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무척추동물의 생식계

생식소, 관련된 구조와 산물

무척추동물은 무성생식을 하기도 하지만 대부분은 유성생식을 한다.

유성생식의 기본단위는 생식소에서 만들어지는 배우자(정자와 난자)이다. 정자와 난자를 동시에 만드는 동물은 자웅동체라 하며, 성이 분리된 경우는 자웅이체라 한다.

해면동물·자포동물·편형동물·대형동물

해면동물은 기관뿐 아니라 잘 발달된 조직조차 갖고 있지 않으나, 정자와 난자를 만들며, 때로는 무성생식을 하기도 한다.

대부분 자웅이체이며, 정자와 난자는 체벽 내에서 변형세포가 모여서 형성된다. 자포동물 가운데 히드라는 상피층 또는 위층(胃層 gastrodermis) 안에 일시적인 생식소를 가지며, 해파리와 산호충은 대개 위층 안에 생식소를 갖는다. 군체인 히드라는 무성생식으로 폴립이라 불리는 개체를 생산한다.

폴립은 생식소가 발달된 자유유영 단계의 메두사로 다시 발생한다. 대부분의 편형동물은 자웅동체이며, 하나 이상의 난소와 정소를 갖는다. 난소로부터 외부로 향한 관을 수란관(輸卵管)이라 하는데, 이는 교미시 받아들여진 정자를 저장하는 수정낭(受精囊)의 기능을 하며, 여기 연결된 난황선(卵黃腺)으로부터 수정란에 영양분을 공급한다. 또한 수란관 자체가 변형되어 수정란이 외부로 배출될 때 겉을 둘러싸는 보호막을 분비하기도 한다.

수컷의 정소는 많은 수정세관(輸精細管)이 모인 수정관(輸精管)으로 이루어지며 사정관(射精管)으로 통한다. 대형동물인 회충은 대부분 자웅이체이며, 외형이 다른 성적이형(性的異形)을 보인다.

수컷은 일반적으로 크기가 작고, 교미침을 갖고 있으며, 정자를 총배설강으로 분비한다. 암컷은 수컷에 비해 크고 난소 근처의 관 일부에 유생이 부화할 때까지 수정란을 일시 보관한다.

환형동물과 연체동물

환형동물 가운데 다모류는 생식소가 몇 개의 연속적인 체절 속에 있으며 체강 내에 정자와 난자가 저장되고 체외수정을 한다.

빈모류는 자웅동체이며, 소수의 특수한 체절에만 생식소가 있는데 정자는 정낭(精囊)에, 난자는 난낭에 저장된다. 연체동물은 환형동물과 진화적 유연관계가 밀접하지만 체절동물의 여러 특성이 퇴화하거나 없어졌다. 복족류의 경우 일반적으로 생식소(예를 들면, 정소·난소·난정소)를 1개씩 갖고 있으며 부족류는 자웅동체나 자웅이체로 1쌍의 생식소를 가지고 있다.

홍합이나 굴은 생식소가 외신문(外腎門)으로 열려 있고 대합은 독립적으로 생식소가 열려 있다. 두족류는 모두 자웅이체이며 각기 1개씩의 생식소를 갖고 있고 배우자를 심장 근처의 체강으로 분비하여 생식공을 통해 외부로 배출한다. 일부 연체동물은 환경이나 내부적 요인들에 의하여 성을 바꿀 수 있으며 또 다른 일부는 난정소(ovotestis)에서 정자와 난자를 동시에 만들기도 한다.

절지동물

대부분의 절지동물은 자웅이체이나, 상당수는 자웅동체이며, 일부는 단위생식을 하기도 한다.

갑각류의 대부분은 자웅이체이며, 암컷은 수정낭을 갖고 있고, 수컷은 변형된 부속지로 교미할 때 암컷을 잡거나 정자를 유도한다. 물벼룩과 같은 새각류 암컷은 생식공이 등쪽으로 열려 육아실(育兒室 brood chamber)로 통하며 수컷의 생식공은 항문 근처에 열려 있다. 패충류는 관 모양의 생식소가 1쌍 있으며, 대부분은 단위생식을 한다.

요각류 암컷의 수란관 끝은 난자의 저장을 위한 난낭으로 이루어져 있으며 정자는 정포(精包)에 보관되었다가 암컷에게 전달된다. 고착생활을 하는 만각류(蔓脚類)는 자웅동체이지만 보통 교차수정을 한다. 단각류(端脚類)와 등각류(等脚類)는 자웅이체이며 1쌍의 생식소를 갖는다. 대부분의 등각류는 기생생활을 한다.

일부 종은 다른 갑각류에 기생하는데 일련의 변태과정이 일어난 다음 기생성 유생(幼生)이 게의 껍질에 부착한다. 만약 1개의 유생만이 부착될 경우 이는 암컷으로 발생하며, 1개 이상의 유생이 부착되면 수컷이 되는데 이 수컷이 다른 숙주로 옮겨가면 정소가 난소로 바뀌는 것으로 보아, 이들은 간성인 것 같다. 곤충은 자웅동체가 드물지만 상당수가 수정을 하지 않는 단위생식을 한다.

곤충 암컷의 난소는 다수의 난소관(卵巢管)으로 이루어져 있다. 이 관의 위쪽은 미성숙한 난자의 성숙을 유도하며, 성숙된 난자는 아래쪽의 난황으로부터 영양을 공급받는다. 몸의 제8·9체절은 알을 낳기 위해 변형되어 있다. 수컷의 정소는 미성숙한 정원세포(精原細胞)를 형성하는 정관들로 이루어져 있고 성숙한 정자들은 정낭으로 들어간다. 수컷 생식기의 마지막 부분은 사정관이며 교미기 안을 통과한다. 제9, 10체절에는 정자수송을 위한 부속지가 있다.

극피동물과 원색동물

극피류(예를 들면 성게)·반색류(예를 들면 별벌레아재비)·미색류(예를 들면 멍게)·두색류(예를 들면 창고기)는 모두 해산동물로서 배우자를 물에 방출한다.

미색류는 대개 자웅동체이며, 그 난자는 척추동물과 비슷한 2개의 세포층으로 이루어진 여포에서 발생한다. 창고기는 자웅이체이며, 관이 없는 24쌍 이상의 난소 또는 정소를 갖는데, 성숙하면 생식소가 터져 배우자가 바로 체강(體腔)으로 흘러들어간다.

발생중인 배를 위한 준비

해면동물과 담수산 자포동물은 건조기(乾燥期)에 대비하여 수분의 손실을 막아 주는 두터운 외막을 준비한다.

기생성의 편형동물은 수정란을 보호 캡슐로 둘러싼다. 수정란에 저장된 난황과 난자 피막의 성질은 계절과 관련이 있어서 여름철의 난자는 대개 겨울철의 난자에 비해 난황이 적고 피막이 얇다.

환형동물은 어린 새끼를 위해 고치를 만들며 습기가 있는 곳에 알을 낳는다. 담수산 연체동물은 알을 위한 보호외피를 준비하거나 어미가 알을 품는다. 두족류는 체표면에 수정란을 부착시키며, 연속적으로 물을 분사하여 공기를 공급한다.

절지동물의 가장 정교한 보호방법은 곤충에서 볼 수 있는데 대부분 피막에 싸인 수정란을 발생 초기 동안 몸안에 지니고 다닌다. 전갈의 난자는 난황이 거의 없으므로, 포유류와 유사하게 수란관 일부가 자궁처럼 변형되고, 다른 일부가 모체의 장과 연결되어 배(胚)에 영양분을 공급한다.

척추동물의 생식계

생식소, 관련된 구조와 산물

척추동물의 생식기관은 생식소와 이에 관련된 생식관과 샘으로 이루어지는데, 일부 하등 어류에는 이밖에도 정자 수송이나 산란을 위한 기관이 있다.

생식소는 생식에 필요한 배우자와 호르몬을 생산하며 또한 생식에 관련된 관과 샘은 배우자를 저장·수송하고 필요한 물질을 분비한다. 이밖에도 대부분의 척추동물에는 소화관·비뇨관·생식관으로 사용되는 총배설강이 있다.

배발생시 생식소는 체강의 상피가 두꺼워지면서 장간막 사이에서 1쌍이 생긴다.

먼저 생식융기가 체강 쪽으로 커져 배아의 중신과 연결되며, 생식상피로부터 1차 성색(性索)이 형성된다. 이 성색은 생식소아체 내에서 잠재적으로 수컷의 성질을 지닌 수질을 이루며 2차 성색이 생식상피 바로 아래로 퍼져 피질을 형성하는데, 정소가 될 경우에는 수질부만이, 난소가 될 경우는 피질부만이 분화한다.

일부 척추동물은 주로 암컷의 경우 1개의 생식소만을 갖는다.

조류가 그 예로서 보통 우측 난소가 없고 수컷은 2개의 정소를 갖는다. 1개의 생식소만 있는 이유는 배시기에 1쌍의 생식융기가 융합되어 중심부에 위치하게 되거나, 한 쪽 생식융기만이 원시생식세포를 받아들이기 때문이다. 원구류와 같은 일부 하등 척추동물은 생식소에서 정자와 난자를 모두 만드는 자웅동체인데, 양서류 이상에서는 이러한 현상이 나타나지 않는다.

수컷의 생식계

첫째, 정소는 무미류, 양막류(파충류·조류·포유류), 일부 진골류에서 대부분 정세관으로 구성되며, 백막(白莫 tunica albuginea)이라는 피막으로 둘러싸여 있다.

세정관벽은 정자형성세포들과 이에 영양분을 공급하는 세르톨리 세포(Sertoli cell)들이 포함된 여러 층의 생식상피로 구성된다. 대부분의 포유동물에서, 세정관은 결합조직 격막에 의해 격리된 소엽(小葉 lobule)으로 이루어져 작은 공간에 많은 생식상피가 채워질 수 있도록 되어 있다. 관의 안쪽 강은 정자의 꼬리와, 정자들 그리고 재흡수되는 액(液)들로 차 있다. 세정관 사이의 정소지질은 주로 결합조직·혈관과 림프관·신경으로 이루어져 있으며 이곳에는 남성호르몬을 생산하는 레이딕 세포(Leydig cell)가 있다.

포유류를 제외한 척추동물은 정소가 몸 안에 있다. 일부 포유류는 정소가 복막으로부터 체표 가까이로 내려와 있다. 음낭은 정소를 둘러싼 주머니 모양의 온도 조절장치로서 정소에 접근하는 더운 혈액이 정소에서 나가는 차가운 혈액을 수송하는 혈관에 접하게 되어 정소에 도달하는 혈액이 차가와지게 한다. 정소가 음낭에 들어가 있지 않은 경우에는 영구적으로 불임이 된다.

둘째, 관(管) 체계는 세정관으로부터 정자를 수집하는 미세한 관들이 얽힌 정소망에서 시작하여 변형된 신관(腎管)인 수정세관으로 이어진다.

일부 어류와 양서류에서 수정세관은 신장의 앞부분에서 정소와 연결된다. 유양막류에서 중신은 배시기에만 있는 일시적인 기관이지만, 중신관은 정관으로 성체시기까지 남아 있다. 그리고 단공류 이상의 포유류를 제외한 척추동물은 수뇨관과 정관이 독립적으로 총배설강에 연결된다. 유양막류에서 부정소는 정자를 일시적으로 보관하는 관이며, 정자의 수명을 연장시키고, 운동능력을 증가시키는 물질들을 분비한다.

모든 척추동물에서는 정관의 일부가 섬모와 다양한 분비상피세포들로 덮여 있다.

셋째, 부속선(附屬腺)들은 포유류의 독특한 기관으로서 주된 생식선은 전립선·요도구선·팽대부선·정낭이며 모두 정관 또는 수뇨관이 외적으로 성장한 것이다. 포유동물의 생식선으로는 전립선을 가장 널리 볼 수 있는데, 이는 여러 관에 의해 수뇨관과 연결된다.

설치류와 일부 포유류에서, 정액이 사정된 후 바로 응고되는 것은 전립선의 일부로 간주되는 응고선의 분비물 때문이다. 요도구선은 음경 근처의 수뇨관에서 나오며 수뇨관 또는 음경의 근육에 의해 둘러 싸여 있다. 저정낭은 1쌍이며, 길고 나선형의 섬유성 근육으로 된 주머니인데 정관이나 수뇨관으로 통해 있고, 정액에 당분과 시트르산을 공급한다.

암컷의 생식계

첫째, 난소는 체강 안쪽 혈관·림프관·신경이 통과하는 등쪽 장간막에 있다.

전형적인 척추동물의 난소는 피질과 수질로 이루어져 있다. 피질은 백막 아래 있으며, 난자와 여포, 배란된 여포와 간세포들로 이루어진다. 피질 안쪽인 수질은 혈관·림프관·신경·결합조직으로 이루어지며, 포유동물의 경우 피질에 의해 완전히 둘러 싸여 있다. 여포는 미성숙한 난자와 이를 둘러싼 영양세포인 과립세포로 구성되는데 성숙단계별로 1차 여포는 대개 백막 아래 있고, 2차 여포는 보다 깊숙이 놓여 있다.

여포세포는 난자에 난황을 형성할 물질을 분비하며, 주된 여성 호르몬인 에스트로겐을 분비한다. 척추동물에서 배란은 뇌하수체에서 분비되는 배란 호르몬에 의해 일어나며, 여포벽이 약해진 부위인 난포반(stigma)의 파열로 일어난다. 이때 난소에서 분비되는 호르몬이나 신경 호르몬이 작용하는 것으로 추정된다. 대부분의 포유동물에서 배란은 자발적인 배란 호르몬의 분비에 의해 주기적으로 일어나며, 일부 포유류(반사 배란자)에서는 교미의 자극에 의해 배란 호르몬이 분비되고 배란이 일어난다.

배란 후, 혈관이 여포로 침투하고 과립세포가 분열·성장하고 지방이 축적되어 황체세포로 바뀌면서 만들어진 황체는 임신을 유지시키는 데 필수적인 프로게스테론을 만든다.

둘째, 파충류 암컷의 생식관은 총배설강으로 연결되며 깔때기 모양을 한 1쌍의 관으로 이루어져 있다. 생식관은 난자의 수송·저장·영양공급·방출(체외 수정의 경우) 또는 정자의 영양공급(체내수정의 경우)을 위한 물질들을 분비하도록 분화되었다.

단공류와 유대류를 제외한 포유류에서 암컷의 생식관은 2개의 난관, 자궁, 1개의 질로 이루어져 있다. 수정란의 착상은 자궁에서 일어난다.

셋째, 포유류 암컷의 부속선들은 수컷에 비해 적은 데, 주된 것은 수컷의 요도구선과 상동인, 바르톨린(Balrtholin)선과 전립선이다. 또한 자궁점막의 샘은 착상 전의 배(胚)에 필요한 영양분을 공급한다.

체내수정을 위한 적응

척추동물의 수정은 체외 또는 체내에서 일어날 수 있으며, 체내수정이 반드시 태생 또는 삽입기의 유무와 관련된 것은 아니다.

상당수의 어류가 태생인데, 수정이 체내에서 일어나며 수컷은 지느러미 연골이 변형된 삽입기를 갖고 있다. 유미류의 수컷은 정포(精包)가 있어, 암컷이 총배설강순으로 그것을 잡을 수 있다. 파충류는 삽입기관을 갖고 있는데 악어와 거북의 경우 해면체로 된 음경을 가지고 있다. 모든 조류는 체내수정을 하지만 대개 삽입기관이 없다.

모든 포유동물은 체내수정을 하는데 해면체로 된 발기성의 음경을 가지며 저정낭과 전립선 요도 사이의 정관은 근육질이 풍부해 사정관의 기능을 한다.

호르몬 주기에 대한 생식선 호르몬의 역할

환경의 자극이 뇌에 영향을 미치면, 뇌는 신경분비를 통해 뇌하수체의 생식선자극 호르몬의 합성과 분비를 조절하고, 생식소를 자극한다.

생식선 호르몬의 영향은 다음과 같다. 첫째, 생식관·부속생식선·교미기·산란기의 성장과 주기적 기능유지를 유도한다. 둘째, 생식소 내에 있는 배우자의 성숙에 관여한다. 셋째, 2차 성징의 분화에 필수적이다. 넷째, 배우자를 결합시키기 위한 행동의 유도에 관여한다. 다섯째, 뇌하수체에 영향을 미쳐 생식선자극호르몬의 분비를 억제한다.

광주기와 같은 주기적인 환경의 변화 역시 포유동물의 배란에 영향을 미친다.

발생중인 배를 위한 준비

배의 발생에는 영양분, 산소의 원활한 공급과 대사노폐물의 배설 그리고 환경으로부터의 보호가 필요하다.

이러한 필요성은 배가 모체의 외부에서 발생하는가(난생) 혹은 내부에서 발생하여 새끼를 낳는가(태생)에 따라서 다르다. 난생인 어류와 양서류는 수중에서 발생하며 수정란의 막을 통해 가스 교환과 노폐물을 제거한다. 난생(卵生)의 파충류·조류·단공류는 육상에서 발생하는데 가스 교환은 요막과 장막을 통하여 이루어지며 노폐물은 요막에 저장된다.

난태생의 경우 모체는 새끼에게 단지 산소와 보호장벽만을 제공하는데 비해 대부분의 포유류와 같은 태생의 경우는 모체가 보호장벽, 산소와 영양분 공급, 노폐물 배출을 모두 해준다. 이때 태아와 모체 간의 연락은 태반을 통해 이루어진다.