제 23 강 : 생물체의 온도 및 전기 수용기

  유기물질들로 이루어진 모든 생명체들은 그 구조나 생체의 화학반응들이 온도에 매우 민감합니다. 정상상태를 유지할 수 있는 온도의 범위도 우리가 상식적으로 생각하는 것보다 훨씬 좁은 것이 사실입니다. 항온동물들은 어떠한 상황에서건 대사활동을 통해서 일정한 범위 내로 체온을 유지하는 능력이 있습니다만, 변온동물들은 이러한 능력이 없어서 자신에게 적당한 환경을 선택하여 사는 방법으로 체온을 조절하고 있습니다.


동물이나 사람이 체온조절 능력을 발휘하려면 무엇보다 먼저 자신의 체온을 정확히 알아야 하고, 그 다음 주위 환경의 온도를 정확히 파악할 수 있는 온도수용기(thermoreceptor)가 있어야만 합니다. 이러한 신비로운 기능에 대하여 아직 잘 알려지지 않은 부분들이 많이 있습니다.


무척추동물들에게서는 온도수용기가 대개 촉각이나 구기 또는 다리에 집중하여 분포하고 있으나, 몸의 다른 부위에도 온도수용기가 산재하여 있습니다. 일부 곤충은 온도 감각이 뛰어나서 체온의 변화 폭이 섭씨 3-4도밖에 되지 않으며, 특히 흡혈곤충이나 진드기는 주위 온도가 0.5도만 변하여도 이를 민감하게 감지하는 능력이 있습니다. 이런 말을 들어보셨는지요?


수십 년 전만 해도 우리나라 시골에서는 의료혜택이 그리 크지 않았습니다. 그래서, 노환이거나 다른 중병으로 위중한 상태일 때 환자들이 병원이 아닌 자기 집에서 임종을 하는 경우가 많았고, 문중의 어른들이 환자의 자리를 지켰습니다. 인체 기생충인 이나 벼룩이 많았던 그 시절에는 환자의 침상에서 이가 기어 나오는 것을 보면, 장례를 치를 최종 준비를 명령하였습니다. 곧 임종한다는 뜻입니다. 이나 벼룩 등은 환자의 체온이 정상 범위 내에 있을 때에는 환자를 떠나지 않습니다. 그러나, 체온이 미미하게나마 정상의 범위를 넘어서면, 주위 사람들은 감지하지 못해도 이들은 알아차리고, 그 환자를 떠나는 것입니다. 지혜로운 우리의 선조들은 이 방법으로 환자의 용태를 가늠하기도 했습니다.


척추동물들은 주변환경의 온도변화를 대개 몸 표면에 산재해 있는 신경말단에서 감지합니다. 어류에서는 몸길이를 따라 좌우에 나 있는 측선이 수온을 감지합니다. 사람은 온도수용기가 피부에 산재하고 있습니다. 좀 더 구체적으로 보면, 피부 1 cm2 당 세포가 3,000,000만개 정도 있는데, 여기에 루피니소체(organ of Ruffini)라고 부르는 온각수용기(heat receptor)가 12-15 개가 있고, 클라우제소체(organ of Krause)라고 부르는 냉각수용기(cold receptor) 1-2 개가 있습니다.


온도수용기는 상온에서도 낮은 빈도의 『충격발사』를 계속하며, 온도가 변하면 순간적으로 충격발사 빈도가 바뀝니다. 그러나, 시간이 경과하면 자극이 가해지기 이전의 수준으로 대개가 되돌아갑니다.


사람의 냉각수용기는 섭씨 12-35도 사이에서 `충격발사`를 계속하며, 최고의 충격발사는 섭씨 20-34도에서 일어납니다. 한편 온각수용기는 섭씨 20-45도 사이에서 충격발사가 계속되고, 최고의 충격발사는 섭씨 38-43도 사이에서 일어납니다.


방울뱀이나 살무사 무리는 눈 바로 앞에 움푹 들어간 구조물이 있어 안면공기(facial pit or pit organ)라고 부르는데, 이것은 적외선을 탐지하는 온각수용기의 일종으로서 약간의 온도 변화에도 매우 민감하게 작동합니다. 이것은 머리의 좌·우에 하나씩 있는데, 그 개구부의 직경은 2 mm 이고, 내부 주머니의 폭과 깊이는 각각 5 mm 정도입니다. 이 주머니 막에는 삼차신경(trigeminal nerve)의 가지가 분포되어 있습니다.


이 막에 파장이 0.5-15 ㎛인 적외선을 쪼이면, 신경의 충격 발사빈도가 증가합니다. 이때 자극의 역치는 매우 낮아서 섭씨 0.001-0.002도 정도인 것으로 알려져 있습니다. 방울뱀이나 살무사 등은 야간에 활동하면서 먹이인 소형 포유동물들을 잡아먹는데, 이때 이들의 시각이나 청각 또는 후각은 관계하지 않고, 오직 온혈동물에서 발산되는 적외선을 감지하여 추적하는 것입니다.


예를 들면 주위의 온도보다 체온이 10℃ 높은 생쥐가 40cm 정도 떨어져 있다면, 방울뱀은 이것을 0.5 초 이내로 감지하여 재빨리 추적하기 시작합니다. 이러한 능력으로 먹이를 찾고 살아가는 그들의 능력은 그저 놀랍기만 합니다. 주변의 온도가 동물의 체표에 있는 이 온도수용기의 충격 발사빈도를 어떠한 방법으로 바꾸는지(기작)는 아직 잘 알려지지 않고 있습니다.


동물 중에는 전기 수용기를 가진 종들도 있습니다. 아주 강력한 전기를 발전하는 강전기어(strong electric fish)들인 전기가오리(Torpedo), 전기메기(Malapterurus), 전기뱀장어(Electrophorus) 등은 수십 볼트 내지 수백 볼트에 이르는 강력한 전기를 내는 발전기관(electric organ)을 가지고 있습니다. 이들은 대부분 큰 고기들이며, 다른 동물들을 공격하거나 자신들을 방어하는데 전기를 이용합니다.


최근 밝혀진 바에 의하면 작은 민물고기 종류인 코끼리코 고기(Mormyridae)도 아주 약한 전류를 발전한다고 합니다.


이들의 전기는  공격용이나 방어용이 아니고, 가까이 접근하는 동물이나 장애물의 존재를 탐지하거나, 같은 종 내의 개체간에 통신수단으로 쓰는 것입니다. 이런 약전기어(weak electric fish)들 중에는 어두운 물 속에서 생활하거나, 눈의 발달이 미약한 종류가 많은데, 이러한 종류에서는 전기 수용기가 일종의 수중 레이다와 같은 일을 하기 때문에 이들에게는 더없이 중요한 감각기인 셈입니다.


약전기어들의 발전기관은 대개 꼬리 부분에 있으며, 이들은 근육 조직이나 신경 조직이 변형되어 만들어진 것입니다. 이들의 발전기관에서의 전기 방전은 아주 짧아서 초당 수백 회나 펄스방전을 하며, 이것을 주로 자신의 머리부분의 피부에 있는 전기 수용기(electroreceptor)로 받아들임으로써 물고기의 꼬리와 머리를 잊는 전기장이 만들어집니다. 전기 수용기는 물고기들이 가지고 있는 측선기관(lateral-line system)이 변형된 것입니다. 측선기관이라는 것은 물고기들의 머리 부위 피부와 몸의 양옆에 있는 선상의 감각기로서 물의 속도·진동·온도 등을 감지하는 물고기들만이 가지는 특유의 감각기관입니다.


[기도] 동물마다에 필요 적절한 감각기관을 만들어주시어서 그들의 생존을 도와주시니 감사합니다. 아멘.


분류:창조설계-생명
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