변태

변태

변태(變態, 영어: Metamorphosis) 또는 탈바꿈 말 그대로 상태가 변화한다는 의미다. 동물이 정받이 알에서 성체가 되어 가는 과정에 몸의 형태가 현저하게 바뀌어 가는 것이다. 곤충은 알에서 애벌레, 번데기, 성충으로 변태하는 것을 완전변태라 하고, 번데기 시기를 거치지 않는 것을 불완전 변태라고한다.

개요

변태는 성체와는 형태, 생리, 생태가 전혀 다른 유생의 시기를 거치는 동물이 유생에서 성체가 되며 대개 곤충이나 갑각류에게서 많이 찾아볼 수 있다. 곤충의 경우 단단한 키틴질, 갑각류의 경우 갑각(큐티클) 등 단단한 겉껍질이 몸을 두르고 있기 때문에 성장하기 위해서는 어느 시점에 껍질을 벗는 행위가 필요해지게 되며, 이를 탈피라고 부른다. 이러한 탈피 과정을 통해 유생기부터 성체가 되기까지 외형이 다양하게 변화하는데, 어떤 방식으로 변화하는 지에 따라 완전 변태나 불완전 변태 등 다양한 종류로 구분할 수 있다. 갑각동물뿐만 하는 것은 아니어서 멍게, 양서류, 어류가 변태를 한다. 특히 개구리와 두꺼비는 빠른 경우 올챙이에서 단 하루만에 팔다리를 만들 수 있다. 다세포동물 배기 종료 후의 개체발생(후배발생)에서 배가 직접 성체의 형태를 취하지 않고 우선 성체와는 별개인 형태, 생리 및 생태를 갖는 유생(곤충류에서는 유충)이 되는 경우에 유생에서 성체로(어떤 경우에는 유생에서 유생으로)의 전환과정이다. 동물의 유생이 천차만별의 형태를 가지는 것에 따라 변태라고 하는 과정도 동물군에 따라서는 현저한 차이를 나타낸다. 거의 모든 동물문에서 변태현상이 알려져 있다. 예를 들면 곤충류의 변태는 양식에 따라 불변태, 불완전변태 및 완전변태로 나누어진다. 완전변태는 무시의 유충이 유시, 부동의 번데기 시기를 거쳐 유시의 성체로 변태한다. 척추동물은 무미양서류의 올챙이가 개구리로 변태하는 것이 현저하고 실험적으로도 가장 자세히 분석되어 있다. 유생 특유의 기관(유생기관)은 변태에서 퇴화, 소실한다. 양서류나 곤충류에서는 변태과정이 호르몬지배를 받는 것이 분명하며, 이들 호르몬은 일괄해서 변태호르몬이라고 한다. 변태를 지내는 발생경과를 간접발생이라고 하고 변태를 거치지 않은 발생을 직접발생(직달발생)이라고 한다.

지금까지 알려진 현대의 전체 생물종 약 45%에서 60%가 완전변태 동물이다. 이러한 곤충의 미성숙종과 어른벌레는 서로 다른 먹이를 섭취하는 등 다른 생태적 지위를 차지한다. 이 사실은 곤충의 형태와 생리학적으로 다양하고 특이한 진화를 이끌어낸 핵심적인 원인으로 생각된다. 가장 최신의 계통학적 연구에 따르면 완전변태 곤충은 모두 단계통군에 속하며, 이는 완전변태라는 진화가 역사상 단 한번만 일어났다는 사실을 암시한다. 계통학에 따르면 최초의 유시류(날개 있는 곤충) 생명체는 고생대에 나타났다. 약 3억 5천만년 전 석탄기 화석에서 이미 수많은 날개달린 곤충류가 나타난다. 이 화석 연구에 따르면 원시 무시류(날개 없는 곤충)와 유시류 모두 무변태 생물이었다. 석탄기가 종말을 맞고 페름기(약 3억년 전)가 시작되자 대부분 유시류 곤충은 님프(nymph)라는 미성숙 형태와 어른벌레 형태로 나눠지는 배아 이후 발달과정을 가지게 되었으며, 이는 불완전변태로 진화했다고 볼 수 있다. 최초의 완전변태 곤충으로 간주할 수 있는 화석은 약 2억 8천만년 전 페름기에 나타난다.

곤충의 변태

완전변태 곤충 나비의 한살이

불완전변태 곤충인 메뚜기의 한살이

곤충의 경우 번데기 과정을 거쳐서 달라지는 것은 '완전변태', 번데기를 거치지 않고 허물을 벗는 것은 '불완전 변태'라고 부른다. 흔히 모습이 완전히 달라지면 완전변태, 모습이 비슷하다면 불완전 변태로 알고 있는 경우가 많지만 이렇게만 구분하면 몇몇 예외가 생긴다. 예를 들어 좀은 유체와 성체의 차이가 크기와 생식능력 유무를 제외하고 거의 다르지 않은데, 이럼에도 완전변태라고 불리는 이유는 허물벗기의 유무가 기준이 되기 때문이다.

완전변태(갖춘탈바꿈)

완전변태 또는 완전탈바꿈(holometabolism, complete metamorphosis)는 4가지 생물기(알, 유생, 번데기, 어른벌레)를 포함하는 곤충 발달의 한 형태이다. 완전변태는 내시류의 모든 곤충의 후손형질적 기질이다. 유생, 번데기 등 미성숙 단계의 곤충은 어른벌레와 매우 다르게 생겼으며, 몇몇 곤충종은 완전변태를 통해 유생과 어른벌레의 생태적 지위를 다르게 만들어 경쟁을 막는다. 완전변태 곤충은 각 생물기의 형태와 습성이 다르다. 예를 들어 유생의 특징은 섭취, 성장, 발생에 집중되어 있고, 어른벌레는 이동, 짝짓기, 산란에 집중되어 있다. 완전변태와 다른 곤충 발달의 형태로는 무변태와 불완전변태가 있다. 완전변태를 하는 대표적인 곤충으로 벌목, 나비목, 벼룩목, 딱정벌레목, 파리목, 풀잠자리목, 뱀잠자리목 등이 있다.

완전변태는 4가지 생물기가 존재하며, 각각 고유한 형태와 습성을 가지고 있다.

• 알 : 완전변태 곤충 생물기의 첫번째 단계는 알이다. 알에서는 단세포가 세포분열을 하며 이후 유생으로 부화를 한다. 몇몇 곤충종은 짝짓기 없이 처녀생식이나 홑두배수성을 통해 번식을 한다. 곤충 알은 보통 며칠 안에 부화를 하기 때문에 이 단계는 매우 짧다. 하지만 몇몇 곤충 알은 극단적 환경을 피하기 위해 최대 몇달간 동면이나 휴면을 할 수 있다. 체체파리나 진딧물과 같은 곤충은 산란 이전에 부화가 일어난다.
• 유생 : 완전변태 곤충 생물기의 두 번째 단계는 유생이다. 많은 어른벌레는 유생의 먹이 바로 위에 알을 산란하여 유생이 부화 직후 먹이 섭취 활동을 하게 한다. 유생은 날개가 없으며, 눈의 구조가 단순하다. 유생은 다음과 같이 형태에 따라 분류할 수 있다.
  • Elateriform: 주로 딱정벌레목 방아벌레과(Elateridae)의 유생이 속한다.
  • Eruciform: 나비목 혹은 잎벌아목의 모충이 속한다. 긴뿔파리류등 몇몇 곤충종은 다리가 없으며, 이는 apodous eruciform라 부른다.
  • Scarabaeiform: 풍뎅이과(Scarabaeidae)의 유생이 속하며, 머리 부분이 단단하다.
  • Vermiform: 구더기와 같이 생긴 유생을 일컬으며, 모기아목 곤충 유생 대부분이 이에 속한다.
  • Campodeiform: 길고 납작하며 복잡한 다리를 가진 긴꼬리벌레(Campodea)와 비슷하게 생긴 유생이다.

유생 단계는 성장과 변태를 위한 에너지를 얻는 행위에 특화되어 있다. 대부분 완전변태 곤충의 유생은 자라면서 여러 영(齡)이라 불리는 단계를 거친다. 유생은 각 영을 지날 때마다 탈피를 한다. 각 영의 유생은 비슷하게 보이지만 크기, 행동, 색, 털, 가시, 다리 수 등이 달라지곤 한다. 이러한 변화는 과변태(Hypermetamorphosis) 곤충에서 특히 잘 찾아볼 수 있다. 몇몇 곤충종의 유생은 전용(前蛹, Prepupa)이라는 마지막 단계를 거친다. 전용은 먹이를 먹이 섭취와 이동을 하지 않는다.

• 번데기 : 유생은 탈피를 통해 번데기 단계에 접어든다. 번데기는 정지되어 있고 먹이 섭취를 하지 않는 단계이다. 대부분 번데기는 매우 조금씩 움직일 수 있으나 여러 모기의 번데기는 활발하게 이동할 수 있다. 여러 완전변태 곤충종 유생은 번데기가 되기 전 안전한 장소로 이동하거나, 비단 심지어는 자신의 배설물로 고치를 싸는 등 자기 자신을 보호하기 위한 조치를 취한다. 번데기 속에서는 곤충의 생리나 신체 구조가 겉모습이든 속모습이든 완전히 변한다.

번데기는 피용(被蛹, obtect pupa), 나용(裸蛹, exarate pupa), 그리고 위용(圍蛹, coarctate pupa) 세 종류로 나뉜다. 피용은 번데기가 단단하게 굳어져 있으며 다리, 더듬이 등 부속기관이 밀착되어 있다. 나비가 되기 전 번데기인 크리설리스(Chrysalis)가 대표적이다. 나용은 부속기관이 자유롭게 뻗어있다. 위용은 유생 시절의 껍질 속에서 번데기가 발달한다.

• 어른벌레 : 완전변태 곤충 생물기의 마지막 단계는 어른벌레다. 어른벌레는 대체적으로 날개를 달고 있으며 생식기관이 발달해 있다. 대부분 어른벌레는 번데기에서 탈피한 후 매우 조금 성장한다. 어떤 곤충종은 어른벌레가 먹이 섭취를 하지 않으며 오직 짝짓기와 산란만 하고 죽는다. 어떤 종은 몇몇 신체부위를 제외하고는 세포분열을 전혀 하지 않는다. 보통 어른벌레가 섭취한 영양분은 내부 생식기관을 발달시키는데 사용된다.

불완전변태(안갖춘탈바꿈)

불완전변태(Hemimetabolism)는 알, 약충, 성충이라는 3가지 구별된 단계를 포함하는 특정 곤충의 발달 방식이다. 이 그룹은 점진적인 변화를 거치며 번데기 단계는 없다. 사실 완전변태를 하는 고등곤충 이하의 모든 절지동물들은 불완전변태를 한다. 불완전변태를 하는 생물들은 대개 애벌레와 성충의 모양이 크게 달라지지 않는다. 곤충의 경우 좀 더 커지고 날개와 생식능력이 생기는 것 외에는 애벌레의 형태는 성충의 형태와 거의 동일하다. 물론 체형이나 세부적인 생김새에서는 많은 차이가 난다. 번데기 과정이 없어 애벌레 때 많은 에너지를 필요로 하지 않아 성충의 먹이 섭취량이 훨씬 많다. 애벌레 시기의 형태와 성장에 따라 점변태(대부분의 불완전변태)와 전변태(하루살이), 신변태(매미, 총채벌레) 등으로 나뉘고 점변태는 다시 육상의 소변태(메뚜기, 흰개미, 바퀴, 사마귀 등)와 수생의 원변태(잠자리, 강도래)로 나뉜다. 불완전변태를 하는 곤충으로는 노린재, 매미 등 노린재목, 메뚜기, 여치, 귀뚜라미, 잠자리, 하루살이, 망시류(바퀴벌레, 사마귀, 흰개미), 강도래목 등이 있으며 곤충을 제외한 모든 절지동물들 역시 불완전변태를 거친다.

참고자료

• 〈완전변태〉, 《위키백과》
• 〈변태〉, 《나무위키》
• 〈완전변태〉, 《나무위키》
• 〈불완전변태〉, 《나무위키》
• 〈변태(생명과학대사전)〉, 《네이버 지식백과》

같이 보기

• 동물
• 알
• 곤충
• 애벌레
• 번데기
• 성충
• 갑각류
• 멍게
• 양서류
• 어류

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