체온조절의 범주
항온동물(homeotherm):체온을 조절(내부 온도를 일정하게 유지)
변온동물(poiklotherm):능동적으로 체온조절을 하지 않는 동물(체온이 환경의 온도와 비슷)
이온동물(heterothem):어떤 때는 체온을 조절하고 어떤 때는 환경의 온도를 그대로 따르는 동물
체온조절 방법
① 내온성 조절 - 내부의 대사과정에 의해 발생한 열 이용
② 외온성 조절 - 외부(환경)의 열 이용
1.내온성 조절(endothermic regulation) - 항온동물의 조절
일정한 체온을 유지하면 물질대사에 관련된 화학작용이 보다 일정하게 지속
진화상 내온성동물 출현의 의미
장점 - 다양한 환경을 정복할 수 있는 방법 제공
단점 - 많은 양의 에너지가 필요
조류나 포유류의 몸은 체온 변화에 잘 견디지 못한다. 즉, 몸 크기에 제한을 받는다
(몸 크기가 어느 정도 이하게 되면 열 생산이 열 손실을 따라갈 수 없다)
① 저온에 적응된 나방의 내온성 조절
밤나방류(Noctuidae; 일시적으로 내온성이 되는 이온동물) → 비상근이 제기능을 하기 위해서는 나방의 가슴부위가 30℃ 정도 되어야 함
열의 보존 방법 : 피부를 덮는 털, 공기주머니, 두 개의 역류열교환구조
역류열교환구조(countercurrent heat exchange) : 따뜻한 혈액을 몸의 다른 부분으로
보내는 혈관과 되돌아오는 차가운 피를 운반하는 혈관이 평행하게 놓여 있어 차가운 피로 열 전달
② 참다랭이(Bluefin Tuna)의 내온성 조절
체온조절 능력이 없는 물고기 : 주요 혈관이 많은 작은 가지로 나누어지고 몸에 퍼져 있음
항온성 동물(참다랭이) : 동맥과 정맥이 거의 물고기 전체를 따라 뻗어 있으며 역류열교환구조 형성
혈관그물망(rete mirable, wonderful net) - 검은색 수영근의 온도를 유지시켜 주는 효과적인 역류교환구조
③ 조류와 포유류의 체온조절
- 몸의 크기와 열의 생성
대사율(metabolic rate) - 단위 시간당 생상되는 몸 전체의 에너지 ; 몸의 크기와 대사율은 반비례
- 열의 생성 방법(화학에너지 → 열에너지)
i) 산화적 호흡 : ATP가 합성되면서 열 발생
ii) 떨기(shivering)에 의한 열 생성
iii) 갈색지방(brown fat) 사용 - 갈색지방 대사는 호르몬에 의해 시작되며 몸을 재빨리 정상상태로 돌리는데 필요한 체열 제공
- 열의 손실을 줄이기 위한 메카니즘 : 역류열교환구조, 지방층, 털과 보호털
- 열 방출 메카니즘 : 피부와 호흡을 통해 일어나며 복사, 전도, 대류를 통해 방출
④ 행동에 의한 적응
내온성동물은 생리적인 내부 메카니즘이 체온조절을 제대로 할 수 없을 때 행동적으로도 조절한다.
⑤ 내적인 체온조절
시상하부 : 뇌의 온도 감지 부위
시상하부의 체온조절 예
자율신경계를 통해 부신 자극 → 혈액에 에피네프린 방출 → 간에서 글리코겐을 포도당으로 전환 → 포도당이 혈액으로 방출 → 세포의 호흡활동 증가 → 열 생성
시상하부는 또 뇌하수체를 자극하여 갑상선 호르몬을 분비 → 갑상선에서 티록신 분비 → 세포의 호흡 활동 증가 → 열 생성 가속화 : 열 생산의 감소는 음성피드백에 의해 조절
2.외온성 조절(ectothermic regulation) - 변온동물의 조절
외온성 조절 동물의 장점 : 대사에 필요한 에너지가 적게 든다.
외온성 조절 동물의 단점 : 환경의 열에 의지 → 밤이나 추운 계절 동안 활동 위축
추위에 대한 적응
빙점 이하에서의 세포 보호 : 물이 세포외 공간에서 얼면 세포 외액 농도가 높아져 삼투현상에 의해 세포는 탈수. 대부분의 외온성 동물은 체액 속에 부동물질(antifreeze)을 갖고 있어 어는 현상 방지