체세포 분열과 감수 분열 관찰
본문양파 뿌리 끝을 염산으로 처리하고 아세트산 카민으로 염색해 눌러 펴서 현미경으로 보았다. 시야의 세포 200개를 세어 보니 핵이 그대로인 간기 세포가 170개, 염색체가 실처럼 보이는 전기가 16개, 염색체가 가운데 줄지은 중기가 6개, 양쪽으로 갈라지는 후기가 3개, 두 핵이 생기는 말기가 5개였다. 이 사진은 한순간을 찍은 것인데, 여기서 각 시기가 얼마나 오래 걸리는지 알아낼 수 있을까?
3.1.1한순간의 사진에서 시간을 읽기
뿌리 끝의 생장점에서는 세포들이 서로 다른 때에 분열을 시작해, 한순간에 보면 각 세포가 주기의 서로 다른 시기에 있다. 어떤 시기가 오래 걸리면 그 시기에 머무는 세포가 많고, 짧으면 적다. 그래서 많은 세포를 세어 각 시기의 비율을 구하면, 그 비율이 세포 주기 전체에서 각 시기가 차지하는 시간의 비율이 된다. 이를 위해서는 세포들이 주기의 어느 시기에서 출발했는지가 고르게 섞여 있어야 한다.
분열 중인 세포의 비율을 분열 지수라 한다. \[\text{분열 지수} = \frac{\text{전기} + \text{중기} + \text{후기} + \text{말기}}{\text{전체 세포 수}}\] 세포 주기 전체가 \(T\)이면 어떤 시기의 길이는 \(T \times \dfrac{\text{그 시기의 세포 수}}{\text{전체 세포 수}}\)로 어림한다.
그림 1에서 간기가 85%를 차지하므로, 세포는 주기의 대부분을 분열하지 않고 DNA를 복제하며 자라는 데 쓴다. 분열 시기 가운데서는 전기가 가장 길고 후기가 가장 짧다. 염색체가 갈라져 양쪽으로 끌려가는 후기는 짧은 순간이어서 사진에 잡히는 세포가 적다. 분열 지수는 조직이 얼마나 활발히 자라는지 보여 주어, 뿌리 끝처럼 자라는 곳에서는 높고 다 자란 조직에서는 거의 0이다.1
3.1.2체세포 분열과 감수 분열
뿌리 끝의 세포는 체세포 분열로 염색체 수가 같은 두 딸세포를 만든다. 꽃밥이나 동물의 생식 기관에서는 감수 분열이 일어나, 두 번 연속 분열하여 염색체 수가 절반인 네 개의 세포를 만든다. 감수 분열의 제1 분열 전기에는 상동 염색체가 짝을 지은 2가 염색체가 보이는데, 이것이 체세포 분열과 구별되는 특징이다. 관찰할 때는 고정과 해리, 염색을 거쳐 세포를 한 겹으로 눌러 펴야 염색체가 겹치지 않고 보인다.
3.1.3예제 풀이
그림 1의 자료로 분열 지수를 구하여라. 양파 뿌리 끝 세포의 주기가 24시간이라면 분열기 전체와 후기는 각각 얼마나 걸리는가? 세포를 200개가 아니라 20개만 세었다면 어떤 문제가 생기는가?
분열 중인 세포는 \(16 + 6 + 3 + 5 = 30\)개이므로 분열 지수는 \(30/200 = 15\)%이다. 분열기 전체는 \(24 \times 0.15 = 3.6\)시간이고, 후기는 \(24 \times 3/200 = 0.36\)시간, 곧 약 22분이다.
20개만 세면 후기 세포는 평균 0.3개여서 대개 하나도 보이지 않고, 우연히 한 개가 보이면 후기가 주기의 5%, 곧 1.2시간이라고 잘못 어림하게 된다. 드문 시기를 정확히 어림하려면 수백 개 넘게 세야 하고, 여러 시야와 여러 뿌리에서 세어 평균을 낸다. 즉 한순간의 사진도 충분히 많은 세포를 세면 세포 주기의 시간표를 알려 준다.
아래 탐구 카드에서 양파 뿌리 끝의 체세포 분열과 꽃밥의 감수 분열을 관찰하고, 시기별 세포 수로 각 시기의 길이를 어림해 보자.
- 암 조직은 세포가 조절 없이 분열하므로 분열 지수가 높다. 병리 검사에서는 조직 표본의 분열 중인 세포 수를 세어 종양이 얼마나 빨리 자라는지 어림하는 데 쓴다.
뿌리 끝 세포들은 서로 다른 시기에 있으므로, 한순간에 세어 본 각 시기의 세포 비율이 세포 주기에서 그 시기가 차지하는 시간의 비율이 된다. 분열 중인 세포의 비율인 분열 지수로 조직의 생장 정도를 비교하고, 감수 분열은 2가 염색체와 네 개의 딸세포로 체세포 분열과 구별한다. 처음 질문의 사진에서 분열 지수는 15%이고, 주기가 24시간이면 후기는 약 22분이다.