정자(精子) 살려?!
요약
1. 수정대전략
정자는 사람을 비롯한 고등동물이 성적으로 성숙하는 시기가 되면 수컷들에게 자연스럽게 생기는 아기의 씨이다. 정자는 단순히 비유하면 올챙이와 비슷하다고 할 수 있으나 구조나 특징은 세포이기 때문에 동물인 올챙이와 완전히 다르다. 정자는 단세포의 미생물에서 흔히 볼 수 있는 채찍 같은 형태의 꼬리를 가지고 있고, 머리에는 난자에 돌입할 때 사용되는 첨체와 유전물질을 가지고 있다. 한편 난자는 정자에 비해 매우 크며, 초기에 영양을 공급할 수 있는 난황을 가지고 있다. 한편 난자가 자리한 난소, 나팔관, 자궁은 다음 후손을 받아들이기 위한 각자 복잡한 기능을 담당한다.
2. 생명의 탄생을 돕는 기술
남성의 체내에서 생성된 정자가 난자를 만나기 위해서는 엄청난 거리를 빠르게 움직여야 한다. 정자의 여행은 빠를 뿐 아니라 각종 장애를 돌파하면서 달려야 하기 때문에 치열한 상륙작전과 비슷하다. 자연계에서 수컷은 자신의 후손을 남기기 위해, 암컷은 가장 우수한 후손을 남기기 위해 각각의 전략을 발전시켰다. 한편 자연계에서 일어날 수 있는 수정의 종류는 2가지로, 암컷의 몸 안에서 일어나는 경우와 몸 밖에서 일어나는 경우로 나뉜다.
수정은 결국 후손을 남기는 생존수단이지만 사실 자연상태에의 확률은 낮은 것이 현실이다. 따라서 오래전부터 사람들은 가축을 기르면서 낮은 임신 확률을 높이고 보다 좋은 특징을 가진 후손을 얻기 위한 노력을 기울여 왔다. 이 과정에서 탄생하는 것이 인공수정과 체외수정(수정란 이식) 기술이다. 이 기술들은 비단 가축개량의 역사를 획기적으로 발전시켰을 뿐만 아니라 멸종위기 동물의 보전, 제주흑우, 칡소, 백한우 등의 희귀 가축의 증식에 적용되었고, 불임부부들의 출산에 대한 염원을 해결해주는 데 기여하고 있다.
3. 시사점
최근 우리나라의 국민들은 축산업이 필요하다고 생각하면서도 환경을 오염시키는 산업으로의 인식도 강해지고 있다. 그러나 축산업은 자원순환농업의 중요한 고리이며, 안전한 단백질 공급원이자 불임시술과 같은 의학기술 발전의 모체가 되었음을 알릴 필요가 있다. 또한 향후 고부가가치 축산업으로 이행하기 위해서는 정자동결보존과 같은 기초 기술을 개발하는 기반을 튼튼히 하기 위한 연구와 인프라(하부구조) 구축이 필요하다.
목차
요 약
Ⅰ. 수정대전략 ··············································· 1
Ⅱ. 생명의 탄생을 돕는 기술 ······················· 5
Ⅲ. 시사점 ····················································· 16
정자는 사람을 비롯한 고등동물이 성적(性的)으로 성숙하는 시기가 되면 수컷들에게 자연스럽게 생기는 아기의 씨이다. 정자는 단순히 비유하면 올챙이와 비슷하다고 할 수 있으나 구조나 특징은 세포이기 때문에 동물인 올챙이와 완전히 다르다. 정자는 단세포의 미생물에서 흔히 볼 수 있는 채찍 같은 형태의 꼬리를 가지고 있고, 머리에는 난자에 돌입할 때 사용되는 첨체와 유전물질을 가지고 있다.
조류, 파충류, 어류는 창(槍)모양, 쥐 등의 설치류는 갈고리 모양, 원숭이와 사람은 계란모양, 소, 돼지, 염소, 사슴 등 가축은 대부분 라켓모양
어른이 되는 시간: 토끼 4개월, 소형견 8~12개월, 대형견 14~36개월, 젖소 16~18개월, 한우 16~20개월, 꼬마하마 3~5년, 코끼리 수컷 15년(암컷 9년)
창형 정자
갈고리 모양 정자
계란형(난형)정자
라켓형 정자
정자의 건강한 정도를 검사하는 운동능력은 현미경으로 관찰할 때 전체 정자 대비 직진운동을 하는 정자의 비율로 판정
미토콘드리아는 건전지 겸 모터의 역할을 하는데 에너지의 한계가 있어 사람의 경우 37℃에서 18시간 정도 움직일 수 있다고 함(임비뇨기과 홈페이지)
연두벌레(유글레나)
편모 달린 박테리아
정자의 구조
사람은 0.1mm인데, 개구리, 도마뱀, 어류 등 알을 낳는 동물들은 1mm정도
한 번에 한 두 마리의 새끼를 낳는 동물 기준으로, 여러 마리를 낳는 동물은 이에 비해 배란되는 양이 많으며 사람은 300~400개 정도라고 함
타조알과 계란
도롱뇽 알
수정되는 순간
난자 구조
잠깐! 정자에도 남자와 여자가 있다?
통상적으로 ‘태아의 성결정 시기’는 초음파 등으로 확인이 가능한 빠르면 10주 혹은 보통 14~16주 정도로 알고 있지만....
사람의 정자는 분당 3mm 정도로 최정상급 마라토너의 속도(시속20km)
동물의 종류에 따라 정액량과 그 안에 있는 정자의 수는 차이가 많아 소의 경우 2∼3억, 돼지 30억, 말 10억, 양 1억 이상
현대인의 스트레스가 출산율을 낮춘다
현대사회에 만연한 스트레스, 패스트푸드, 술, 담배, 환경호르몬 등은 정자나 난자의 건강 뿐 아니라 정액 내 정자수, 배란주기 및 수에도 악영향
2012년 이전 기준은 1회 사정량이 2㎖이상, 정자수 2,000만, 정자운동성도 50% 이었음을 감안할 때, 판정기준이 더 낮아진 것
한 둥지의 알에서도 5~10%의 확률로 다른 수컷의 새끼가 관찰된다고 함
대부분의 초식동물은 육식동물에 비해 정액량이 상당히 많으며 생식기 자체가 더 길게 발달하여 질 깊이 사정하도록 발달
나비류, 물방개류, 유대류(주머니 있는 포유동물), 박쥐, 고슴도치, 쥐를 포함한 포유동물은 전자, 초식동물과 돼지는 후자에 속함
내가 태어날 확률은 로또 1등 당첨 확률의 몇 배일까?!
한국에서 엄마와 아빠가 만날 확률은 ‘2.2조 분의 1’, 아빠의 1억 마리 정자 중 한 마리와 엄마의 난자 한 마리가 만날 확률을 약 ‘1억 분의 1’로 보면, 내가 태어날 확률(=2해(垓) 2,781경 분의 1)은 로또 1등 당첨 확률의 약 28조 배
엄마와 아빠가 만날 확률은 ’75년 우리나라 미혼 20대 남성 209만 명과 여성 109만명을 고려할 때, 209만 분의 1과 109만 분의 1의 곱으로 계산
딸은 아빠를 닮고 아들은 엄마를 닮는다?
수정란은 각각 아빠에서 온 염색체와 엄마에서 온 염색체가 공존하는데 실상 Y염색체는 성결정에만 관여한다고 함
이러한 축산업을 뒷받침하는 기술이 정자동결보존, 인공수정 등임
가임여성의 연령에 따라서도 많이 달라지는데 19~26세는 50%, 27~34세는 40, 35~39세는 30, 40~45세는 20%로 조사(’02, Human reproduction)
이는 바다거북 등 희귀종 동물에서도 많이 보이는 현상이며, 달걀의 경우 무정란 검사는 빛에 비추어 눈이 생성이되었는가로 판별
맹금류(매)
알을 낳는 거북
눈이 없는 무정란
아라비아 말
암말의 생식기 속에 솜을 넣어두고 수말과 교미를 시켰다가, 이 솜을 꺼내 다른 암말의 질 속에 넣어 수정을 유도(’10, 이은희)
라차로 스팔란차니(Lazzaro Spallanzani)는 누구?!
생명이 탄생하기 위해서는 난자와 정자가 만나야 함을 밝혔고, 최초로 인공수정을 시도한 18세기 이탈리아의 신부이자 생물학자 겸 생리학자
참고문헌: www.nprg.org/blogs/krulwich
사람의 노동시간도 단축하므로 가장 좋은 특징을 가진 수소를 선발(검정) 하는데 집중할 수 있어 좋은 수소를 골라내는 효율도 400~800배까지 증가
가짜 배우자 모형을 이용하여 수컷의 자연스러운 사정을 유도하고 이를 모으는 방법
직장 내에 전기봉 등을 넣고 사정중추에 자극을 주는 방법으로 밀도가 높은 정액을 얻을 수 있으나 오염확률이 높아 품질이 나빠질 수 있음
인공질(토끼용)
인공질(말용)
전기자극기
마사지
정자를 장기간 보전할 때 외부로부터 대사기질을 첨가하고, 정자의 운동을 최소한으로 억제하여 에너지의 소비를 줄이는 것이 필요
인공수정의 아버지, 이바노프(Il’ya Ivanovich Ivanov)?!
1899년 희석제에 보존한 말의 정액을 암컷의 생식기에 주입해 정상적인 새끼를 분만시키는데 성공
1948년 닭의 정자를 연구하던 중에 우연히 글리세롤에 정자를 희석하여 눈 속에 묻어두었을 때 생존성이 높아진 것을 발견
우간다의 고유 소 ‘엥콜’, 우리 기술로 보전한다?!
’13년 우간다 무세비니 대통령이 엥콜소의 정액동결보존에 관한 기술지원을 농진청에 공식 요청
아르헨티나 남부의 주 서식지에서는 지난 22년간 군집(群集)의 20%가 감소하였고, 20만 쌍이 서식지를 떠난 것이 관찰된 보호대상 동물
멸종위기 동물 구하기, 왜 어려울까?!
야생동물의 특성상 사육이 거의 불가능한 경우가 많으며, 특정 시기에만 정자와 난자 채취가 가능한 경우가 많음(’14, nationalgeograhic)
마젤란 펭귄
검은발 족제비
자이언트 판다
치타
체외수정(IVF, In Vitro Fertilization)은 우리가 흔히 쓰는 말로 시험관 아기
배아란 수정란이 첫 번째 세포분열을 시작하여 ‘태아’가 되기 직전까지의 상태를 이르는 말
우리나라 불임부부들은 얼마나 되고, 병원비는 얼마나 될까?!
’14년 현재 20만 8천 명으로 ’07년 이후 연평균 2.2%씩 증가하는 중이며, 진료비용은 250억 원 수준(’12년 이후 7.4%씩 상승)으로 상당부분이 시험관 아기 시술에 들어가는 비용으로 추정
참고문헌: 보건복지부, 박윤옥 의원실 보도 자료(’15.2.20)
무주군청, 한경대학교 유전공학연구소, 영농조합법인 우보 등이 협약을 체결
제주 흑우
칡소
백한우와 대리모
’14년 우리나라 한우용 동결정액 시장 규모는 약 133억 원 이상(190만개 (판매된 동결정액 수)와 7천원(평균 스트로 가격)을 고려)으로 추정
농수산식품부령이 정하는 바에 따라 시도지사가 수행하는 수정사 시험에 합격하여야만 가능하며, 우리나라의 가축개량을 이끌어 온 장본인들
축산업은 자원순환농업의 중요한 고리이며, 안전한 단백질 공급원이자 불임시술과 같은 의학기술 발전의 모체로서도 중요
원천기술을 확보할 경우, 키우지 않고도 전세계 축산업의 흐름을 좌우할 수 있으며 사회적, 경제적, 산업적 활용가치도 높은 분야
폐사, 매몰 등으로 인한 피해를 복구할 때 가장 우수한 형질의 가축을 빠르게 보급하여 회복시킬 수 있으며 비용도 상대적으로 저렴