글로벌 세계 대백과사전/생물I·동물·인체/동물의 행동과 번식/동물의 형태와 생리/골격과 근육식생

골격

골격은 동물의 몸을 지탱, 보호하는 구실을 한다. 또 근육은 뼈에 붙어 있으므로 근육의 수축이완에 따라 관절이 움직여서 운동이 일어난다. 골격을 계통학적, 발생학적으로 분류하면 다음과 같다.

외골격

外骨格

외골격은 동물의 몸 표층 가까이 있는 것이 많아 '피부 골격'이라고 불린다. 이것은 주로 표피 또는 진피 속에 '긴 단단한 뼈 모양의 것으로, 극피동물의 석회성 골판(성게 같은 것은 이 작은 골판이 잘 발달되어 있어, 서로 밀착하여 움직이지 않으나, 불가사리 등은 다소 움직일 수 있다)' 어류의 골성린(體性鱗), 그 밖에 파충류인 악어나 포유류인 천산갑 등의 골성판도 외골격에 포함된다.

특히, 키틴질로 이루어진 절지동물의 외골격은 척추동물의 내골격과 비교되는 것으로 새우 등 대형 갑각류는 석회질로 보강된 견고한 껍질이 발달되어 있다. 이러한 외골격은 몸을 보호하는 데는 매우 유리하지만, 운동면으로는 내골격보다 불리하다고 할 수 있다.

내골격

內骨格

무척추동물의 내골격

동물 몸 깊숙이 있는 골편으로, 지탱하는 구조로 된 점으로는 골격이라고 할 수 있으나, 운동을 일으키는 근육이 붙어 있지 않다. 해면류의 석회질 또는 규산질로 이루어진 골편이 이에 속한다.

척추동물의 내골격

내골격을 크게 분류하면 중축 골격과 외지 골격으로 나눌 수 있다.

(1) 중축 골격―척색은 원색동물에서 볼 수 있는 결합 조직의 일종으로, 원장(原腸)의 배벽이 신경관의 배쪽을 따라 부풀어 있는 간상체(桿狀體)로서 외피는 내외 두 층의 막에 싸여 있다. 바깥쪽의 막은 얇고 탄력이 있는 막이고 안쪽의 막은 섬유 모양의 층인데, 양쪽이 다 척색에서 분비된 것이다.

(2) 척추는 척추동물 특유의 골격으로 다수의 척추뼈가 체절 모양으로 늘어서 있다. 척색에서 진화한 것으로서, 본체는 원통 모양의 추체(椎體)인데, 여기서 갖가지 돌기가 나와 있다. 등쪽에는 한 쌍의 신경 돌기가 있고, 그 끝은 척수를 둘러싸며 합쳐져 추궁(椎弓)이 되고 그 정점은 가시 모양의 돌기를 이루고 있다.

몸통의 척추뼈에는 배쪽에 한 쌍의 혈도 돌기(血道突起)가 있는데, 그 속으로 혈관이 지나고 있다. 어류에서는 이것이 일종의 갈비뼈가 되어 창자를 보호하게 된다. 또 어류 이상의 동물에는 추체의 양쪽에 횡돌기가 있는데, 여기에 갈비뼈가 붙어 있다, 척추뼈의 수는 동물에 따라 달라, 개구리는 10개밖에 안 되지만, 뱀은 400∼500개의 척추뼈를 지니고 있다. 또 척추뼈는 부위에 따라, 경추·흉추·요추·미추 등으로 구별되고, 구조도 여러 가지로 분화되어 있다.

(3) 두골은 척추동물 특유의 것으로 원구류에 처음으로 나타났으며, 포유류에서는 매우 견고한 것으로 발달하고 있다. 발생상으로는 뇌와 감각기를 감싸는 두개골과 구강과 인두의 벽에 생긴 장골로 구성되어 있다.

(4) 외지 골격―외지 골격의 원시형은 지느러미로, 여기에는 무대(無對) 지느러미와 유대(有對)지느러미 두 종류가 있다. 육생 척추동물의 앞·뒷다리는 어류의 유대 지느러미와 같아 계통·발생적으로도 어류의 유대 지느러미와 비교해 볼 수 있다. 외지 골격은 구조상 지골(肢骨)과 유리골(遊離骨)로 구별되는데, 보통 유리골은 동물의 종류에 따라 변화가 많지만, 양서류 이상에서는 대개 오지형(五指型)을 기본으로 하고 있다.

근육

근육은 형태적으로 가로무늬근(횡문근)과 민무늬근(평활근)으로 크게 나뉜다.

횡문근(가로무늬근)의 구조

橫紋筋(－筋)－構造

가로무늬근 섬유를 현미경으로 관찰하면, 밝게 보이는 명대와 어둡게 보이는 암대가 번갈아 배열되어 있기에 '가로무늬근'이라고 한다. 이들은 다핵 세포로, 주로 척추동물의 뼈에 붙어 뼈를 움직이므로 '골격근'이라고도 하며, 또 우리의 의지로써 마음대로 수축시킬 수 있기 때문에 '(맘대로근(수의근)'이라고도 한다.

무척추동물인 곤충류·갑각류의 외골격에 붙어 운동을 지배하고 있는 근육도 가로무늬근이다. 근육은 근막이라고 하는 결합 조직의 막에 의해 많은 근섬유가 싸여 있는 구조로 되어 있다. 그 근섬유는 그물 모양의 섬유가 격벽 모양으로 되어 많은 다발로 나뉜다. 근육의 양쪽 끝에는 콜라겐 섬유로 된 힘줄이 있는데, 이것에 의해 근육이 뼈에 붙어 있다.

가로무늬근의 미세 구조

－筋－微細構造

근육 다발 중 한 가닥의 근 섬유(근세포)는 굵기 20∼100μ의 가느다란 세포이다. 각 근섬유의 바깥쪽은 얇은 탄력성 막인 근섬유막(근섬유초)으로 싸이고, 내부의 세포질은 근질이라고 하는 반유동성 물질과 근원 섬유로 되어 있다. 근원 섬유는 근세포의 원형질에서 분화한 것으로, 광학적 성질이 다른 A대와 I대로 구별되는데, 전자는 암대, 후자는 명대라고 불린다. 한편 근원 섬유는 더 가는 몇 가닥의 근 필라멘트로 이루어져 있는데, 이것은 다시 액틴과 미오신이라고 하는 수축성 단백질 섬유로 구성되어 있다.

근원 섬유와 근원 섬유 사이는 근질이라고 하는 겔 모양의 원형질로 채워져 있어, 여기에서 근수축을 위한 에너지가 생산된다.

근육의 흥분과 수축

筋肉－興奮－收縮

근육에 자극을 가하면 먼저 근섬유 막에 흥분이 생긴다. 즉, 운동 신경의 말단이 근섬유와 접하는 부위를 '신경근 접합부'라고 하고, 특히 이 부위의 근섬유막을 '운동 종판'이라고 하는데, 근육에 자극을 가하면 운동 뉴런의 말단에서 아세틸콜린이 분비되어 운동 종판의 이온에 대한 투과성이 증가되므로 활동 전류가 발생한다. 척추동물의 가로무늬근에서는 흥분이 근섬유막에서 근원 섬유로 전해져 근육의 수축이 일어난다. 근육의 흥분과 수축의 기작은 최근에 와서야 해명되고 있다. 헉슬리 등은 도마뱀이나 개구리 등의 근원 섬유를 둘러싼 내부 원형질의 망상 구조가 흥분과 수축의 과정에 중요한 역할을 하고 있다고 말하고 있다.

근수축에 필요한 에너지

筋收縮－必要－

센트 죄르니는 근육을 50% 글리세롤에 담가 수축계는 파괴하지 않고 세포막만 선택적으로 파괴하는 방법을 생각해냈다. 이와 같은 표본을 '글리세롤근'이라 하는데, 근수축계의 표본으로 종종 쓰이고 있다. 이 글리세롤근에 ATP를 가하면, 근육 수축이 일어나는데 이것으로 보아 근수축의 에너지원은 ATP이고 ATP와 근세포 안에 있는 수축성 단백질과의 반응이 근수축을 일으키는 것으로 볼 수 있다.

근육 안에는 ATP 외에 크레아틴인산이라는 고에너지 인산 화합물이 있다. 이것은 직접 근육을 수축시키는 ATP 에너지의 저장 물질로서, 로망(1934)에 의해 확인되었다(로망 반응).

한편, 크레아틴인산이 척추동물의 근육 조직에서 발견되는 데 비해, 대개의 무척추동물 근육에서는 이를 대신하는 아르기닌인산이 있어서 크레아틴인산과 같은 작용을 하고 있다.

민무늬근(평활근)

－筋(平滑筋)

가로무늬가 없는 근육을 통틀어 '민무늬근'이라고 하는데, 척추동물의 위나 장 등의 내장 운동에 관계하기 때문에 '내장근'이라고도 한다. 또, 의지와는 상관없이 운동이 진행되므로 '제대로근(불수의근)'이라고도 한다. 골격근과 심장근은 세포 안에 가로무늬가 있는 데 반해, 민무늬근에서는 그 구조를 볼 수 없다. 근세포는 긴 방추형이며, 핵은 세포에 1개씩 있다. 민무늬근은 척추동물의 식도 아랫부분에서 장에 이르기까지 소화관 벽이나 요관, 방광 등의 비뇨기관 혈관, 기관 등에서 볼 수 있다.

심장근

心臟筋

척추동물의 심장근은 내장근인데, 골격근과 같이 가로무늬를 지니고 있으며, 또 근섬유도 골격근과 같은 형태를 가지고 있다. 그러나 근섬유가 갈라져 서로 연결되고 있는 곳은 골격근과 다르다.

심장근은 골격근과 달리, 자극의 종류에 따라 강하거나 약하게 수축하지 못하고, 언제나 어떤 조건하에 있어서 최대의 수축을 한다. 또 수축하고 있을 때는, 다른 수축을 일으키는 자극이 와도 반응하지 않는다. 따라서 골격근에서 볼 수 있는 강직이 일어나지 않는다. 이것은 심장을 주기적으로 수축시켜 혈액을 동맥으로 보내기 위한 중요한 특성이라고 할 수 있다.

무척추동물의 근육

수많은 다세포 동물은 골격이 없어도 근육을 가지고 있다. 예를 들어, 하등의 환형동물인 지렁이를 보면, 체벽이 두 쌍의 근육으로 구성되어 있다. 즉, 한 쌍은 몸을 따라 세로로 달리는 종주근이고, 다른 한 쌍은 몸을 에워싸고 있는 환상근이다. 환상근이 수축하여 종주근이 늘어날 때에는 몸이 길어지고, 종주근이 수축하여 환상근이 늘어나면 몸이 오므라든다. 지렁이는 이와 같이 종주근과 환상근을 이용하여 운동을 한다.

한편, 근육 조직이 없는 하등 동물에는 근육과 비슷한 수축을 하는 장치가 갖추어져 있다. 이것은 원시적인 원생동물에서 많이 볼 수 있다. 예를 들면, 섬모충류에 속하는 나팔벌레는 외부로부터 자극이 가해지면, 몸을 수축시켜 그 몸길이를 바꾼다. 종벌레도 자극이 가해지면, 그 자루 부분이 나선 모양으로 수축된다. 여기에는 둘다 원형질 안에 미오넴이라고 하는, 근육과 흡사한 섬유 모양으로 분화된 기구가 들어 있다.

종벌레의 자루 부분은 두 종류의 층으로 나누어져 있는데, 그 안쪽은 키노플라즈마로 이루어져 있다. 이 키노플라즈마는 수축성이 있으므로, 이 부분이 파괴되면 자루 부분의 수축 운동은 일어나지 않는다. 또 강장동물인 히드라나 말미잘 등은 근육 상피 세포가 체벽 안에 산재하고 있어, 그 섬유 모양으로 분화하고 있는 원형질의 일부가 수축하여 체벽의 운동이 일어난다.

갑각류의 근육

甲殼類－筋肉

이와 같은 갑각류의 근육은 단일 근섬유가 한쪽은 흥분성, 또 한쪽은 억제성인 두 종류의 신경과 연결되어 있다. 억제성 신경에 의해 근섬유가 자극을 받았을 때는, 흥분성 신경으로부터 자극이 전달되어도 근육 섬유의 수축은 일어나지 않는다. 게의 집게발에는 폐협근과 개협근이라는 두 종류의 근육이 있어서, 폐협근이 자극을 받으면 동시에 개협근이 억제되는 아주 편리한 구조로 되어 있다.

또, 집게발의 근육은 한 쌍의 억제성 신경과 두 쌍의 흥분성 신경에 의해 지배되고 있다. 흥분성 신경은 양쪽이 구별되어 근육과 연결되어 있다.

곤충의 근육

昆蟲－筋肉

무척추동물 중에서도 특히 곤충의 날개를 움직이는 근육은 다른 척추동물의 가로무늬근에 비해 매우 특징적이다. 근육의 수축 시간에 있어서, 거북의 가슴 근육은 1.8초, 박쥐의 날개 근육은 0.5초, 사람의 다리 근육은 0.18초이다. 이에 비해, 곤충류인 집파리 날개의 근육 수축 시간은 0.003초로 대단히 짧다. 이와 같이 곤충은 날개를 움직일 때의 근육 수축 시간이 짧으므로 날개를 빠르게 움직일 수 있다

모기의 날갯짓은 매초 수백 회에 달한다. 그런데 비상근(飛翔筋)에 대한 신경 자극의 빈도는 날개를 움직이는 횟수보다 훨씬 낮다. 예를 들면, 3,4회의 날갯짓 사이에 날개의 근육으로 전달되는 신경 자극의 횟수는 1회밖에 안 된다. 이처럼 언뜻 보기에 생리학적으로는 불가능한 것 같은 곤충의 날갯짓은, 비상근과 그것을 지탱하고 있는 외골격의 공동 작용에 의해 가능한 것이다.