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닭의 배 발생 과정
실험 목적
닭의 배 발생 시 나타나는 많은 과정들은 척추 동물, 특히 포유류의 경우와 많은 유사성을 보인다. 그러나 포유류의 배는 실험과 연구에 필요한 충분한 수를 확보하기에 어려움이 많은 데 반하여 닭의 배는 재료를 구하기가 비교적 용이하며, 또 원하는 발생 단계를 비교적 쉽게 얻을 수 있기 때문에 배 발생의 초기 과정을 관찰하고 실험에 사용하기에 많은 장점을 지니고 있다. 이러한 까닭으로 닭의 배를 가지고 총 21일 걸리는 발생의 신비를 직접 체험하고 배 발생 과정을 자세히 알아볼 수 있다.
이론
1.초기 발생
① 정자 - 정소의 정모세포가 감수분열하여 생성, 한 개의 정모세포는 감 수분열 할 때 2회 분열하여 4개의 정세포로 만들어지는데, 정세포는 복 잡한 변화를 거쳐 머리, 중편, 꼬리의 3부분으로 나뉘는 정자가 된다.
② 난자 - 난소의 난모세포가 감수분열하여 생성, 정모세포가 감수분열 할 때는 같은 크기의 낭세포로 나누어지지만, 난모세포가 감수분열 할 때는 크기가 다른 낭세포가 생긴다. 작은 쪽의 낭세포를 극체(極體)라고 하고, 2회 분열한 후 난황이 많이 포함된 난세포가 1개 생긴다. 이를 난자라 한다.
③ 수정 - 정자와 난자가 합체되는 현상, 수정은 보통 1개의 정자가 난자 에 들어감으로써 이루어진다. 그러나 난자 주변에는 많은 정자가 있는데, 그 중 1개의 정자만이 침입하게 된다. 2개 이상의 정자가 동시에 난자에 침입하는 경우도 있는데, 이 경우에는 정자가 난핵과 융합하여도 대부분 의 경우 불규칙한 세포분열이 일어나 정상적으로 발생되지 않는다.
④ 발생 - 수정함으로써 정자핵의 염색체(n개)와 난자핵의 염색체(n개)가 쌍을 이루어 첫 체세포와 같은 수(2n)의 염색체를 갖게 된다. 그런 다음 일련의 세포분열 이 시작되는데, 이것이 발생의 시작이다. 체세포분열에서는 처음에 난세포의 크기가 모세포보다 약간 작으나 다음 분열까지는 난세포의 크기가 모세포의 크기만큼 커진다. 그러나 초기발생의 …(생략)
세포분열에서는 난세포의 크기가 분열할 때마다 점차 작아지므로 이 때의 세포분열을 난할(卵割)이라고 하며, 작은 난세포를 할구(割球)라고 한다. 수정란이 난할을 되풀이하는 동안 할구의 모양이나 작용은 동일한 것이 아니라 특수한 것으로 되고, 이것들이 조직이나 기관을 만들어내어성체(成體)를 이루게 된다. 이와 같은 과정을 발생(發生) 이라고 한다.
2.난할
난할은 유사분열이지만, 체세포 분열과는 달리 세포의 성장기(G1기와 G2)가 없고, DNA 합성기(S기)와 분열기(M기)만 있다. 따라서 할구는 세포분열 때마다 작아지고, 결국에 는 성체의 세포크기에 가깝게 되는데, 이것은 난할의 중요한 특징의 하나이다. 난자에서 는 감수분열 때에 극체가 생기는 부위를 동물극(animal pole), 그 반대쪽을 식물극 (vegetal pole)이라고 부른다. 난할은 식물극과 동물극을 지나는 면으로 연속 2회 일어 나며 이를 경할(經割)이라고 하며, 이 경할에 직각으로 세 번째 난할이 일어나는데 이 것을 위할(緯割)이라고 한다. 계속되는 난할은 경할, 위할이 교대로 일어나며, 곧 32세 포기와 64세포기를 거치는 동안, 배는 뽕나무열매 모양인 상실배(桑實胚)에 이른다.
난할의 양상은 모든 동물에 있어서 동일하지는 않다. 알의 종류와 동물의 종류에 따라 다르다. 알은 난황의 분포에 따라 3가지로 나눌 수 있다.
①등황란
- 작고, 적은 양의 난황물질이 세포질에 고르게 퍼져있다.
- 전형적인 전할(全割)
- 예 : 전색동물과 극피동물
②단황란
- 많은 난황(50%～90%)이 식물극에 몰려 있어서 대사가 느리다.
- 원형질과 핵은 동물극 쪽에 주로 있다.
- 전할(양서류, 어류)과 부분할(조류, 파충류)
③중황란
- 핵과 원형질의 주변물질이 처음에 난의 중앙에 분포
- 난할이 일어날 때 핵이 있는 세포질은 가장자리로 밀려나서 하나의 세포층을 형성 하여 배엽을 만든다(표면할).
3.배엽의 형성
※초기 발생 과정
수정란 → 4세포기 → 8세포기 → ??? → 상실배 → 포배 → 낭배
①상실배
-수정란이 난할을 거듭하여 할구의 수가 32～64개에 이르면 할구는 겨우 보일 정도의 작은 크기가 되는데, 이 때의 배를 상실배라고 한다.
②포배
-난할이 계속 진행되면 수정란에 있던 난황의 양이 줄어들어 안쪽에 난할강(卵割腔)이 라는 빈 공간이 생기게 된다. 이 때 할구들은 외부로부터 산소를 직접 얻기 위해 할강 주위를 둘러싸게 되는데, 이 때의 배를 포배라고 한다. 포배기의 세포들은 아주 작아 져서 보통 크기의 세포가 되며, 포배기 이후에는 난할을 하지 않고 체세포 분열을 한 다.
③낭배
-포배기의 세포들이 체세포 분열을 하면 배 전체의 크기는 커져야 하나 다음 단계인 낭배는 포배와 별 차이가 없다. 이것은 분열에 의하여 세포가 할강 안으로 밀려 들어 갔기 때문이다. 즉, 식물극 쪽의 분열 속도가 동물극에 비해 느리므로 식물극 쪽으로 세포들이 밀려 들어간 것이다. 이 때 생긴 구멍은 장차 입이나 항문의 기원이 되므로 원구(原口)라고 한다. 함입된 세포들은 바깥쪽의 외배엽과 구별되는 내배엽이라는 세 포 집단을 이루며, 원장(原腸)이라는 공간을 만든다. 원장은 장차 소화 기관으로 발전 할 부분이다.
4.중배엽의 형성
-편형동물 이상의 동물에서는 외배엽과 내배엽 사이에 중배엽이 형성되는데, 중배엽이 형성되는 방법은 두 가지가 있다.
①원중배엽 세포계
-원구 부근의 난할강 속에 있던 원중배엽 세포들이 증식하여 새로운 세포 집단인 중 배엽을 만든다. 이런 방식으로 중배엽이 형성되는 동물은 편형, 선형, 환형, 연체, 절 지동물로 원구가 입이 되고, 항문은 나중에 원구의 반대쪽에 생기므로 선구동물이라 고 한다.
②원장 체강계
-원장벽의 일부가 돌출되어 원장낭이라는 주머니를 형성하고, 이것이 떨어져 중배엽이 된다. 극피동물과 척색동물이 이에 속하며, 원구가 항문이 되고 나중에 입이 생기므로 후구동물이라 한다.
5.기관의 형성
-낭배기에 형성된 배엽으로부터 여러 조직이나 기관이 분화된다. 기관 가운데 가장 먼 저 분화되는 것은 신경관이다.
①신경관의 형성 : 낭배기가 끝날 무렵 등쪽 외배엽이 두터워져 신경판을 형성하고 이 신경판이 주름이 져 신경습을 만든다. 신경습의 양쪽 주름이 만나 신경관을 형성하는 데, 이는 장차 뇌와 척수로 발달한다. 이 때 신경관 아래쪽에는 중배엽에서 유래한 척 색이 만들어진다.
②각 배엽으로부터 형성되는 기관
?외배엽 : 표피, 신경계, 감각 기관 등
?중배엽 : 척색(척추로 분화), 골격, 근육 계통과 생식계, 배설계, 순환계
?내배엽 : 소화계, 호흡계 등
6.닭의 수정
-닭의 배발생은 체내수정에 의해 발생이 개시되며 수정은 수란관에서 이루어지고 수정 방식은 여러 개의 정자가 한 개의 난자 속으로 들어가는 다수정 방식에 의하지만 최종적 으로는 하나의 정자만이 선택되며 산란시에는 수천개의 할구로 이루어진 포배 시기에 도 달한 상태로 있게 된다. 우리가 보통 보게 되는 수정란은 이 시기의 것을 말하며 발생에 필요한 적절한 온도(38℃) 및 습도에 이르기 전에는 발생이 더 이상 진전되지 않는다.
7.닭의 낭배형성
-닭에는 난황이 많기 때문에 난할이 난황의 꼭대기에 얹혀있는 배반에서 일어난다. 포 배시기에는 배반이 배엽을 이루기 위하여 나뉘어진다. 배엽은 난황을 사이에 두고 나뉘 어지는 하배엽아래 공간 위에 얹혀있다. 낭배형성은 이 배엽이 배반엽상층과 배반엽하 층으로 분리되면서부터 시작한다. 이 두층의 공간을 배반엽간공간이라고 부른다. 다음 단계는 가장자리의 세포들이 중심을 향하여 이동한다. 그 결과 배반의 한쪽 끝에 원조 (原條)라 불리우는 두터운 층이 생긴다. 이 원조의 한가운데에 원구(原溝)라고 하는 오 목한 홈이 생긴다. 원조는 점점 길어지고, 배반엽 상층에서 증식된 세포들이 원구를 통 하여 배반엽간공간에 도달한다. 이 중의 어떤 세포들은 내배엽을 형성하여 배반엽하층 부를 만들고, 어떤 것들은 중배엽층을 만든다. 이와 같이 조류에서의 낭배형성은 난황 물질 위에 얹혀있는 배반에서만 일어난다. 난황은 낭배형성에 참여하지 않는다.
가설
?닭의 수정란은 적절한 온도(38℃)와 습도(60%이상)를 유지해 주면 21일 후 정상적으 로 발생할 것이다. 단, 외부에서의 수분과 산소 공급을 차단한 경우와, 자연 상태에서 와는 달리 발생이 진행되는 동안 위치를 바꾸지 않은 경우에는 발생이 정상적으로 이루 어지지 않을 것이다.
결과 분석
처음에 "조류 발생에 있어서 알을 굴려주지 않으면, 그리고 공기와 수분이 차단되면 정 상적으로 발생이 되지 않을 것이다" 라는 가설을 세웠다. 먼저 바세린을 알 전체에 바른 후 랩을 씌운 알에 있어서는 수분과 공기를 모두 차단시킨 것이었고 이렇게 한 알에서는 전혀 발생이 되지 않았다.
그러나 굴려준 알과 굴려주지 않은 알 사이에서는 관계가 모호했다. 오히려 4일째 정도 에서는 굴려주지 않았던 알이 발생속도가 더 빨랐고, 21일째에는 굴리지 않았던 알도 비 록 죽었지만 개체를 확인한 결과 거의 정상적인 발생이 이루어졌다는 것을 확인할 수 있 었다. 사전지식으로 알고 있던 알을 굴려주지 않으면 발생이 이루어지지 않는다고하는 것과 다른 결과가 나온 것이다.
자연상태에서 닭이 달걀을 품을 때는 자주 알을 이리저리 굴려준다고 한다. 그것은 알 을 품을 때, 품는 부위만 온도가 적정 온도로 유지되고 반대쪽은 온도가 낮아지기 때문 이라고 한다. 그렇기 때문에 실험 시 알을 자연 상태와 동일하게 알을 2시간에 한번씩 굴려준 것이다.
나중에 알게 된 사실이지만 인큐베이터에서는 전체적으로 온도가 같다고 한다. 즉, 한 쪽만 온도가 올라가는 것이 아니라 사방의 온도가 38℃로 유지되기 때문에 알을 굴려주 지 않아도 되는 것이라고 한다. 이번 실험은 실험 개체수가 적었기 때문에 확고한 결론 을 내릴 수 없었다. 더 많은 개체를 가지고 좀더 세밀한 가설을 설정한 후 실험을 해 야 할 것 같다.
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