항상성

  항상성

 

1. 자극과 반응

(1) 자극

1..수용기와 적합 자극

① 수용기 : 감각 기관 중에서 자극을 받아들이는 부분 (예) 시세포, 청세포, 미뢰

② 적합 자극 : 특정 수용기에 흥분을 일으킬 수 있는 자극

(예) 망막 : 빛, 달팽이관 : 소리, 전정 기관 : 몸의 기울기

 

2.. 자극과 반응의 법칙

① 역치 : 수용기 세포에 반응을 일으킬 수 있는 최소한의 자극의 세기로 역치가 낮을수록 감각 세포의 감수성이 예민하다.

② 실무율 : 단일 근섬유나 신경 섬유에서 역치보다 작은 자극에서는 반응하지 않고 역치 이상의 자극에서는 최대의 반응을 나타내는 현상.

※ 자극과 반응에 대한 단일 세포와 조직의 비교

 

③ 감각의 순응 : 어떤 수용 세포에 자극이 계속 주어지면 수용 세포의 역치가 점점 커져 나중에는 더 큰 자극을 주지 않으면 흥분을 하지 못하는 현상

(예) 냄새를 계속 맡으면 나중에는 그 냄새를 맡지 못한다.

 

④ 베버의 법칙 : 자극의 변화를 느낄 수 있는 자극의 차이는 처음 자극의 세기에 비례한다.

 

K(베버 상수) = 나중 자극의 세기 – 처음 자극의 세기
처음 자극의 세기

 

(2) 감각 기관

1.. 시각기

① 시각의 성립 : 빛→각막→수정체→유리체→망막의 시세포→시신경→대뇌의 시각 중추→시각

② 시세포 : 간상 세포(명암과 형태를 구분), 원추 세포(색 구분)

 

③ 시각의 원리(로돕신의 광화학 반응) : 빛에 의해 로돕신이 분해되는 과정에서 생성되는 에너지가 간상 세포를 흥분시켜 물체를 보게 된다.

 

․암순응 : 밝은 곳에서 갑자기 어두운 곳으로 들어가면 처음에는 잘 보이지 않다가 차츰 물체가 보이는 현상

․명순응 : 어두운 곳에 있다가 갑자기 밝은 곳으로 가면 처음에는 눈이 부시다가 정상적으로 볼 수 있는 현상

 

2..청각기

① 청각의 성립 : 음파→귓바퀴→외이도→고막→청소골(증폭)→난원창→전정계→고실계→기저막→청세포→청신경→대뇌→청각

② 기저막의 상하 운동으로 청세포의 섬모와 덮개막이 접촉하면 청세포가 흥분한다.

 

3.. 평형기 : 평형 감각의 중추 – 소뇌

① 전정 기관 : 감각모와 이석에 의해 몸의 위치를 감각한다.

② 반고리관 : 세 반고리관이 서로 직각으로 배열하여 몸의 회전을 감각한다.

4.. 후각기와 미각기

① 후각의 성립 : 기체 상태의 물질 → 코 → 후세포 → 후신경 → 대뇌

② 미각의 성립 : 액체 상태의 물질 → 혀 → 미세포 → 미신경 → 대뇌

 

5..  피부 감각기 : 촉각(마이스너 소체), 압각(파치니 소체), 통각(신경 말단), 온각(루피니 소체), 냉각(크라우제 소체)을 담당한다.

 

(3) 자극의 전달

1.. 뉴런의 구조와 기능

① 뉴런의 구조

․ 수초 : 전선의 피막처럼 축색 돌기를 싸고 있으며 절연의 기능을 담당한다.

․ 랑비에 결절 : 수초와 수초 사이의 틈을 말하며 도약 전도가 일어나게 한다.

② 수초의 유무에 따라 유수 뉴런과 무수 뉴런으로 구분된다.

③ 뉴런의 종류와 연결 : 뉴런은 기능에 따라 감각 뉴런, 연합 뉴런, 운동 뉴런으로 구분된다.

․감각 뉴런 : 감각기에서 받아들인 자극을 중추 신경으로 전달한다.

․연합 뉴런 : 감각 뉴런과 운동 뉴런의 중간 전달체 역할을 한다.

․운동 뉴런 : 중추 신경으로부터 전달되는 자극을 반응 기관에 전달한다.

 

2..흥분의 전도와 전달

① 분극 : 능동 수송에 의해 뉴런의 세포막 내부는 K+의 농도가 높고 외부는 Na+ 의 농도가 높게 유지되는 상태

② 휴지 전위 : 세포막을 통한 K+은 Na+에 비해 쉽게 확산되기 때문에 발생되는 전위

③ 탈분극 : 세포막에 자극이 주어지면 Na+ 이 세포막의 외부에서 내부로 확산되어 막 내외의 전위차가 역전된 상태 – 탈분극

④ 흥분의 전도 : 탈분극시 안으로 유입된 Na+은 옆으로 확산되어 그 부분에서 탈분극을 일으키며 그 결과 흥분 부위가 차례로 이동하는 것

⑤ 재분극 : Na+이 유입된 후에 K+이 세포막 밖으로 방출되므로 막 내외의 전위가 원래 상태로 되돌아간 상태

⑥ 도약 전도 : 랑비에 결절이 있는 곳에서만 탈분극이 일어나 흥분이 빠르게 이동하는 현상

⑦ 흥분의 전달 : 뉴런과 뉴런이 접하는 부위를 시냅스라고 하며 이 곳에서는 아세틸 콜린과 같은 신경 전달 물질에 의해 신경 전달이 일어난다.

☞ 신경 전달이 한쪽 방향으로만 일어나는 것은 신경전달물질이 축색돌기 말단에서 수상돌기 말단으로만 분비되기 때문이다.

 

 

(4) 신경계의 구성

1.. 중추 신경계 : 뇌와 척수로 구성되어 있으며 정보 전달의 중심이다.

① 대뇌

․좌우 2개의 반구로 나누어져 있다.

․표면에는 주름이 많아 단면적이 매우 넓다.

․바깥쪽 피질부는 회백색이고 안쪽 수질부는 백색이다.

․뇌의 대부분을 차지하며 감각령, 운동령, 연합령 등으로 기능이 분업화되어 있고 이들은 다시 언어 중추, 청각 중추, 손 운동 중추, 발 운동 중추 등으로 분업화되어 있다.

② 소뇌 : 대뇌의 뒤쪽 아래에 위치하고 몸의 평형 유지 및 각 부분의 운동을 조절하는 중추이다.

③ 간뇌 : 자율 신경계의 중추, 체온의 조절 및 수면 중추이다.

④ 중뇌 : 안구 운동 및 홍채 수축의 중추이다.

⑤ 연수 : 심장 박동과 호흡 운동 등을 조절하는 중추이다.

☞ 뇌간 : 간뇌, 중뇌, 연수를 합쳐 뇌간이라고 하며 생명 유지와 가장 관련이 깊다.

⑥ 척수

․피질부는 백질이고 수질부는 회백질이다.

․뇌와 말초 신경의 연결 통로이다.

․배쪽에서 나온 신경근을 전근, 등쪽에서 나온 신경근을 후근이라고 한다. 전근은 운동 신경, 후근은 감각 신경으로 되어 있다.

․척수 반사의 중추로 작용한다.

 

☞ 척수 반사의 반사궁 : 자극 → 감각기 → 감각 뉴런 → 척수에서 직접 명령 → 운동 뉴런 → 반응기

☞ 척수 반사의 예 : 무릎 반사, 뜨거운 물체를 만졌을 때 자신도 모르게 손을 떼는 현상

 

2..말초 신경계 : 12쌍의 뇌신경과 31쌍의 척수 신경으로 구성

① 체성 신경계 : 감각 신경과 운동 신경으로 구성되며 우리가 의식하는 자극과 반응은 체성 신경계를 통하여 이루어진다.

② 자율 신경계

․내장 기관에 분포하여 생체 내부의 기능을 자율적으로 조절하는 신경계이다.

․교감 신경과 부교감 신경이 길항적으로 작용한다.

심장 박동 동 공 소화 작용 혈 압 방 광
교감 신경 촉 진 확 장 억 제 상 승 확 장
2부교감 신경 억 제 축 소 촉 진 저 하 수 축

․교감 신경 말단에서는 노르아드레날린이 분비되고 부교감 신경말단에서는 아세틸콜린이 분비된다.

 

2. 호르몬

1.. 호르몬의 특성

․내분비선에서 혈액으로 분비되며 표적 기관에 작용한다.

․척추동물 사이에 종 특이성이 없어 항원으로 작용하지 않아 다른 동물에도 같은 효과를 나타낸다.

․과다증과 결핍증이 있다.

․성분은 단백질, 아미노산 유도체, 스테로이드 등이다.

 

2.. 사람의 호르몬

① 뇌하수체 : 간뇌의 시상하부 아래쪽에 위치하며 전엽, 중엽, 후엽으로 구분된다.

[뇌하수체 전엽]

․생장 호르몬(STH) : 생장을 촉진시키며 결핍되면 난장이가 된다.

․부신 피질 자극 호르몬(ACTH) : 부신 피질의 작용을 조절한다.

․여포 자극 호르몬(FSH) : 여포의 발달을 촉진시킨다.

․황체 형성 호르몬(LH) : 배란 및 황체 형성을 촉진시킨다.

․젖분비 자극 호르몬(LTH) : 젖샘의 발달과 젖의 분비를 촉진

[뇌하수체 후엽]

․옥시토신 : 자궁근의 수축을 촉진시킨다.

․바소프레신(ADH) : 혈관벽을 수축시켜 혈압을 상승시키거나 신장에서 수분의 재흡수를 촉진시킨다.

 

② 갑상선 : 후두 아래에 있으며 티록신과 칼시토닌을 분비한다.

․티록신 : 요오드를 함유하며 체내 물질 대사를 촉진한다.

․칼시토닌 : 혈액 내 Ca2+ 농도를 증가시킨다.

 

③ 부갑상선 : 갑상선의 등쪽에 있으며 파라토르몬을 분비한다.

․파라토르몬 : 골격으로부터 Ca2+의 방출, 장에서 Ca2+의 흡수, 세뇨관에서 Ca2+의 재흡수를 촉진한다.

 

④ 부신 : 신장의 윗부분에 위치하며 피질과 수질로 구분된다.

피질 : 당질 코르티코이드(코티졸)와 무기질 코르티코이드(알도스테론)를 분비한다.

수질 : 아드레날린과 노르아드레날린을 분비한다.

 

⑤ 이자 : 랑게르한스 섬에 있는 세포에서 글루카곤과 인슐린을 분비한다.

․글루카곤 : α 세포에서 분비되며 혈당량을 증가시킨다.

․인슐린 : β 세포에서 분비되며 혈당량을 감소시킨다.

 

⑥ 생식소 : 정소와 난소로 구분

․에스트로겐(여포 호르몬) : 난소의 여포에서 분비되며 여성의 2차 성징에 관여하고 자궁벽의 발달을 촉진시킨다.

․프로게스테론(황체 호르몬) : 난소의 황체에서 분비되며 임신을 유지시킨다.

․안드로겐 : 정소에서 분비되며 남자의 2차 성징을 나타나게 한다.

 

3.. 호르몬 분비의 조절 기구

① 생물체 내의 여러 가지 조건이 일정 범위에서 자동 조절되는 시스템을 피드백이라고 한다.

② 갑상선 호르몬의 분비 조절

․혈액속에 티록신의 농도가 높을 경우 : 시상하부 자극 → TRH의 분비량 감소 → 뇌하수체에서 TSH의 분비량 감소 → 갑상선에서 티록신의 분비량 감소

․혈액속에 티록신의 농도가 낮을 경우 : 뇌하수체 자극 → TSH의 분비량 증가 → 갑상선에서 티록신의 분비량 증가

 

4.. 식물의 호르몬

① 옥신(식물 생장 호르몬) : 생장점에서 합성되며 빛의 반대 방향, 중력 방향으로 이동하여 굴성을 일으킨다. 옥신의 작용은 농도 효과가 있다.

․멘델의 실험

․보이슨-예젠의 실험

․웬트의 실험

․옥신이 세포의 신장을 촉진시키는 원리 : 옥신이 세포막의 수소이온 펌프의 작용을 촉진 →세포질에서 세포벽으로 수소이온이 유출 →세포벽에 있는 셀룰라아제의 활성 증가 →셀룰라아제의 일부가 분해 →세포벽이 느슨해짐 →삼투현상에 의해 물이 세포질로 이동 →세포 신장

․옥신의 농도 효과

 

② 지베렐린 : 줄기의 마디 생장을 촉진시키며 발아를 촉진한다.

③ 꽃눈 형성 호르몬(플로리겐) : 잎에서 만들어져 체관을 따라 이동하여 꽃눈 형성을 촉진시킨다. – 광주성

 

3. 항상성의 유지

1..체온 조절

① 체온 조절의 중추 : 간뇌의 시상하부

② 체온이 낮을 경우 : 물질 대사를 활발하게 일어나도록 하고 혈관을 수축시키거나 땀분비를 억제시켜 체온을 상승시킨다.

③ 체온이 높을 경우 : 물질 대사를 억제하면서 혈관을 확장시키거나 땀분비를 촉진시켜 열의 발산을 촉진시킨다.

 

2.. 혈당량의 조절

① 혈당량이 높을 경우 : 간뇌 흥분 → 부교감 신경을 통해 이자를 자극 → 인슐린 분비량 증가 → 혈당량 감소

② 혈당량이 낮을 경우 :

간뇌 흥분 →교감 신경 ↗부신 피질 자극 → 아드레날린 분비
↘이자 자극 → 글루카곤의 분비
→ 혈당량 감소

 

3.. 삼투압 조절

① 수분량의 조절

․혈액 내에 수분이 많을 경우 : 시상 하부 → 뇌하수체 → ACTH → 부신 피질 → 무기질 코르티코이드 분비량 증가 → 세포가 혈액내의 수분을 흡수

․혈액 내에 수분이 적을 경우 : 시상 하부 → 뇌하수체 → TSH → 갑상선 → 티록신 → 세포의 수분을 혈액으로 방출

․바소프레신 : 신장의 세뇨관에서 물의 재흡수를 촉진하여 수분량을 조절한다.

② 염분량의 조절 : 신장에서 Na+과 Cl-의 재흡수를 촉진시키는 무기질 코르티코이드의 분비량을 조절하므로 염분량이 조절된다.

 

4. 운동과 행동

1.. 동물의 운동

① 원생 생물의 운동 : 편모(유글레나), 섬모(짚신벌레), 위족 운동(아메바)

② 근육 운동

․근육의 구성 : 액틴 + 미오신 ->  근원 섬유 ->  근섬유 -> 근육

 

․근육의 수축과 이완

․근수축의 원리 : 신경 말단에서 아세틸콜린 분비 ─→ 근섬유의 세포막이 탈분극 ─→ 근소포체에서 Ca2+ 방출 ─→ 미오신 활성화 ─→ 미오신과 액틴 결합 ─→ 근수축

 

․연축 곡선 : 잠복기, 수축기 이완기로 구분

 

2.. 식물의 운동

① 굴성 : 자극의 방향에 따라 식물이 굽어자라는 현상. 굴광성, 굴지성, 굴수성, 굴촉성

② 감성 : 자극의 세기에 따라 나타나는 생장 운동.

․감광성 : 민들레나 채송화는 낮에 꽃이 피고 밤에는 닫힌다.

․감열성 : 튤립은 온도가 높아지면 곷이 피고 낮아지면 꽃잎이 닫힌다.

③ 팽압 운동 : 자극에 의해 특정한 세포 내의 팽압이 변하여 일어나는 운동. 미모사 잎

 

 

3.. 생물의 행동

① 선천적 행동 : 태어날 때부터 갖추고 있는 행동

․주성 : 하등 동물이 자극 방향이나 자극의 반대 방향으로 이동하는 행동 예 : 나방이 불로 날아든다. 물고기가 물살을 거슬러 올라간다.

․본능 : 연습이나 모방없이 선천적으로 타고난 행동 예 : 거미가 거미줄로 집을 짓는다.

․반사 : 대뇌와 관계없이 무의식 중에 일어나는 행동 예 : 무릎 반사 동공 반사, 재채기

② 후천적 행동

․각인 : 동물이 출생직 후 짧은 시간에 주어지는 경험에 의해 나타나는 행동

․조건 반사 : 과거의 경험이 대뇌에 기억되어 비적합 자극에 대해서도 반응을 보이는 행동.

예 : 파블로프의 실험, 아기가 귤을 보고 얼굴을 찌푸린다.

․시행 착오 : 반복적인 경험을 통해 새로운 행동을 습득하는 것 예: 쥐의 미로

․지능 행동 : 경험, 학습 등을 바탕으로 주어진 상황을 적절하게 판단하여 문제를 해결하는 행동 예 : 침팬지가 나뭇 가지로 개미를 잡아먹는다.

 

☞ 동물의 진화에 따른 행동 발달 순서 : 주성 -> 반사 -> 본능 -> 학습 -> 지능

 

 

조상환

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