| 생감7-기린발바닥에 찔린 가시 언제 반응할까 |
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목에서 발바닥까지 정말 먼 기린의 경우, 발바닥에 찔린 가시로 인한 자극이 척수에 도달해서 pain을 느끼고 반응하려면 꽤나 시간이 걸릴텐데? 사람의 발바다과 뇌 사이는 아무리 길어봐야 2미터가 채 안 된다. 그러나 엄청남 크기의 고래 혹은 코끼리, 혹은 기린처럼 큰 동물들은 뇌와 먼 거리 부위에 자극이 들어 올 때 이에 반응하는 신경기관이 너무 멀어 쉽게 말해서 발바닥과 뇌 사이가 10미터 가까이 되므로 자극과 반응 사이의 시간이 더 걸리는 문제가 생긴다. 그러나 동물들은 특히 포유류 등의 고등동물들은 이런 난문제를 해결하는 신경계의 특징이 있다. 진화론적 적응의 결과이다. 신경계의 전달과정을 살펴보자. 뉴런세포 즉 신경세포의 막은 안과 밖의 전하의 차이electrical gradient를 유지한다. 이는 곧 위치에너지와 같다. 이를 분극화 상태polarization 라고 하는데 세포 안쪽으로는 음전하 상태인데 밖의 전하의 차이로 위치에너지에 의한 전하이동이 일어나게 된다. 세포밖은 na이온 등 안은 k이온등이 세포막을 통해 선택적인 이동을 하는데 그 메커니즘을 알아보자. <방전 방지기능> 기본 메커니즘은 이온물질의 이동이 왜 일어나야만 하는가에 대한 질문이 우선되어야 한다. 그 질문에 답을 하려면 앞의 기린의 예처럼 외부자극을 받아들이는 발바닥 말단세포의 신호가 먼 거리에 있는 뇌 중추신경계까지 가려면 우선 전달시간이 걸리고 신호가 전달되면서 신호가 약해지고 깨지거나 새어버릴 수 있다. 이를 방지하게 위하여 뉴런세포는 방전과 충전이라는 독특한 기능을 발휘해야 한다. 뉴런세포는 세포체와 나뭇가지 같은 수상돌기(다수) 및 세포체에서 뻗어나간 아주 긴 길이의 축삭(1개)으로 되어 있는데 축삭을 통해 신호가 전달되면서 약해지거나 방전되는 것을 방지하는 진화론적 형질이 형성되었다. 축삭은 뇌에도 존재하지만 주로 운동신호를 담당하는 척수의 축삭이 중요하며 척수의 축삭이 바로 긴 길이를 갖고 있다. (뇌의 축삭은 매우 짧다) 이 축삭은 미엘린 수초myelin sheath이라는 축삭막으로 쌓여있다. 이는 지질로 구성되어 전선의 전기 방전을 방지하는 기능을 한다. 이는 곧 신호정보가 새어나가지 않고 긴 축삭을 지나가게 하는 기능을 말한다. 여러 겹겹의 지질이 축삭을 쌓고 있어 겹이 많으면 많을수록 방전 방지효과가 더 크다. <충전기능> 방전을 막아야 할뿐만 아니라 먼거리를 이동하다보면 자체적으로 신호의 강도가 약해진다. 신호가 약해진다는 것은 최초의 신경자극에 대한 반응을 제대로 하지 못한다는 결과이기 때문에 이를 보완해주어야 한다.그 보완방식으로서 축삭 사이를 흐르는 신호들을 원래의 강도로 올려주는 충전기능이 생리적으로 발생한다. 축삭은 위의 그림처럼 액손axon과 노드nodes of Ranvier로 구성되어 있다. 랑비에르 결절은 축삭에 겹겹이 쌓여진 그런 지질이 아예 없는 곳이다. 그 결절부위는 일정 간격으로 띄어져 있다. 그 결절부위애서 바로 신호전기의 충전이 일어난다. 그런 충전기능 때문에 그 먼 거리를 빠르게 진행할 수 있는 것이다. 결절부위에서 이온들의 채널이 존재한다. 그런데 축삭 결절부위에서 전기적 신호물질의 교환이 일어나 전류를 보완하지만 지질이 쌓인 축삭 대부분의 부위에서는 전류가 도약한다. saltation, electrical jump 이 도약부위에서 전류의 속도는 120m/s 로 매우 빠르다.(축삭내 평균속도 40m/s) 그래서 고래나 기린과 같은 큰 포유류들도 재빠르게 감각반응을 보일 수 있는 것이다. 다 살아갈 만하다. 그러나 이런 도약전류를 가능하게 하는 미에린수초가 하등동물 즉 무척추동물에게는 없다. 그렇다면 무척추동물은 외부자극에 대하여 매우 늦게 반응할 것이며 그렇다면 생존이 불가능할 것이다. 이는 어떠한가? 무척추동물은 전류를 빠르게 흐르게 하는 다른 방식의 진화가 이루어졌다. 포유류는 미에린수초의 기능과 발생으로 진화한 반면 무척추동물은 축삭 자체의 두께를 매우 두껍게 하여 전류손실을 최소화하는 방식으로 진화했다. 포유동물은 수초가 긴 반면 매우 가늘어 미에린수초가 없다면 외부자극에 의한 신호전류가 중추신경에 도달하기도 전에 모두 방류하고 말 것이다. 모두다 생명체는 다 생명의 고유성을 가지고 있다. (축삭을 두껍게 한 기능보다는 미에린수초에 의한 기능이 더 높다.) 최종덕©2008년3월26일철학의눈 |
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