인간 생식 세포
완전히 새로운 인간의 탄생에는 여러 복잡한 과정이 필요합니다. 이때 가장 중요한 '기본 단위'가 바로 인간 생식 세포, 즉 배우자입니다. 여성의 배우자는 난자, 남성의 배우자는 정자입니다.
포유류에서 접합자(또는 수정란)는 어머니의 난자와 아버지의 정자가 결합하여 유전물질이 융합될 때 만들어집니다. 수정란이 어머니의 자궁 내막에 안전하게 착상한 후, 9개월에 걸쳐 온전한 아기로 자라게 됩니다.
난소 & 난자
난소는 여성 생식 기관의 일부를 이루는 아몬드 모양의 기관입니다. 여성은 자궁의 양쪽, 나팔관 끝에 각각 하나씩 두 개의 난소를 가지고 있습니다.
난소는 여성 호르몬인 프로게스테론과 에스트로겐을 분비합니다. 이 호르몬들은 가슴의 확대, 골반과 엉덩이의 확장, 음모 및 겨드랑이 털 등의 2차 성징의 발달에 관여합니다. 또한 여성의 월경주기, 배란, 생리의 기능을 결정하며, 사춘기부터 폐경까지 이 과정이 이어집니다.
난소에는 수많은 여포가 들어 있으며, 각 여포 안에는 미성숙 난자인 난모세포(oocyte)가 하나씩 들어 있습니다(성숙된 난자는 난자 혹은 ovum이라고 불립니다). 대부분의 세포는 육안으로 볼 수 없으나, 인간의 난자는 예외적으로 평균 100마이크론으로 머리카락 한 가닥 정도의 넓이를 가지고 있습니다.
난자는 다음과 같은 구조로 이루어져 있습니다:
- 반수체(핵) — 각 염색체의 사본 한 개를 포함
- 미토콘드리아 — 세포 복제와 분열에 필요한 에너지를 공급하며, 미토콘드리아 DNA를 포함
- 세포질 — 주로 물, 염분, 단백질로 구성된 점액질 용액
- 투명대 — 세포막을 감싸고 있는 당단백질로 이루어진 젤리같은 보호막
- 피질 과립 — 난자가 수정된 이후 외부를 단단하게 만들어주는 구조물
난자는 또한 코로나 라디아타(가장 바깥층)와 제1극체(세포 분열의 부산물인 작은 반수체 세포)로 구성되어 있습니다.
난자는 다수의 정자가 동시에 수정을 일으키는 다정자수정(polyspermy)을 막을 수 있게 설계되어 있습니다. 접합자는 두 세트의 염색체만을 가져야 하며, 정자가 두 개 이상 들어오면 보통 비정상적으로 되어 생존이 어렵습니다.
나이가 들수록 세포도 노화하며 난자 역시 예외가 아닙니다. 여성의 난자는 태어날 때 많지만, 시간이 지나면서 수가 크게 감소합니다. 40세 경에는 원래 가졌던 난자의 약 3%만 남게 됩니다. 흡연 등 생활습관에 따라 난자 감소 속도는 달라질 수 있습니다.
난자 질도 나이가 들수록 저하됩니다. 배란 직전에 난자 분열이 일어나는데, 나이가 들수록 이 과정에서 오류가 생길 확률이 높아져 난자의 생존력 저하와 발달 이상이 나타날 수 있습니다.
호르몬 피임이나 임신 같은 호르몬성 과정이 난자 감소를 막아준다는 속설은 잘못되었습니다. 호르몬은 인체 모든 기능에 중요한 역할을 하지만, 난자 감소는 미토콘드리아의 노화와 더 관련이 있습니다.
난자는 기증이 가능합니다. 기증 희망자는 철저히 건강검진을 받고, 건강이 적합하다면 여포의 성숙을 유도하는 호르몬 주사를 투여받습니다. 8~14일 후, 성숙한 난자는 복강경을 통해 채취되어 보관됩니다.
많은 국가에서는 난자 기증 시 기증자의 건강 및 윤리적 측면(예: 금전 보상 허용 여부 등)에 관한 논의가 활발히 이루어지고 있습니다.
배란
배란은 월경 주기 중 하나의 난소에서 몇 개의 여포가 성숙하며, 이 중 성숙한 하나의 난자(ovum)가 배출되고 나머지 난포는 몸에 흡수되는 과정입니다. 이는 여성의 성생활 여부와는 관계없이 일어납니다. 난자는 나팔관으로 배출되어 자궁 방향으로 이동하며, 이때 남성의 정자와 만나 수정이 일어날 수 있습니다(성관계가 있었을 경우).
배란 후 난자는 빠르게 노화하기 시작하며, 이른바 가임기(fertile window)가 곧 닫힙니다. 난자가 수정되면 나팔관을 지나 자궁 내막에 착상되어 배아로 성장합니다. 수정되지 않은 난자는 분해되어 자궁 점막과 함께 생리로 배출됩니다.
정자는 난자에 비해 생존력이 강해 여성 생식기관 내에서 최대 5일까지 살아남을 수 있습니다(기관 밖에서는 오래 생존하지 못함). 정자의 생존 여부는 자궁경부 점액의 상태 등 환경 조건에 따라 달라집니다. 배란일과 성관계 타이밍을 맞추는 것이 임신 계획의 핵심입니다.
호르몬 피임약은 배란을 억제함으로써 작용합니다. 배란이 일어나지 않는 월경주기를 무배란 주기(anovulatory cycle)라고 하며, 이는 모든 여성에게 평생 한두 번 이상 경험될 수 있습니다.
쌍둥이의 형성
특정 여성의 경우 한 주기 내 두 개의 난자가 배출될 수 있으며, 이는 쌍둥이의 임신으로 이어질 수 있습니다.
- 일란성 쌍둥이(동일성)는 수정란이 두 개로 분할하여 발생합니다. 이 경우 두 명은 동일한 유전 정보를 가지며, 한 개의 양막(물주머니)에서 성장합니다. 대부분의 일란성 쌍둥이는 우연히 발생합니다.
- 이란성 쌍둥이는 각각 다른 난자와 정자 두 쌍이 만나서 형성됩니다. 이란성 쌍둥이는 유전적으로 완전히 일치하지 않으며, 다른 임신에서 태어난 남매와 다를 바 없습니다. 이란성 쌍둥이는 일부 가족에서 유전적으로 더 흔할 수 있습니다.
- 다태아 출산은 일란성, 이란성 혹은 혼합형일 수 있습니다. 인공수정 등 불임 치료와 관련된 다태아는 주로 이란성입니다.
과학자 및 생의학 연구자들에게 쌍둥이는 유전과 환경의 영향력을 구분할 수 있는 중요한 연구 기회를 제공합니다. 일란성 쌍둥이는 한 개의 수정란에서 나누어진 유전자가 동일한 두 사람으로, 이들 사이의 차이는 대부분 환경적 영향(예: 햇빛 노출량 등)에 의해 발생합니다.
또한 일란성 쌍둥이와 이란성 쌍둥이의 삶을 비교함으로써 유전적 요소가 생활에 미치는 영향을 정량화할 수 있습니다.
고환 & 정자
정자는 남성의 생식 세포, 즉 배우자입니다.
정액(정자와 체액을 포함)은 고환에서 생성됩니다. 고환은 남성 호르몬인 테스토스테론도 분비하는데, 이는 얼굴과 가슴의 털, 각진 골반(둥근 엉덩이 결여), 근육 발달 등 남성의 2차 성징 및 근육 생성 능력에 영향을 끼칩니다.
정자 생성(정자형성, spermatogenesis)은 고환의 세정관에서 시작됩니다. 이곳에서 정모세포(spermatocyte)가 생산되며, 여러 단계의 분열을 거치며 젊은 정자(정자세포, spermatid)로 변환됩니다. 정자세포는 약 64일간 성장 및 성숙 과정을 거쳐 고도로 움직일 수 있는 정자가 됩니다.
정자는 세 부분으로 구분할 수 있습니다:
- 정자 머리 — DNA를 담고 있는 핵이 있음. 머리 부분을 덮는 꼭지는 첨체(acrosome)라 하며, 난자막을 뚫는 데 필요한 효소가 담겨 있음.
- 중간 부분 — 에너지를 생성하는 미토콘드리아가 집중되어 있음. 여기서 생성된 에너지를 사용해 정자는 움직입니다.
- 꼬리(플라젤럼, flagellum) — 남성의 정자가 질에서 나팔관까지 전진할 수 있게 추진력을 제공함. 정자는 시간당 약 76cm(30인치)를 이동할 수 있습니다.
[quote] 여성과 달리 남성은 태어날 때부터 생식세포를 지니고 있지 않습니다. 사춘기(대략 만 12세 전후)부터 고환에서 정자가 생산되기 시작하며, 한 명의 남성은 매일 수백만 개의 새로운 정자를 만들어냅니다. 평균적으로 남성은 1ml의 정액에 약 7,300만 개의 정자를 생성합니다.
남성의 생식능력에 영향을 미치는 주요 요소는 정자 수와 정자 운동성입니다.
정자 수란 한 번의 정액 샘플에서 검출되는 정자의 평균 개수를 의미합니다. 전문가들이 시행하는 정액 검사에서 직접 확인할 수 있습니다.
건강한 정자 수는 1ml당 1,500만 개 또는 한 번 사정당 3,900만 개 이상으로 간주됩니다. 1ml당 1,500만 개 미만은 낮은 수치로, 임신에 어려움을 줄 수 있습니다. 테스토스테론 수치는 정자 수와 질에 영향을 미치며, 유전적 질환, 감염, 종양 등 다양한 조건이 정자 수에 영향을 줄 수 있습니다.
생활 습관이나 자연 요법을 통해 정자 생성을 조절하는 호르몬에 긍정적 영향을 줄 수 있으며, 건강한 정자 발달과 정자 수 개선에 도움을 줄 수 있습니다.
정자 운동성은 정자가 효율적으로 움직일 수 있는 능력을 의미합니다. 정자는 여성 생식기관을 통과하여 난자와 만나 수정에 성공해야 하므로, 운동성이 중요합니다. 운동성 저하는 남성 불임의 주요 원인 중 하나입니다.
정자 운동성에는 두 가지 유형이 있습니다:
- 진행성 운동성 — 거의 일직선 또는 큰 원을 그리며 움직여 난자 쪽으로 진전할 수 있는 행동
- 비진행성 운동성 — 매우 좁은 원을 그리거나 제자리에서 움직여 목표에 가까워지지 못하는 행동
정자가 자궁경부 점액을 통과해 여성의 난자에 도달하려면, 25마이크로미터/초 이상의 진행성 운동성이 필요합니다. 정자의 32% 미만이 효율적으로 움직이면, 운동성 저하(아스테노조정자증, asthenozoospermia)로 진단됩니다.
과학자들은 아직도 정자가 난자에 도달하고 수정하는 기전을 연구 중입니다. 프로게스테론 호르몬이 이 과정에 관여하며, 난자에서 방출된 프로게스테론이 정자를 유인한다고 알려져 있습니다. 난자 가까이일수록 프로게스테론 농도가 높아집니다.
정자 보관(정자은행)
정자는 자궁내 인공수정(IUI) 또는 시험관 수정(IVF) 등 인공수정 방식으로 채취해 사용할 수 있습니다.
IUI는 정자를 여성 자궁 내에 바로 주입하여 수정 가능성을 높이는 방식이고, IVF는 실험실에서 난자와 정자를 수정시킨 뒤 배아를 자궁에 이식하는 방식입니다.
정액 샘플 채취를 위해 남성은 멸균 용기에 사정하게 되며, 이후 실험실 직원이 샘플을 즉시 IUI 혹은 IVF 시술에 사용하거나 얼려 보관합니다.
정자는 기증도 가능합니다. 기증된 정자는 철저하게 감염병, 유전 질환 여부를 검사합니다.
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