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생명의 탄생에는 수없는 운명의 장난이 작용한다. 정자와 난자가 만나 수정이 이루어지기까지 생명체 안에서는 어떤 드라마가 펼쳐질까.

아기를 낳기 위해서 남자어른의 몸에서 만들어지는 것이 정자고, 여자어른의 몸에서 만들어지는 것이 난자다.

건강한 남자는 한번에 약 3억 마리의 정자를 사정한다. 3억 마리의 정자 가운데 난자까지 당도하여 그안에 들어갈 수 있는 것은 오직 한마리뿐이다. 3억의 정자 가운데 어느 것이 수정하는가는 그야말로 우연이다. 난자로 향하는 여행 도중에서 점액에 붙잡혀 꼼짝달싹 못하는 정자, 난자가 없는 방향으로 가버린 정자, 한 순간의 차이로 난자 안에 들어가지 못한 정자….

정자가 여행한 거리는 얼마 안되지만 그곳에는 운명의 장난과 같은 우연의 드라마가 전개된다. 우리 인간은 우연이 겹쳐 쌓인 3억분의 1이라는 확률로 선택된 정자와 난자로부터 태어나는 것이다.
 

정자-생명의 로켓

정자는 남성의 고환에서 생산되는 성세포로 정충이라고도 부른다. 길이는 약 0.02mm이며, 머리와 경부 그리고 긴 꼬리의 세 부분으로 나눌 수 있다.

머리 부분에는 아버지의 DNA(생명을 만드는 중요한 설계도인 유전 정보)가 들어 있고, 머리 부분의 맨 앞쪽에는 난자의 난막을 녹이는데 쓰이는 효소가 가득 들어 있다.

경부에는 에너지 저장고인 혹모양의 코일, 즉 당분을 함유한 미토콘드리아가 담겨 있다. 정자는 이 미토콘드리아가 당분을 산화시켜 얻은 에너지로 꼬리를 움직여 난자까지 가는 긴 여행을 하는 것이다.

꼬리는 가는 실묶음으로 되어 있는데, 이 실묶음이 교묘하게 신축하여 꼬리를 움직인다. 꼬리는 좌우로 움직여서 정자를 앞방향으로 이동시키는 역할을 한다. 정상적인 정자는 여성의 생식기 내에서 1-4mm/분의 속도로 직선 방향 전진 운동을 한다.

성인 남자의 몸 속에서는 1초 동안에 1천마리, 하루에 1억마리의 정자가 만들어지고, 한번에 3억 마리의 정자가 몸 밖으로 사정된다. 고환의 정세관에서 쉴새없이 만들어지는 정자는 주로 정세관강 내에 저장되고 일부분은 부고환 내에도 저장된다. 이렇게 저장된 정자는 그들이 생산하는 탄산가스와 기타 대사산물에 의하여 산성 환경이 되며 이때 정자의 운동성은 거의 없다.

성적 흥분이 어느한계에 이르면 사정을 하게 된다. 사정에서는 정낭과 전립선의 분비물도 정자와 함께 혼합되어 사출되는데 이 혼합액이 정액이다. 1회 사정에서 배출되는 정액량은약 3mL이며, 이 중에서 정자가 차지하는 부피는 5%에 불과하나 정액 1mL에는 약 1억개의 정자가 있으므로 약 3억의 정자가 배출되는 셈이다. 전립선의 분비물은 백색으로 혼탁한 점액인데 강한 알킬리성으로서 고환에서 수송된 산성 용액을 알칼리성으로 만든다. 정자는 산성 용액에서는 거의 활동성이 없고 알칼리성에서만 활발한 활동을 한다.

여자의 몸 속에 사정되는 정자는 무려 3억 마리, 그러나 점액충을 돌파하고 자궁에 들어갈 수 있는 것은 그 1천분의 1인 30만 마리다. 더욱이 난관까지 당도하는 것은 2백-3백마리이고, 마지막으로 난자에 도달하는 것은 겨우 한 마리뿐이다. 도달하지 못한 정자는 모두 죽어 버려 쓸모없는 것이 되고 만다.
 

난자-인체에서 가장 큰 세포

난자는 지름 0.2mm로 인체 세포 가운데 가장 크다. 정자보다는 수십배나 크고 무게는 15만배나 더 무겁다. 난자의 경우 정자와 틀려서 원시 생식세포가 수정 후 20주에는 무려 1백만개의 난자 예비군을 만들게 된다. 그 이후에 약 7백만개까지 만들지만 태어날 때는 1백만, 사춘기에는 40만으로 줄어들고 성숙한 난자로 배란되는 것은 일생동안 4백-5백개 정도다.

태아 시기에 준비된 7백만개 가운데 뽑힌 난자만이 성장하여 배란되는 것이다. 출생 후에도 그 이상의 난자 형성이 일어나지 않는다. 사춘기가 되면 뇌하수체에서 분비되는 생식선 자극 호르몬의 자극으로 난소 내에 있는 원시 여포 중에서 몇 개만이 발육을 시작한다. 발육한 몇 개의 여포 중에서 특히 한 개만이 더욱 커져서 난소 표면으로 이동하고 파열하여 복강 내로 배란된다. 성숙한 여성은 1개월(약 28일)에 한번씩 한개의 난자를 배란한다.

배란시 난자의 제1난모세포가 감수분열 제1분열을 한 제2난모세포 상태다. 난소에서 배란된 난자는 난관속을 이동하면서 성숙해지는데, 수정이 가능한 기간은 매우 짧다. 난자는 배란되어 8시간 정도 경과하면 노화하기 시작하며 늦어도 12시간 이내에 정자와 만나지 못하면 난자의 수정 능력이 상실되어 버린다.

수정란 하나에서 새포 60조개의 인간으로

난자가 난소에서 배출된 후 생존할 수 있는 기간은 8-12시간이고, 정자의 운동 속도는 1-4mm/분이다. 난관의 총길이는 약 15cm이므로 사정 후 최소 약 40분이면 정자가 난관 끝까지 도달되어 수정이 이루어진다.

난자는 과립세포나 투명대로 둘러싸여 있다. 맨 처음 난자 표면에 도착한 정자는 첨체에서 효소를 분비하여 난자의 투명대를 녹이면서 침입한다. 이 순간에 난자의 표면 가까이에 있는 입자가 붕괴하여 내용물이 난세포와 난막의 빈틈에 방출된다. 빈틈에 방출된 내용물은 난막과 함께 단단하고 튼튼한 수정막을 형성하여 다른 정자의 침입을 막는다.

수정된 난자는 30시간 뒤에 두 개로 분열하고 40시간 뒤에는 4개, 50시간 뒤에는 8개로 점차 분열이 빨리 진행된다. 수정된 3일 후에는 마치 뽕나무 열매처럼 되는데, 이 때를 상실배라 부른다. 수정란은 이와같이 난할을 계속하면서 난관에서 자궁으로 천천히 이동하여 수정 후 5-6일이면 자궁에 도달하게 된다. 대개 6일쯤되면 수정란은 포배 상태로 되어 자궁벽에 착상하는데, 이것을 임신이 되었다고 한다.

이 시기의 수정란은 단백질 분해 효소를 다량으로 분비하여 자궁 내막 조직을 소화 파괴하는 한편 파괴된 조직으로 구멍을 뚫고 들어가 그 속에서 어머니로부터 산소와 영양분을 공급받는다. 이렇게 해서 약 2백70일 정도 자궁에 있으면서 오직 하나의 세포인 수정란에서 여러가지 기능을 가진 60조개 세포의 완전한 인체로 발전한다.

물고기의 경우 사람과 다른 방법으로 수정이 일어난다. 무지개 송어의 수정과정을 살펴보면 다음과 같다.

송어의 난자에는 너비 15-16㎛의 구멍이 뚫려 있다. 난문이라고 하는 이 입구로 정자가 들어가서 수정이 이루어진다. 신기한 것은 정자 하나가 들어가면 바로 난문이 닫혀 정자나 이물질의 출입을 막는다는 것이다. 무지개 송어의 경우 정액 1mL에 15억 마리 이상의 정자가 포함되어 있다. 이중 단 한마리의 정자만이 난자 안으로 들어가서 수정을 이룰 수 있다.

일반적으로 포유 동물에서는 난자에 구멍이 뚫려 있지 않고 정자에서 난막을 녹이는 효소를 분비하여 난자 표면을 뚫고 들어간다. 그러나 물고기의 정자에는 효소가 있지 않고 대신 난자에 난문이 있는 것이다. 만약 다른 이물질에 의해 난문이 막히면 수정이 이루어지지 않는다. 난자는 물속에서 수시간 동안만 생존하므로 미수정된 난자는 곧 죽어 영양분으로 변한다. 이같이 영양분으로 변한 난자는 다른 난자의 난문을 막거나 주위의 다른 수정란에 나쁜 영향을 미친다.
 

인공수정·착상 이용한 시험관 아기

아기가 없는 부부에게는 아기를 갖는 것만큼 절실한 소망이 없다. 이를 해결하기 위한 방법이 인공으로 정자와 난자를 수정, 착상시키는 시험관 아기다.

■ 남성 불임증
남성 쪽에 불임의 원인이 있는 빈도는 25-30명 중 한 사람의 비율인데, 염증의 결과로 생식관이 폐쇄된 경우가 가장 많고, X선이나 핵방사선 조사로 인해 고환 조직의 파괴가 일어나 정자 형성이 안되는 경우도 있다. 또 선천적으로 기형의 정자를 형성하는 사람도 있으며, 정자의 수가 너무 적어도 불임의 원인이 된다. 즉 1회 사정에서 배출되는 정자 수가 1.5억 마리 이하일 때는 불임의 원인이 된다.

■ 여성의 불임증
여성의 경우 15사람 중에 한 사람의 비율로 불임증이 있다. 가장 큰 원인은 감염에 의해 난관이 막히거나 난소의 표면에 넓은 흉터가 생기는 경우다. 또 뇌하수체 호르몬 분비량이 적어 난소 발육이 안되는 경우와 선천적인 난소의 기형이 원인이 되기도 한다.

■ 인공 수정 방법
먼저 정상 배란이 가능한 여자의 난소에서 난자를 채취한다. 성숙란의 채취는 초음파 진단 장치나 혈액 중 황체 호르몬 양 등으로 난소의 상태를 예측하여 적절한 시기를 판단하지만 그리 쉽지는 않다. 채취된 난자는 시험관의 배양액 속에서 수정이 가능해질 때까지 성숙시킨다. 이 배양액은 난자를 모체에 되돌려 보낼 때까지 모체의 역할을 하기 때문에 염분 산소 이산화탄소의 농도, 온도 등이 모체와 똑같도록 조절해야 한다.

난자가 성숙하면 정자를 채취하여 체외 수정을 시켜 수정란이 2-4 세포기가 되었을 때 모체의 자궁에 착상시킨다. 착상 과정이 가장 어려운데, 착상이 되면 수정일로부터 약 2백 70일 지나서 출산하게 된다.