변온동물과 정온동물의 체온 관리(에너지 대사)법
1.범주
정온동물(Homeotherm) : 다른 말로 항온동물이라고도 불리며 체온을 조절할 수 있다.(외부환경에 크게 영향을 받아도 자신의 체온을 적절한 범위 내로 내부 온도를 유지할 수 있다는 의미)
변온동물(Poiclotherm) : 능동적으로 체온을 조절할 수 없어, 외부 환경의 온도에 체온을 맞춘다.
2.체온 조절방법
정온동물 : 내온성 조절(endothermic regulation)
내온성 조절이란?
내부의 대사과정을 통해 열을 만들어내며 대사과정을 통해 열을 생산하는 것을 열발생(thermogenesis)라 한다. 내온성 조절은 변화하는 환경 속에서도 안정상태를 유지할 수 있게 해준다. 내온성 동물은 그들의 온도를 생리적으로 조절할 뿐 아니라 행동적으로도 조절한다. 여기서 행동적 조절은 상당히 직선적이라서 단순히 몸을 식히거나 데움으로서 내부의 온도가 어떤 한계점 이내에서 유지되도록 하는 것이다. 내적인 체온조절은 뇌에서 온도를 감지하는 부분인 시상하부에서 이루어진다. 시상하부는 뇌하수체를 자극시켜 갑상선 자극 호르몬을 분비하도록 하는데, 이 호르몬은 갑상선에서 티록신이라는 호르몬을 분비시키도록 한다. 티록신은 세포의 호흡활동을 증가시키는 일을 하므로 열의 생성을 가속화한다. 몸의 열이 증가되면 그것은 다시 시상하부에 감지되며 체온감지기는 뇌하수체에 이것을 알려 열생산을 감소시키도록 한다.(음성피드백) 따라서 시상하부는 항상적 조절구조로서 생물을 정교하게 조절하여 일정한 상태를 유지하도록 하는 내온성 조절의 핵심 기관이다.
변온동물 : 외온성 조절(ectothermic regulation)
외온성 조절이란?
외온성 조절은 외부의 열을 이용하는 것으로서 환경으로부터 열을 흡수하는 조절이다. 이 열을 얻기 위해 변온동물들이 주로 사용하는 방법은 자신을 태양에 노출시키는 방법이 있다. 외온성 조절 동물이 갖는 장점은 대사에 드는 비용이 적다는데 있다. 반면에 날씨가 추워 주변 환경으로 부터 열을 얻을 수 없을 경우에 수많은 외온성 동물들은 체액 속에 존재하는 부동물질(antifreeze)을 이용하여 몸이 어는 현상을 방지할 수가 있다.
3.장단점
a.정온동물의 장점 : 일정한 체온을 유지하면 물질대사에 관련된 화학작용이 보다 일정하게 지속된다. 이것으로 다양한 환경에 적응하여 그 환경을 정복하고 살아갈 수 있다.
b.정온동물의 단점 : 몸의 체온이 급격하게 변화될 경우에 몸이 그것을 견디지 못하고 죽게 된다. 따라서 환경에 따라 열 생산과 열 손실의 비율에 맞게 몸의 크기에 제한을 받는다.
c.변온동물의 장점 : 대사에 필요한 에너지가 적게들어 체온의 조절에 에너지가 크게 소비되지 않는다.
d.변온동물의 단점 : 주변 환경의 열에 의지하므로, 밤이나 겨울과 같이 추운 날씨가 되면 활동이 크게 위축된다.
4. 다양한 동물의 내온성 조절 법
a.저온에 적응된 나방의 내온성 조절
밤나방류 - 비상근이 제기능을 하기 위해서는 나방의 가슴부위가 30도 정도 되어야 함
열의 보존 방법 : 피부를 덮는 털과 공기주머니 이 두 개의 역류열교환구조가 필요하다.
열류열교환구조(countercurrent heat exchange) : 따뜻한 혈액을 몸의 다른 부분으로 보내는 혈관과 되돌아오는 차가운 피를 운반하는 혈관이 평행하게 놓여 있어 차가운 피로 열을 전달하는 구조.
b.참다랭이(Bluefin Tuna)의 내온성 조절
체온조절 능력이 없는 일반적인 물고기의 경우 주요 혈관들이 많고 작은 가지로 나누어지고 몸에 퍼져 있어서 열을 조달하는 것이 효과적임.
하지만 항온성 동물인 참다행이의 경우는 동맥과 정맥이 거의 물고기 전체를 따라 뻗어 있으며 역류열교환구조가 형성되있다.
혈관그물망 - 검은색 수영근의 온도를 유지시켜 주는 효과적인 역류교환 구조
c.조류와 포유류의 체온조절
어느 환경에서든 대사율(단위 시간당 생성되는 몸 전체의 에너지 - 몸의 크기와 대사율은 반비례)을 맞춰야 하므로 환경에 따라 몸의 크기가 다르다.
열 생성방법 :
*산화적 호흡 방법 : 화학에너지를 열에너지를 바꾸는 방식을 이용하여 에너지를 생산하며 ATP를 분해하여 열을 얻는 방식을 이용한다.
*떨기에 의한 열 생성 : 몸을 부르르 떨면서 순간적으로 온 몸을 자극해 열을 생성한다.
*갈색지방의 사용 : 갈색지방 대사는 호르몬에 의해 시작되며 몸을 재빨리 정상상태로 돌리는데 필요한 체열을 제공한다.
*열 손실을 줄이기 위한 메카니즘 : 역류열교환구조, 지방층, 털과 보호털
*열 발출 메카니즘 : 피부와 호흡을 통해 일어나며 복사, 전도, 대류를 통해 방출한다.
5. 외온성 동물의 추위 적응 과정
빙점 이하에서의 세포를 보호 하는 법 : 물이 세포외 공간에서 얼면 세포외액 농도가 높아져 삼투현상에 의해 세포는 탈수하게 된다. 하지만 대부분의 외온성 동물은 체액 속에 부동물질을 갖고 있어 얼지 않아, 세포외액의 농도도 일정하게 유지될 수 있고 따라서 세포의 탈수현상이 일어나지 않아 위와 같은 현상을 방지할 수 있다.