 만든다. 신경조직(nervous)은 정보를 전달·통합하며, 기본 단위는 긴 돌기로 전기신호를 먼 거리까지 보내는 뉴런(neuron)이다.
여러 조직이 한 기관으로 협력하는 좋은 예가 소장(small intestine)의 벽으로, 안쪽부터 상피조직·결합조직·평활근 두 겹·결합조직·바깥 상피가 층층이 쌓여 하나의 기관을 이룬다. 사람은 이런 기관들을 모아 11개 주요 기관계(순환·호흡·소화·비뇨·골격·근육·신경·내분비·생식·림프/면역·외피)로 조직한다.
모든 동물은 환경과 물질·에너지를 끊임없이 주고받는 열린계(open system)다. 단세포 아메바나 히드라는 세포가 환경에 직접 닿아 교환하지만, 크고 복잡한 동물은 모든 세포가 환경에 직접 닿을 수 없으므로 소화계·호흡계·비뇨계가 외부와 물질을 교환하고 순환계가 이를 온몸 세포로 운반한다. 이를 위해 폐(펼치면 테니스 코트 넓이)나 장(손가락 모양 돌기)처럼 표면적을 극대화한 접힘·가지 구조를 진화시켰다.
이 절부터는 강의 녹음 범위 밖이라 교과서로 보충하되, 앞서 본 "구조-기능, 그리고 자연선택" 흐름의 연장으로 보면 된다.
⭐ 항상성(homeostasis)은 "정상 상태(steady state)"라는 뜻으로, 외부 환경이 변해도 내부 환경을 비교적 일정하게 유지하려는 경향이다. 정적 상태가 아니라, 내부를 흐트러뜨리려는 외부 힘과 이를 거스르는 조절 기작이 맞서는 동적 상태(dynamic state)다. 정의 그대로 출제된다.
척추동물의 내부 환경은 세포 사이를 채우는 간질액(interstitial fluid)을 포함하며, 그 조성이 일정해야 생존할 수 있다. 혈당이나 체온은 늘 약간 오르내리되 견딜 수 있는 범위 안에 머물며, 당뇨는 혈당 항상성이 무너진 예다.
⭐ 음성되먹임(negative feedback): 어떤 과정의 결과가 그 과정 자체를 억제하는 조절(예: 집의 온도조절기, 인슐린에 의한 혈당 조절). 항상성의 가장 흔한 기작이다.
양성되먹임(positive feedback): 결과가 그 과정을 더 강화하는 덜 흔한 방식(예: 혈액 응고, 옥시토신→젖 분출→더 많은 빨기 수유 반사, 활동전위의 Na⁺ 유입). 둘을 구별하는 문제가 단골.
⭐ 체온조절(thermoregulation)은 체온을 일정 범위로 유지하는 항상성 기작이다.
| 구분 | 내온동물(endotherm) | 외온동물(ectotherm) |
|---|---|---|
| 열의 주된 출처 | 자신의 대사(metabolism)로 체열 대부분을 만듦 | 주로 주위 환경에서 체열을 흡수 |
| 대표 동물 | 대부분의 포유류·조류 | 대부분의 무척추동물·어류·양서류·비조류 파충류 |
사람의 체온조절도 음성되먹임이다. 체온이 설정점(약 37°C)보다 내려가면 시상하부가 표면 혈관을 수축시키고(열 손실↓) 근육을 떨게(shiver) 해 열을 만들고, 올라가면 표면 혈관을 확장하고 땀샘을 활성화해 열을 내보낸다. 발열(fever)은 면역세포가 낸 화학물질이 뇌의 온도 중추를 자극해 설정점을 높인 결과이며(미생물 자체가 발열을 일으키는 게 아님), 38–39°C는 방어를 돕지만 40°C를 넘으면 단백질이 손상되어 위험하다. 열을 다루는 방식이 이렇게 다양한 것 자체가 자연선택의 산물로, 앞서 본 구조-기능=진화 테마와 맞물린다.
삼투조절(osmoregulation)은 물과 용질(NaCl 등)의 출입을 조절하는 일이다. 물은 삼투(osmosis)로 용질을 따라 이동하므로, 삼투조절은 주로 용질을 조절하는 데 기반한다.
| 구분 | 해수어(saltwater) | 담수어(freshwater) |
|---|---|---|
| 환경 vs 체액 | 주변이 더 짬 → 물을 잃음 | 주변이 덜 짬(저장성) → 물이 들어옴 |
| 대응 | 물을 마시고 아가미로 과잉 염 배출 | 아가미·소화계로 염 흡수 |
| 오줌 | 소량의 농축된 오줌 | ⭐ 다량의 묽은(희석) 오줌 |
사람 비뇨계의 핵심 기관은 두 개의 신장(kidney)이며, 그 기능 단위가 네프론(nephron, 세뇨관+모세혈관)으로 각 신장에 약 100만 개가 있다. 혈액은 콩팥동맥(renal artery)으로 들어가 콩팥정맥(renal vein)으로 나간다.
⭐ 네프론의 오줌 생성 4과정(정확한 순서·정의가 빈출)
① 여과(filtration) — 혈압이 물·작은 분자를 혈액에서 세뇨관으로 밀어내 여과액(filtrate)을 만든다.
② 재흡수(reabsorption) — 여과액에서 물·포도당 등 유용한 용질을 혈액으로 되돌린다.
③ 분비(secretion) — 일부 이온·약물 등을 혈액에서 여과액으로 옮긴다.
④ 배설(excretion) — 남은 오줌(urine)이 콩팥→요관→방광→요도를 거쳐 배출된다.
오줌은 대부분 물(약 94%)이고 주요 용질은 단백질·핵산 분해 산물인 요소(urea)다. 체액 농도가 높으면(물 부족) 뇌하수체가 ADH(항이뇨호르몬)를 늘려 물을 더 재흡수하게 하고, 묽으면 ADH가 줄어 맑은 오줌이 많이 나온다. 카페인·알코올은 ADH를 억제하는 이뇨제(diuretic)라 탈수를 유발한다. 정상적으로 오줌에 없어야 할 포도당이 검출되면 당뇨를 시사한다.
체온을 다루는 방식의 다양성은 자연선택의 산물이다. 다음을 해부학적·생리학적·행동적 적응으로 분류하라: ㉠ 털·깃털·지방층, ㉡ 떨림·땀·헐떡임, ㉢ 일광욕·목욕·이주.
풀이: ㉠은 해부학적(anatomical) 적응(단열을 위한 구조), ㉡은 생리학적(physiological) 적응(몸 내부의 기능적 반응), ㉢은 행동적(behavioral) 적응(행동 변화)이다. 단 하나의 선택압(체온 유지)이 환경에 따라 수많은 적응을 진화시켰음을 보여준다.
성인에게서 더 흔한 암은 어느 쪽일 가능성이 높은가: 목 안쪽을 싸는 상피조직(epithelial tissue)의 암인가, 아니면 장의 평활근(smooth muscle) 암인가? 그 이유는?
정답: 상피조직의 암이 더 흔하다. 암은 통제되지 않는 세포 분열(uncontrolled cell division)에서 생기므로, 세포가 자주 분열하는 조직일수록 취약하다. 목을 싸는 상피세포(epithelial cells)는 끊임없이 닳아 떨어지고 교체되어 평생 빠르게 분열하므로 발암 돌연변이가 생길 기회가 많다. 반면 평활근 세포는 거의 분열하지 않아 근육 암은 훨씬 드물다. 그래서 대부분의 성인 암(carcinoma, 암종)은 상피에서 기원한다.
다음 각 진술이 양성 되먹임(positive feedback)인지 음성 되먹임(negative feedback)인지 밝히고 이유를 설명하라. ㉠ 신경세포 자극으로 Na⁺이 세포로 새어 들어오고, 이 유입이 더 많은 Na⁺ 유입을 촉발한다. ㉡ 혈당 증가가 이자를 자극해 혈당을 낮추는 인슐린(insulin)을 분비하게 한다.
㉠ 양성 되먹임 — 처음 변화(Na⁺ 유입)가 같은 방향의 변화(더 많은 Na⁺ 유입)를 촉발해 반응을 되돌리는 대신 증폭한다(활동전위/action potential가 폭발적으로 형성되는 방식). ㉡ 음성 되먹임 — 반응(인슐린 분비)이 원래 변화(높은 혈당)에 반대로 작용해 포도당을 설정점(set point)으로 다시 낮춘다.
삼투조절(osmoregulation)에 관한 다음 중 옳은 것을 고르고, 나머지가 틀린 이유를 설명하라. (a) 바닷물고기는 다량의 농축된 오줌을 만든다. (b) 민물고기는 다량의 묽은 오줌을 만든다. (c) 바닷물고기는 다량의 묽은 오줌을 만든다.
정답: (b). 민물고기(freshwater fish)는 체액보다 덜 짠(저장성, hypotonic) 환경에 살아 물이 끊임없이 삼투(osmosis)로 몸에 들어온다. 이 과잉의 물을 내보내고 부풀지 않도록 다량의 매우 묽은 오줌을 만든다. 바닷물고기(saltwater fish)는 반대로 물을 잃어 보존해야 하므로 소량의 농축된 오줌만 만든다 → (a)·(c)는 틀림.
여과(filtration)에 의해 혈액에서 콩팥으로 넘어간 물의 대부분은 어떻게 되는가? 나머지는?
여과된 물의 대부분은 재흡수(reabsorption)되어 콩팥 세뇨관에서 다시 혈액으로 돌아가 체내 수분을 보존한다. 작은 나머지 부분만이 용해된 노폐물(주로 요소 urea)과 함께 세뇨관을 계속 지나 오줌(urine)으로 배설(excretion)된다.
빈칸을 채워라: "_____ 조직은 몸의 표면을 덮고, _____ 조직은 몸의 한 부분에서 다른 부분으로 정보를 전달한다." 그리고 가정의 온도조절기(thermostat)와 사람의 체온 유지가 공유하는 조절 원리는 무엇인가?
상피(epithelial) 조직이 표면을 덮고(내부 기관·체강도 싸며), 신경(nervous) 조직이 정보를 전달한다. 둘이 공유하는 원리는 음성되먹임(negative feedback)으로, 설정점(set point)에서 벗어남을 감지해 그 벗어남을 상쇄하는 반응(체온조절은 시상하부의 떨림·발한·혈관 수축/확장)으로 정상으로 되돌린다.
① 음식물 처리의 4단계(섭취·소화·흡수·배출)와 소화 공간의 진화(식포 → 위강 → 소화관)를 구분할 것. ② 인체 소화계 경로(입 → 인두 → 식도 → 위 → 소장 → 대장 → 항문)와 부속기관(침샘·간·쓸개·이자)의 역할. ③ ⭐ 소화효소 짝짓기(다당류 = 아밀라제 / 단백질 = 펩신·트립신 / 지방 = 리파아제)와 ⭐ 쓸개즙 = 간에서 생성, 지방 소화는 매 시험 단골이다.
교수님은 이 단원을 "물질과 에너지 대사의 핵심"이라고 못 박으며 시작한다. 우리가 먹는 모든 것이 가수분해로 잘게 쪼개지고, 흡수되어, 비로소 세포가 쓰게 되는 과정이 곧 소화이기 때문이다. 그런데 그 전에 머릿속에 박아 둬야 할 그림이 하나 있다.
교수님은 칠판에 사람을 그리고 입에서 항문까지 관을 그린 뒤 묻는다. "오늘 철물점에 가서 2 m짜리 철사를 사다가 입에 한번 넣어 보세요. 그대로 쭉 통해서 항문으로 나오겠죠." ⭐ 즉 소화관(alimentary canal) 내부는 몸 안에 있는 관이지만, 사실상 몸 바깥(체외)과 연결된 별도의 공간이라는 것이다. 도넛을 떠올리면 쉽다 — 도넛 구멍은 도넛에 둘러싸여 있지만 도넛 '안'이 아니라 바깥과 통하는 공간이다. 우리 소화관도 똑같다.
음식물에는 온갖 미생물·이물질이 섞여 있어, 소화관 내부(체외)와 몸 내부(혈액·조직)는 물리적으로 철저히 분리돼 있어야 한다. ⭐ 이 둘이 섞이는 순간 패혈증(sepsis) = 혈액이 미생물에 감염되어 온몸을 점유당하는 현상이 온다. 뒤에 나올 충수염 천공·위천공·수술 봉합부 누출(신해철)로 사람이 죽는 이유가 전부 이 한 문장에서 나온다. 이 단원의 모든 기관을 "체외(소화관)와 체내를 어떻게 안전하게 갈라 두는가"의 관점으로 보면 잘 들어온다.
모든 동물은 다른 생물을 먹어야만 산다. 몸을 만드는 원료(building material)와 세포가 쓸 연료(fuel)를 음식에서 얻기 때문이다. 그런데 음식은 대부분 크고 복잡한 분자라 세포가 곧바로 쓸 수 없으므로, 몸은 이 큰 분자를 잘게 부숴야 한다. 이 과정 전체가 음식물 처리(food processing)다.
음식물 처리는 네 단계로 이어진다 — 섭취(ingestion)는 먹는 것, 소화(digestion)는 흡수할 수 있을 만큼 작은 분자로 분해, 흡수(absorption)는 소화관을 둘러싼 세포가 영양소를 받아들임, 배출(elimination)은 소화 안 된 찌꺼기를 버림. 교수님 말로는 "소화가 안 되는 찌꺼기는 계속 쌓이면 안 되니 내보내야겠죠 — 그게 배출"이다.
⭐ 이 4단계 순서는 시험 단골이니 반드시 순서대로 외워 둔다. 씹는 것부터가 소화의 시작인데 이건 기계적 소화(mechanical digestion)다. 교수님은 굳이 잘게 부수는 이유를 둘 든다 — 첫째 덩어리째로는 목으로 못 넘기니 녹여서 넘겨야 하고, 둘째 표면적을 넓혀야 효소가 접근할 수 있다. 그렇게 표면적을 키운 뒤 화학적 소화(chemical digestion)가 큰 분자를 작은 단위체(monomer)로 쪼갠다(녹말 → 포도당).
교수님이 "가수분해, 가수분해, 가수분해"라고 세 번 반복할 만큼 강조한 점. ⭐ 화학적 소화는 전부 가수분해(hydrolysis), 즉 물 분자를 끼워 넣어 폴리머의 결합을 끊는 반응으로 일어나며 대부분 효소(enzyme)가 필요하다. ⭐ 효소–기질 짝은 그대로 출제된다 — 단백질 = 펩신(pepsin)·트립신(trypsin), 다당류(녹말) = 아밀라제(amylase), 지방 = 리파아제(lipase). "어떤 효소가 무엇을 분해하는가"는 빈칸·짝짓기 문제의 대표 출제 포인트다.
참고로 동물은 먹이에 따라 초식동물(herbivore)(소·고릴라·성게), 육식동물(carnivore)(사자·뱀·고양이·거미), 잡식동물(omnivore)(까마귀·바퀴벌레·사람)으로 나뉜다.
"어떻게 자기 조직은 소화하지 않으면서 음식만 소화할까?" 동물은 화학적 소화를 어떤 구획(compartment) 안에서만 안전하게 진행시키는 방식으로 이 문제를 풀었고, 이 진화 양상이 시험 단골이다. 교수님은 "체내 소화하는 애들은 단세포밖에 없다"는 말로 순서를 깔끔하게 정리한다.
⭐ 가장 단순한 형태는 세포 안에서 일어나는 세포내 소화다. 세포가 음식을 삼켜 식포(food vacuole)를 만들고, 효소가 든 리소좀(lysosome)이 여기 융합한다. 해면(sponge)·아메바처럼 작은 생물만 이 방식에 의존한다.
다음 단계는 위강(gastrovascular cavity, 소화순환강)이다. 교수님 설명대로 "일본 사람들이 강(腔)이라고 표시한, 텅 빈 내부 공간(cavity)"으로, ⭐ 입구가 하나뿐이라 같은 구멍이 입과 항문 역할을 겸한다. 음식이 들어와 그 안에서 소화·흡수되고 나머지는 다시 그 길로 나간다(히드라·해파리·편형동물). 가장 발달한 형태가 소화관(alimentary canal)으로, 입과 항문 두 개의 구멍을 가진 관이다. 음식이 한 방향으로만 흐르며 부위별로 단계적으로 소화·흡수되니 훨씬 효율적이다(조립 라인에 빗대면 소화관은 일종의 "분해 라인"). 지렁이와 사람을 포함한 대다수 동물이 이 구조다.
| 구분 | 위강(gastrovascular cavity) | 소화관(alimentary canal) |
|---|---|---|
| 구멍 개수 ⭐ | 1개(입 = 항문 겸용) | 2개(입·항문 분리) |
| 흐름 방향 | 양방향(들어온 곳으로 배출) | 한 방향(일방통행) |
| 소화 방식 | 구획 전체에서 동시에 | 부위별 단계적 소화·흡수 |
| 대표 생물 | 히드라·해파리·편형동물 | 지렁이·사람 등 대다수 |
인체 소화계는 소화관과 여러 부속기관(accessory organ: 침샘·이자·간·쓸개)으로 이루어진다. 교수님은 그림에서 "검정색은 음식물이 직접 지나가며 물리적으로 접촉하는 소화관, 파란색은 직접 닿지는 않지만 소화액을 분비해 돕는 보조 수단"이라고 색으로 구분해 줬다.
⭐ 인체 소화 경로: 입(구강) → 인두(pharynx) → 식도(esophagus) → 위(stomach) → 소장(small intestine) → 대장(large intestine: 결장·직장) → 항문(anus). 이 순서를 도식으로 묻는 문제가 자주 출제된다.
입(구강)에서는 기계적·화학적 소화가 동시에 시작된다. 이(teeth)가 음식을 자르고 갈고, 침샘(salivary gland)에서 나온 침에는 ⭐ 침 아밀라제(salivary amylase)가 들어 있어 녹말 분해를 시작한다. 그런데 침은 음식이 들어와야만 나오는 게 아니다. 교수님은 콜라 광고를 든다 — "콜라 맛있게 먹는 장면을 상상하면 입에 침이 고이죠? 눈(시각) → 신경 → 기억으로 신호가 가서, 콜라가 안 들어왔는데도 들어온 것처럼 착각해 침샘이 침을 내보내는 것"이다(조건반사). 또 "당을 계속 씹으면 처음엔 안 단데 나중에 단맛이 나는 식물이 있다 — 자작나무 껍질을 씹으면 자일리톨(폴리머)이 입에서 분해돼 단맛이 난다"는 것도 입에서 아밀라제가 다당류를 쪼개는 실감 나는 예다.
인두는 목구멍의 갈림길로, 소화계(식도)와 호흡계(기관, trachea)가 만나는 교차로다. ⭐ 교수님은 이걸 "두 갈래 밸브 교차로"라 부른다. 공기가 들어오면 폐로, 음식 덩어리가 들어오면 위로 보내도록 조절하는데, 삼킬 때는 후두덮개(epiglottis)가 기관 입구를 막아 음식이 식도로만 가게 한다. 코와 입은 뒤에서 서로 통해 있어(그래서 코 막히면 입으로 숨 쉬어도 산다), 이 교차로 조절이 꼬이면 사달이 난다. "라면 먹다가 웃기면 음식물이 위로 안 가고 폐 쪽으로 넘어가는데, 그러면 강한 기침 반사로 튀어나오고, 코와 입이 연결돼 있으니 라면이 코로 나오기도 한다."
식도는 인두와 위를 잇는 근육성 관이다. ⭐ 식도는 음식 덩어리 뒤쪽 근육이 수축하고 앞쪽은 이완하는 연동운동(peristalsis)의 물결로 음식을 밀어 내린다. 교수님이 강조하는 건 "이게 중력이 아니라 평활근(smooth muscle)의 수축"이라는 점이다.
위는 늘어나는 저장 탱크다. ⭐ 아코디언처럼 접힌 탄력 벽이 한 번에 많은 음식을 담아 여러 시간 우리를 버티게 하는 구조–기능 적응이다. 교수님은 "먹는 양이 늘수록 위는 더 팽창해 포만감의 끝이 없어진다"며 비만 이야기로 넘어간다.
위벽 세포는 위액(gastric juice)을 분비하며, 위액은 강한 산 염산(HCl), 소화효소 펩신(pepsin), 점액(mucus)으로 이루어진다. ⭐ 펩신이 단백질을 작은 조각(펩타이드)으로 분해하므로 단백질 소화가 처음 시작되는 곳이 위다. 위벽 근육이 음식과 위액을 휘저어 죽 같은 유미즙(chyme)을 만든다.
여기서 교수님이 꼭 짚는 함정. "펩신은 단백질 분해효소인데, 위벽 자체도 단백질이잖아? 펩신이 늘 켜져 있으면 자기 살을 계속 공격하겠지." ⭐ 그래서 펩신은 처음부터 활성형으로 있지 않고, 불활성 전구체인 펩시노겐(pepsinogen, 프로효소)으로 분비됐다가 HCl이 나오면 비로소 펩신으로 활성화된다. 음식이 들어왔을 때만 HCl이 분비되니 펩신도 그때만 켜진다. ⭐ 위산 pH는 1~2로 매우 강하고(HCl이 음식물 소독도 한다), 펩신의 최적 pH도 이 낮은 값이라 산성 환경에서만 작동한다.
식생활이 불규칙해(아침 거르고 야식만) 점막 보호가 무너지면 위염 → 위궤양(gastric ulcer)으로 진행하고, ⭐ 심해지면 위산이 자기 살을 녹여 구멍이 뚫리는 위천공까지 간다. "위에 구멍이 나면 내용물이 몸 안으로 새어 나가 심각해진다" — 다시 8.1의 '체외와 체내가 섞이면 패혈증' 그림이다. 위액이 식도로 역류하면 속쓰림(heartburn)이 생기는데, 교수님은 이름의 유래까지 알려 준다 — "옛날 사람들이 위가 쓰린 걸 심장(heart)이 아픈 걸로 착각해 붙은 이름"이라 heart-burn이다. 위가 헬리코박터(H. pylori)에 감염돼 헐면 항생제가 효과적이고, 약국 제산제(중화제)로 위산을 중화하면 가라앉는다. 위 끝의 괄약근(sphincter)은 유미즙을 약 2~6시간 가둔 뒤 조금씩 십이지장으로 내보낸다(더부룩한 느낌이 이 시간대).
고도비만에는 위 용량을 줄이고 음식이 위를 우회해 바로 소장으로 가게 하는 위 바이패스(gastric bypass) 절제술을 한다. 요즘은 큰 수술 대신 위고비(Wegovy, GLP-1 식욕억제제)를 쓰는데 "한 달 2 kg씩 빠질 만큼 효과적이지만 식욕뿐 아니라 모든 욕구(의욕)까지 떨어뜨리는 부작용"이 있다. ⭐ 가수 신해철 사망은 위 절제 비슷한 수술 후 봉합 부위가 막히지 않아 음식물이 새어 패혈증으로 이어진 사례다 — 이 단원을 관통하는 '체외와 체내가 섞이면 패혈증' 틀의 가장 강렬한 예시.
소장(small intestine)은 ⭐ 약 6 m로 소화관에서 가장 길지만 지름은 2.5 cm로 가늘다(대장보다 좁다). 교수님은 "전쟁 영화에서 배가 갈리면 뭉텅이로 쏟아져 나오는 그 꼬인 관이 소장"이라고 묘사한다. ⭐ 소장은 화학적 소화의 주된 장소이자 영양소 흡수의 주된 장소이며, 음식물이 통과하는 데 5~6시간이 걸린다. 첫 부분인 십이지장(duodenum)에서 위에서 온 유미즙이 이자·간·쓸개·장벽의 소화액과 섞인다.
⭐ 이자(pancreas)는 이자액(pancreatic juice)을 십이지장으로 분비하는데, 위에서 넘어온 강한 산을 중화하고 여러 소화효소(단백질 분해효소 트립신(trypsin) 등)를 담고 있다.
⭐ 쓸개즙(bile)은 간(liver)에서 만들어져 쓸개(gallbladder)에 저장되었다가 십이지장으로 분비되며, 지방을 작은 방울로 쪼개(유화 emulsify) 리파아제 같은 효소가 잘 작용하게 돕는다. "쓸개즙 = 간에서 생성, 지방 소화"는 거의 매 시험에 나온다. ⭐ 쓸개는 저장 장소일 뿐 생성처가 아니다. 교수님 말로 "염증 등으로 쓸개를 떼어내도 간이 계속 쓸개즙을 만들어 사는 데 큰 지장은 없지만, 공급이 부족해져 지방 분해가 약해지니 고기·치즈 같은 지방 섭취를 줄여야 하고 안 그러면 배탈이 난다." 간은 알코올 해독 등 여러 대사도 맡는다.
소화가 끝난 영양소는 소장 안쪽 벽(상피, epithelium)에서 흡수된다. 이 벽은 큰 주름, 손가락 모양 돌기인 융털(villi), 그 위 세포의 더 작은 돌기인 미세융모(microvilli)가 겹겹이라 표면적이 테니스장만큼(약 300 m²) 넓다. ⭐ 이 거대한 표면적이 흡수 기능에 딱 맞는 구조–기능의 진화적 적응이며, "영양소 흡수의 주된 장소 = 소장의 미세융모"가 출제 포인트다. 흡수된 분자는 융털 속 모세혈관과 림프관으로 들어가 비로소 "몸 안으로" 들어온다 — 8.1의 도넛 구멍 비유가 여기서 완성된다.
소장에는 보통 미생물이 없지만, 사람 소화계에는 400종 넘는 세균으로 이루어진 마이크로바이옴(microbiome)이 산다. 이들 대부분은 상리공생(mutualistic symbiosis) 관계로, 비타민 B·K를 만들어 주고 장벽 발달을 돕는 대신 안정적인 영양과 서식처를 얻는다. 교수님은 장내 미생물의 중요성을 분변이식(fecal transplant) 일화로 들려준다 — 균형이 깨진 장에 건강한 사람의 장내 미생물을 옮겨 심는 시도가 있을 만큼 장내 세균은 건강에 직결된다.
대장(large intestine)은 약 1.5 m로 소장보다 짧지만 두 배 가까이 굵다. 소장과 만나는 곳에 괄약근이 있고, 그 근처에 막창자꼬리(appendix, 충수)가 달려 있다.
⭐ 충수는 오른쪽 아랫배에 있고(왼쪽이 아프면 충수염일 확률은 거의 없다), 음식 찌꺼기가 여기 걸려 염증이 잘 생긴다. "충수가 터지면 소화관 내용물이 온몸에 퍼져 패혈증까지 갈 수 있으니, 오른쪽 아랫배가 아프면 빨리 병원에 가야 한다." 교수님은 "새벽에 갑자기 아플 때 응급 수술할 외과의사가 없는 게 지방(대구)의 현실"이라며 시간을 다투는 응급 상황임을 강조한다 — 위험한 이유는 결국 8.1의 '체외와 체내가 섞이면 패혈증'.
⭐ 대장의 주된 부분인 결장(colon)의 핵심 기능은 물의 재흡수다. 마신 물과 분비된 소화액의 90% 이상은 소장이, 나머지 대부분은 결장이 혈액으로 되찾는다. "대장의 주된 기능 = 물 재흡수"는 단답으로 자주 나온다. 결장이 물을 못 되찾으면 설사, 너무 많이 되찾으면 변비가 된다.
물이 흡수되면서 찌꺼기는 단단해져 연동운동을 따라 이동하며, 약 12~24시간에 걸쳐 대변(feces)이 된다(마른 무게의 약 1/3은 장내 세균). 마지막 부분인 직장(rectum)이 대변을 저장하고, 두 개의 항문 괄약근(하나는 수의, 하나는 불수의)이 배출을 조절한다.
쓸개즙(bile)은 ____에서 생성되며, ____을(를) 소화하는 데 도움을 준다.
a. 간(liver); 단백질(proteins) b. 십이지장(duodenum); 단백질 c. 간(liver); 지방(fats) d. 쓸개(gallbladder); 지방(fats)
정답은 c (간; 지방)이다. 쓸개즙(bile)은 간(liver)에서 생성되어 쓸개(gallbladder)에 저장된다. 쓸개즙은 큰 지방 방울을 작은 방울로 쪼개는(유화, emulsify) 쓸개즙염을 함유해 지방 분해효소(리파아제 lipase)가 작용할 수 있게 돕는다. 쓸개는 저장 장소일 뿐 생성처가 아니므로 d는 오답이다. ⭐ 매년 단골이므로 "생성 = 간, 저장 = 쓸개, 대상 = 지방"을 세트로 외울 것.
위(stomach)에서 주로 분해되기 시작하는 거대 생체분자는 어느 종류이며, 그 책임 효소는 무엇인가? 또 그 효소가 위벽 자신을 소화하지 않는 까닭은?
위에서 소화가 시작되는 거대분자는 단백질(proteins)이며, 책임 효소는 펩신(pepsin)이다. 펩신은 위액의 강한 산성(염산, HCl, pH 1~2) 환경에서 작용해 단백질을 펩타이드로 가수분해한다. 위벽 자신을 소화하지 않는 까닭은, 펩신이 처음부터 활성형이 아니라 불활성 전구체 펩시노겐(pepsinogen)으로 분비됐다가 HCl을 만나야 활성화되고(음식이 들어왔을 때만), 점액이 위벽을 덮어 보호하기 때문이다. 참고로 녹말 소화는 입의 침 아밀라제에서, 지방 소화는 소장(십이지장)에서 쓸개즙·리파아제로 진행된다.
무중력 상태의 우주비행사들이 음식을 삼키는 데 어려움을 겪지 않는 이유는 무엇인가?
삼키기는 중력에 의존하지 않기 때문이다. 음식은 식도에서 연동운동(peristalsis) — 음식을 관을 따라 밀어내는 평활근의 율동적 수축 파동 — 에 의해 아래로 이동한다. 음식을 밀어내는 것은 중력이 아니라 근육의 연동운동이므로, 무중력 상태에서도(심지어 거꾸로 매달려 삼켜도) 삼키기는 정상 작동한다.
큰 동물이 오직 식포(food vacuole)에만 의존해 소화할 수 있는가? 이유와 함께 설명하시오.
없다(불가능하다). 식포 안에서 일어나는 세포내 소화(intracellular digestion)는 해면동물·원생생물처럼 아주 작은 생물에서만 가능한데, 모든 세포가 음식 입자를 개별적으로 받아들여 분해해야 하기 때문이다. 큰 동물은 세포 밖에서 음식을 소화하고 영양분을 수많은 몸의 세포로 분배할 수 있도록 세포외 소화 공간 — 위강(gastrovascular cavity)이나, 더 효율적인 소화관(alimentary canal) — 이 필요하다. ⭐ 소화 공간의 진화 순서(식포 → 위강 → 소화관)와 직결되는 단골 논점이다.
음식물 처리의 4단계를 순서대로 쓰고, 각 단계의 영문 용어를 병기하시오. 또한 "체중 증가의 직접 원인"이 되는 단계는 무엇인가?
섭취(ingestion) → 소화(digestion) → 흡수(absorption) → 배출(elimination) 순이다. 체중 증가의 직접 원인이 되는 단계는 흡수(absorption)다. 단순히 음식을 입·소화관에 들이는 섭취만으로는 몸에 영양분이 더해지지 않으며 — 소화관 내부는 사실상 '체외'이므로 — 소화된 영양분 분자가 소화관 벽을 통과해 비로소 몸 안으로 흡수될 때 체질량에 기여한다(흡수되지 않은 물질은 배출됨).
개방순환(open) vs 폐쇄순환(closed), 단일순환(single, 어류) vs 이중순환(double, 폐+체순환)을 동물군과 짝지어 구분하는 문제가 단골이다(2021·2022·2023·2025 서술, 4회). 또한 심장 4방·혈류 경로(우심방→우심실→폐동맥→폐→좌심방→좌심실→대동맥)를 순서대로 추적하는 문제, 산소 운반에서 헤모글로빈(hemoglobin)의 역할(한 분자가 최대 O₂ 4개), 그리고 일산화탄소(CO) 중독의 분자기전이 거의 매번 출제된다.
모든 동물 세포는 환경과 끊임없이 물질을 교환해야 한다. 히드라(hydra)나 해파리(jellyfish)처럼 단순한 동물은 거의 모든 세포가 외부 환경과 직접 닿아 있어 확산(diffusion)만으로 영양분·O₂를 받아들이고 CO₂를 내보낼 수 있다. 그러나 대부분의 동물은 너무 크거나 복잡해서 확산만으로는 부족하다. 확산은 짧은 거리에서만 효율적이기 때문에, 큰 몸 전체로 물질을 빠르게 운반하려면 순환계(circulatory system)가 필요하다.
순환계(circulatory system)는 영양분·O₂·호르몬을 체세포로, CO₂·노폐물을 체세포로부터 운반하는 기관계다. 세 가지 구성요소로 이루어진다 — 중심 펌프(central pump), 관(vessel)의 집합인 혈관계, 그리고 순환하는 액체(circulating fluid).
⭐ 순환계의 유형 구분은 시험 핵심이다(2021·2022·2023·2025 서술, 4회). 동물군과 짝지어 외우는 것이 좋다.
| 구분 | 개방순환계(open) | 폐쇄순환계(closed) |
|---|---|---|
| 동물 | 대부분의 연체동물, 모든 절지동물(곤충·갑각류) | 척추동물·환형동물 등 거의 모든 동물 |
| 특징 | 순환액이 열린 관 끝에서 빠져나와 세포 사이를 직접 흐름 | 혈액(blood)이 닫힌 관 안에만 흐름 |
| 순환액 | 순환액 = 간질액(interstitial fluid), 혈림프(hemolymph) | 혈액이 간질액과 구분됨 |
개방순환계(open circulatory system)는 순환액이 끝이 열린 관으로 펌프되어 세포 사이로 흘러나오므로, 순환액이 곧 세포를 적시는 간질액이 된다. 반면 폐쇄순환계(closed circulatory system)는 혈액이 닫힌 관 안으로만 흐르며 간질액과 별개다. 척추동물의 폐쇄순환계를 특별히 심혈관계(cardiovascular system)라 하며, 심장(cardio-)·혈액·혈관(-vascular)으로 구성된다.
⭐ 폐쇄순환계는 다시 회로(loop) 수로 나뉜다. 단일순환(single circulation)은 경골어류·가오리·상어에서 보이며 혈액이 한 바퀴(심장→아가미→몸→심장)만 돈다. 이중순환(double circulation)은 양서류·파충류(조류 포함)·포유류에서 보이며, 폐와 심장 사이의 폐순환(pulmonary circuit)과 심장과 나머지 몸 사이의 체순환(systemic circuit) 두 회로가 동시에 작동한다. 폐순환에서 혈액은 폐에서 CO₂를 내보내고 O₂를 받아 O₂가 풍부해지고, 체순환에서 그 O₂를 조직에 전달하고 CO₂를 받아 O₂가 부족해진다.
⭐ 심장은 네 개의 방으로 된 4방 심장(four-chambered heart)이며, 혈류 경로 추적은 가장 빈출되는 문제다(2025 단답 8번). 핵심 규칙 두 가지: 심장은 항상 심방(atrium)에서 혈액을 받고, 항상 심실(ventricle)에서 혈액을 내보낸다.
우심방(right atrium) [몸에서 온 O₂-부족 혈액 유입] → 우심실(right ventricle) → 폐동맥(pulmonary artery) → 폐(모세혈관에서 CO₂ 방출·O₂ 흡수) → 폐정맥(pulmonary vein) → 좌심방(left atrium) [폐순환 완성] → 좌심실(left ventricle) → 대동맥(aorta, 가장 큰 혈관) → 온몸 → 상·하대정맥(superior/inferior vena cava)을 통해 다시 우심방으로 [체순환 완성].
⭐ 양서류와 많은 파충류는 3방 심장이라 단일 심실에서 O₂-풍부 혈액과 O₂-부족 혈액이 섞인다. 4방 심장은 두 혈액이 섞이지 않게 하여, 대사 요구가 큰 내온동물(endotherm)인 조류·포유류의 효율적 산소 공급을 가능하게 한 진화적 적응이다. 다리 정맥에서 생긴 혈전이 폐로 가는 경로(다리 정맥 → 하대정맥 → 우심방 → 우심실 → 폐동맥 → 폐 모세혈관)도 기출이다.
심장 근육은 리듬 있게 이완·수축하는데 이를 심장주기(cardiac cycle)라 하며, 한 박동이 한 주기다. 안정 시 성인의 심박수(heart rate)는 분당 60~100회이며, 운동선수는 한 번 수축으로 더 많은 혈액을 보내므로 안정 시 심박수가 낮다. 이완기를 이완기(diastole), 수축기를 수축기(systole)라 한다. 약 0.8초 주기 중 이완기(0.4초)에 네 방으로 혈액이 들어오고, 수축기 첫 0.1초에 심방이 수축해 혈액을 심실로 밀어넣으며, 마지막 0.3초에 심실이 강하게 수축해 대동맥·폐동맥으로 혈액을 내보낸다. 판막(valve)이 역류를 막으며 닫힐 때 "lubb-dupp" 소리가 나고, 판막 결함이 있으면 심잡음(heart murmur)이 들린다.
⭐ 모든 심근 세포는 우심방 벽의 특수 근육 조직인 동방결절(sinoatrial node), 즉 박동조율기(pacemaker)의 지휘로 동시에 박동한다. 박동조율기에서 나온 전기 자극이 양 심방으로 빠르게 퍼져 심방을 동시에 수축시키고, 약 0.1초 지연 후 심실로 전달되어 심실이 강하게 수축한다. 이 전기 신호는 심전도(ECG/EKG)로 기록된다. 에피네프린(epinephrine, 아드레날린)·카페인·운동은 심박수를 높이고, 휴식·수면은 낮춘다. 박동조율기가 조율에 실패하면 심정지(cardiac arrest)가 올 수 있으며, 제세동기(defibrillator)나 인공 박동조율기로 정상 리듬을 회복시킨다.
⭐ 혈관은 세 종류로 나뉜다 — 동맥(artery)은 심장에서 혈액을 내보내고, 모세혈관(capillary)은 혈액과 간질액 사이 물질 교환이 일어나는 곳이며, 정맥(vein)은 혈액을 심장으로 되돌린다. 모세혈관 벽은 흔히 세포 한 겹으로 매우 얇아 확산에 유리하다(구조가 기능에 맞춰진 예). 동맥과 정맥은 추가로 탄력 결합조직층과 평활근(smooth muscle)층을 가져 수축·이완으로 혈류를 조절한다. 정맥에는 동맥에 없는 일방향 판막(one-way valve)이 있어 역류를 막으며, 다리 근육 수축이 중력에 거슬러 혈액을 심장 쪽으로 짜낸다.
혈압(blood pressure)은 혈액이 동맥벽에 가하는 힘으로, 수축기/이완기 두 수치(예: 120/80)로 표기한다. 압력 순서는 동맥 > 모세혈관 > 정맥이다. 지속적으로 높은 혈압은 고혈압(hypertension)으로, 뚜렷한 증상 없이 심장병·심근경색·뇌졸중 위험을 높여 "침묵의 살인자"로 불린다.
⭐ 죽상경화증(atherosclerosis)은 동맥 내벽에 플라크(plaque)라는 지방 침착물이 쌓여 동맥이 좁아지는 만성 심혈관 질환이다. 관상동맥(coronary artery)이 부분적으로 막히면 협심증(angina) 통증이, 완전히 막히면 심근 세포가 죽는 심근경색(heart attack)이 일어난다. 흡연·운동 부족·나쁜 식습관이 위험요인이며, 혈관성형술(angioplasty)·스텐트(stent)·우회수술(bypass)로 치료한다.
성인의 혈액은 약 5 L이며, 절반 이상이 노란 액체인 혈장(plasma)(물·염류·단백질·영양분·노폐물·호르몬)이다. 혈장에는 세 가지 세포 성분이 떠 있다 — 산소를 운반하는 적혈구(red blood cell, erythrocyte), 감염과 싸우는 백혈구(white blood cell, leukocyte), 혈액 응고를 돕는 혈소판(platelet). 적혈구는 핵과 세포소기관이 없어 헤모글로빈을 더 많이 담고, 가운데가 들어간 원반 모양으로 표면적을 넓혀 가스교환에 유리하다. 적혈구나 헤모글로빈이 부족하면 빈혈(anemia)이 생기며, 신장이 분비하는 적혈구생성인자(erythropoietin, EPO)가 골수의 적혈구 생산을 자극한다. 손상 시 혈소판과 피브리노겐(fibrinogen)이 피브린(fibrin) 그물을 만들어 응고시킨다.
⭐ 산소 운반의 핵심은 헤모글로빈(hemoglobin)이다. O₂는 혈액에 잘 녹지 않으므로 대부분 적혈구 속 헤모글로빈에 실려 운반된다. 헤모글로빈은 네 개의 폴리펩티드 사슬로 이루어지고, 각 사슬에는 철(iron) 원자를 중심으로 한 헴기(heme group)가 있다(구리 Cu 아님). 철 원자 하나가 O₂ 한 분자를 잡으므로, 헤모글로빈 한 분자는 최대 4개의 O₂를 운반한다(시험 빈출 수치). 철 결핍은 빈혈의 가장 흔한 원인이다.
여기서 호흡(respiration)은 세포호흡이 아니라 숨쉬기, 즉 환경과 세포 사이의 O₂·CO₂ 교환을 뜻한다. O₂가 환경에서 세포로 확산해 들어오고 CO₂가 나가는 부위를 호흡표면(respiratory surface)이라 하며, 빠른 확산을 위해 얇고 촉촉하며 단층 세포로 덮여 있어야 한다. 동물마다 호흡표면이 다양하다 — 지렁이·거머리·개구리는 전체 피부, 어류·갑각류는 아가미(gill)(물속 O₂는 3~5%뿐이라 아가미는 매우 효율적이어야 함), 곤충은 몸속까지 뻗은 분지관인 기관(trachea)을 쓴다. 곤충의 기관계는 거의 모든 세포에 직접 O₂를 전달하므로 순환계의 도움이 필요 없다. 달팽이·거미·육상 척추동물은 국소 기관인 폐(lung)를 쓰며, 폐는 순환계가 가스를 세포로 운반해 준다.
⭐ 인체에서 들이쉰 공기의 경로는 비강(nasal cavity) → 인두(pharynx) → 후두(larynx, 성대) → 기관(trachea) → 기관지(bronchi) → 세기관지(bronchiole) → 폐포(alveoli)이다(순서 배열 문제 빈출). 폐포는 포도송이 모양 공기주머니로, 모세혈관으로 둘러싸여 실제 가스교환이 일어나는 곳이다(세기관지는 통로일 뿐). 흡연 등으로 폐포가 파괴되면 폐기종(emphysema)이, 만성 손상이 누적되면 만성폐쇄성폐질환(COPD)·폐암이 생긴다.
⭐ 들숨에서는 횡격막(diaphragm)이 아래로 내려가 평평해지고 갈비뼈 근육이 수축해 흉강이 넓어지면서 폐 내 압력이 대기압보다 낮아져 공기가 수동적으로 빨려 들어온다 — 이를 음압호흡(negative pressure breathing)이라 한다. 날숨에서는 횡격막이 이완해 위로 올라가고(돔 모양) 흉강이 좁아져 폐 내 압력이 높아지므로 공기가 밀려 나간다. 호흡 속도는 뇌간(brainstem)의 호흡조절중추가 조절하는데, 운동으로 혈중 CO₂가 높아지면 뇌가 이를 감지해 호흡의 빈도·깊이를 늘려 더 많은 CO₂를 내보내고 O₂를 공급한다(자극→반응의 정보 흐름 예시).
개방순환계(open circulatory system)와 폐쇄순환계(closed circulatory system)의 차이를 순환액의 위치와 함께 설명하라. (2021·2022·2023·2025 서술 단골)
개방순환계에서는 순환액(혈림프, hemolymph)이 끝이 열린 혈관(open-ended vessel)을 통해 펌프되어 몸의 세포·조직을 직접 적신다. 즉 순환액이 곧 간질액(interstitial fluid)이다. 곤충·갑각류 등 절지동물과 연체동물 일부가 해당된다. 폐쇄순환계에서는 순환액(혈액, blood)이 혈관 안에 갇혀 간질액과 분리된 채 유지되며, 심장이 동맥(artery)→모세혈관(capillary)→정맥(vein)으로 이어지는 연속된 혈관망을 통해 혈액을 펌프한다. 척추동물·환형동물이 해당된다.
심장의 각 방을 그 기능과 짝지어라. (a) 좌심방(left atrium) (b) 우심방(right atrium) (c) 좌심실(left ventricle) (d) 우심실(right ventricle) / ① 대정맥(venae cavae)을 통해 몸에서 혈액을 받음 ② 폐동맥(pulmonary artery)을 통해 폐로 혈액을 보냄 ③ 폐정맥(pulmonary vein)을 통해 폐에서 혈액을 받음 ④ 대동맥(aorta)을 통해 몸으로 혈액을 보냄 (2024 단답 7번)
정답: a–③, b–①, c–④, d–②. 우심방(b)은 대정맥을 통해 몸에서 돌아오는 O₂-부족 혈액을 받고(①), 우심실(d)은 폐동맥을 통해 그것을 폐로 펌프한다(②). 좌심방(a)은 폐정맥을 통해 폐에서 온 O₂-풍부 혈액을 받고(③), 좌심실(c)은 대동맥을 통해 그것을 온몸으로 펌프한다(④). 규칙: 심방=받음(receive), 심실=내보냄(pump).
일부 아기는 좌심실과 우심실을 나누는 벽에 작은 구멍(ventricular septal defect)을 가지고 태어난다. 이 구멍은 체순환(systemic circuit)으로 나가는 혈액의 산소 함량에 어떤 영향을 미치는가?
그 구멍은 우심실(right ventricle)의 O₂-부족 혈액이 좌심실(left ventricle)의 O₂-풍부 혈액으로 새어 들어가게 한다. 그 결과 대동맥(aorta)을 통해 체순환으로 나가는 혈액의 산소 함량이 정상보다 낮아져, 몸의 조직으로 전달되는 산소량이 줄어든다. (이것이 3방 심장에서 혈액이 섞이는 것과 같은 원리이며, 4방 심장의 진화적 이점을 거꾸로 보여 준다.)
헤모글로빈(hemoglobin)에 관한 다음 진술 중 옳은 것은? (a) 구리(Cu)가 헴 그룹의 중요한 구성 성분이다 (b) 헤모글로빈 한 분자는 산소 네 분자를 운반할 수 있다 (c) 헤모글로빈은 세 개의 폴리펩타이드 사슬로 이루어져 있다. 또한 CO 중독이 왜 치명적인지 분자 수준에서 설명하라. (2021 CO 중독 서술 단골)
정답: (b). 헤모글로빈은 네 개의 폴리펩타이드 소단위체를 가지며, 각각에 O₂ 하나를 결합하는 철 함유(iron, 구리 아님) 헴 그룹이 있어 한 분자가 최대 네 개의 O₂를 결합한다. 따라서 (a)는 틀림(철을 사용), (c)도 틀림(사슬은 4개). CO 중독: 일산화탄소(CO)는 O₂보다 헤모글로빈에 훨씬 강하게 결합해 O₂가 실릴 자리를 빼앗는다(occupies the O₂-binding site). 그 결과 혈액이 조직으로 O₂를 운반하지 못해 세포호흡이 차단되고 빠르게 사망에 이른다. 함정: 폐포 손상이 아니라 헤모글로빈 결합 차단이 기전이다.
들이쉰 공기가 인체에서 폐포에 이르기까지의 경로를 순서대로 쓰고, 실제 기체교환(gas exchange)이 일어나는 곳은 어디인지 답하라.
비강(nasal cavity) → 인두(pharynx) → 후두(larynx) → 기관(trachea) → 기관지(bronchi) → 세기관지(bronchiole) → 폐포(alveoli). 실제 기체교환은 모세혈관으로 둘러싸인 폐포(alveoli)의 얇은 벽에서 일어난다. 세기관지(bronchiole)는 공기를 전달하는 통로일 뿐 교환 표면이 아니다.
면역은 선천면역(innate immunity)과 적응면역(adaptive immunity)으로 나뉜다. ⭐선천면역의 외부장벽·식세포·NK세포·염증반응(히스타민) vs 적응면역의 항원 인식 방식이 단골이다. 특히 ⭐적응면역의 항원 인식 2가지(B세포 = 온전한 항원 직접 인식 / T세포 = 분해된 조각을 자기단백질이 제시), ⭐백신·면역의 4단계(인식 → 클론선택 → 반응 → 기억), ⭐면역세포별 역할(B세포 = 항체, 세포독성 T = 감염세포 죽임, 보조 T = HIV 표적, 식세포, 기억세포), 클론선택(clonal selection), 자가면역질환을 반드시 구분해서 알아야 한다.
우리 몸은 끊임없이 병원체(pathogen), 즉 질병을 일으키는 바이러스·세균 등에 노출되지만 대부분 건강을 유지하는데, 이는 면역계(immune system)라는 방어 체계 덕분이다. 면역계는 크게 두 부분으로 구성된다. 선천면역(innate immunity)은 태어날 때부터 갖춰져 있어 따로 준비 없이 항상 배치되어 있고, 어떤 병원체든 가리지 않고(비특이적으로) 공격한다. 반면 적응면역(adaptive immunity)은 평생에 걸쳐 특정 병원체를 만나면서 점점 발달하며, 같은 병원체를 다시 만날 때마다 더 강력한 방어를 제공한다.
진화적으로 선천면역이 먼저 등장했다고 보는데, 거의 모든 동물이 선천면역을 갖지만 적응면역은 척추동물(vertebrate)에서만 나타나기 때문이다. 두 방어의 교차점에 림프계(lymphatic system)가 자리한다.
선천면역: 출생 시부터 항상 완성된 형태로 존재하며 즉시·비특이적으로 작동하고 기억이 없는 방어. 적응면역: 척추동물에만 있으며 특정 침입자에 노출되어야 활성화되고, 특이성과 기억(두 번째 노출 시 더 강함)을 갖는 방어.
선천면역은 두 줄의 방어선으로 작동한다. 외부 선천 방어(external innate defenses)는 병원체가 몸속 깊이 들어오지 못하도록 막는 최전선이다. ⭐온전한 피부(skin)는 대부분의 세균·바이러스가 뚫지 못하는 거친 외벽이고, 콧털은 입자를 거르며, 귀지는 병원체를 가둔다. 호흡기·생식기처럼 외부와 열린 기관은 점액(mucus)을 분비해 세균과 먼지를 가두고, 호흡기 세포의 섬모(cilia)가 점액을 바깥으로 쓸어내 기침·재채기로 배출시킨다. 또한 땀·침·눈물 속 효소는 세균 세포벽을 파괴하고, 피부의 기름·산과 위산은 미생물을 죽이는 화학적 장벽이 된다.
외부 방어가 뚫리면 내부 선천 방어(internal innate defenses)가 작동한다. 여기에는 백혈구와 방어 단백질이 동원된다.
⭐식세포(phagocytic cells): 외부 세포·분자·죽은 세포 잔해를 식세포작용(phagocytosis)으로 삼켜 없애는 백혈구.
⭐자연살해세포(natural killer cells, NK세포): 바이러스에 감염된 세포나 암세포 같은 살아 있는 비정상 세포를 인식해 접촉하면 화학물질을 방출해 죽이는(세포자멸사 유도) 백혈구.
손가락에 가시가 박히면 이튿날 그 부위가 붉어지고 붓고 아프고 따뜻해지는데, 이것이 ⭐염증반응(inflammatory response)이다. 조직이 손상되면 손상된 세포가 화학신호를 방출하는데, 그중 히스타민(histamine)은 주변 혈관을 확장(팽창)시키고 투과성을 높여 혈관이 체액을 새어 나오게 함으로써 부종(붓기)을 일으킨다.
이렇게 모인 체액은 독소를 희석하고 산소를 공급하며 혈소판·응고 단백질을 운반해 딱지를 만들어 손상 조직을 치유한다. 화학신호는 식세포를 끌어모아 세균과 죽은 세포 잔해를 잡아먹게 하며, 고름(pus)은 식세포·새어 나온 체액·조직 잔해로 이루어진다. 심한 손상·감염 시에는 화학물질이 뇌로 전달되어 발열(fever)을 일으켜 세균 증식을 억제하기도 한다.
림프계(lymphatic system)는 가지처럼 뻗은 림프관, 백혈구로 가득 찬 작은 둥근 기관인 림프절(lymph node), 그리고 비장·충수·편도 등으로 이루어진다. 림프관에는 조직 사이 체액과 비슷한 림프(lymph)가 흐른다. 림프계는 두 가지 핵심 기능을 한다.
| 기능 | 순환 기능 (circulatory) | 면역 기능 (immune) |
|---|---|---|
| 역할 | 모세혈관에서 새어 나온 체액을 다시 순환계로 되돌림 | 감염 부위의 병원체를 림프가 거두어들여 제거 |
| 흐름 | 간질액(조직 사이 체액) → 림프관 → 어깨 근처에서 정맥과 합류 → 순환계 | 림프관이 병원체를 림프절로 운반 → 림프 조직 속 식세포가 삼킴 |
| 핵심 장소 | 거의 모든 조직에 림프관이 뻗어 있음 | 림프절: 감염 시 림프구(lymphocyte)가 증식하는 핵심 장소 |
평소 완두콩만 하던 림프절이 감염 때 도토리만큼 붓는 것이 바로 림프구가 늘어난 "부은 림프샘"이며, 의사가 목·겨드랑이·사타구니를 만져 감염을 확인하는 이유다.
적응면역은 감염 후에야 작동하며, 두 종류의 림프구에 의존한다. 모든 혈액세포처럼 림프구도 골수의 줄기세포에서 생기는데, B세포는 골수에서 성숙하고, T세포는 미성숙 상태로 흉선(thymus)으로 이동해 성숙한다. 림프구의 반응을 일으키는 분자를 항원(antigen)이라 하며, 주로 바이러스·세균 표면 분자, 세균 독소, 꽃가루, 집먼지, 이식 조직 표면 분자 등이다. B세포와 T세포는 약 10만 개의 항원 수용체를 가지며, 각 수용체는 단 한 종류의 항원만 인식한다.
항원 인식 방식 2가지 — 2023·2024·2025 서술 3번 3년 연속 출제, 가장 중요한 포인트.
① B세포: 항원 수용체가 병원체 표면에 있거나 체액에 떠다니는 온전한(intact) 항원을 직접 인식한다(자물쇠-열쇠처럼 맞으면 활성화).
② T세포: 항원의 분해된 조각(fragment)만 인식하며, 그 조각이 몸 세포 표면의 자기단백질(self protein)에 실려 제시(presented)되어야 한다.
병원체가 세포 안으로 들어오면 세포 내 효소가 이를 잘게 부수고, 마치 가게 진열장에 상품을 내놓듯 자기단백질 위에 항원 조각을 "광고"한다. T세포는 자기단백질 + 항원 조각 + 자신의 수용체라는 세 부분이 모두 맞아야 작동한다. 즉 ⭐바이러스가 세포 안에 숨어 있으면 T세포가 인식한다는 점을 기억하자.
1단계(인식)에 이어, 2단계는 클론선택(clonal selection)이다. 몸은 거의 모든 항원에 대응하는 다양한 림프구를 미리 갖춰 두는데, 마치 각각 특정 침입자만 알아보는 거대한 상비군과 같다. 병원체가 들어와 증식하면, 그 항원에 맞는 수용체를 가진 소수의 림프구만 선택적으로 활성화되어 세포분열로 유전적으로 동일한 클론(clone)을 만든다.
3단계(반응)에서는 세 종류 효과세포가 각자 역할을 한다. ⭐면역세포별 역할 구분은 핵심 출제 포인트다.
| 세포 | 역할 ⭐ | 핵심 포인트 |
|---|---|---|
| 보조 T세포 (helper T) | B세포와 세포독성 T세포를 모두 자극·활성화 (직접 공격 X) | ⭐HIV의 주 표적 → 파괴 시 적응면역 전체 붕괴 → AIDS |
| B세포 (효과 B) | Y자 모양 항체(antibody)를 분비(초당 최대 2,000개) | 항체가 체액 속 병원체 부착 차단 / 덩어리 만들어 식세포가 쉽게 삼킴 |
| 세포독성 T세포 (cytotoxic T) | 감염된 세포를 실제로 죽이는 유일한 T세포 | 자기단백질에 제시된 항원 조각으로 감염세포 인식 → 죽음 유도(장기이식 거부 원인) |
식세포가 항원을 제시하면 보조 T세포가 활성화되므로, 식세포는 선천면역·적응면역·림프계를 잇는 다리다.
4단계(기억)에서는 ⭐기억세포(memory cell)가 림프절에서 수십 년 살아남아 같은 항원이 다시 들어오면 빠르게 활성화된다. 첫 노출의 1차 면역반응(primary immune response)은 효과세포를 만드는 데 며칠 걸리고 2~3주에 정점을 찍은 뒤 가라앉지만, ⭐재노출 시의 2차 면역반응(secondary immune response)은 더 빠르고 강하고 오래 지속된다.
백신(vaccine)의 4단계 원리 — 2021·2022 서술 4번 단골. 무해하게 만든 병원체로 1차 면역반응을 유도해 기억세포를 미리 만들어 두면, 나중에 진짜 병원체가 들어왔을 때 강력한 2차 반응으로 평생 보호가 가능하다(천연두 박멸, 소아마비 퇴치가 그 예). 정리: ① B·T세포가 항원 인식 → ② 클론선택으로 기억세포 형성 → ③ 보조 T 도움으로 B세포 항체 생산 + 세포독성 T가 감염세포 제거 → ④ 재침입 시 기억세포가 빠른 2차 반응.
알레르기(allergy)는 무해한 항원(알레르겐)에 대한 과민반응으로, 두 단계로 일어난다. 첫 노출(감작, sensitization) 때 B세포가 항체를 만들고 그 항체가 비만세포(mast cell)에 붙는다. 두 번째 노출 때 알레르겐이 비만세포 위 항체에 결합하면 비만세포가 히스타민을 방출해 증상을 일으킨다.
⭐자가면역질환(autoimmune disease)은 면역계가 자기 자신의 분자를 공격하는 병이다. 자기단백질이 신분증처럼 자기 세포를 "공격 금지"로 표시하는데, 이 구분이 무너지면 발생한다. 예로 루푸스(B세포가 자기 DNA·단백질에 항체 생성), 류마티스 관절염(관절 연골·뼈 손상), 제1형 당뇨(세포독성 T세포가 인슐린 분비 세포 공격), 다발성 경화증(T세포가 신경 단백질 공격) 등이 있다.
면역결핍질환(immunodeficiency disease)은 면역 성분이 결핍되어 감염에 취약한 병으로, SCID처럼 선천적이거나 암·방사선 치료처럼 후천적으로 생긴다. ⭐AIDS는 HIV가 보조 T세포를 파괴해 B세포·세포독성 T세포 반응까지 무력화시키는 후천성 면역결핍으로, 환자는 다른 감염이나 암을 막지 못해 사망한다.
후천(적응)면역에서 B세포와 T세포가 항원을 인식하는 방식의 차이를 두 가지로 서술하시오. (3년 연속 서술형 단골)
① B세포(B cell): 항원 수용체(antigen receptor)가 병원체 표면에 있거나 체액에 떠다니는 온전한(intact) 항원에 직접 부착하여 인식한다.
② T세포(T cell): 항원을 직접 보지 못하고, 대식세포 등 항원제시세포(antigen-presenting cell)가 분해한 항원 조각(fragment)이 몸 세포의 자기단백질(self protein) 위에 제시(presented)된 것을 인식한다. 즉 T세포는 "자기단백질 + 항원 조각 + 자신의 수용체" 세 부분이 모두 맞아야 작동하므로, 세포 안에 숨은 바이러스를 인식할 수 있다.
다음 면역계 구성 요소를 선천면역(innate) 또는 적응면역(adaptive)으로 분류하시오. (a) 세포독성 T세포 (b) 항원 수용체 (c) 점막 (d) 자연살해세포 (e) 기억 B세포
(a) 세포독성 T세포(cytotoxic T cells) → 적응 (특정 감염세포를 공격하는 림프구)
(b) 항원 수용체(antigen receptors) → 적응 (특정 항원을 특이적으로 인식)
(c) 점막(mucus membranes) → 선천 (항상 존재하는 외부 장벽)
(d) 자연살해세포(NK cells) → 선천 (내부 선천 방어)
(e) 기억 B세포(memory B cells) → 적응 (특정 항원에 대한 면역 기억)
요령: 항체·세포독성 T·보조 T·항원수용체·기억세포 = 적응 / 식세포·NK·점막·피부·염증 = 선천.
각 방어 세포를 기능과 짝지으시오. (a) 림프구 (b) 세포독성 T세포 (c) 보조 T세포 (d) 식세포 (e) B세포 (f) 기억세포 — ① 감염세포 공격 ② 항체 분비 ③ 세포·분자를 삼키는 백혈구 ④ B·T세포 총칭 ⑤ 2차 면역반응 개시 ⑥ HIV가 가장 흔히 공격하는 세포
(a) 림프구(lymphocyte) → ④ (B 또는 T세포의 일반 명칭)
(b) 세포독성 T세포(cytotoxic T) → ① (감염세포 공격)
(c) 보조 T세포(helper T) → ⑥ (HIV가 가장 흔히 공격)
(d) 식세포(phagocytic cell) → ③ (세포·분자를 삼키는 백혈구)
(e) B세포(B cell) → ② (항체 분비)
(f) 기억세포(memory cell) → ⑤ (2차 면역반응 개시)
한 신생아가 면역결핍 질환을 가지고 태어났는데, 진단 결과 항체를 전혀 생산하지 못한다는 것이 밝혀졌다. 이 신생아는 어떤 종류의 세포가 없을 가능성이 가장 높은가? 그리고 HIV는 왜 그토록 치명적인지 함께 설명하시오.
① 신생아: B세포(B cell, B 림프구)가 없을 가능성이 가장 높다. B세포는 활성화되면(보통 보조 T세포 도움) 형질세포로 분화해 항체(antibody)를 분비하는 유일한 세포이므로, B세포가 없으면 항체를 만들 수 없다.
② HIV: HIV는 적응면역을 지휘하는 보조 T세포(helper T cell)를 감염·파괴한다. 보조 T세포는 세포독성 T세포와 B세포를 모두 활성화하므로, 그 수가 줄면 면역계 전체가 무너져(AIDS) 환자는 HIV 자체가 아니라 기회감염(opportunistic infections)과 암으로 사망한다.
염증반응에서 손상된 세포가 방출하는 히스타민(histamine)은 어떤 작용을 하며, 그로 인한 부기(swelling)가 몸을 어떻게 보호하는가?
히스타민은 주변 혈관을 확장(dilate)시키고 투과성을 높여 체액이 조직으로 새어 나오게 한다. 그 결과 생기는 부기는 더 많은 식세포(백혈구)와 응고 인자를 손상·감염 부위로 보내 침입자를 제거하고 회복을 시작하게 한다. (발열은 병원체 증식을 억제하고 방어용 화학반응을 촉진한다.)
⭐수용성 호르몬(세포막 표면 수용체 → 신호전달 경로)과 지용성 호르몬(세포 내 수용체 → 유전자 발현)의 작동 방식 차이가 이 챕터 최대 출제 포인트다. ⭐인슐린(혈당↓·저장)과 글루카곤(혈당↑·분해)의 길항 관계, ⭐부신의 단기(에피네프린)/장기(코르티솔) 스트레스 반응, 그리고 ⭐모든 내분비샘을 통제하는 최고 사령탑이 시상하부(hypothalamus)라는 사실은 매 시험 단골이다.
우리 몸의 세포들은 두 개의 큰 기관계로 소통한다. 하나는 전기 신호를 신경세포(neuron)로 전달하는 신경계(nervous system)이고, 다른 하나는 화학 신호를 혈액으로 실어 보내는 내분비계(endocrine system)이다. 내분비계에서 분비되는 화학 신호가 바로 호르몬(hormone)이다.
내분비계(endocrine system) — 호르몬 분비 세포 전체로 이루어진, 몸의 주된 내부 화학 조절 체계. 신경계와 협력해 몸의 기능을 조절하고 항상성(homeostasis)을 유지한다. 내분비샘(endocrine gland)은 호르몬 분자를 합성하여 혈류로 직접 분비하는 샘이다.
호르몬은 혈액을 타고 온몸으로 퍼지지만, 그에 맞는 수용체(receptor)를 가진 표적세포(target cell)에만 작용한다. 각 수용체는 특정 신호만 받도록 고유한 모양을 가지는데, 이는 자물쇠와 열쇠처럼 모양이 맞아야 작동하는 구조와 기능의 관계를 보여준다.
호르몬이 표적세포에 변화를 일으키는 방식은 그 호르몬이 수용성(water-soluble)인지 지용성(lipid-soluble)인지에 따라 완전히 달라진다.
수용성 호르몬은 인지질 이중층(phospholipid bilayer)을 통과하지 못한다. 따라서 세포 안으로 들어가지 않고도 변화를 일으킨다. 호르몬이 세포막 표면의 수용체 단백질에 결합하면 그 수용체가 활성화되어 신호전달 경로(signal transduction pathway)를 시작한다. 이는 세포 밖의 화학 메시지를 세포 안의 특정 반응으로 바꾸는 일련의 분자 변화로, 이메일이 한 사람에서 다음 사람으로 전달되다 결국 실제로 행동하는 사람에게 도달하는 것과 같다. 적혈구 생성을 조절하는 단백질 호르몬 EPO(erythropoietin)가 대표적인 수용성 호르몬이다.
지용성 호르몬은 반대로 인지질 이중층을 그대로 통과해 세포 안으로 들어간다. 그리고 세포질이나 핵 안의 수용체에 결합한다. 이때는 신호전달 경로 없이 수용체 자체가 신호를 전달한다. 형성된 호르몬-수용체 복합체(hormone-receptor complex)는 핵 안 DNA의 특정 부위에 부착하여 특정 유전자를 켜거나 끈다(유전자 발현 조절). 성호르몬(테스토스테론·에스트로겐)과 인공 아나볼릭 스테로이드(anabolic steroid)를 포함한 스테로이드 호르몬(steroid hormone)이 이 방식으로 작동한다.
| 구분 | 수용성 호르몬 (water-soluble) | 지용성 호르몬 (lipid-soluble) |
|---|---|---|
| 세포막 통과 | 통과 못 함 (막 밖에 머묾) | 통과함 (세포 안으로 진입) |
| 수용체 위치 | 세포막 표면 수용체 | 세포 내부(세포질·핵) 수용체 |
| 작동 방식 | 신호전달 경로(signal transduction pathway) | 호르몬-수용체 복합체 → 유전자 발현 조절 |
| 예시 | EPO, 인슐린·글루카곤, 에피네프린, 가스트린 | 스테로이드(테스토스테론·에스트로겐·코르티솔) |
인간의 내분비계는 약 열두 개의 주요 샘으로 이루어진다. 갑상샘(thyroid)·뇌하수체(pituitary)처럼 호르몬 분비가 주 기능인 "내분비 전문" 샘도 있고, 위(stomach)·췌장(pancreas)처럼 주된 기능은 다르지만 일부 세포가 호르몬을 분비하는 기관도 있다. 예컨대 위는 식욕을 자극하는 "배고픔 호르몬" 그렐린(ghrelin)을, 췌장은 인슐린·글루카곤을 분비한다.
⭐ 모든 샘을 통제하는 최고 사령탑은 뇌 속의 시상하부(hypothalamus)이다. "다른 모든 것을 조절하는 것은?"이라는 문제로 거의 반드시 출제된다(함정: 뇌하수체가 아니라 시상하부). 시상하부는 신경으로 몸 안팎의 정보를 받아 적절한 신경·내분비 신호를 내보내며, 바로 아래 매달린 완두콩 크기의 뇌하수체(pituitary)를 통해 명령을 전달한다 — CEO(시상하부)가 관리자(뇌하수체)를 시켜 다른 직원(다른 샘)에게 지시하는 구조다.
뇌하수체 후엽(posterior pituitary)은 사실상 시상하부의 연장으로, 시상하부에서 만든 호르몬을 저장·분비한다. 후엽에서 나오는 두 호르몬은 ADH(항이뇨호르몬, antidiuretic hormone)와 옥시토신(oxytocin)이다. ADH는 탈수 정보를 받은 시상하부가 만들어 후엽이 분비하며, 콩팥(kidney)이 물을 더 재흡수하게 해 소변을 줄이고 탈수를 막는다(수분 항상성 유지). 옥시토신은 출산 시 자궁 수축과 젖샘의 젖 분비를 자극한다.
뇌하수체 전엽(anterior pituitary)은 자기 호르몬을 직접 합성·분비한다. 시상하부는 짧은 혈관을 통해 분비촉진호르몬(releasing hormone)·분비억제호르몬(inhibiting hormone)을 보내 전엽을 조절한다. 전엽의 대표 호르몬은 성장호르몬 HGH(human growth hormone)로, 어린 시절 몸 전체의 발달을 촉진한다. 종양으로 HGH가 너무 많으면 거인증(gigantism), 너무 적으면 왜소증(dwarfism)이 생긴다.
갑상샘은 전엽이 분비하는 TSH(갑상샘자극호르몬, thyroid stimulating hormone)의 자극으로 갑상샘호르몬(thyroid hormone)을 만든다. 이 호르몬은 대사율(metabolic rate)·심박수·혈압·추위 내성에 영향을 주고, 어린이에서는 뼈와 신경세포의 발달·성숙에도 관여한다.
음성 피드백(negative feedback) — 갑상샘호르몬이 설정값(set point) 근처에 충분히 있으면 그 자신이 TSH 분비를 억제해 농도를 일정하게 유지하는 조절. ⭐ 기출 단골(2026 시험포인트 ⑧ "호르몬 음성 되먹임").
호르몬이 부족한 갑상샘저하증(hypothyroidism)에서는 피드백 억제가 사라져 TSH가 계속 분비되고, 갑상샘이 비대해져 갑상샘종(goiter)이 생길 수 있다. 갑상샘호르몬 합성에는 아이오딘(iodine)이 반드시 필요해서, 소금에 첨가된 아이오딘이 저하증을 예방한다.
| 구분 | 갑상샘저하증 (hypothyroidism) | 갑상샘항진증 (hyperthyroidism) |
|---|---|---|
| 체중 | 증가 | 감소 |
| 심박 | 느림 | 빠름 |
| 혈압·온도 | 추위 못 견딤 | 고혈압·더위 못 견딤 |
| 기타 | 피로, 갑상샘종 동반 가능 | — |
췌장은 인슐린·글루카곤이라는 길항호르몬(antagonistic hormones) — 서로 반대 효과를 내는 두 호르몬 — 을 분비해 혈당을 정밀하게 관리한다. 혈당이 저장 다당류인 글리코겐(glycogen)으로 바뀌거나 다시 풀려나는 과정은 현금을 은행에 저금했다 인출하는 것에 비유된다.
⭐ 혈당 조절은 이 챕터 최다 빈출(2022·2023·2024 서술 7번, 3회). 헷갈리면 정반대로 외우는 함정이 있으니 방향을 확정할 것.
• 인슐린(insulin, 혈당↓·저장): 췌장 β세포 분비. 혈당이 오르면 분비되어 세포(특히 간·골격근)가 포도당을 흡수해 글리코겐으로 저장하게 함 → 혈당이 설정값으로 하강.
• 글루카곤(glucagon, 혈당↑·분해): 췌장 α세포 분비. 혈당이 설정값 아래로 떨어지면 분비되어 간세포가 저장된 글리코겐을 포도당으로 분해해 혈액으로 방출하게 함.
혈당 농도 자체가 음성 피드백으로 두 호르몬의 분비량을 결정한다.
당뇨병(diabetes mellitus) — 세포가 혈액의 포도당을 충분히 흡수하지 못해 에너지가 결핍되는 호르몬 질환. 제1형(인슐린 의존성)은 인슐린 자체가 부족해 정기적 주사가 필요하고, 제2형(비인슐린 의존성)은 인슐린은 있으나 표적세포가 정상 반응하지 못한다. 환자의 90~95%가 제2형이며 과체중·운동 부족과 연관되어 식이·운동·체중 감량으로 관리되는 경우가 많다.
콩팥 위에 하나씩 있는 두 개의 부신(adrenal gland)은 안쪽 부신 속질(adrenal medulla)과 바깥쪽 부신 겉질(adrenal cortex)이 융합된 구조다. 두 반응 모두 시상하부가 스트레스를 감지하면서 시작되지만, 만드는 호르몬과 반응 속도가 다르다.
| 구분 | 단기 스트레스 (속질, medulla) | 장기 스트레스 (겉질, cortex) |
|---|---|---|
| 호르몬 | 에피네프린(아드레날린)·노르에피네프린 | 코르티코스테로이드 — 코르티솔(cortisol) |
| 경로 | 시상하부 신경 → 속질 직접 자극 | 시상하부 → 뇌하수체 ACTH → 겉질 자극 |
| 속도·지속 | 수초 내 시작, 수분~수시간 | 수시간~수일 지속 |
| 에너지 동원 | 간이 글리코겐→포도당 방출(혈당↑) | 단백질·지방→포도당 합성(당신생) |
| 기타 효과 | 혈압·호흡·심박·대사율↑, 소화 혈류 억제 | 면역계 억제(항염 작용) |
남녀 모두 같은 종류의 성호르몬을 만들며, 그 비율의 차이가 성을 구분한다. 생식샘(gonad) — 남성의 정소(testis), 여성의 난소(ovary) — 는 에스트로겐(estrogen)·프로게스테론(progesterone)·안드로겐(androgen) 세 범주의 호르몬을 분비한다. 이들은 모두 지용성 스테로이드 호르몬이며, ⭐ 그 분비 역시 시상하부와 뇌하수체 전엽의 통제를 받는다.
에스트로겐·프로게스테론은 여성에서 높아 여성 생식계와 2차 성징을 유지하고, 안드로겐(주로 테스토스테론)은 남성에서 높아 남성 생식계와 2차 성징을 발달시킨다. 배아기 7주경 안드로겐이 분비되면 남성으로, 없으면 여성으로 발생한다. BPA(플라스틱)·아트라진(제초제) 같은 내분비 교란물질(endocrine disruptor)은 성호르몬 균형을 깨뜨려, 노출된 수컷 개구리가 암컷으로 성전환되는 일까지 일으킬 수 있다.
호르몬 가스트린(gastrin)은 특정 위 세포가 위산을 분비하게 한다. 가스트린의 수용체는 위 세포의 원형질막(plasma membrane)에 있다. 가스트린은 수용성(water-soluble)일 가능성이 큰가, 지용성(lipid-soluble)일 가능성이 큰가?
정답: 수용성(water-soluble). 수용성(단백질·펩타이드) 호르몬은 지질로 된 원형질막을 통과하지 못하므로 문제 설명대로 세포 표면(원형질막)의 수용체에 결합한다. 반면 지용성 호르몬(스테로이드, lipid-soluble)은 막을 통과해 세포 내부의 수용체에 결합한다. 수용체가 막 표면에 있다는 단서 = 수용성.
다음 중 나머지 모두의 활동을 조절하는 것은? (a) 갑상샘 thyroid gland (b) 시상하부 hypothalamus (c) 뇌하수체 pituitary gland (d) 부신 피질 adrenal cortex
정답: (b) 시상하부(hypothalamus). 시상하부는 내분비계의 최고 통제 중추로 뇌하수체(pituitary)를 조절하고, 뇌하수체는 다시 TSH·ACTH 같은 자극 호르몬으로 갑상샘·부신 피질을 조절한다. ⚠️ 함정: "뇌하수체"로 답하면 오답 — 뇌하수체조차 시상하부의 명령을 받는다.
직장에서 스트레스를 받는 친구의 몸은 다음 중 어느 활동을 통해 스트레스에 대처하는가? (a) 부신 수질이 에피네프린을 생산 (b) 부신 피질이 코르티솔을 생산 (c) 글리코젠이 포도당으로 분해 (d) 면역계가 활성화
정답: a, b, c (d만 제외). 스트레스에 반응해 부신 수질(adrenal medulla)은 에피네프린을(a, 단기 fight-or-flight), 부신 피질(adrenal cortex)은 코르티솔을(b, 장기) 분비하며, 둘 다 에너지를 위해 글리코젠(및 지방·단백질)을 포도당으로 분해하도록 촉진한다(c). 코르티솔 같은 스트레스 호르몬은 오히려 면역계를 억제하므로 (d)는 틀리다.
다음 호르몬이 각각 어느 샘에서 분비되는지 쓰시오: 코르티솔(cortisol), 에피네프린(epinephrine), 옥시토신(oxytocin), 방출호르몬(releasing hormone), 에스트로겐(estrogen), 글루카곤(glucagon), 프로게스테론(progesterone).
정답: 코르티솔 → 부신 피질(adrenal cortex) / 에피네프린 → 부신 수질(adrenal medulla) / 옥시토신 → 뇌하수체 후엽(posterior pituitary)(시상하부에서 생성, 후엽에서 저장·방출) / 방출호르몬 → 시상하부(hypothalamus) / 에스트로겐 → 난소(ovaries, 생식샘) / 글루카곤 → 이자/췌장(pancreas) / 프로게스테론 → 난소(ovaries, 생식샘).
알코올 섭취가 잦은 배뇨(빈뇨)로 이어지는 이유는 무엇인가? 관련된 호르몬 이름을 들어 설명하시오.
알코올은 뇌하수체 후엽에서 ADH(항이뇨호르몬, antidiuretic hormone)의 분비를 억제한다. ADH는 평소 콩팥에서 물의 재흡수를 촉진하는데, ADH가 줄면 콩팥이 물을 덜 재흡수해 묽은 소변이 더 많이 생성되고 배뇨가 잦아진다(탈수를 유발할 수 있다).
뉴런 구조(가지돌기 dendrite → 세포체 cell body → 축삭 axon → 시냅스말단 synaptic terminal)와 활동전위(action potential)의 성질(실무율·역치·자가전파·도약전도)을 묻는다. 시냅스에서 전기 신호 → 화학 신호 전환(Ca²⁺ 유입 → 신경전달물질 방출 → 수용체 결합)과, 신경계의 CNS/PNS 구분, 뇌 4부위 기능(뇌줄기·소뇌·시상하부·대뇌) 짝짓기, 광수용체 막대세포(rod)·원뿔세포(cone) 구분이 단골 출제 포인트다.
교수님이 신경계를 시작하며 가장 먼저 못 박은 것은, 뉴런을 그냥 신호를 흘려보내는 전선으로 보지 말라는 것이었다. 뉴런 하나하나가 살아있는 컴퓨터(living computer)다. 신호를 받는 쪽인 가지돌기가 다리처럼 여러 갈래로 갈라져 수백 개의 다른 뉴런에서 신호를 동시에 받기 때문이다. 어떤 입력은 "켜라(흥분성)", 어떤 입력은 "켜지 마라(억제성)" — 마치 한쪽에서 20만원을 받고 다른 쪽에서 30만원을 쓰라는 상반된 신호를 같이 받는 셈이다. 세포체는 이 수백 개 입력을 합산해 "계산"한 뒤 다음으로 신호를 보낼지 말지를 스스로 결정한다. 이 "통합하고 연산한다"는 점이 뉴런을 단순한 전선과 구분하는 핵심이다.
신경계(nervous system)는 동물의 몸 전체에 퍼져 있는 통신·조정 네트워크이며, 그 기본 단위가 뉴런(neuron)이다. 사람의 뇌에는 약 1,000억 개의 뉴런이 있고, 각 뉴런은 수천 개의 다른 뉴런과 연결되어 망을 이룬다. 뉴런은 모양이 제각각이지만 "신호를 받고 보낸다"는 공통 기능 때문에 공통된 구조를 가진다.
신호는 한 방향으로만 흐른다. 짧고 가지 많은 가지돌기(dendrite)가 들어오는 신호를 받아 세포체로 전달하고, 핵을 담은 세포체(cell body)에서 보낼지 말지를 결정한 뒤, 한 가닥의 긴 섬유인 축삭(axon, 신경섬유)이 신호를 내보낸다. 축삭은 끝에서 수백~수천 갈래로 갈라져 혹 모양의 시냅스말단(synaptic terminal)으로 끝난다. 따라서 신호 흐름은 가지돌기 → 세포체 → 축삭 → 시냅스말단 순이다.
교수님이 강조한 디테일은, 축삭이 한 가닥짜리가 아니라 실제로는 신경 다발(nerve)로 묶여 있다는 점이다. 그래서 척수처럼 다발이 통째로 끊기는 사고(예: 추락)가 나면 그 아래 신경이 한꺼번에 망가지고, 신경은 재생이 어려워 손상이 영구적이 된다.
교수님은 그림 27-2를 띄워 놓고 아주 일상적인 예로 동선을 설명했다. "옆 사람이 갑자기 내 손을 때렸다"고 해보자. 맞은 순간 손에서 느껴지는 아픔(통증, 축삭)이 감각 입력이다. 그 정보가 머리로 올라가 "쟤가 날 때렸네"라고 해석하는 단계가 통합, "그럼 나도 가만 안 있겠다"고 명령을 근육으로 내려보내는 게 운동 출력이다. 손이 직접 판단하는 게 아니라 머리(CNS)가 판단해 명령을 내린다는 게 핵심이다.
해부학적으로 신경계는 두 구역으로 나뉜다. 중추신경계(central nervous system, CNS)는 뇌(brain)와 척수(spinal cord)로 이루어진 통제 중심으로 자극을 해석하고 반응을 내보낸다. 말초신경계(peripheral nervous system, PNS)는 그 중추에서 가지를 쳐 몸 곳곳으로 뻗어 나간 신경(축삭 다발)으로, 신호를 CNS로 들이거나 명령을 내보낸다.
신경계 기능은 위 손 때리기처럼 세 단계로 이어진다. ① 감각 입력 — 감각뉴런(sensory neuron)이 빛·소리·통증·맛(짠·신·쓴·단·감칠맛) 같은 정보를 CNS로 보냄. ② 통합 — CNS 안의 사이뉴런(interneuron)이 해석·계획(뇌 뉴런 대부분이 사이뉴런). ③ 운동 출력 — 운동뉴런(motor neuron)이 명령을 근육·분비샘으로 보냄. 정보 흐름은 감각뉴런 → 사이뉴런 → 운동뉴런 순이다. ⭐ CNS=뇌+척수, PNS=나머지 신경(운동·교감·부교감) 구분은 단골.
단, 뇌까지 올라갔다 오지 않고 척수 수준에서 바로 반응이 나가는 지름길을 반사궁(reflex arc)이라 하며, 고무망치로 무릎을 두드리는 검사가 그 예이다.
뉴런이 신호를 전달하는 방식이 활동전위(action potential)다. 출발점인 휴지(resting) 상태부터 보자. 신호를 안 보내는 뉴런은 막을 사이에 두고 안쪽이 바깥보다 음전하를 띤다. 왜? 막의 소듐-포타슘 펌프가 핵심이다. 교수님은 이 펌프가 양이온을 3개 밖으로 빼고 2개만 안으로 넣는다는 점을 살림에 비유했다 — "용돈 20만원 받는데 매달 30만원씩 쓰면 매달 -10만원씩 적자가 쌓인다." 밖으로 빼는 양이온이 더 많으니 막 안쪽은 계속 음(−)전하 쪽으로 적자가 난다. 이 전압 차가 휴지전위(resting potential)이며, 막은 충전된 배터리처럼 위치에너지를 저장한다.
활동전위(action potential)는 막 양쪽 전압이 스스로 전파되며 변하는 신경 신호다. 자극이 첫 통로 몇 개를 열어 안쪽이 덜 음성이 되고, 이 변화가 역치(threshold)에 도달하면 통로가 한꺼번에 열려 양이온이 밀려들어 그 부위가 양성으로 역전된다. 이어 첫 통로가 닫히고 둘째 통로가 열려 양이온이 빠져나가며 막은 휴지전위로 돌아간다. 전 과정은 몇 밀리초 만에 끝나, 한 뉴런이 1초에 수백 번 신호를 낸다.
활동전위는 한 지점의 국소 사건이지만 멀리 가려면 축삭을 따라 전파(propagation)되어야 한다. 신경 신호는 자가전파(self-propagating)한다 — 한 지점의 전압 변화가 들어온 양이온으로 옆 통로를 열고, 이것이 또 옆을 여는 도미노식이다. 방향이 한쪽으로만 가는 것은, 막 도미노가 쓰러진(휴지전위 회복 중인) 자리에서는 곧바로 다시 활동전위가 생길 수 없기 때문이다.
신경 신호가 얼마나 빠른지를 교수님은 야구 강속구로 비유했다. "메이저리그 100마일(mph)이면 우리 단위로 약 160km/h인데, 신경 신호는 그보다도 훨씬 빠르다. 나스카 레이스급이다." 척추동물에서 이렇게 빠른 까닭이 미엘린 수초(myelin sheath) 덕분이다.
전기 신호를 그냥 흘리면 옆으로 줄줄 새어 느리고 약해진다. 그래서 절연체인 미엘린 수초를 축삭에 칭칭 감아 새지 않게 막는다(구슬처럼 이어진 지지·아교세포의 사슬). 그러면 활동전위는 수초로 덮인 곳이 아니라 수초 사이의 틈(gap, 랑비에 결절)에서만 생기고, 한 틈에서 다음 틈으로 건너뛰듯(점프) 전달된다. 매 지점을 다 거치지 않고 틈만 점프하니 속도가 확 붙는다(speed-up) — 이것이 도약전도다. 축삭이 굵을수록, 미엘린이 있을수록 전도가 빠르다.
활동전위가 축삭 끝(시냅스말단)에 닿으면 신호는 다른 세포로 넘겨져야 한다. 교수님이 강조한 결정적 사실은, 보내는 뉴런과 받는 세포가 물리적으로 살짝 떨어져 있다는 것이다. 전기 신호가 그 틈을 그냥 뛰어넘을 수 없으니, 신호는 일단 화학 신호로 바뀌어 틈을 건넌 뒤 받는 쪽에서 다시 전기 신호로 돌아간다. 이 전달 지점이 시냅스(synapse)이고, 받는 세포는 다른 뉴런·근육세포·분비세포일 수 있다. 척추동물 대부분은 더 미세한 반응을 낼 수 있는 화학적 시냅스(chemical synapse)이며, 그 틈을 시냅스 틈(synaptic cleft)이라 한다.
⭐ 전기 → 화학 → 전기 전환 6단계 (서술·그림 단골):
① 활동전위(전기 신호)가 시냅스말단에 도착한다.
② Ca²⁺ 유입으로 신경전달물질(neurotransmitter)이 든 소포(vesicle)가 막과 융합한다.
③ 신경전달물질이 시냅스 틈으로 방출된다 — 여기서 전기 신호가 화학 신호로 전환.
④ 신경전달물질이 틈을 확산해 받는 뉴런 막의 이온 통로에 있는 상보적 수용체(receptor)에 결합한다.
⑤ 결합이 통로를 열어 이온이 들어오고, 흔히 새 활동전위가 생긴다(또는 억제된다).
⑥ 신경전달물질은 분해되거나 보내는 뉴런으로 재흡수(reuptake)되어 효과가 짧고 정확하게 끝난다.
이 구조 때문에 신호는 보내는 뉴런 → 받는 세포 한 방향으로만 흐른다(보내는 쪽만 방출, 받는 쪽만 수용체). 한 뉴런은 수천 개 말단으로 입력을 받으며, 흥분성·억제성 입력의 총합이 발화 여부를 결정한다(앞서 말한 "살아있는 컴퓨터").
왜 이 시냅스가 중요한가는 독사에 물리는 사례로 단번에 이해된다. 근육을 움직일 때 운동신경 끝에서 아세틸콜린(acetylcholine)이 분비돼 근육세포의 수용체에 붙어야만 근육이 수축한다("움직여야지" 생각만으로 움직이는 게 아니다). 그런데 뱀독은 그 아세틸콜린 수용체에 경쟁적으로 달라붙는데, 한번 붙으면 떨어지지 않는다. 아세틸콜린이 와도 붙을 자리가 없어 신호가 막혀, 물린 뒤 약 10분이면 근육마비가 시작된다. 문제는 심장도 근육이고 횡격막(호흡 근육)도 근육이라는 점 — 횡격막 마비 → 호흡곤란, 심장 마비 → 약 2시간 내 사망. 그래서 병원에서는 독에 달라붙는 항독소(항체)를 주사해 독을 잡아 제거하고, 그 전에 응급으로 물린 부위 윗부분을 아주 세게 묶어 독이 심장 쪽으로 퍼지는 것을 늦춘다.
카페인·니코틴·알코올, 항우울제(SSRI 등)도 모두 이 시냅스에서 신경전달물질 작용을 바꿔 효과를 낸다.
신경전달물질에는 여러 종류가 있고 작용이 제각각이다. 대표 주자 도파민(dopamine)을 교수님은 월요일 아침 주식시장에 비유했다 — "월요일 아침엔 '이번 주 돈 벌 수 있다'며 도파민이 솟아 막 매수하다가, 그게 꺼지면 블랙 먼데이처럼 우울해진다." 도파민이 떨어지면 기분이 가라앉고, 도파민 부족은 파킨슨병(Parkinson's disease)의 원인이라 병원에서 도파민(전구체)을 보충해 준다. 반대 맥락으로 조현병(schizophrenia)도 함께 언급된다. 정신과 약물의 원리도 이것 — 부족한 신경전달물질을 보충하거나 과한 것을 억제하는 것이다.
약물·중독도 같은 시냅스 이야기다. 코카인(cocaine)은 천연 마약인데, 교수님은 코카콜라(Coca-Cola) 이름의 유래를 들려줬다 — 초기 코카콜라는 1800년대 약사가 만든 '약'이었고 코카인 성분이 들어 있었으나, 이후 코카인을 빼고 콜라나무 열매 등만 남겼다. 모르핀(morphine)은 분명한 마약이지만 너무 고통스러운 질병의 진통제로 병원에서 정식 처방된다(통증을 못 느끼게 해 주기 때문). 알코올은 억제성 신경전달을 다시 억제(disinhibition)하는데, 과음하면 호흡중추까지 멈춰 사망할 수 있다.
CNS는 뇌와 척수로 이루어진다. 뇌는 감각 정보를 통합하고 운동 명령을 내보내는 주 통제 중심, 척수는 뇌와 몸을 잇는 신경섬유 다발이다. CNS의 뉴런은 손상 시 재생되지 않아 척수 손상은 흔히 영구적이다. 뇌와 척수는 뇌척수액(cerebrospinal fluid)에 둘러싸여 영양·완충을 받는데, 교수님은 이를 두개골을 다쳤을 때 흘러나오는 맑고 투명한 액체("뇌수")로 설명했다 — 혈관은 지나가지만 적혈구는 통과 못 해 피처럼 붉지 않다. 그 바깥을 수막(meninges)이 감싼다.
PNS의 출력은 골격근을 수의적으로 움직이는 운동계(motor system)와, 평활근·심장근·분비샘을 불수의적으로 조절하는 자율신경계(autonomic nervous system)로 나뉜다. 자율신경계는 다시 "휴식과 소화(rest and digest)"의 부교감신경(parasympathetic)과 "투쟁 혹은 도피(fight or flight)"의 교감신경(sympathetic)으로 나뉘어 대부분의 장기에 반대 효과를 미친다. 교수님은 "수업을 편하게 듣는 지금은 부교감, 쫓길 땐 교감"이라 풀고, 교과서엔 없는 임상을 덧붙였다 — 고문·첩보 훈련을 받은 사람은 교감이 늘 켜져 쉴 때도 이완이 안 되는 불균형이 생긴다. 그래서 "건강은 균형(balance)"이라고 강조했다.
| 부위 | 핵심 기능 |
|---|---|
| 뇌줄기 brainstem | 호흡·순환·삼킴·의식 등 생명 유지 기본 기능. 중간뇌·뇌교(pons, 호흡)·연수(medulla, 삼킴·순환)로 구성. 손상 시 자가 호흡 불가·혼수 |
| 소뇌 cerebellum | 운동의 조정과 균형. 시각·신체 위치 감각을 받아 동작을 정밀 조정(예: 라켓을 공으로 정확히) |
| 시상하부 hypothalamus | 호르몬·항상성 통제 중심. 자율신경 조절, 뇌하수체 호르몬 통제, 체온·혈압·배고픔·갈증 조절, 생체시계 |
| 대뇌 cerebrum | 가장 크고 정교한 고등 기능. 바깥층 대뇌겉질(cerebral cortex)이 추론·언어·기억·감각 지각·수의 운동 담당 |
교수님은 대뇌겉질(cerebral cortex)이 인간을 다른 포유류와 가장 다르게 만드는 부분이라 했다. 영장류·인간으로 갈수록 표면이 호두처럼 주름(이랑·고랑)이 많아져 면적이 커지고, 여기서 기억·학습·언어·감정이 일어난다. 대뇌겉질은 좌우 반구로 나뉘어 각각 반대쪽 몸을 담당하며, 두 반구는 뇌들보(corpus callosum)로 연결돼 정보를 교환한다. 각 반구는 전두(운동·판단)·두정·측두(청각·후각에 가까움)·후두(시각)의 네 엽으로 나뉜다.
손상 부위에 따라 잃는 기능이 다름을 보여주는 사례가 피니어스 게이지(Phineas Gage)다. 철도 작업 중 폭발로 쇠파이프가 머리를 관통해 전두엽(frontal lobe) 일부가 파괴됐는데, 그는 인격이 완전히 바뀐 채 12년을 더 살았다. 전두엽이 인격·판단을 담당한다는 것 — 즉 뇌 부위와 인격을 신경과학적으로 연결한 결정적 사건이었다. 교수님은 본인이 의사로 들은 뇌종양 수술의 어려움도 소개했다. ① 두개골을 깨고 들어가야 하고, ② 신경은 재생이 어려워 정상 뉴런을 찢지 않고 종양만 떼기가 힘들며, ③ 혈관-뇌 장벽 때문에 약물도 잘 전달되지 않는다(혈액이 필터링돼 뇌척수액으로만 전달). 그래서 깊은 종양에 정상 뇌 대신 눈을 뽑아 그 경로로 접근하는 선택지를 환자에게 제시한 케이스를 들려줬다 — 정상 신경 손상을 최소화하려는 고민에서 나온 선택이다.
마지막 시간이라 감각 파트는 요점만 빠르게 짚었다. 감각수용기는 자극(빛·소리·열·압력)을 전기 신호로 바꾼다. 이 변환을 감각 변환(sensory transduction), 그 결과의 막전위 변화를 수용기전위(receptor potential)라 한다. 수용기전위는 실무율인 활동전위와 달리 자극이 강할수록 커지는 등급화된(graded) 신호이며, 같은 자극이 반복되면 덜 민감해지는 감각 적응(sensory adaptation)이 일어난다. 수용기는 통각·온도수용기(thermoreceptor)·기계수용기(mechanoreceptor, 압력·소리)·화학수용기(chemoreceptor, 미각·후각)·전자기수용기(electromagnetic receptor)의 다섯 종류다(사람은 자기장을 못 느끼지만 일부 동물은 전자기수용기로 방향을 잡는다).
가장 비중을 둔 것은 시각이다. 눈의 흔한 문제부터 — 교수님 본인이 난시라며 직접 예를 들었다. 근시는 상이 망막보다 앞에 맺혀 멀리가 안 보이는 것(오목렌즈로 상을 뒤로), 난시는 렌즈(각막) 곡률이 울퉁불퉁해 상이 한 점에 모이지 않고 번지는 것, 원시는 가까운 게 안 보이는 것이다. 빛을 감지하는 광수용체(photoreceptor)는 전자기수용기의 일종으로 망막(retina)에 두 종류가 있다.
· 막대세포(rod, 간상세포): 빛에 매우 민감해 어두운 곳에서 보게 하지만 명암(빛의 강약, 회색조)만 본다(야행성 동물에 많음).
· 원뿔세포(cone, 원추세포): 밝은 빛에서 자극되어 색을 구별하지만 야간 시력에는 거의 기여하지 않는다.
교수님은 "강의실 뒤는 밝고 앞은 파란색인데, 밝고 어두움(명암)은 막대세포가, 파란색이라는 색은 원뿔세포가 알려준다"고 두 세포의 역할을 한 장면으로 묶어 설명했다.
청각도 같은 틀이다. 소리가 들어오면 고막(ear drum)이 떨리고, 그 진동이 가운데귀의 작은 뼈들(이소골: 망치·모루·등자)을 거쳐 달팽이관(cochlea)으로 전해진다. 달팽이관 속 감각세포가 진동을 전기 신호로 바꾸면 청신경(auditory nerve)이 뇌로 전달한다. "삐익 하는 큰 소리에 귀가 떨려 아픈 것"이 이 기계수용 과정 때문이다.
운동신경이 아세틸콜린을 분비하면(12.5의 그 화학 신호) 골격근(수의근)이 수축한다. 뼈는 스스로 움직이는 게 아니라, 뼈에 붙은 근육이 수축하면 거기 따라 끌려 움직인다.
핵심은 길항(antagonist) 작용이다. 교수님이 팔을 직접 굽혀 보였다 — 위팔 앞쪽 이두근(biceps, 2갈래)이 수축하면 팔이 굽고, 이때 뒤쪽 삼두근(triceps, 3갈래)은 이완한다. 팔을 펼 때는 반대로 삼두근이 수축하고 이두근이 이완한다. 한쪽이 수축하면 짝이 되는 반대쪽이 이완하는 한 쌍이 길항근이다(호르몬의 길항 개념과 동일).
운동을 계속하려면 근육이 ATP를 끊임없이 만들어야 한다. 처음에는 해당과정으로 빠르게 ATP를 뽑아 쓰다가, 부족해지면 미토콘드리아의 세포호흡(유산소)으로 더 많은 ATP를 만든다. 짧고 강한 운동은 산소 없이도 잠깐 버티지만, 오래 하는 운동은 유산소 호흡에 의존한다.
뉴런은 여러 가지로 끝나며, 각 가지 끝에는 신경전달물질을 담은 혹 모양의 ______이(가) 있어 다른 뉴런으로 신호를 전달한다. (a) 시냅스말단(synaptic terminal) (b) 가지돌기(dendrite) (c) 축삭(axon) (d) 세포체(cell body)
정답 (a) 시냅스말단(synaptic terminal). 신호를 보내는 뉴런의 축삭 끝에 있는 혹 모양 구조가 시냅스말단이며, 신경전달물질을 저장했다가 시냅스 틈으로 방출한다. 가지돌기(수신)·축삭(전달 섬유)·세포체(핵)는 말단 혹이 아니다. 3년 연속 출제된 빈칸 단골.
활동전위(action potential)는 수용기전위(receptor potential)와 어떻게 다른지 설명하라.
수용기전위는 감각 수용 세포가 자극에 반응해 만드는 등급화된(graded) 막전압 변화로, 자극 세기에 따라 크기가 달라지고 짧은 거리에서 소멸한다. 활동전위는 실무율(all-or-none)로 스스로 전파(self-propagating)되는 신경 신호로, 약해지지 않고 축삭 전체를 따라 이동한다. 자극의 세기는 활동전위의 크기가 아니라 빈도(frequency)로 부호화된다.
심한 머리 부상을 입은 사람이 대뇌겉질은 기능하지 않지만 여전히 살아 있어 대사 기능을 수행하는 무반응 상태로 수년간 살 수 있다. 어떻게 가능하며, 어떤 뇌 구조가 그 사람을 살아 있게 하는가?
의식·자각·고등 기능은 대뇌겉질(cerebral cortex)에 의존하므로 겉질이 손상되면 무반응 상태가 된다. 그러나 호흡·심박 같은 기본 생명 기능은 뇌줄기(brainstem — 중간뇌·뇌교·연수)가 조절한다. 뇌줄기가 작동하는 한 기본 대사 기능이 계속되어 사람은 살아 있을 수 있다.
일요일 점심을 먹은 뒤 편히 앉아 쉬자 호흡이 느려지고 졸리며 눈을 뜨기 힘들어졌다. 무엇이 이 반응을 일으키며, 신경계의 어느 부분이 관여하는가?
자율신경계(autonomic nervous system)의 부교감신경(parasympathetic) 분지가 작동한 것이다("휴식과 소화 rest and digest"). 식사 후에는 부교감신경이 우세해져 심박과 호흡을 늦추고 소화를 촉진하며 이완·졸음 상태를 만든다 — 교감신경(sympathetic)의 "투쟁-도피(fight or flight)"와 정반대이다.
큰 소리와 작은 소리처럼 자극의 "세기"는, 활동전위가 실무율(all-or-none)임에도 불구하고 뉴런에서 어떻게 구별되어 전달되는가?
자극의 세기는 활동전위의 크기(amplitude)가 아니라 빈도(frequency, 초당 발생 횟수)로 부호화된다. 큰 소리는 같은 크기의 활동전위를 초당 더 많이 만든다. 활동전위는 역치만 넘으면 항상 동일한 크기로 일어나므로(실무율), 세기 정보는 오직 빈도로만 표현된다.
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① 생명의 기원 4단계: 유기 단위체 무생물 합성 → 고분자 무생물 합성 → 전세포(pre-cells) 형성 → 자기복제 분자 출현
② 지구 생명 역사: 원핵생물 → 대기 O₂ 축적 → 진핵생물 → 다세포생물 → 동물 다양화(캄브리아) → 식물·균류 육상정착 → 인류
③ 식물 진화: 선태(bryophyte) → 양치(fern) → 겉씨(gymnosperm) → 속씨(angiosperm)
| # | 그림 | 챕터 |
|---|---|---|
| 1 | 순환계 개방형 vs 폐쇄형(+폐쇄형 단일/이중) | Ch23 |
| 2 | 시냅스 전기→화학 신호전달(Ca²⁺→신경전달물질) | Ch27 |
| 3 | 뇌 4부위 위치(뇌줄기·소뇌·시상하부·대뇌) | Ch27 |
| 4 | 호르몬 수용성/지용성 신호전달 | Ch25 |
| 5 | 동물 구조 4단계(조직→기관→기관계→개체) | Ch21 |
| 6 | 네프론 — 여과·재흡수·분비·배설 | Ch21 |
| 7 | 심장 혈류 경로(우심방→…→대동맥) | Ch23 |
| 8 | 호르몬 음성 되먹임 | Ch25 |
⭐ Homeostasis(5년 연속 100%) · Atherosclerosis·Synapse(4회, 부활 강력) · Microbiota/Microbiome · Ribozyme · Angiosperm · Peristalsis · Endocrine system · Clonal selection · Metamorphosis · Convergent evolution · Species · Antagonistic hormones · Myelin sheath · Corpus callosum
※ 전체 정의·철자는 별도 단어장 참고. 정의문은 교재 glossary 원문 그대로 출제됨.
| 문제 | 핵심 답 | Ch |
|---|---|---|
| 파충류 > 양서류 육상적응 | 껍질 있는 알(양막란) | 17 |
| 척삭동물 4특성 | 등쪽속빈신경삭·척삭·인두열·항문뒤꼬리 | 17 |
| 생식장벽 2종 | 접합 전 / 접합 후 + 예시 | 14 |
| 소화효소 3종 | 아밀라제 / 펩신·트립신 / 리파아제 | 22 |
| 후천면역 항원인식 2가지 | B=온전한 항원 직접 / T=분해 조각 제시 | 24 |
| 혈당 호르몬 | 인슐린(↓·저장) / 글루카곤(↑·분해), 길항 | 25 |
| 뇌 4부위 기능 | 뇌줄기=생명·소뇌=운동·시상하부=호르몬·대뇌=고등 | 27 |
| 광수용체 | rod=흑백/약한빛, cone=색/밝은빛 | 27 |
K-40 반감기: 12mg → 3mg = ¼ = 반감 2회 → 나이 = 2 × 반감기. (반감기 1.3 Gyr → 2.6 Gyr)
Hardy-Weinberg: B=0.7 → q(b)=0.3 → 동형열성 q² = 0.09(9%), 이형 2pq=0.42, 동형우성 p²=0.49
인슐린과 글루카곤은 정반대 효과를 낸다. (1) 이 관계를 한 단어로? (2) 혈당을 낮추는 것은 둘 중 무엇이며, 간에서 무슨 일이 일어나는가?
(1) 길항(antagonistic) 관계. (2) 인슐린(insulin)이 혈당을 낮춘다 — 간·근육이 포도당을 글리코젠으로 저장하고 세포의 포도당 흡수를 촉진한다. (글루카곤은 반대로 간의 글리코젠을 포도당으로 분해해 혈당을 올림.)