나뭇잎 교과서

생명 시스템의 구성 단계

세포 하나는 맨눈에 보이지 않지만, 그런 세포가 모여 심장이 되고 사람이 됩니다. 작은 단위가 어떤 순서로 모여 하나의 생명체를 이루는지, 그리고 동물과 식물은 그 순서가 어떻게 다른지 확대하며 봅니다.

먼저 알면 좋은 것 동물 세포와 식물 세포
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생명 시스템의 구성 단계

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사람의 몸은 약 37조 개의 세포로 되어 있다고 한다. 그런데 세포를 아무렇게나 쌓아 둔다고 사람이 되지는 않는다. 근육 세포는 근육 세포끼리, 신경 세포는 신경 세포끼리 모여 일을 나눈다. 세포는 어떤 단계를 거쳐 하나의 개체를 이룰까?

그림 1. 동물의 구성 단계. 한 단계 위로 갈 때마다 아래 단계의 구성 요소가 모여 새로운 기능을 하는 단위가 된다. 크기는 대략적인 값이다.
먼저 알아야 할 것동물 세포와 식물 세포의 구조(중학교), 현미경 배율, 생물의 특성(생명과학의 특성).

1.2.1동물의 구성 단계

세포는 생명 활동을 하는 가장 작은 단위이다. 모양과 기능이 비슷한 세포들이 모이면 조직이 된다. 동물의 조직은 몸의 겉과 기관의 안쪽을 덮는 상피 조직, 몸을 움직이는 근육 조직, 신호를 전달하는 신경 조직, 다른 조직을 잇고 받치는 결합 조직으로 나뉜다.

여러 조직이 모여 특정한 기능을 하는 구조를 이루면 기관이다. 위는 안쪽의 상피 조직, 벽의 근육 조직, 이를 조절하는 신경 조직, 사이를 채운 결합 조직으로 되어 있다. 여러 기관이 함께 하나의 큰 일을 맡으면 기관계가 되고, 기관계들이 모여 한 개체를 이룬다.

정리 1.2.1 구성 단계

동물 세포 → 조직 → 기관 → 기관계 → 개체
식물 세포 → 조직 → 조직계 → 기관 → 개체

그림 1의 슬라이더로 단계를 올려 보면 크기가 수십에서 수백 배씩 커진다. 각 단계에는 아래 단계에 없던 새로운 성질이 나타난다. 심장 근육 세포 하나는 수축만 하지만, 심장이라는 기관이 되면 혈액을 한 방향으로 밀어 보내는 펌프가 된다. 그 펌프가 혈관과 이어져 순환계가 되면 온몸의 세포에 산소를 나르는 일까지 해낸다. 부분만 따로 떼어 보아서는 알 수 없는 성질이다.1

1.2.2식물의 구성 단계

식물에는 기관계 대신 조직계가 있다. 표피 조직계는 겉을 덮고, 관다발 조직계는 물과 양분을 나르며, 기본 조직계는 광합성과 양분 저장을 맡는다. 이 조직계들이 뿌리, 줄기, 잎 같은 영양 기관과 꽃, 열매 같은 생식 기관을 이룬다. 식물은 한자리에 머물러 살기 때문에 몸 전체를 빠르게 조율하는 신경계나 근육계가 따로 없고, 그 대신 관다발 조직계가 뿌리에서 잎까지 이어져 물과 양분을 나르는 통로 구실을 한다. 그래서 식물에서는 기관계가 아니라 조직계가 몸 전체를 잇는 단위가 된다.

동물 세포 조직 기관 기관계 개체 식물 세포 조직 조직계 기관 개체
그림 2. 동물에는 기관계가, 식물에는 조직계가 있다. 식물의 조직계는 기관보다 아래 단계라는 점이 다르다.

1.2.3예제 풀이

예제 1.2.2

사람의 적혈구(지름 약 8 μm)를 광학 현미경의 대물렌즈 40배, 접안렌즈 10배로 보았다. 눈에 보이는 적혈구의 크기는 몇 mm인가? 같은 배율로 보았을 때 시야에 0.5 mm로 보이는 세포의 실제 크기는 몇 μm인가?

총 배율은 \(40 \times 10 = 400\)배이다. 적혈구는 \(8 \times 400 = 3200\) μm, 곧 3.2 mm 크기로 보인다.

0.5 mm는 500 μm이므로 실제 크기는 \(\dfrac{500}{400} = 1.25\) μm이다. 이는 세균 하나의 크기쯤이다. 단계마다 크기가 수십에서 수백 배씩 달라지므로, 세포는 현미경으로, 기관은 맨눈이나 영상 장비로 관찰한다.

생명 시스템은 개체에서 끝나지 않는다. 같은 종의 개체가 모여 개체군을, 여러 개체군이 모여 군집을, 군집이 환경과 함께 생태계를 이룬다. 아래 탐구 카드에서 세포에서 개체까지 확대해 보고, 개체 너머의 단계도 살펴보자.

  1. 아래 단계의 부분들이 모여 상호 작용할 때 부분에는 없던 성질이 새로 나타나는 것을 창발성이라 한다. 생명 현상을 이해하려면 부분을 분석하는 것과 함께 전체를 보는 것이 필요한 까닭이다.
마무리

동물은 세포, 조직, 기관, 기관계, 개체의 단계로, 식물은 세포, 조직, 조직계, 기관, 개체의 단계로 구성되며, 단계마다 새로운 기능이 나타난다. 그래서 처음 질문의 사람은 세포를 그냥 쌓은 것이 아니라, 같은 일을 하는 세포가 조직을 이루고 조직이 기관과 기관계를 이루는 체계적인 단계를 거쳐 만들어진다.

탐구 1

세포를 모으면 곧 기관이 될까?

구성 단계 · 동물과 식물 비교 · 모식도
단계
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예
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그림의 가로 폭
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점선 네모는 다음 단계에서 확대하는 곳이다. 네모 안의 작은 그림과 확대 비율은 모식이고, 오른쪽 위 막대가 실제 크기이다.

  1. 질문심장은 세포로 되어 있다. 그렇다면 심장근 세포를 잔뜩 모으기만 하면 심장이 될까?
  2. 복원모든 생물은 세포로 이루어져 있고, 세포는 생명 활동의 기본 단위이다. 그래서 단세포 생물은 세포 하나가 곧 개체이다.
  3. 설명다세포 동물은 세포, 조직, 기관, 기관계, 개체 순서로 구성된다. 모양과 기능이 비슷한 세포가 조직을 이루고, 여러 종류의 조직이 모여 기관이 된다.
  4. 연결반면 식물은 세포, 조직, 조직계, 기관, 개체 순서이다. 즉 동물에는 기관계가 있고, 식물에는 기관계 대신 조직계가 있는데, 조직계는 기관보다 아래 단계라는 점이 다르다.
  5. 적용막대를 천천히 오른쪽으로 밀며 ‘그림의 가로 폭’이 몇 배씩 커지는지 보자. 그다음 ‘식물’로 바꿔 세 번째 단계의 이름을 동물과 비교하고, 잎 단면에서 세 가지 조직계를 찾아보자.
  6. 판단기관은 한 종류의 조직 덩어리가 아니다. 심장에는 근육 조직 말고도 결합 조직(판막, 혈관 벽), 신경 조직, 상피 조직이 함께 있다. 또 ‘조직계’와 ‘기관계’는 이름이 비슷하지만 놓이는 자리가 다르다.

확인조건이 달라지면

혈액은 적혈구, 백혈구 같은 세포와 액체 성분인 혈장으로 이루어져 있다. 혈액은 어느 구성 단계에 속할까?

읽기 2

개체 너머에는 어떤 생명 시스템이 있을까?

읽기 · 개체군, 군집, 생태계

세포가 모여 조직이 되고, 조직이 모여 기관과 개체가 된다. 그러면 구성 단계는 개체에서 끝날까? 소나무 한 그루는 혼자 살지 않으므로, 개체보다 큰 단계에서도 새로운 특성과 기능이 나타난다.

생태계= 군집 + 비생물 요인 빛 · 온도 · 물 · 흙 · 공기 군집= 같은 곳에 사는 여러 개체군 소나무 개체군같은 종의 개체 모임 다람쥐 개체군 버섯·세균분해자 개체군들
한 개체(소나무 한 그루)에서 시작해 개체군, 군집, 생태계로 갈수록 범위가 넓어진다.
단계이루는 것이 단계에서 새로 나타나는 특성
개체하나의 생물물질대사, 항상성, 생식
개체군일정한 지역에 사는 같은 종의 개체들개체군 밀도, 출생률과 사망률, 나이 분포, 생장 곡선. 한 개체에는 없는 특성
군집일정한 지역에 사는 여러 개체군종 다양성, 우점종, 먹이 그물, 종 사이의 상호 작용, 천이
생태계군집과 이를 둘러싼 비생물 요인물질 순환과 에너지 흐름. 생물과 환경이 서로 영향을 주고받음

각 단계는 아래 단계를 부분으로 포함하지만, 부분을 모두 더한 것 이상의 특성을 가진다. 소나무를 한 그루씩 아무리 자세히 살펴도 숲 전체의 소나무가 몇 년 뒤 얼마나 늘어날지는 알 수 없고, 이를 알려면 개체군 단계의 출생률과 사망률을 봐야 한다. 또 생태계 안에서 생산자가 만든 유기물은 소비자와 분해자를 거쳐 다시 무기물이 되어 흙과 공기로 돌아가는데, 이 순환은 생물과 비생물 요인을 함께 볼 때만 드러난다.

판단“생태계는 생물들의 모임”이라는 정의에는 빠진 것이 있다. 생물들의 모임은 군집이고, 생태계는 여기에 빛, 온도, 물, 흙 같은 비생물 요인까지 포함한다. 또 개체군과 군집을 가르는 기준은 크기가 아니라 종의 수여서, 아무리 넓은 지역이라도 한 종만 모았다면 개체군이다.

확인조건이 달라지면

어느 호수에서 “붕어의 수가 해마다 봄에 늘었다가 가을에 줄어든다”는 사실을 알아냈다. 이 특성은 어느 단계의 특성일까?

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