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적갈색의 콩처럼 생겨 주먹만한 크기(무게 120-160g)인 콩팥, 즉 신장은 척추를 중심으로 좌우에 하나씩 자리하고 있는 쌍둥이 기관이다.
콩팥은 먹는 일 못지 않게 중요한 배설을 담당한다. 또 다른 배설기관인 장은 열흘씩 일을 안하고 변을 쌓아두어도 생명에 전혀 지장이 없지만, 콩팥은 단 3일만 파업해도 그야말로 큰일난다. 콩팥이 맡은 임무는 몸 구석구석을 끊임없이 통과하고 있는 피를 정화하고 여과해서 노폐물을 제거해주는 것. 매시간 몸 속에 있는 혈액 전체를 두 차례씩 걸러낸다. 하루에 콩팥에서 거르는 혈액량은 무려 1t이 넘는다. 콩팥은 적혈구의 생산을 촉진시키고 혈액 속에 들어 있는 칼륨, 염화나트룸(소금), 기타물질들을 감시하는 역할도 한다. 또 수분의 양을 조절해주며 혈액이 지나치게 산성화하거나 알칼리화하지 않도록 감시하는 등 콩팥은 많은 일을 한다.(사람의 체액은 PH=7.4의 약알카리성이므로 이 상태를 유지해야 한다. PH7.0 이하나 7.8 이상이면 생명이 위험하다.) 콩팥은 여과작용을 하는 2백만 개 이상의 네프론 조직을 가지고 있다. 이들은 교대로 6-10%만이 가동되므로 상당히 여유 있는 셈.
네프론 하나를 고성능 현미경으로 살펴보면 머리가 크고 뒤틀린 꼬리가 달린 벌레처럼 보이는데, 이 꼬리를 세뇨관이라고 한다. 머리 쪽에서 일차로 오줌을 거르면 세뇨관 속에서 혈액의 99%가 재흡수 된다. 이때 필수 비타민, 아미노산, 포도당 그리고 여러 가지 호르몬 등이 다시 혈류로 돌아온다.
그러나 이들 중 어느 것이라도 필요 이상으로 많으면 그 초과분은 모두 오줌으로 배설된다. 예를 들어 너무 단 음식을 먹었을 때는 당뇨병으로 착각될 정도로 오줌에 많은 당분이 검출된다. 짠 음식을 많이 먹었을 때 콩팥이 이 염분을 뽑아내지 않으면 얼굴과 다리, 배가 부어오른다. 수분을 빨아들이는 염분의 성질 때문에 세포와 세포 사이의 공간에 필요이상으로 수분이 축적되는 탓이다. 그렇게 되면 심장은 혈액 속의 과다한 수분을 펌프질해야하고, 지치면 급기야 멈춰버릴 수도 있다. 육류와 과즙에서 주로 흡수되는 칼륨 섭취가 너무 적으면 특히 호흡운동을 맡은 근육이 약해지지만, 너무 많으면 심장에 브레이크를 걸어 심장을 멎게 할 수도 있다. 이때 콩팥은 남는 칼륨을 아낌없이 버리고 모자라면 구두쇠처럼 체내의 칼륨을 잘 보존한다. 무엇보다 콩팥이 처리해야 할 가장 큰 노폐물은 단백질이 소화되고 남은 최종산물인 요소다. 이것 역시 정확한 균형상태를 유지해야 한다. 너무 적으며 바로 간에 피해를 주고 혈액 속에 요소가 쌓이면 고약한 요독증에 걸린다. 요독증을 그냥 내버려두면 쇼크, 혼수상태를 거쳐 사망에 이르게 된다. 콩팥은 맡겨진 일을 하면서도 쉬지 않고 오줌을 만들어 내다. 둘이서 하루에 만들어내는 오줌의 양은 각각 1L쯤 된다. 노폐물을 잔뜩 담은 이 미세한 액체 방울들은 1백만 개나 되는 세뇨관에서 나와 중심부에 위치한 조그만 저장탱크로 들어간다. 이 탱크는 방광으로 연결돼 있다. 방광에서는 10초 내지 30초마다 파도치듯 근육이 움직이면서 액체를 밖으로 내보낸다.
다행히 콩팥은 밤에는 낮의 3분의 1정도밖에 활동하지 않는다. 밤에 화장실에 자주 안가도 되는 것은 바로 이 때문. 인체는 추위를 느끼면 체내의 열을 보존하기 위해 피부에 대한 혈액공급을 줄인다. 이와 반대로 체내 다른 기관에는 혈액을 많이 보내는데, 혈액량이 많아지면 오줌이 많아진다. 스트레스를 받거나 화를 내도 똑같은 현상이 일어난다. 혈압이 오르면 처리해야 할 혈액이 증가하고 그 결과 오줌의 양이 많아진다.
직접 콩팥에 영향을 미치는 것은 아니지만 알코올 섭취도 오줌의 양을 증가시킨다. 알코올은 뇌 밑에 자리한 뇌하수체의 이뇨억지호르몬 생산을 방해하기 때문에 오줌을 빨리 만들어 낸다. 과음한 다음날 아침에 가벼운 탈수현상이 일어나고 갈증을 느끼는 것은 이 때문이다.
커피 속의 카페인도 비슷한 작용을 한다. 그러나 담배 속의 니코틴은 정반대다. 즉 니코틴은 이뇨억지호르몬의 생산을 촉진시키므로 담배를 많이 피우면 소변보러 가는 횟수가 훨씬 줄어든다. 아무리 건강한 콩팥도 오래 사용하면 고장이 나기 마련. 콩팥과 관련된 질병 가운데는 신장결석이란 것이 있다. 이것은 오줌 속의 칼슘, 염분, 요산이 지나치게 농축돼 결정체로 변해 일어나는 병이다. 이 돌이 모래알 만한 경우는 자연스럽게 밖으로 배출되기도 하지만, 점점 커져 완두콩알만 해지면 심한 통증을 유발한다. 귤 만한 크기로 커지는 수도 있다. 이때는 수술을 받아야한다. 충분한 양의 액체를 꾸준히 먹으면 이런 신장결석은 막을 수 있다. 대체로 하루 9컵에 해당하는 수분을 섭취하면 된다.
그러나 정말 큰 일은 여과조직인 네프론이 손상 됐을 때다. 이 증상은 병균에 감염됐을 때 아래쪽 비뇨기로부터 시작돼 차츰 위로 진행돼 올라온다. 그러나 다행스럽게도 항생물질을 투여하면 곧 가라앉는다. 또 네프론은 화상을 입었을 경우 파괴된 조직에서 나오는 노폐물을 감당 못해 심하게 손상되기도 한다. 콩팥부위를 다치거나, 많은 약을 복용하거나 독성분을 섭취해도 네프론은 손상될 수 있다. 대개 이런 경우의 손상은 일시적이며 재생능력이 뛰어나 쉽게 회복될 수 있지만 문제는 노화과정에서 나타나는 동맥경화현상. 막힌 혈관 때문에 피를 세척하는 능력이 떨어지면서 노폐물이 쌓여도 더 이상 손을 쓸 수 없는 상황에까지 이를 수 있다. 그러므로 항상 음식물 속에 들어 있는 염분, 칼륨 등의 물질들이 체내에서 정확한 균형을 유지하도록 세심한 주의를 기울여야한다.
☞ 보고 또 보고
▶신장의 기능 :
1. 혈액 속의 불필요한 물질을 제거한다.(단백질의 분해산물인 요소, 요산, 크레아티닌 등은 이렇게 제거 된다.)
2. 혈액 속의 과잉 물질을 제거한다. (생리적으로 혈액 속에 있는 물질이라도 농도가 어느 수준 이상이 되면 배설된다.)
3. 삼투압을 조절한다. ( 혈액 속에 수분이 증가하여 그 삼투압이 내려가는 경향이 있을 때에는 물을 제거하고, 염류가 과잉상태에 있어 삼투압이 올라가는 경우에는 염류를 제거하여 체액의 삼투압을 정상으로 유지한다.)
4. 혈액의 pH를 조절한다.
▶동물의 신장 : 척추동물의 배설(비뇨)기관에는 전신, 중신, 후신의 세 가지가 있다. 이러한 전신, 중신, 후신의 순서는 개체 발생 상의 순서이기도 하며, 계통적으로도 이와 같다고 할 수 있다.
․전신 : 원구류, 어류의 일부.
․중신 : 어류, 양서류의 신장. (파충류, 조류, 포유류에는 배의 시기에 일시적으로 나타남)
․후신 : 파충류, 조류, 포유류 즉, 유양막동물의 신장이다.
▶교과서 관련 단원 : 중 2, Ⅱ.생물의 구조와 기능.- 노폐물의 배설(신장의 구조)
▶들려주는 시기 : 신장의 구조를 배운 후에
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장은 우리가 먹는 모든 음식물을 받아 처리하는 곳이다. 가끔씩 꾸르륵 소리를 내서 당황시키기도 하지만, 만약 장이 없다면 아무리 열심히 먹어도 굶어 죽고 만다. 우리가 먹는 대부분의 음식물은 직접 혈관 속으로 들어가면 치명적인 독이 된다. 하지만 장은 혈관에 들어가도 괜찮은 성분으로 음식물을 바꿔줄 뿐만 아니라 세포와 근육에 필요한 에너지를 공급해주는 역할을 한다. 장의 길이는 대략 8m에 이른다. 이렇듯 성인 키의 다섯 배쯤 될 정도로 장이 긴 것은 음식을 오랜 시간 보관하면서 충분히 소화 흡수할 수 있는 여유를 갖기 위해서라는데, 육식동물보다 초식동물의 장이 더 길다. 예를 들어 소의 경우는 창자 길이가 60m로 몸길이의 22배에 가깝고, 돼지는 16배쯤 되며, 고양이나 개는 몸길이의 5배쯤 된다고 한다. 사람의 장은 밤 껍질이나 샐러리 섬유질 같은 셀룰로스만 빼고 우리가 먹는 모든 음식을 소화해낸다. 장의 구조는 소화작용을 하는데 적합하게 돼 있다. 장은 밥통과 연결된 부위인 소장과 그 아래 항문에 이르는 부위인 대장으로 이루어졌는데, 소장은 지름 2-4cm, 길이가 6-7m로 가늘고 긴 반면 대장은 굵고 짧다(길이 1-1.5m,지름 5-6cm). 하지만 알고 계시라! 본격적인 소화, 흡수가 일어나는 곳은 굵고 짧은 대장이 아니라 가늘고 긴 소장이라는 사실을 말이다. 영양분과 수분의 80%가 소화 흡수되는 소장은 다시 세 부분으로 구성된다. 가장 위쪽이 십이지장. 손가락 굵기 12개의 길이(25cm)와 같다고 해서 붙여진 이름이다.‘C'자 모양을 한 십이지장의 중간 부위에 간장으로부터 오는 담즙과 췌장으로부터 오는 췌액이 십이지장으로 보내지는 관이 뚫려 있다. 그리고 이 출구의 문지기인 유문은 적당한 간격으로 내용물을 내보낸다. 십이지장에 이어지는 공장(지름 3-4cm, 길이 2.5-3m)은 해부했을 때 안이 비어있다고 해서 붙여진 이름인데, 소화과정은 이곳에서 거의 완결된다. 공장에 붙어 있는 회장은 이름처럼 꾸불꾸불하다. 이들 세 가족으로 구성된 소장의 내벽은 융모라 불리는 무수히 많은 돌기로 주름이 잡힌 듯 덮여 있다. 미세한 손가락처럼 생긴 융모(길이 약 1mm)속에는 모세혈관망과 림프관이 풍부하게 발달해 있어 분해된 영양소가 융모를 통해 흡수된다. 보통 소장이 한끼 식사를 처리하는데 걸리는 시간은 3-8시간 가량, 일정한 간격을 두고 수축과 이완을 반복하면서 진행된다. 소장 외에 다른 장근육들도 파도처럼 움직이며 1초에 1-2cm의 속도로 내용물을 상행결장(대장)으로 밀어낸다. 소장벽이 유독 물질에 의해 자극을 받거나 흥분상태에 빠지면 이런 연동은 장 전체를 초속 25cm 이상의 빠른 속도로 휩쓸고 가기도 한다. 이때 소장의 내용물이 너무 빠르게 이동해 설사가 나는 것이다. 그러나 정상적으로 소장을 거친 음식은 묽은 죽처럼 돼 대장으로 넘어간다. 소장과 대장 사이에는 밸브가 있어서 한번 대장으로 넘어간 음식은 다시 소장으로 돌아오지 않는다. 물론 대장의 세균도 소장으로 들어오지 못한다. 사람의 장에는 무려 1백여종의 세균이 1백조개 가량 둥지를 틀고 있다. 이 안에는 이른바 좋은 균(비피더스균 등)과 나쁜 균(웰치균과 대장균 등)이 공존한다. 물론 건강할 때는 좋은 균이 세력을 잡고 있지만 항생물질이나 스테로이드, 노령 등에 의해 세균의 균형이 깨지면 변비나 설사가 생기기도 한다. 대장은 소장에서 미처 흡수하지 못한 수분을 뽑아(하루 약4백cc정도) 이 가운데 1백cc정도는 대변과 함께 배출하고 나머지는 혈액 속으로 되돌려 보낸다. 즉 대장을 통과한 수분과 섬유질의 70%와 위나 장에서 분비된 반고체 상태의 찌꺼기는 직장과 가까운 결장에 저장된다. 식사후 위가 충만해졌다거나 십이지장에 음식이 들어가면 조건반사에 의해 대장 끝에 있는 결장에서 집단운동이 일어나 장 내용물이 직장을 거쳐 항문 쪽으로 운반되고, 마침내 몸밖으로 배출된다.
그러나 근심 걱정이 많거나 좋지 않은 음식을 먹으면 활동이 거의 멈춰버려 변비에 걸리고 마는데, 일단 자연스럽게 해결될 때까지 그냥 내버려두는 것이 상책. 장에서 꼬르륵 소리가 난다고 걱정하지 말라. 이는 대개 자기가 삼킨 공기 방울이 장 속을 지나가는 소리다. 즉 장이 운동할 때 그 안의 공기도 같이 움직여서 나는 자연스러운 소리인 것이다. 더구나 장은 메탄과 수소로 이루어진, 하루 1.1L가 조금 넘는 양의 가스를 스스로 생산하기도 한다. 이 가스는 대부분 방출돼 주위 사람을 괴롭힐 수도 있겠지만, 만일 장 속에 가스가 차게 되면 답답한 느낌과 함께 복통을 일으키게 된다. 또한 다른 기관과 마찬가지로 장도 어쩔 수 없는 ‘기분파’인지라 격렬한 감정은 장의 규칙적인 운동을 멈추게 할 수 있으며 심하면 결장경련을 일으키기도 한다. 긴장이나 불안이 심하면 결장이 뻣뻣해지면서 가벼운 마비 증세를 일으켜 음식을 정상적으로 통과시키지 못한다. 그러나 기분이 진정되면 곧 해소된다. 장에 생기는 질병 중 대표적인 것이 장 안쪽 벽에 염증이 생기는 장염이다. 이는 주로 바이러스, 박테리아, 화학약품 등에 의해 생기며 경련, 메스꺼움, 설사 등의 증상을 보이는데, 하루 이틀 쉬면서 부드러운 음식을 먹으면 염증이 가라앉는다. 나이가 들수록, 불규칙한 생활을 오래할수록, 스트레스를 많이 받을수록 장의 의욕은 점점 상실되지만 몇 가지 상식적인 규칙을 지켜준다면 훨씬 사이좋게 지낼 수 있을 것이다. 예컨대 양배추, 양파, 콩과 같이 가스를 만들어내는 음식을 조심하고 부담을 주는 식사, 지방질이 많은 식사를 피하라. 대신 과일, 잎이 많은 야채, 현미 등 부피가 큰 식품을 많이 먹고 물도 전보다 많이 마시도록 한다. 하지만 무엇보다 중요한 일은 긴장을 피하고 즐거운 생활을 하는 것이다.
☞ 보고 또 보고
▶사람의 소화관 : 입→식도→위→십이지장→공장→회장→맹장→결장→직장 →항문
▶교과서 관련 단원 : 중 2, Ⅱ. 생물의 구조와 기능 - 소화 과정
▶ 들려주는 시기 : 소화 과정을 배운 후에
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콩팥에서 보내는 오줌을 저장했다가 일정량이 모이면 배출시키는 물탱크인 방광은 매우 단순한 인체 기관인데, 이 기관의 명령에 따라 사람은 수시로 화장실을 찾아 헤맵니다.
창자가 수주일 씩 파업을 해도 인체가 당장 위험에 빠지는 것은 아닙니다. 하지만 방광을 비롯한 비뇨기가 2, 3일 이상 문을 닫는다면 그야말로 큰일이 납니다. 방광의 용량은 사람에 따라 다릅니다. 1백80cc인 사람도 있고 무려 7백20cc나 되는 사람도 있습니다. 평균적으로는 약 4백70cc정도. 대략 작은 호프잔 하나 분량입니다. 콩팥(신장)은 혈액에서 걸러 낸 폐물인 오줌을 2개의 수뇨관을 통해 평균5초마다 한번씩 방광으로 계속 찔끔찔끔 부어 넣습니다. 요관이라고도 불리는 수뇨관은 연필심 정도의 굵기에 약 30cm길이를 가진 파이프. 오줌이 많이 고여 방광이 부풀면서 벽이 얇아지면 요관이 압박 당하면서 저절로 닫힙니다. 이 때문에 오줌이 콩팥 쪽으로 흘러 들어가는 일은 없습니다. 방광은 하복부의 치골(恥骨)바로 뒤에 있습니다. 오줌이 가득 찼을 때의 모습은 커다란 계란과 같습니다.
배설 횟수는 여러 가지 요인에 의해 결정됩니다. 근심, 걱정, 두려움은 혈압을 올라가게 하고, 이에 따라 콩팥의 활동이 증가해 오줌 생산을 촉진합니다. 또한 정신적 스트레스와 운동경기로 인한 흥분, 분노 등은 방광의 근육 벽을 압박해 오줌이 차지 않았어도 화장실을 찾게 합니다. 또 임신 중에는 사실상 태아가 방광 위에 앉아 있는 꼴이 돼 그 무게에 의한 압박으로 화장실 출입이 잦아집니다.
오줌이 계속 탁하거나 악취를 풍기거나 색깔이 이상해지면 의사의 진단을 받는 것이 좋습니다. 임신한 여성의 경우 여분의 여성 호르몬이 오줌으로 배설되기 때문에 소변 검사로 임신 여부를 알아낼 수 있습니다.
초조감이나 불안감 그 밖의 갖가지 심리적 비정상 상태는 야뇨증으로 나타납니다. 이유는 알 수 없지만, 야뇨증은 여자아이들보다 남자아이들에게서 훨씬 흔하게 발견됩니다. 아이들 중에는 낯선 동네로 이사했을 때의 불안감으로 야뇨증 증세를 보이기도 하는데, 이 경우는 일단 새 친구를 사귀면 문제가 해결된다고 합니다.
우리는 방광이 없어도 잘 살 수 있습니다. 만약 악성 암에 걸려 제거할 경우 의사는 콩밭에서 나온 수뇨관을 대장에 연결시켜 버립니다. 이렇게 되면 ‘새처럼 된다’.(왜? 새는 방광이 없으니까.) 방광이 잘 걸리는 몇 가지 질병이 있습니다. 그 하나가 오줌에서 침전된 광물질이 이런저런 이유로 뭉쳐 생기는 방광 결석입니다. 방광 결석은 추운 지방보다 더운 지방에서 사는 사람들에게 훨씬 흔하게 나타납니다. 운동 부족도 이 질병의 한 원인이 되는 것으로 알려져 있습니다. 작은 것은 모래알만 해서 쉽게 밖으로 나가지만 큰 것은 6kg에 달하는 초대형도 있습니다. 하지만 결석은 신기하게도 귤만한 크기로 잠복해 있으면서도 아무런 심각한 증세를 보이지 않기도 합니다. 무엇보다 가장 성가신 질병은 방광염. 방광에 세균이 들어와 염증을 일으키는 이 병은 남성보다 여성에게 더 잘 일어납니다. 여성의 요도는 2.5~5cm에 불과하지만 남성의 요도는30~30cm나 되므로 여성에게 외부로부터의 세균 침입 가능성이 높습니다. 이 병에 걸리면 오줌이 자주 마렵고 후끈거리며, 막연한 불쾌감을 느끼는데, 대개는 항생제를 투여하면 낫습니다. 방광은 사실 인체에서 그리 대단한 존재는 아닙니다. 하지만 우리는 살아 있는 한 계속해서 하루에도 몇 번씩 방광의 명령에 따라 움직여야 합니다.
▶교과서 관련 단원 : 중 2, Ⅱ. 생물의 구조와 기능 - 노폐물의 배설
▶들려주는 시기 : 배설 기관을 배운 후에
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몸의 사령탑인 뇌는 우리가 살아가는 모든 일에 관여합니다.
흔히 귀로 듣고 혀로 맛보며 손가락으로 감촉을 느낀다고 생각하지만 사실 이 모든 일은 뇌 안에서 일어납니다. 인간의 뇌에는 정보를 받아들이고 판단하는 신경세포가 1천여 개쯤 있습니다. 우리가 잠자고 있을 때도 뇌에서는 전세계의 전화 통화량을 합친 것보다 더 많은 양의 정보 교환이 이루어지고 있습니다. 그렇다면 뇌는 외부에서 들어오는 이 엄청난 정보량을 어떻게 처리할까요? 이들 가운데 중요한 몇 가지만 간추려 알려주고 나머지는 무시해 버립니다. 그렇지만 갑자기 위험한 일이 생기면 놀라운 속도로 즉각 대처합니다.
뇌는 우리를 세심하게 보살펴 주지만 그 대가는 철저히 요구합니다. 즉 뇌는 몸무게의 2%밖에 차지하지 않지만 우리가 들이마시는 산소의 20%를, 심장이 펌프질하는 피의 5분의 1을 혼자서 소비합니다. 뇌에 혈액 공급이 15초 정도만 차단돼도 의식불명에 빠집니다. 또 4분간 중단되면 복원할 수 없을 정도로 손상됩니다. 급작스런 심장마비가 왔을 때 심장 마사지 등 응급 처치를 해도 4분 이내에 소생시켜야만 후유증 없이 회복될 수 있습니다.
한가지 재미있는 사실은 우리는 온갖 고통을 뇌를 통해 느끼지만 정작 뇌는 칼에 잘려지더라도 아픔을 느끼지 못한다는 것입니다. 그래서 뇌수술은 마취를 하지 않은 채 진행된다고 합니다. 더구나 피부나 간장 조직, 혈액 세포는 손상이나 손실을 입어도 곧 바로 재생되지만, 뇌세포는 재생 능력이 없습니다. 뇌세포는 생후 3개월 이후부터 서서히 파괴되기 시작하고 20세가 되면 절반밖에 남아 있지 않습니다. 30세가 넘으면 하루에 10~20만개씩 파괴됩니다. 이에 따라 뇌의 무게도 줄어듭니다.
그렇지만 뇌세포가 너무 많이 파괴되면 우리 자신도 쉽게 느낄 수 있습니다. 후각이 약화되거나 미각이 둔해지거나 청각이 쇠퇴하는 경우. 또 자신의 집중력이 감소하는 것을 느끼거나 이름, 날짜, 전화번호를 기억하기가 점점 힘들어지는 경우입니다. 뇌는 두부처럼 말랑말랑해서 상처받기 쉬우므로 여러 보호 장치에 덮여 있습니다. 충격을 완화시키기 위해 물 같은 액체(뇌척수액)에 잠겨 있으며 밖으로는 격막, 지주막, 연막이라는 세 개의 막이 싸고 가장 바깥은 두꺼운 두 개골에 의해 튼튼한 보호를 받습니다.
인간의 뇌는 1.3~1.4kg으로 모든 포유동물 가운데 신체 크기와 비교했을 때 가장 큽니다. 체중에 비교하면 사람의 뇌 1g이 몸의 50g을 지배하는데 비해 고래는 1g당 5kg을 지배하는 꼴입니다. 게다가 인간의 뇌세포 하나는 어떤 동물보다도 훨씬 능률적이고 치밀하게 일할 수 있게 돼 있습니다.
뇌의 가장 놀라운 특징은 여러 가지 사물을 기억해 두었다가 필요할 때 우리에게 가르쳐 주는 지원 시스템이 있다는 점. 기억 하나 하나를 여러 곳에 저장해 두었다가 동일한 상황에 부딪치면 추억을 불러 일으켜 줍니다. 또 시간이 좀 걸리긴 하지만, 뇌의 일부가 파괴되더라도 나머지 부분이 안 하던 일을 떠맡아 없어진 부분을 대신 할 수 있는 신경 연락망이 구축돼 있습니다. 말을 못하던 사람이 다시 말을 하고 마비된 팔 다리가 다시 움직일 수 있는 것도 이 때문입니다. 참으로 우주만큼이나 신비로운 존재가 바로 뇌입니다. 우리가 알고 있는 뇌의 능력은 극히 일부에 지나지 않습니다.
뇌가 지닌 잠재력을 감안할 때 어쩌면 뇌는 이제 겨우 연구 초기 단계에 있을 지도 모르는 일입니다. 현대인들이 보기에 네안데르탈인들의 뇌가 극히 원시적인 것처럼, 몇십 만년 뒤 우리 후손도 오늘의 우리 뇌를 그렇게 볼 수 있습니다. 왜냐하면 인류의 진화는 계속될 테니까요!
☞ 보고 또 보고
▶무척추동물의 뇌
․ 강장 동물 : 동물계에서 신경계를 가진 최초. 신경세포가 몸 전체에 균일하게 분포하는 산만신경계. 뇌에 해당하는 구조는 없다.
․ 편형 동물 : (플라나리아) 몸 전체에 전후 좌우 구별이 있음. 몸 전단에 신경세포라고 간주되는 집단이 있음( 가장 원시적인 뇌의 형태)
․ 환형 동물 : 몸을 구성하는 많은 체절마다 한 쌍씩의 신경절이 있어 체절을 지배하고 있음. 몸의 전단 근처에 있는 제1쌍의 신경절은 가장 발달되어 있어서 뇌라고 불리우며, 몸 전체를 지배함(중앙집권과 지방분권이 공존하고 있는 셈)
․ 절지 동물 : 체절이 머리 가슴 배 등의 체절군에 집중되어 있는 흉부신경절이 뇌 다음으로 제2의 중추를 형성
․ 원색 동물 : 신경계의 중추부분이 몸의 등쪽에 있음( 척수라고함)
▶척추동물의 뇌 :척추 동물의 중추 신경은 모두 하나의 관상구조를 가지고 발생하여 그 전단부 가 뇌관, 그 밖의 부분이 척수관이 된다. 뇌관에서 장래의 뇌가 형성되며, 척수에 비해 내강이 큰데 관벽이 비후해져서 잘록한 구조가 일정하게 나눠진다. 고등한 동물에서는 뇌는 척수에 대하여 일정한 각 도를 가지고 있으며, 뇌의 각 부분이 세로축 방향에서 접혀진 위치를 차지하게 된다.(뇌의 굴곡)
․ 뇌수와 척수의 중량비 :
어류 : 100 : 100 ,닭 : 100 : 51 ,말 : 100 : 40 ,고릴라 : 100 : 6 ,사람 : 100 : 2
․ 공룡류(파충류) - 두개골 내의 뇌 이외에 허리에 제2의 뇌를 가졌던 것으로 생각됨.
▶사람의 뇌 : 신경세포와 신경섬유 및 그 사이를 채운 신경교조직으로 구성되며, 외면은 뇌막으로 싸여있다. 발생 초기의 태아의 등쪽에 생긴 신경관의 두단부가 팽대하여 뇌포로서 분화하므로 내부에는 뇌실이라고 하는 수액이 들어 있는 장소가 있다. 뇌포는 복잡한 발육․변형을 거쳐 최상부로부터 종 뇌․간뇌․중뇌․후뇌 및 수뇌로 나눠지고, 종뇌는 죄우의 대뇌반구, 간뇌는 시상과 시상하부, 중뇌는 사 구체(四丘體)와 대뇌각, 후뇌는 교(橋)와 소뇌, 수뇌는 연수로 분화된다.
사람의 신생아의 뇌무게는 400g 정도이지만 태어나서 3살까지와 4살에서 7살까지, 그리고 10살 직후까지의 3단계의 경과를 거쳐 발달하며 20살쯤에서 완성된다. 완성된 성인의 뇌 무게는 남자가 1,400g이고 여자가 1,250g쯤이다. 뇌의 무게는 키와 거의 비례하며 지능이나 성격에는 직접적인 관계가 없다. 또 몸무게에 대한 뇌무게의 비도, 대뇌반구의 표면에 있는 주름이 많고 적음도 지능이나 성격의 기준이 되지 못한다. 예를 들면 향유고래의 뇌는 9,900g 이나 되며, 돌고래의 뇌에는 사람보다도 더 주름이 많다.
▶교과서 관련 단원 : 중 2, Ⅱ. 생물의 구조와 기능 - 뇌의 구조와 기능.
▶들려주는 시기 : 신경계와 뇌의 구조를 배운 후에
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대기오염으로 지상 15~50㎞ 상공의 오존층이 파괴됨에 따라 피부암, 백내장 등의 질병 발생이 늘어나고 농작물 수확량이 갈수록 감소될 것이라는 우려의 목소리가 높아지고 있다. 지금까지 알려진 대표적인 오존층 파괴물질은 염화불화탄소(CFC). 냉장고나 에어컨의 냉매로 쓰이는 물질이다. 그런데 이 같은 오염 배출원이 없는 남극대륙 상공에 가장 큰 오존층 구멍이 생긴 이유는 무엇일까.
80연대 중반 염화불화탄소에 의해 오존층이 파괴된다는 사실을 처음 발표한 미국의 모리나와 로랜드 박사는 『영하 90도에 육박하는 낮은 기온과 공기의 대류현상』으로 이를 설명하고 있다. 다른 지역은 온도가 높아 염화불화탄소 등 오염물질이 오존층이 있는 성층권에 도달하기 전에 화학반응을 일으켜 변질되어 버리지만 남극은 기온이 낮아 이곳으로 날아온 염화불화탄소가 변질되지 않고 성층권까지 도달, 오존층을 파괴한다는 것이다. 일단 성층권까지 올라간 염화불화탄소에서는 염소(Cl)가 분리돼 나와 오존(O3)과 반응, 일산화염소(ClO)와 산소(O2)로 변하면서 오존층을 파괴하게 된다. 로랜드 박사는 오염물질이 남극대륙 상공으로 이동하는 것은 기체의 대류현상에 따른 것이라고 설명했다.
․오존(O3)이란
오존은 성층권과 대기 중에 존재하는데 지상 20km 지점의 성층권에 있는 오존은 피부암, 백내장을 유발하고 농작물의 수확을 감소시키는 자외선을 차단하는 보호막 구실을 하지만 대기 중에서 인위적으로 발생되는 오존은 자동차 운행이 많은 아침 출근 시간에 배출된 배기가스 중의 질소산화물(Nox)과 탄화수소가 태양자외선이 강한 오후에 광 화학반응을 일으켜 발생하는 이차오염물질로 광화학 스모그의 원인물질로 작용하는 데에 문제가 있다.
오존은 인체에 무해한 정도로 농도를 낮춰 오존이 가진 살균력과 산화력을 이용할 수 있지만 농도가 높아지면 특유의 자극성으로 인하여 기관지, 폐의 세포막을 자극 호흡기 질환을 유발하는 유해한 물질이 된다.
오존농도가 인체에 미치는 영향은 0.1~0.3 ppm에서 1시간 노출되면 호흡기를 자극하여 기침이 나고 눈을 자극하게 된다. 0.3~0.5 ppm에서2시간 노출되면 운동 중 폐기능을 감소시키고, 0.5 ppm이상에서 6시간 노출되면 마른 기침과 흉부 불안증상이 나타나게 된다.
․오존 경보단계
발 령 내 용 |
농 도 기 준 |
권 고 사 항 |
주의보 |
0.12 ppm/1시간 |
․실외 운동경기 및 노약자 활동 자제 ․자동차사용자제 및 대중교통 이용 |
경 보 |
0.3ppm/2시간 |
․유치원, 학교의 실외활동 금지 ․차량통행 금지 |
중대경보 |
0.5ppm/1시간 |
․해당지역 학교 휴교 ․실외활동 억제 ․차량통행 금지 |
☞ 보고 또 보고
▶남극의 오존 구멍 생성 이론 : 남극 성층권의 겨울철 대기순환은 남극을 중심으로 거의 원형 을 이루고 있다. 이러한 대기순환은 오존을 많이 포함한 중위도의 공기가 남극의 중심으로 이송되어 그 곳의 공기와 혼합되는 것을 방해한다. 이것은 남극의 공기가 겨울 동안 외부로부터 분리되어 있음을 의미하는 데, 이러한 현상은 마치 태풍의 눈이 그 외부와 분리된 것과 유사하다. 이렇게 분리된 남극 성층권의 대기에서는 태양에너지가 없는 겨울 동안은 오존의 생성이 중단된다. 그러나 어떤 경로에 의하여 남극 성층권의 대기로 진입한 Cl 는 촉매 순환 반응을 통하여 오존을 지속적으로 파괴한다. 이것이 겨울 철 남극 성층권의 오존 농도가 낮은 이유인데, 이 설명에 의하면 겨울이 끝날 무렵에 총 오존량이 최소 가 되어야 한다. 그러나 총 오존량은 이른 봄철에 최소이다. 그 이유는, 태양이 남극의 지평선 위로 뜨는 봄철에는 광해리가 포함된 촉매 순환 반응이 성층권 오존의 파괴에 주요한 역할을 하기 때문이다. 여기서 한 가지 강조해야 할 것은, 봄철의 이러한 촉매 순환 반응에 참여하는 Cl의 상당 부분이 겨울 동안 초저온의 하부 성층권에서 생성되어 10월까지 없어지지 않고 남아 있는 구름의 빙정입자 표면에서 HCl과 ClONO의 이질반응에 의하여 발생된다는 점이다. 이러한 사실은 성층권 오존량이 봄철까지 남아 있는 구름의 특성과 그 양에 커다란 영향을 받는다는 것을 의미한다.
* 북극의 경우는 봄철 성층권의 구름양이 남극에 비하여 1/10정도로 적기 때문에, 오존층의 파괴도 남극에 비하여 미약하다. 뿐만 아니라, 겨울철 성층권의 대기 순환도 남극의 단순한 원형과는 달리 매우 복잡한 모양이다. 이러한 대기 순환은 북극의 공기와 오존이 풍부한 중위도 공기와의 혼합을 가능하게 한다. 이것은 북극의 공기가 가끔씩 오존을 공급받고 있음을 의미하므로, 남극처럼 심각한 오존의 감소가 발생하지 않는다. 대부분의 프레온 가스가 사용량이 많은 북반구에서 배출됨에도 불구하고, 남극보다 먼저 북극에서 오존 구멍이 발생되지 않는 원인이 여기에 있다.
▶교과서 관련 단원 : 중 2, Ⅴ. 자연환경과 우리생활 - 쾌적한 환경
▶들려주는 시기 : 환경 오염에 대한 내용을 배운 후에
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온대 낙엽수림은 계절에 따른 변화가 특징이다. 봄에는 싹이 돋고 여름에는 짙은 녹색의 잎으로 변하며 가을에는 단풍이 들고 겨울에는 낙엽이 진 앙상한 가지만 남는다.
채색된 가을의 낙엽수림은 매우 아름답지만 겨울이 곧 다가온다는 것을 알려준다. 점차 낯의 길이가 짧아지고 태양 빛은 약해지고 기온이 내려가면 낙엽수는 잎을 떨어뜨리는데 이러한 변화를 잎은 어떻게 알까.
낙엽은 잎의 잎자루와 가지가 붙어있는 부분에 떨켜라는 특별한 조직이 생겨나서 잎이 떨어지는 현상이다. 떨켜는 잎이 떨어진 자리를 코르크화해서 수분이 증발해나가거나 해로운 미생물이 침입해 들어오는 것을 막는 성질도 갖고 있다.
생물체는 주위환경의 변화에 대해 반응한다. 이 변화를 감지하고 반응할 때 이를 전달하는 신호물질이 호르몬이다. 식물호르몬 중 앱시스산은 식물의 겨울나기를 알려주는 호르몬이다. 이 호르몬은 낙엽수가 겨울에 「잠을 자도록」유도하는 것이다. 휴면은 온대 낙엽성 식물에 특히 중요하다. 이 휴면은 낙엽성 식물이 낮은 온도와 수분 부족에 적응해서 생긴 것이다.
겨울에 물이 부족해 식물이 수분스트레스를 받게 되면 물의 손실을 방지하기 위해 기공을 닫아야 한다. 그런데 기공은 수분을 증발시키는 곳일 뿐 아니라 광합성에 필요한 이산화탄소가 들어오는 통로이기도 하다. 그렇기 때문에 수분 부족을 피하기 위해 기공을 닫으면 잎에서 광합성이 일어날 수 없게 된다. 또 주변의 온도가 낮으므로 잎에서의 생화학반응의 속도는 더욱 느려져 이 결과 낙엽수의 잎은 죽게 된다.
낙엽수에는 두 가지 종류가 있다. 은행나무와 단풍나무 같은 낙엽수는 늦가을에 떨켜를 만들어 일제히 잎을 떨어뜨리고 벌거숭이가 된다. 그래서 어느 시인은 은행잎이 지는 것을 보고 노란 제비꽃처럼 내린다고 했다. 그러나 밤나무나 떡갈나무는 떨켜를 만들 줄 모른다. 본래 이들 식물이 더운 지역에 살았기 때문에 떨켜를 만들어 낙엽을 떨어뜨려야만 할 필요가 없었던 것 같다. 그 때문에 이들 식물은 겨울이 되어 잎이 갈색으로 변하고 바싹 마르더라도 가지에 붙어 있다가 겨울의 강풍에 조금씩 나무에서떨어져 나가는 것이다. 오 헨리의 「마지막 잎새」에 나오는 담쟁이덩굴도 잎에 떨켜를 만들지 않는 식물이다.
물론 낙엽수 잎의 수명은 1년이다. 상록수의 잎은 많은 종류가2~3연간 유지되다가 새로운 잎이 나게 되면 떨어진다. 침엽을 가진 상록수 중에는 30년 이상 잎을 유지하고 있는 것도 있다.
☞ 보고 또 보고
▶앱시스산:․잎에서 생성되어 체관을 통해 이동된다.
․줄기 끝 생장점의 생장을 멈추게 한다.
․낙엽을 촉진한다.
▶교과서 관련 단원 : 중 2, Ⅱ.생물의 구조와 기능- 잎의 구조
▶들려주는 시기 : 식물의 호르몬을 배운 후에
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□ 광학 현미경
금세기의 시작과 함께 광학 현미경은 매우 완벽해졌다. 그 결과, 여러분의 조부모들이 태어나기 이전에 이미 광학 현미경으로 관찰될 수 있는 모든 세포 구조들이 확인되었고 목록화 되었다. 광학 현미경 또는 복합 광학 현미경은 기본적으로 양끝에 렌즈가 부착된 통(관)으로 이루어진다. 물론, 그 렌즈들은 물체의 세부적인 것들을 볼 수 있도록 물체를 확대한다. 제일 먼저 확대하는 렌즈인 대물렌즈는 관찰되는 물체에 매우 가깝게 위치한다. 이 때 대물렌즈는 물체를 2배로 확대하는 접안렌즈에 상의 초점을 맞춘다. 총 배율은 두 렌즈들의 배율의 곱으로 계산된다. 집광기(集光器)라 일컬어지는 가외(加外)의 렌즈들은 물체 위의(건너) (망막내의) 원추체 속으로 빛의 초점을 맞추어 주는 반사경(light source)바로 위에 위치한다. 집광기는 또한 눈의 홍채와 같이 밝기를 조정하기 위해서 열리거나 닫힐 수 있는 홍채 조리개를 포함한다.
① 광학 현미경을 위한 표본들의 준비와 염색
세포들과 조직들은 투명한 경향이 있다. 그래서 특별한 염색법이 세포로 된 구조들을 구별하기 위해 사용되어야만 한다. 염색은 단지 세포질이나 세포들의 핵을 어둡게 하는 것이 일반적인 특징일지도 모른다. 하지만 -세포로 된 구조들의 화학적 특성에 의존하여- 염색은 세포내의 특별한 구조들을 위해 매우 선택적이 될 수 있다. 선택적 염색은 생물학과 조직학 -조직들을 공부하는 학문- 의 분야에 헤아릴 수 없을 만큼 귀중한 공헌을 해 왔다. 일반적으로, 현미경 표본들은 매우 작아야만 하고 또는 빛이 통과할 수 있도록 매우 얇아야만 한다. 적혈구들이나 박테리아 같은 작은 세포들은 전체를 볼 수 있지만 대부분의 식물과 동물 조직들은 염색과 관찰 전에 매우 얇은 조각들 또는 부분들로 잘라져야 한다.
② 분해능(해상력): 실제적 한계
어떤 현미경에서의 유용한 배율의 한계는 그 현미경의 분해능(分解能)에 의해서 결정된다. 분해능은 얼마나 가까이 두 물체가 있을 수 있고 그럼에도 불구하고 따로 분리될 수 있는지를 측정하는 것이다. -가까운 범위에서 인간의 눈에 관찰되지 않는 보통의 분해능은 1mm의 약1/10이다.- 심지어 가장 좋은 광학 현미경의 분해능에도 명확하게 한정된 한계가 있고 많은 중요한 세포로 된 구조들도 이러한 한계의 아래에 있다. 광학 물리학자들은 어떠한 기구로도 그들을 볼 수 있는 빛이 파장보다도 훨씬 더 가까이 있는 점들을 분해(관찰)할 수 없음을 알았다. 그래서, 한계는 정말로 빛 그 자체가 되었다. 가장 좋은 광학 현미경의 분해능은 대략 220 nm -눈의 분해능의 약 500배- 이다. 광학 현미경으로 가능한 배율의 최저 한계는 약 1400배 -실제 크기의 1400배- 이다. 그 결과를 흔히 실효 없는 배율이라 부른다.
□ 투과 전자 현미경
투과 전자 현미경(TEM)은 엄청난 분해능을 가지고 있다. 관찰되는 물체는 빛의 파장들보다 전자들과 함께 밀려온다. 그리고, 전자들의 파장은 가장 짧은 빛의 파장들보다도 훨씬 더 작다. 투과 전자 현미경의 가능 배율은 2500 까지 도달할 수 있다. 이론적으로 투과 전자 현미경의 분해능은 약 0.025nm이지만 기술적으로 그 한계는 약 0.2∼0.3nm -광학 현미경의 100배- 이다. 광학 현미경이 작동하는 원리는 상당히 간단하다. TV의 그림 상자에 있는 전자총과 마찬가지로 광학 현미경도 전자총으로부터 전자들의 발사를 이용한다. “투과”라는 단어는 관찰되는 물체 주위와 실제로 그 물체를 관통하는 전자들에 의해 만들어진 상의 형성을 일컫는다. 전자 현미경의 초점 맞추기는 전자기 집광기가 초점 위로 전자 광선을 직진시킬 때 시작된다. 초점 맞추기는 전자들이 주위의 전자기장에 반응하여 전하를 가지고 있기 때문에 가능하다. 전자들의 초점 맞추기는 유리 렌즈에 의한 광선의 구부러짐을 닮았다. 전자들이 표본을 지나갈 때 어떤 것들은 더 무거운 원자의 핵에 의해 흡수된다. 그리고 나머지 것들은 지연됨이 없이 통과한다. 통과한 전자들은 그것들을 펼치는 첨가된 전자기 렌즈들 사이를 통과한다. 배율은 전자기 렌즈들의 강도(힘)를 변화시킴으로써 변화시킬 수 있다. 전자들은 마침내 화면 위에 초점이 맞추어지고 그리고 그 곳에서 전자들은 직접적인 관찰을 위해 또는 전자 현미경 사진을 준비하기 위한 사진용 유액 위에 상을 형성한다.
① 전자 현미경을 위한 표본 준비
우리는 살아있는 것은 전자 현미경에서 관찰될 수 없다고 말할 수 있다. 다른 이유들도 있지만 물체를 잡아두는 방이 부분적인 진공 상태이기 때문이다. 광학 현미경을 위한 조직 표본들의 준비에 있어 첫째 그것들은 무생물 상태가 되어야 하며 전자 밀도 금속성에 의해 고정되어야만 한다. 고농도 금속은 세포질 단백질을 응결시키는 데 도움을 주고 그들을 특별한 방식으로 결합시킨다. 그리하여 금속은 선택적으로 표본을 염색한다. 그리고 그것의 원자들은 후에 몇몇의 원자를 흡수하는 데 도움을 주고 나머지의 원자들이 통과하는 것을 허락해 준다. 조직은 플라스틱 기질에서 구체화되며 그리고 나서 얇은 부분들로 쪼개진다. 부분화는 전자들이 두꺼운 물질을 잘 통과할 수 없기 때문에 필요하다. 바이러스, 염색체 또는 박테리아 편모들과 같은 작은 물체들은 쪼개짐 없이 관찰될 수 있다. 그것들은 처음에 전선 스크린에 의해 지지되는 단백질 필름 위에 퍼진다. 그리고 고정된 표본을 진공 방에 위치시킨다. 그 후에 백금이나 금의 원자들을 앵글에 있는 표본 -그림자 던짐이라고 불려지는 절차- 위에 뿌린다. 금은 전자들을 흡수한다. 그리고 그 결과의 상들은 놀랍게도 3차원 입체의 생물체 사진과 같게 나타난다. 표본 만들기의 가장 특별한 방법들 중의 하나는 세포막의 연구에 사용된다. 이것은 얼리는 파면으로 알려진 과정이다. 조직이 -100C에서 단단하게 얼려지고 나서 쪼개진다. 그러한 쪼개짐은 단단해진 조직을 자연적으로 약하게 만든다. -인지질 층들을 형성하는 것처럼- 이러한 과정에서 막의 절단은 층들 사이에서 그것을 쪼갠다. 그리하여 그것의 내부 구조를 드러내게 된다. 이러한 방법은 세포막의 단백질 구성에 대한 연구에 중요하다.
□ 주사 전자 현미경
주사 전자 현미경(SEM)은 보통과 달리 매우 깊은 깊이를 가진 3차원 상을 만드는데 눈에 뜨이는 이점을 가지고 있다. 움직이는 광선으로부터 반사된 전자들이 잡히고 화면에 전자적인 상을 만드는데 사용된다.
□ 고전압 전자 현미경
고전압 전자 현미경 -TEM의 3개의 번역- 은 굉장히 크다. 그것의 굉장한 에너지 산출-1백만 전자 볼트-과 함께 조직들이 쪼개짐 없이 관찰될 수 있고 만들어지는 상은 3차원이 된다.
☞ 보고 또 보고
▶nanometer : 10억분의 1미터
▶교과서 관련 단원 : 중 1, Ⅱ. 주변의 생물 - 현미경 사용법
▶들려주는 시기 : 현미경 사용법을 배운 후에
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동물은 엄동설한을 어떻게 견뎌낼까. 겨울철 낮은 온도는 동물의 체내 대사과정을 낮추어 체온을 더욱 떨어뜨리므로 자칫하면 목숨을 위태롭게도 한다.
동물이 체온을 조절하는 데는 두 가지 방법이 있다. 몸 내부의 에너지를 대사하는 과정을 통해 열을 만들어 내 체온을 유지하는 내온성 조절이 있고 외부의 열을 흡수하여 체온을 얻는 외온성 조절이 있다.
내온성 동물은 체온을 유지하기 위해 상당히 많은 양의 에너지를 필요로 한다는 것이다. 그렇기 때문에 에너지의 원천인 음식물을 자주 먹을 수밖에 없다. 내온성 동물은 체온의 변화에 잘 견디지 못한다. 체온이 너무 떨어지거나 올라가면 목숨이 위태롭다. 추위로부터 체온을 유지하기 위해 두꺼운 지방층을 형성하거나 길고 거친 보호털로 체온을 보호한다. 인간은 내온성 동물이지만 온도변화에 대해 체온조절이 잘 안되므로 난방장치 없이는 겨울을 나기가 매우 힘들다. 반면에 외온성 동물의 장점은 대사에 드는 에너지 비용이 적다는 것이다. 다시 말해서 체온을 유지하기 위해 음식물이 별로 필요하지 않다. 이들은 사람처럼 난방이나 냉방장치가 필요 없다.
그러나 외부의 열에 의지하므로 밤이나 겨울에는 활동이 위축될 수밖에 없다. 외온성 동물 중 꿀벌은 추운 날 떼를 이루어 열을 모으고 더운 날에는 물을 날라다 날개로 부채질을 해서 벌통의 온도를 낮춘다. 도마뱀은 태양열로 체온을 조절해야 하므로 햇빛에 따라 이리 저리 적절한 곳을 찾아 움직이며 체온을 일정하게 유지한다. 외온성 동물들 중에는 겨울에 자동차 라디에터가 얼어 터지는 것을 방지하기 위해 부동액을 채우듯이 체액 속에 부동물질을 갖고 있어서 세포가 어는 것을 방지한다. 기생말벌류의 어떤 종은 몸 속에 글리세롤 농도를 높여 체액의 빙점이 약 섭씨 영하 17도가 되게 하여 남극해에 사는 물고기는 당단백질을 부동물질로 이용해서 체액이 어는 것을 방지한다.
개구리 뱀 도마뱀과 같은 양서류나 파충류는 겨울에 온도변화가 적은 땅 속에서 겨울을 나고 곰 박쥐 고슴도치는 거의 가사상태에서 겨울을 넘긴다. 겨울잠은 추위와 먹이부족에 적응해서 생긴 생리현상이다.
삶을 위해 잠을 잘 수밖에 없는 동물을 자신의 보신을 위해 마구 잡는 동물이 있으니 한심한 일이다. 그들이야말로 겨울잠을 자야 하지 않을까.
▶교과서 관련 단원 : 중 1, Ⅱ.주변의 생물 - 동물의 분류
▶들려주는 시기 : 정온 동물, 변온 동물을 배운 후에
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우리들 주변에는 행운을 가져다준다는 네 잎 클로버로 잘 알려진 토끼풀을 비롯하여 망초, 개망초, 달맞이꽃, 서양민들레 등의 외국 원산 식물들이 여러 경로를 통해 들어와서는 마치 원래부터 우리 강산에 자라던 식물처럼 판을 치는 것들이 꽤 많은데, 이와 같이 외국 원산의 식물이 사람의 매개에 의하여 들어와서는 마치 자생식물처럼 살아가는 식물들을 통틀어 '귀화식물'이라 부른다.
따라서 사람이 씨를 뿌리고 거름을 주며, 김을 매주지 않으면 자랄 수 없는 봉숭아나 목화, 보리 등의 화초는 외래식물이라고 부를 수 있으나 귀화식물은 아닌 것이다. 그런데 이런 귀화식물 중에는 기존의 서식지에 정착하면서 토착종들의 자손발아를 억제하는 현상 등을 일으켜 자연을 파괴하고 토양을 산성화시켜 다른 식물을 자랄 수 없게 만드는 것들이 있다고 알려져 있다. IUCN(국제자연보호연맹)은 외래종의 도입으로 생물다양성이 심각한 위협을 받을 수 있다고 판단하여 생태계, 서식지 또는 종을 보호하기 위하여 외래종의 통제, 박멸이 필요함을 강조하고 있다.
■귀화식물의 특성
귀화식물은 그 종수가 많으며, 종에 따라 많은 차이점이 있으나 대체로 다음과 같다.
① 귀화식물은 거의가 양지식물로서 조도가 낮은 숲 속에서는 살아갈 수 없다. 따라서 건물을 짓거나 길을 낼 때 생긴 길가, 절개지, 휴경지, 논밭 등에 침입하여 무성히 자란다.
② 귀화식물은 거의 초본식물이며, Raunkier의 생활형으로 분류할 때 1년생 식물이 3분의2를 넘고(69.6%), 반땅속식물이 그 다음을 차지한다.
③ 귀화식물은 햇빛만 받을 수 있으면 어떤 토양조건에서도 잘 자란다. 쓰레기장 등 질소분이 많은 곳은 물론 척박한 곳에서도 생명을 유지하는데, 특히 아까시나무나 족제비싸리를 비롯하여 토끼풀, 붉은 토끼풀, 자주개자리 같은 콩과식물은 뿌리혹과 공생하여 고정 이용하고 있다.
④ 귀화식물은 번식력이 왕성하다. 도심지에서 우리의 토종민들레를 구축했다고 흔히 말해지는 서양 민들레의 종자생산량은 재래종 민들레의 수십 배나 되며, 재래종 민들레는 봄철에만 발아하는데 비해, 서양 민들레는 연중 발아한다. 또 단위생산을 함으로써 단 한 개체만 침입해도 다른 개체의 수정 없이 후손을 생산할 수도 있다. 그리고 망초나 개망초 등은 많은 종자를 생산하며, 조건이 여의치 않아 식물체가 5cm 미만일지라도 수백 개의 종자를 생산한다.
⑤ 귀화식물의 종자는 뛰어난 분산수단을 가지고 있다. 망초, 개망초, 가시상치 같이 깃털이 있어 바람에 의하여 멀리 산포시키거나 미국가막사리, 가시도꼬마리, 울산도깨비바늘등 씨앗에 가시가 있어 사람이나 동물 등에 의하여 멀리 산포되며, 미국제비꽃이나 유럽쥐손이는 씨껍질이 터질 때의 탄력으로 씨앗을 멀리 터뜨리기도 한다. ----------------------------------------'96한국환경보고서
☞ 보고 또 보고
▶귀화식물 :
․자연 귀화식물 : 전연 알지 못하는 사이에 도래하여 귀화상태가 됨. (예) 돼지풀, 도깨비바늘, 개망초, 실망초, 망초, 개쑥갓, 큰방가지풀, 서양민들레, 큰개불알풀, 광대수염, 달맞이꽃, 콩다닥냉이, 애기수영 등
․인위적 귀화식물 : 여러 가지 목적과 용도에 의해 인위적으로 수입 재배된 유용식물 (예) 자운영, 개자리, 붉은토끼풀, 토끼풀, 메귀리, 돼지감자, 물냉이, 데이지, 큰달맞이꽃, 분꽃, 흑옥잠 등
․가주 귀화식물 : 도래 상태가 자연 귀화와 똑같으나 6개월 - 2년 정도의 짧은 기간 내에 자연 소멸되는 일시적인 것.(예) 개맨드라미 등
․예비 귀화식물 : 국부적으로 귀화식물로 되어 있으나, 널리 분포하지 못하고 있는 무리
․사전 귀화식물 : 과거로 거슬러 올라가면 역사 이전에 국외로부터 도래하여 귀화했을 것이라는 학설도 있으며, 이것들을 하나로 묶어서 사전 귀화식물이라고 함. (예) 냉이, 별꽃, 괭이밥, 질경이, 개여뀌, 띠, 방동사니 등의 우리 주변의 잡초들.
▶교과서 관련 단원 : 중 3, Ⅴ. 자연환경과 우리생활 - 생태계의 평형
▶들려주는 시기 : 생태계의 파괴를 배운 후에