신경과학과 곤충

의예과 1년 977117 김효종

곤충의 신경계는 다른 동물에서와 마찬가지로 환경의 변화(자극)에 대한 생리적, 행동적 반응을 조정함은 물론 통신의 중추적인 역할을 담당하는 기관이다. 즉 곤충몸 안팎의 환경변화를 탐지, 해석하고 이들을 종합하여 그개체의 생존에 적합한 반응과 행동을 할 수 있도록 작용기관을 조절하는 것이 신경계의 주된 기능이라고 하겠다. 이와 같은 곤충의 신경계는 신경세포(neurones)와 부속세포들로 구성된다. 신경세포는 전기적으로 흥분할 수 있는 성질(excitability)을 갖고 있으며 기본적인 신경계의 기능, 즉 몸 한 부위에서 다른 부위로 정보를 전달하는 역할을 담당한다. 한편 신경세포들이 정상적인 기능을 원활하게 수행할 수 있도록 도와 주고 보호하며 또한 영양분을 공급해주는 glial 세포가 있다. 기능적인 면에서 신경계의 기본 구성단위인 신경세포는 정보를 수집하고 이들을 전기적으로 전달하는 것이 주목적이기 때문에 이들의 구조도 여기에 알맞게 분화되어 있다. 즉 그들은 곤충몸의 한 부위에서 자극을 받아서 이를 전기적인 충격 형태로 변환시켜 다른 부위로 전달하기 의하여 긴 돌기(neurite)들을 발달시킨다. 이 돌기 수에 따라 신경세포를 나누기도 하는데 한 개의 경우를 단극성 ,두 개의 경우를 양극성, 세 개 또는 그 이상의 돌기가 있는 경우를 다극성 신경세포라 칭한다. 결국 이 돌기들을 통해 신경충격이 전달되는데 외부환경이나 다른 신경세포에서 자극을 받아들이는 돌기를 수상돌기 라하고 다른 세포나 작용기관으로 충격을 전달해주는 돌기를 축색돌기라한다. 신경세포의 돌기 수는 그들의 기능과 밀접한 관련이 있는 데 기능에따라 신경세포는 다음과 같이 분류한다.

(1) 운동신경세포(motor neurone): 근육이나 분비샘 등 작용기관에 충격을 전달하는 신경세포

(2) 감각신경세포 (sensory neurone): 몸 내외의 환경변화를 탐지하고 이정보를 전기적 충격으로 변환시켜 신경절로 전달하는 신경세포

(3) 연결신경세포 (interneurone): 감각신경세포에서 받은 정보를 운동신경세포나 신경분비세포로 전달하는 신경세포

(4) 신경분비세포 (nureosecretory cell): 전기적인 충격대신에 화합물을 합성, 분비하여 다른 기관이나 세포의 기능을 조절하는 세포.

곤충의 운동신경세포, 연결신경세포 및 신경분비세포는 단 하나의 돌기만 있는 단극성 경우가 대부분이다. 반면에 감각신경세포는 대부분 양극성이지만 일부는 다극성이다. 신경세포들 사이나 신경세포와 작용기관간에는 기계적인 연결이 되어 있지 않기 때문에 전기적인 충격이 한 세포에서 다음 세포로 전달될수 있는 기작이 마련되지 않으면 아니된다. 즉 감각신경세포의 축색돌기끝과 연결신경세포의 수상돌기 간, 연결신경세포들의 돌기 간, 연결신경세포의 축색돌기와 운동신경세포의 수상돌기 간 운동신경세포의 축색돌기와 작용기관 사이 등에 충격전달이 가능해야 되는 데 이 기작을 담당하는 것이 소위 시냅스이다. 곤충의 신경세포들은 하등 무척추 동물과는 달리 낱개로 존재하지 않고 신경절이라는 집단을 이룬다. 이 신경절내에는 감각신경세포외의 다른 3종류 신경세포몸(perikaryon)들이 분포하고 일부 신경세포의 축색돌기만이 신경절 밖으로 나와 작용기관을 지배한다. 그러나 감각신경세포는 몸 주변에 위치하면서 반대로 축색돌기만을 신경절로 보내어 다른 신경세포와 연접을 이루면서 전체 신경계를 형성하게 된다.















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동물체 내외의 환경변화가 빛, 화합물 또는 기계적 자극의 형태로 감각신경세포를 자극하면 이들이 전기적인 신경흥분상태로 변환된다. 이정보를 다른 신경세포나 근육세포 등 작용기관에 전달하여 동물체의 행동이나 생리작용이 조절되도록 하는 것이 신경조직의 본래 기능이며 근육은 정보에 따라 수축이나 긴장을 통해 그반응을 나타낸다. 따라서 이들 세포들이 공통적으로 보이는 기본적인 성질의 하나는 세포막이 보여주는 흥분성이다.

환경의 지배를 받지 않는 생물은 하나도 없다. 그러나 식물이나 미생물에 비해 동물은 이환경변화를 동적으로 극복해 나가며 따라서 이들은 주위환경변화를 탐지하는 수단인 감각수용기들을 갖고 있다. 뿐만 아니라 곤충들은 종간또는 종내의 개체간 통신 목적에도 이 감각수용기들을 이용한다. 사람들이 갖고 있는 여러 종류의 감각중 가장 예민한 것은 시각이지만 개인 간의 통신에는 주로 소리가 이용되고 시각, 촉각 또는 후각은 큰 역할을 담당하지 않는다. 곤충 역시 우리들과 마찬가지로 세 종류, 때로는 네 종류의 감각이 이용되지만 중요한 감각 종류는 곤충종에 따라서 다르고, 한 종이 모든 통신수단을 잘 이용하는 경우는 거이 없다. 예를 들면 메뚜기군 중에서도 여치나 귀뚜라미 등 야간성 Ensifera 아목류는 주로 소리를, 주간성인 메뚜기류는 시각을, 바퀴류는 주로 후각을 이용한다. 곤충들이 진화해오는 동안 어떤 한 가지 감각수용수단이 잘 발달하게되면 상대적으로 다른 감각수용수단의 중요성은 줄어드는 것으로 보인다. 그러나 다른 통신수단이 알려지지않는 곤충에서도 후각은 발견되어 곤충 전체를 볼 때는 후각이 가장 많이 사용되는 것 같다. 주로 어떤 통신 수단이 사용되는 가는 그 곤충의 서식처, 생태적인 문제, 사회생활 여부 등에 따라 결정되는 것 같다. 각각의 통신수단은 나름대로의 장점과 단점들을 갖고 있다.

통신수단으로서의 감각수용 방법의 특징

특징

후각

청각

시각

촉각

이용범위

길다

길다

중간

짧다

신호 변화율

느리다

빠르다

빠르다

빠르다

장애물 회피능력

좋다

좋다

나쁘다

나쁘다

자극원 탐지능력

변이가 크다

중간

높다

높다

에너지 비용

낮다

높다

낮다

낮다

밤, 동굴, 혼탁한 물 또는 땅속 등 어두운 환경에 사는 곤충에서 시각은 큰 효과를 볼 수 없다. (반디와 같이 자신이 빛을 발생하는 겨우를 제외하고). 그러나 낮동안 트인 공간에서 활동하는 곤충에게는 거리와 방향성에 관한 시각이 다른 어떤수단보다도 유리하여 잠자리, 파리, 사마귀, 나비 등에서 보면 겹눈이 잘 발달되어 있다. 장애물이 있는 환경에 사는 곤충에게는 시각보다 청각이 조금 더 유리하며 또한 더 먼 거리에서도 통신이 가능하지만 방향성이 적은 것이 문제가 되어 통신주체 중 한 쪽이 비교적 정지 상태에 있는 경우 자주 쓰인다. 이에 반해 냄새를 이용하는 경우 다른 방법보다 더 오랫동안 지속효과를 볼 수 있으며 이용되는 화합물의 휘발성에 따라서는 아주 먼 거리에서도 탐지가 가능하다. 뿐만 아니라 이 통신 화합물들은 밀집된 집단에서도 먹이교환이나 몸 접촉 등으로 쉽게 전파되고 아주 낮은 농도에서도 효과를 낼 수 있기 때문에 에너지면에도 경제적이라 할 수 있다. 더욱이 다른 종류이 화합물들을 혼합해서 사용하는 경우 여러 가지 행동들을 유기시킬 수도 있다. 그러나 이 냄새화합물이 나오는 장소를 찾는 것은 그렇게 쉽지 않다. 밀집상태에 있는 진딧물들이 다리를 이용하여 이웃에 있는 다른 개체를 차는 행동에서 보는 것처럼 아주 짧은 거리 즉 접촉할 수 있는 범위내에서는 접촉감각도 이용되지만 많은 경우 다른 통신 수단과 혼된용다. 그러나 때로는 직접적인 접촉대신에 고체나 액체를 통해서 통신하는 경우도 있다.

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