생리적 특성

생리적특성

Contents summary
본 항목에서는 개미몸의 내부구조와 기능 등 생리적 특성에 대해 간단히 알아 봅니다.
개미도 사람과 마찬가지로 숨쉬기를 하고, 음식을 먹고 소회시킨다음, 양양분을 흡수하고 배설을 한다.
흡수된 영양분은 혈액으로 보내지고 혈액은 흡수된 영양을 몸 전체로 보낸다.
이와 같이 개미도 근육, 심장 , 장 , 혈액 등을 가지고 있다.
본 항목은 곤충에 대한 전문적인 내용을 다루고자하는 것이 아니므로 개미를 이해하는데 도움이 될 만한 몇가지만 살펴보기로 합니다.

체벽계

체벽은 곤충의 몸을 둘러싸고 있는 외층으로서 표피와 큐티클(Cuticle)로 구성되어있다.
이러한 체벽에 의해 몸을 보호함으로서 육상에서 살아갈 수 있는 기초를 형성한 것이다.
이러한 체벽이 없다면 외부의 간섭에 의해 살아남을 수 없을 것이다.
큐티클은 키틴성분으로 구성되어있는데 키틴은 다당류인 글루코사민으로 구성되어있다고한다.
표피층 밑에는 피부샘이 있으며 피부샘에서는 여러가지의 분미물이 생성되는데 큐티클을 통과하는 관을 가지고 있어 외부로 분미물의 냄새나 자극물질을 방출할 수가 있다. 대부분의 곤충은 피부에 털을 가지고 있다. 털은 표피세포층에서 만들어저 큐티클을 통과해 외부로 돌출되어 있는데 적으로부터 몸을 보호하는 독털기능 또는 각종정보를 흡수하는 감각기능으로서 중요한 역할을 한다. 곤충의 색은 큐티클이나 표피세포 또는 지방체에 있는 각종색소에 의해 나타나기도하고 큐티클의 물리적 성질에의해 나타나기도한다. 곤충의 색소는 주로 황색, 적색, 흑색, 감색, 백색 의 혼합으로 나타난다.
개미의 경우는 주로 흑색, 적색, 황색의 경우가 많다.

소화계

소화계란 음식을 먹고 소화시킨다음 개개의 세포에 영양을 운반해주고 잔여물을 체외로 배출하는 일련의 과정을 담당하는 시스템을 말한다. 소화계는 일반적으로 섭식, 저작, 소화, 혈림프로의 흡수, 잔여물의 배출의 과정이 일어난다.
개미는 액화된 먹이만을 소화할 수 있다. 따라서 먹이를 잘게 부순다음 침샘에서 나오는 침액으로 액화시켜 영양분을 흡수한다. 입을 통해 들어온 액화된 물질은 소화를 시키지 않은상태에서 오랫동안 저장할 수 있는 기관으로 들어간다. 이를 보통 갈무리주머니라한다. 개미는 사회성 곤충이므로 먹이가 필요한 다른 동료들에게 이 갈무리주머니를 통해 상호 나누어준다. 이를 영양교환행위라고한다. 이러한 현상은 다른 곤충에서는 볼 수 없는 개미만의 독특한 사회적 행위이다. 갈무리주머니에 있는 음식들은 필요에따라 판막을 거처 소화기관(위)으로 이동되어 소화를 시킨 후 영양분을 흡수한다. 영양분은 혈림프를 통해 혈액으로 흘려보내 각각의 세포에 전달된다. 소화되고 남은 잔여물과 대사노폐물을 배설기관(말피기씨관)에 의해 직장으로 배출된다.

기관계

기관계는 각 조직과 세포에 산소를 공급하고 조직에서 발생된 이산화탄소를 회수하는 시스템을 말한다.
기관이란 공기가 통하는 관을 의미한다. 곤충은 사람처럼 숨을 쉬는 허파가 없으며, 그 대신에 체강에 형성된 기관에의해 숨을 쉰다. 이러한 기관은 피부층을 가로질러 외부로 통하도록 형성된 숨구멍(기문)과 연결되어 있으며 내부의 모든 기관계는 서로 통하도록 연결되어있다. 또한 체강에 형성되어있는 기관에는 여러군데에 공기주머니가 있어 공기의 용적을 넓혀주는 기능을하고 있다. 기문을 통해 들어온 공기는 몸안에 있는 공기주머니에 모인 후 몸 전체에 연결되어있는 미세기관을 해 산소가 몸 전체로 공급된다.

배설계

배설계는 대사노폐물과 과잉질소함유물을 제거하고 염과 물을 조절하는 기능을한다.
이러한 기능을 위해 가장 중요한 역할을 하는것이 바로 말피기씨관인데 소화관의 후부에 연결되어있다.
말피기씨란 이를 발견한 이테리의 과학자 Marcello Malpighi 의 이름을 따서 붙여진 것이다.
바로 이 기관에 의해 배설기능이 이루어지는 것으로 알려져있다.
음식으로 섭취한 단백질, 아미노산, 핵산 등의 대사결과로 남는 것이 바로 질소함유물인 요산이다.
곤충이 필요로하는 양 이상의 물질이나 곤충이 사용할 수 없는 물질 또는 대사결과로 나타나는 함질소 노폐물을 회수하여 체외로 배설하는것이다

생식계

대부분의 곤충은 유성생식이 일반적이나 개미의 경우는 유성생식과 무성생식을 겸하고 있다는 점에서 특이하다.
유성생식이란 암수가 따로 있으며 교미를 통해 생식이 이루어지는 것을 말하며 곤충은 유성생식하는 경우가 대부분이다.
여기서는 생식계에 대한 설명이므로 암수의 기능에 대해 살펴본다.

웅성생식계(雄性)
수컷은 한쌍의 정소를 가지고 있는데 정소안에는 생식세포가 들어있고 생식세포가 감수분열을 하여 정자로 생성된다.
생산된 정자는 수정관을 통해 정낭으로 내려와 정자가 휴면상태로 저장된다. 수정관과 사출관은 근육으로 쌓여있는데 근육의 수축으로 인해 정액이 분출하게된다. 여왕과 교미하는 동안 수컷의 정자가 여왕의 질속으로 흘러들어간다. 질 속으로 들어간 정자는 여왕의 배속에있는 정낭이라는곳으로 들어간다. 정낭은 수컷의 정자를 보관하는 장소로서 한번 교미로 일생동안 생산되는 모든 알을 수정시킬 수 있다고한다. 또한 수정관과 사출관 사이에는 부속샘이 연결되어있는데 부속샘에서 나오는 각종 분비물이 생식을 둘러싼 각종 영향을 미치게된다.

1. 정액의 분비와 정자의 활성화
2. 수정된 여왕에게 미치는 영향
   가. 산란의 자극
   나. 난모세포(수정되기전의 알) 성숙의 촉진
   다. 정자운동을 촉진시키는 생식관의 수축자극
   라. 여왕의 행동에 영향을 미침으로서 연속적인 수정의 억제 등

자성생식계(雌性)
암컷은 한쌍의 난소를 가지고 있으며 난소에서 알이생성되어 수란관을 거처 중앙수란관에 모인다. 알의 발육이 완성되면 생식소로 내려와 수컷의 정자를 보관하고 있는 정낭에서 나오는 정자에 의해 수정이된다. 동시에 부속샘에서 나오는 각종 물질이 알에 영향을 미친다. 정자는 알에 형성되어있는 난공으로 들어간다. 최초에 하나의 정자가 난공속으로 들어가면 자동적으로 난공이 폐쇠되고 더 이상의 정자를 받아들이지 않는다. 이때 수정이 되지않는 경우가 있는데 2가지의 원인이 있을 수 있다. 한가지는 교미를 하지 못 하여 정낭에 정자가 없는 경우이고 또 하나는 정낭수송통로의 문이 열리지 않았기 때문이다. 정낭의 수송통로는 근육에 의해 개폐가 되는데 온도가 낮을 경우(약20도이하) 근육 움직임이 원할하지 못해 일어난다고 알려져있다. 이러한 이유로 수정이 되지 않았을 경우, 알은 수개미로 분화된다.
알속에 들어간 정자는 알속의 핵과 융합하여 배자발육이 시작되며 산란시 질로 배출된다.

신경계

감각수용기에 의해 얻어진 각종자극은 전기적신호로 바뀐다.
감각수용기는 공통적인 특징이 있는데 가장 중요한 것이 변환기의 역할을 한다는 것이다.
변환이란 감각수용기가 받은 다양한 형태의 자극을 전기신호로 바꾼다는 것을 의미한다.
전기신호로 바뀐 자극은 신경을 연결하는 뉴런을 통해 신경세포와 뇌로 전달된다.
신경계는 이와같이 뉴런으로 구성되어 있으며 곳곳에 신경세포 다발을 서로 연결하고 있다.
머리에 있는 개미의 뇌는 수많은 신경전달조직을 통해 더듬이와 몸체의 각종 부속기관을 통해 외부에서 흘러들어오는 각종 정보를 수집, 평가하여 다시 각 기관에 전달함으로서 각종 반응을 일으키게하는 총괄적인 책임을 담당한다. 뇌는 신경다발을 의미하는데 사람의 경우는 신경이 발달하여 두개골속에 매우 큰 뇌를 형성하고 있다. 뇌의 용량을 크게하기위해 많은 주름을 형성하고 있다. 곤충은 뇌라고 불릴 만한 신경다발이 크지 않으나 중추신경은 머리안에있는 뇌와 가슴에 있는 가슴신경절, 배에있는 신경절로 구성되어 있으며 각 신경절에는 말초신경이 연결되어 몸의 각 부위로 펼쳐져 있다.
신경절은 작은 신경이 모인 연결다발로서 작은뇌의 기능을 하며 해당된 부속기관이나 마디의 움직임을 통제한다. 곤충의 뇌는 매우 작으나, 뇌에 연결되어있는 신경절이 크고, 여러개가 있어 각 부속지의 움직임을 신경절에서 조정한다. 자극에 대한 반응은 최초에 자극을 받은 감각기의 성질과 위치에 따라 달라지고, 주로 근육과 분비선에 의해 그 효과가 나타난다.

분비계

분비란 세포가 생명의 유지에 필요한 물질을 만들어 그것을 새포밖으로 배출하는 것을 말하고, 분비선은 분비작용을하는 세포가 모여서 조직을 형성한 것을 말한다. 분비선은 외분비선과 내분비선이 있다. 외분비선은 분비물을 구멍이나 관을 통해 외부로 방출하거나 생식관이나 소화관과 같은 내장의 내강으로 방출하는 샘을 말하며, 내분비선은 분비물을 도관이 필요없이 직접 혈림프로 방출하는 경우를 말한다. 각 분비물은 용도에 따라 각각 다른부분에서 분비되며 개미의 주요분비선은 다음과 같다.

외분비선

1. 구조물질의 합성
유충이 고치가될 때에 발생하는 견사는 섬유성 단백질로 구성되어 있는데 이는 분비선의 기능에의한 것이다.
2. 침액의 분비, 소화액의 분비
침액과 소화액의 분비 역시 분비샘에서 나오는 대표적인 분비물이다.
3. 불쾨한 방어물질의 분비
노린재 등 불쾨한 냄새를 방어수단으로 사용하는 곤충이 많은데 이 또한 분비샘의 기능에 의한것이다.
4. 독액의 분비
개미는 배 속에 독을 분비하는 독선이 별도로 있으며 배의 끝에 있는 독침(Sting)과 연결되어있다. 독침으로 적을 방어하거나 공격한다.
5. 개미산의 분비
개미는 개미산을 분비함으로서 각종 병균이나 해충으로부터 자신의 몸과 콜로니를 지킨다.
6. 종내정보물질 (콜로니인식 페르몬)
한 콜로니 내의 가족을 인식하는 페르몬으로서 각각의 콜로니 마다 페르몬의 화학조성비율이 달라 가족인지 아닌지를 구별한다. 이러한 냄새는 체표의 왁스에 함유된 접촉화학자극물질로서 콜로니마다 화학조성비율이 다르기 때문이라고한다.
이는 최초에 우화된 후 경험에 의해 화학성분을 익힘으로서 평생 기억하게 된다고한다. 자기의 가족인지, 아닌지를 바로 이 분비물의 냄새에 의해 구분하는것이다.
7. 종간 정보물질(페로몬)
호르몬은 내분비샘에서 생산되어 혈액에 의해 운반되며 각 기관에 생리적 작용을 일으키게한다. 따라서 이를 체내 정보물질이라하고 내분비물의 대표적인 예이다. 그러나 페르몬은 이러한 정보물질이 체외로 배출되어 같은 종의 다른 개체에게 영향을 주는 물질을 말하며 외분비물의 대표적인 예이다. 영향을 주는 형태는 행동을 변하게 하거나 또는 체내의 생리적 변화를 일으킨다. 페르몬의 기능에 대한 자세한 내용은 통신과 언어항목에서 자시히 설명하고 있으며 주요 종류는 성유인페르몬, 경보페르몬, 길안내페르몬, 먹이위치안내페르몬, 계급분화페르몬 등이 있다. 페르몬을 분비하는 곳은 페르몬의 종류에 따라 다르다고 알려져 있는데 주로 독선, 항문선, 후장, 드포르샘 등에서 분비한다고 알려져있다.

내분비선
내분비선에서 분비하는 물질중에 가장 중요한 것이 바로 호르몬이다.
호르몬은 내분비선에서 발생하여 혈림프로 직접방출되며 혈류를 통해 몸 전체에 순환하며 특정반응을 일으키게한다. 각 호르몬은 그 호르몬이 목적으로하는 조직에서만 작용을한다. 일반적으로 호르몬의 반응은 신경계의 반응보다 느리게 나타난다는 것이 신경계의 반응과 다르다.
곤충의 변태는 두 가지 호르몬의 작용에 의해 조절되고 있다고 알려져 있다.
이러한 호르몬은 뇌하수체등의 분비선에서 분비되어 혈액으로 보내지며 혈액 순환에 의해 신체의 특정 부분에 신호를 전달한다. 만약 특정한 신체 부위에 손상이 왔을 경우는 혈액과 호르몬이 정상적으로 전달되지 못하므로 기형의 원인이 된다.
(1) 엑디숀(ecdysone)
뇌 호르몬이라는 신경 분비물에 의해 조절되며 유충기를 끝내게 하고, 번데기단계를 촉진하며 , 성충으로 시작을 돕는 역할을 한다.
(2) 유충호르몬(juvenile hormone)
뇌에 있는 한쌍의 분비선인 알라타제의 뉴런에서 분비되며 애벌레상태를 유지하고 번데기형성을 억제한다.
따라서 유충 호르몬이 감소하면 엑디숀이 증가하여 번데기가 되고 성체가 된다.

감각계

감각계란 곤충을 둘러싸고있는 여러 가지 환경정보를 수집하거나 인지하는 기능체계를 말하며 이것을 담당하는 기관을 감각기라한다. 곤충은 외부의 정보를 계속적으로 받아 들이고 뇌는 이러한 정보를 빛, 소리, 냄새, 맛 등으로 해석한다. 시시각각으로 환경이 주는 자극은 일련의 과정을 거처 신경충격을 일으키고 반응행동을 유발함으로서 바깥세계와 연결된다.
감각정보는 감각수용기에 의해 감지되는데 감각기는 기본적으로 두가지의 유형으로 구분한다.
모상감각기와 현음감각기이다.

모상감각기(털감각기)
대부분의 곤충은 털의 움직임을 통해 미세한 정보까지 감지한다.
곤충의 피부는 큐티클층이 있고 그 밑에 표피층이 있다. 쎈털은 표피층에서 나와 큘티클층을 통과하여 외부로 돌출되어있다. 표피의 모근 부근에는 감각세포가 있는데 두가지 형태의 세포 즉 수용세포와 부속세포로 둘러쌓여있다. 털이 움직이면 감각세포에서 이를 포착하고 신경충격이 일어난다. 이러한 털감각기는 몸 전체에 분산되어있다. 더듬이도 털감각기와 같은 기능들이 내장되어있다. 특히 모판(毛板)은 미세한 모상감각기가 모인 것인데 몸이 압박받는 부위나 중첩되는 부위에 위치해 촉각수용기의 역할을 한다. 이러한 모판은 더듬이의 마다사이, 머리와 가슴사이, 발 마디와 도래마디 기부, 배마디사이, 복부마디사이 등에 위치한다. 이러한 기능들은 몸의 여러부위들이 적정한 방향과 자세를 잡거나, 중력에 대응한 적정한 자세를 유지하도록 돕는다.

현음감각기
현음기는 곤충의 체벽사이로 뻗어있는데 주로 더듬이의 흔들마디, 날개기부, 다리, 배마디 등에 연결되어있다.
많은 곤충들이 현음감각기로 존스턴 기관(Johnston's organ)이라는것을 가지고 있는데, 이 기관은 더듬이 두 번째 마디(흔들마디)와 세 번째마디 사이의 막에 부착되어 있다고 한다. 이 기능은 자기감응기능으로 더듬이의 방향과 움직임, 몸방향의 감지, 몸의 움직임, 근육의 운동, 공기의 유속의 측정, 소리의 감지 등의 역할을한다. 이 기관은 모기와 깔따구에서 가장 발달되어 있다고하며 최초 발견자의 이름을 따 붙여진 이름이다.
소리는 주로 현음각각기로서 소리에 민감한 부분이 담당한다. 소리에 민감한 감각기관은 고막기관, 협하기관, 존스턴기관 이다. 고막기관은 메뚜기류는 제1배마디의 양쪽에, 배짱이나 귀뚜라미류는 앞다리 종아리마디에, 나비류는 날개의 밑부분 또는 뒷가슴에, 메미는 제2배마디의 아래쪽에 있다. 그리고 땅강아지의 청각기관은 앞다리 끝쪽에있다.
개미의 발목마디의 기부에는 현음각각기의 일종인 협하기관이 있는데 감각세포와 신경이 표피층 가까이에 붙어 있으며 이를 통해 소리와 공기진동을 감지한다.

대부분의 곤충은 고막기관, 모상감각기관, 존스턴기관으로 소리를 감지하나, 고막기관은 오직 청각에만 이용되나 모상감각기와 존스턴기관은 다른 여러가지 기능을 동시에 가지고 있다는점이 다르다.
화학적감응은 냄새분자를 통해 감지하므로 화학감응기관은 화학물질과 직접적으로 접촉하여 감지된다. 화학적 감응은 3가지의 경우로 구분할 수 있는데, 후각, 미각, 일반물질 감각으로 구분한다.
후각은 비교적 낮은 농도에서 가스상태로 있는 화학물질의 분자에 반응하는 수용기에 의해 감자되고 미각은 화학물질의 분자가 높은 농도로 용액이나 물체로 존재할 경우 직접 접촉함으로서 감지되며 주로 먹이활동과 관련되어 감지한다. 일반물질감각은 후각이나 미각보다 덜 민감한 부분에 대한 감응인데 주로 회피 반응과 관련된다.
곤충의 온도수용기와 습도 수용기는 대부분 더듬이, 턱수염, 발목마디이 있다.

곤충의 눈
대부분의 곤충은 머리의 양쪽에 한쌍의 겹눈을 가지고 있다.
사람의 눈의 구조를 보면 안구(렌즈)를 통과한 물체의 상이 망막에 있는 수많은 감각세포에 포착되고 이를 뇌에 전달 함으로써 물체를 감지한다. 그러나 곤충의 눈은 사람과 매우 다르다. 대부분의 곤충에게는 2개의 겹눈과 3개의 홑눈이 있는데 겹눈은 육각형의 수많은 작은 낱 눈으로 구성되어있다. 낱 눈은 각각 해당 눈의 앞에서 들어오는 빛만 받아들이며 낱 눈에 맺히는 상은 물체의 일부분이다. 이러한 수많은 낱 눈에 맺힌 각각의 상을 시신경이 뇌에 전달하여 물체를 인지하게 된다. 따라서 낱 눈의 숫자가 많을 수록 정밀하게 볼 수 있다. 이렇게 낱 눈을 통한 물체의 감지는 움직이는 물체를 잘 볼 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 낱눈은 수천개에서 수만개로 형성되어 있은데 굴절부분, 감수부분, 색소부분으로 구분되어있다.
잠자리의 경우 낱눈의 숫자가 10,000~28,000 개 나 된다고하며 개미의 낱눈은 약 1,300 여개라고 한다.

홑눈은 곤충의 종류에 따라 다르나 보통 3개가 있다. 홑눈은 겹눈에 비해 매우 작은데 둥근 렌즈모양을 하고 있으며 밝고 어두운것만 구별하고 형태를 보지는 못한다. 따라서 겹눈의 역할을 도와주는 보조적인 기능을 한다고 볼 수 있다. 낮에 활동하는 곤충은 대부분 색깔을 몇 가지정도 구분하는 능력이있다. 또한 곤충은 자외선을 볼 수 있는 것이있다. 이러한 능력은 보통 낮에 활동하는 잠자리, 배추흰나비, 잠자리, 벌 등에 발달되어있다. 눈의 유형은 크게 두가지로 구분할 수 있는데 낮에 활동하는 곤충과 밤에 활동하는 곤충으로 구분되며 그 기능이 다소 다르다. 주로 낮에활동하는 곤충의 경우는 작은 낱눈이 좁은 관모양의 색소세포들이 그믈모양의 세포막을 둘러싸고 있기 때문에 직선적인 빛만을 수용하게된다. 따라서 낱눈의 시야는 극히 좁다. 그러나 낱눈의 수자가 많으므로 모자이크 형식으로 된 총체적인 하나의 영상으로 물체를 감지할 수 있다. 밤에 활동하는 종은 색소세포들이 그물모양새포막의 밑부분에만 집중되어 있으므로 직선적인 빛뿐만아니라 작은 낱눈을 거처 들어오는 경사빛도 감지할 수 있으므로 이중적인 영상을 종합적으로 감지하므로 밤에도 물체를 잘 인식할 수 있다.

개미는 2개의 겹눈을 가지고 있고 3개의 홑눈을 가지고 있다. 홑눈은 머리의 정수리 부근에 삼각형위치로 3개가 있으며 생식개미일 경우만 있고 일개미는 홑눈이 없다.

끝.