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체벽은 곤충을 포함한 대부분의 무척추동물들의 외피를 지칭하는 이름이다. 보통 곤충 등의 절지류의 외골격이 이를 다르게 지칭하는 것이다.
1. 체벽의 기능
- 외부의 충격이나 병원균과 같은 외부 물질의 침입으로부터 몸을 보호해 준다.
- 탈수를 방지해 준다. 곤충 같은 미소동물의 경우 크기가 작기 때문에 덩치가 큰 동물과 비교할 때 체표면적에 비해 수분을 함유할 수 있는 체적의 크기가 작다. 건조한 상황에서는 쉽게 수분을 잃을 수 있기 때문에, 곤충이 육상생활에 적응하기 위해서는 몸 안에 수분을 어느 정도 유지하는 것이 필수적이다.
- 단단한 부분과 부드러운 부분을 모두 가지고 있고 이를 적절히 이어주어 유연한 움직임이 충분히 가능하게 해준다.
- 체벽은 또한 사람 피부처럼 표면에 난 센털 등을 통해 외부로부터의 자극을 내부로 전달해주는 역할도 한다.
2. 체벽의 층 구조
절지동물 체벽의 주 구성요소는 큐티클로 되어있다. 큐티클은 다시 몇 개의 층으로 구분되는데. 이러한 표피의 역할로서 중요한 것은 탈수방지와 탈피를 통한 성장이다. 큐티클은 날개를 포함한 체벽을 구성하는 주요 요소일 뿐만 아니라, 내돌기, 기관지, 소화계의 전장과 후장, 그리고 일부 분비샘을 구성하기도 한다.
당연하겠지만 체벽이 두꺼울수록 띠틈(band gap)이 넓다. 비슷한 체급인 모기와 개미를 전기 파리채로 지질 때 모기는 비교적 쉽게 죽는데 개미는 잘 죽지 않는데, 체벽이 얇은 모기에 비해 체벽이 두꺼운 개미의 띠틈을 열기 위해 더 많은 에너지( 전압)가 필요하기 때문이다.
2.1. 상표피
상표피는 체벽의 층들 중에서 가장 바깥쪽에 위치하는 체벽층이다. 상표피의 두께는 약 3μm 이하이며 단백질과 지질을 주성분으로 한다. 보통 여러 개의 층으로 되어있으며, 흔히 가장 바깥쪽에 시멘트층과 왁스층이 함께 존재한다.상표피의 표면은 왁스층에 의해 소수성을 띠기 때문에 탈수 방지 효과를 보이며, 따라서 표면장력 때문에 물방울이 생겨 몸에서 물이 떨어지게 한다. 또한, 표면의 미세구조에 따라 빛의 반사 정도나 각도가 달라지기 때문에 몸의 색이 달라보이게 하기도 한다. 보호색이나 의태색을 띠게 하여 천적으로부터 몸을 숨길 수 있게 해주고 자외선을 반사시키며, 종 특이적 후각신호를 발산하는 통로 역할을 하기도 한다.
2.2. 원표피
- 외원표피 : 원표피에서 형성되는 바깥쪽의 큐티클 층으로서, 내원표피보다 단단하다. 또한 색소 침착이 이루어지는 체벽 층이며 진한 색을 띠게 된다. 무극성이다.
- 내원표피 : 원표피에서 형성되는 안쪽의 큐티클 층으로서, 외원표피보다 두께가 두껍다. 외원표피와 달리 무색이고 경화과정을 거치지 않기 때문에 곤충이나 다른 절지류가 탈피를 할 때 재활용이 가능하다. 외원표피와 합쳤을 때 보통 두께가 10μm 이상으로, 딱정벌레의 경우 0.5mm에 이르기도 한다.
2.3. 진피
내원표피 밑에 위치하는 살아있는 한 층의 단세포군이다. 진피는 진피 위에 놓이는 큐티클층을 형성하는 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 탈피 중에 내원표피를 소화시켜 재흡수함여 큐티클의 일부를 재활용할 수 있도록 해준다. 또한 탈피 후 원표피를 형성하는 중에 원표피를 지나 밖으로 연결되는 가는 관들을 만들어, 이관을 통해 왁스 등의 분비물을 분비한다.2.4. 기저막
기저막은 진피 아래에 놓이는 얇은 막으로, 이 막 아래에는 체강이 존재한다. 기저막은 체벽 및 외골격과 체강을 구분시키는 역할을 한다. 물질의 투과에는 일절 관여를 하지 않으며, 두께가 0.5μm 이하이다. 주로 결합조직에서 볼 수 있는 점액다당류와 콜라겐 등으로 구성된다.3. 체벽의 형태적 구조
- 경판 : 외골격에서 경화되어 단단해진 부분으로 판형 구조를 하고 있다. 유연하지 않고 접히지 않으며 외골격의 다수를 차지하고 있다.
- 도랑(격막) : 체벽 겉에 형성되어 있으며 넓은 판형의 형태로 내부를 향해 들어가 있다.
- 홈 : 도랑에서 겉으로 봤을 때의 모습
- 내돌기 : 넓은 의미로는 외골격이 안으로 자라서 들어간 것을 통칭하기도 한다. 몸 내부에 형성되는 근육들의 부착점으로 제공된다.
- 봉합선(내융기연) : 약간의 홈이 파인 듯이 되어 있는 구조.
- 탈피선 : 탈피할 때 갈라지는 부분이다. 이 부분은 선을 따라 외원표피가 거의 없어 내원표피가 흡수된 다음 쉽게 갈라지는 곳이다.
- 관절간막 : 관절 사이에 형성되는 경화되지 않은 큐티클로서, 유연성을 제공해 관절이 움직일 수 있도록 해준다.
- 가시 : 체벽 자체가 바깥으로 가시 모양으로 자란 단단한 구조이며, 외원표피가 존재하고 유연성이 없이 고정되어있다. 경우에 따라 기부에 소켓이 형성되어 움직일 수 있도록 되어 있는 가동가시도 있으며, 반대로 움직일 수 없는 가시를 고정가시라고 불러 구분하기도 한다. 대부분의 가시들이 모든 체벽 층이 함께 바깥으로 뻗어있는 구조지만, 미세모의 경우 이런 체벽 층 중에서 진피만을 제외한 층들만 뻗어있는 작은 가시들이다.
- 강모 : 사람의 피부에 나 있는 털이나 머리카락과 유사하다. 강모는 강모세포에서 분비되어 만들어지며, 강모밑세포가 제공하는 기부공간에 위치하고, 감각세포에 의해 감각을 느낄 수 있도록 되어 있다. 이 세 가지 세포들은 모두 센털의 기부 아래에 위치해 있다.
4. 화학적 구성 요소
4.1. 키틴
큐티클의 주 화학 성분으로, 절지동물의 외골격이나 진균류의 세포막에서 주로 발견된다. 키틴은 N-acetylglucisamine(N-acetyl-D-glucosamine)이라는 단당류가 β-1,4 결합구조로 연결되어 긴 사슬처럼 구성되어 있는 다당류이다. 자연에서는 셀룰로오스 다음으로 풍부하다고 한다. 키틴은 그룹을 이루어 유연한 미소섬유룰 이루고 이들이 아미노산 또는 단백질과 격자형으로 얽힌 구조를 가지면서 강한 자역을 가지게 된다. 이들 미소섬유들은 하나의 판을 이류면서 일정 패턴으로 배열되는데, 이 판들이 다시 여러 층으로 겹쳐져 하나의 큐티클을 형성한다. 각 층의 미소섬유의 배열방향이 판에 따라 약간씩 서로 다른 각도를 유지하면서 겹쳐지기 때문에 큐티클은 더 단단해지게 된다.키틴이 이렇게 단단한 이유는 주로 키틴의 사슬들을 연결해주는 수소결합 때문이다. 또한 상표피 및 외원표피에서 단백질이 퀴논과 반응하여 만들어지는 또 다른 종류의 결합이 포함된 경화 과정을 거치면서 큐티클의 강도는 더욱 강해진다. 경화 과정은 멜라닌 등의 색소 침전이 동반되기 때문에 외원표피의 색이 왜 진한 갈색인지를 알 수가 있다.
4.2. 이외의 구성요소
- 레실린 : 매우 탄력이 좋은 단백질로, 특히 메뚜기나 벼룩의 다리 연결부 등에 많이 존재한다. 레실린은 키틴이 다층구조를 형성할 때 각 층 사이에 레실린 층을 이루며 구성되고, 무정형의 꼬인 사슬들이 서로 연결된 화학 구조를 가지고 있다. 레실린은 메뚜기의 날개 기부에서 처음으로 발견되었다. 현재 가장 탄성이 좋은 단백질로 알려져 있는데, 97%의 높은 탄성효율을 가지고 있다. 현재 인위적 합성이 가능해지면서 탄성체로의 다양한 활용이 예상되고 있다.
- 아스로포딘 : 큐티클에서 키틴과 결합하는 수용성 단백질로서, 뜨거운 물에 잘 녹는다. 내원표피에 주로 분포하며, 큐티클에 유연성을 부여한다. 이는 탈피를 쉽게 하기 위함이다.
- 스클러로틴 : 큐티클에서 키틴과 결합하는 비수용성 단백질로서, 아스프로딘이 퀴논과 결합해 경화되어 있기 때문에 물에 녹지 앟는다. 외원표피에 주로 분포하며, 큐티클을 단단하게 만들어 주고 색깔을 띠게 한다.
5. 색깔
곤충이 몸에 색을 띠게 함에 있어. 표피의 물리적 구조에 의해 나타나는 색이 있고, 색소 화합물에 의해 나타나는 색이 있으며, 이 두 가지 색이 동시에 발현되기도 한다.5.1. 구조색
일종의 물리적 색깔로, 표피의 구조가 매우 복잡하게 되어 있어 빛이 산란되거나 간섭 또는 굴절이 일어나면서 정도에 따라 일정 파장은 반사하고 다른 파장은 흡수해 색이 정해진다. 흔히 금속광택 계열의 파란색이나 녹색 등이 이러한 구조색에 해당되며, 딱정벌레목이나 나비목 계열에게서 볼 수가 있다.5.2. 색소색
색소화합물이 빛을 흡수하는 정도에 따라 일정 색깔이 나타나는 것으로, 적색 계열의 카로티노이드나 갈색 또는 흑색 멜라닌 등은 일종의 화학적 색깔이다. 색소는 큐티클이나 진피에 저장되기도 하지만, 체내에 있는 체액의 색이 몸 바깥으로 비춰지면서 색이 나타나기도 한다. 곤충 스스로 만들 수 있으나 섭식하는 식물체에서 유도되고 하며, 때로는 공생미생물이 만들어 내기도 한다.몸 색깔을 주변과 유사하게 하여 적으로부터 자신을 숨기게 하는데 쓰기도 하며(의태, 보호색) 오히려 몸 색깔을 강렬히 드러내어 경고 신호를 보내기도 한다.(경고색) 방어의 목적 이외에도 곤충의 몸 색깔은 서로 동일한 종임을 인식하고 암수가 서로 유인하기 위해 이용한다. 또, 멜라닌의 흑갈색은 모든 빛의 파장을 흡수하기 때문에 몸에서 열 에너지로 전환할 수 있게 해주거나 유해광선을 차단해 주기도 한다.
6. 참고
- 김길하 외 5인. 삼고 해충학 -이론과 응용-. 향문사.(2012)