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비교생리학

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목차

1. 개요

비교생리학은 다양한 종의 생리적 특징을 비교 연구하여 생명체의 작동 방식을 이해하고, 기본적인 생리학적 원리를 발견하는 학문 분야이다. 초기에는 의학적 관행 개선을 위해 인간을 대상으로 연구가 시작되었으나, 유기체의 작동 방식에 대한 순수한 호기심과 생리학적 원리 발견을 위한 필요성에 의해 다양한 종 간의 비교 연구로 발전했다. C. 래드 프로서에 의해 현대 비교생리학의 방법론이 제시되었으며, 극한 환경이나 특이한 유기체를 연구하여 진화적 적응 사례를 탐구한다. 미국에서는 국립 보건원과 국립 과학 재단의 지원을 받으며, 미국 생리학회, 통합 및 비교 생물학회 등 여러 관련 학회가 존재한다. 크누트 슈미트-닐슨과 그로버 C. 스티븐스는 비교생리학 분야의 주요 인물로 꼽힌다.

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2. 역사

원래 이 분야의 최근 역사에서 서술된 바와 같이, 생리학은 주로 인간에 초점을 맞추었고, 대부분 의학적 관행을 개선하려는 욕구에서 비롯되었다.[1] 생리학자들이 처음으로 서로 다른 종을 비교하기 시작했을 때, 이는 유기체가 어떻게 작동하는지 이해하려는 단순한 호기심뿐만 아니라 기본적인 생리학적 원리를 발견하려는 욕구에서 비롯되었다. 특정 질문을 연구하는 데 편리한 특정 유기체의 사용은 크로의 원리로 알려져 있다.

2. 1. 초기 역사

초기 생리학은 주로 인간에 초점을 맞추었는데, 이는 의학적 관행을 개선하려는 열망이 컸기 때문이다.[1] 생리학자들이 처음으로 서로 다른 종을 비교하기 시작했을 때, 이는 유기체가 어떻게 작동하는지 이해하려는 단순한 호기심뿐만 아니라 기본적인 생리학적 원리를 발견하려는 욕구에서 비롯되었다. 특정 질문을 연구하기에 편리한 특정 유기체를 사용하는 이러한 방식은 크로의 원리로 알려져 있다.

2. 2. 비교 연구의 시작

19세기 후반, 생리학은 주로 인간에 초점을 맞추었는데, 이는 의학적 관행을 개선하려는 열망이 컸기 때문이다.[1] 생리학자들이 처음으로 서로 다른 종을 비교하기 시작했을 때, 이는 유기체가 어떻게 작동하는지 이해하려는 단순한 호기심뿐만 아니라 기본적인 생리학적 원리를 발견하려는 욕구에서 비롯되었다. 특정 질문을 연구하기에 편리한 특정 유기체를 사용하는 이러한 방식은 크로의 원리로 알려져 있다.

3. 방법론

C. 래드 프로서[2]는 현대 비교생리학의 창시자 중 한 명으로, 1950년 비교생리학의 광범위한 의제를 제시하면서 방법론에 대해 다양한 관점을 제시했다. 비교생리학자들은 종종 "극한" 자연 환경(예: 사막)에 사는 유기체나[7] 매우 크거나 작은 "특이한" 유기체를 연구 대상으로 삼아, 명확한 진화적 적응 사례를 찾고자 했다.

3. 1. 프로서의 비교생리학 의제

프로서[2]는 1950년 편집 저서에서 비교생리학의 광범위한 의제를 다음과 같이 제시했다. (가랜드와 카터 참조):

1. 다양한 동물이 어떻게 자신들의 필요를 충족하는지 설명한다.

  • 이는 생물 다양성의 기능적 측면을 목록화하는 것이며, 최근에는 "우표 수집"이라는 비판과 함께 이 분야가 초기 탐색 단계를 넘어서야 한다는 제안이 있었다.[3]

2. 생리적 정보를 사용하여 유기체의 계통발생 관계를 재구성한다.

  • 원칙적으로 생리적 정보는 형태학적 정보나 DNA 염기 서열처럼 유기체의 진화적 분기를 측정하는 데 사용될 수 있다. 그러나 실제로는 다음 이유로 거의 수행되지 않았다.
  • 생리학은 많은 화석 단서를 남기지 않는다.
  • 박물관 표본에서는 측정할 수 없다.
  • 형태학이나 DNA 염기 서열에 비해 정량화하기 어렵다.
  • 생리학은 DNA보다 적응적일 가능성이 높아 평행 진화와 수렴 진화의 영향을 받아 계통 발생 재구성을 혼란시킨다.

3. 생리학이 유기체와 환경 간의 상호 작용을 어떻게 매개하는지 규명한다.

  • 이것은 본질적으로 생태 생리학 또는 생태학적 생리학이다.

4. 특정 생리적 기능을 연구하기 위한 "모델 시스템"을 식별한다.

  • 예시: 오징어 거대 축삭을 사용하여 신경 전달의 일반적인 원리를 이해, 방울뱀의 꼬리 흔드는 근육을 사용하여 생체 내 대사 물질 변화를 측정,[4] 변온 가변온 동물을 사용하여 온도 변화가 생리학에 미치는 영향 연구.

5. "동물의 종류"를 실험 변수로 사용한다.

  • "다른 생리학 분야에서는 빛, 온도, 산소 분압, 호르몬 균형과 같은 변수를 사용하지만, 비교 생리학에서는 각 기능에 대해 종 또는 동물의 유형을 변수로 추가로 사용한다."[5]
  • 25년 후, 프로서는 "나는 이것을 동물의 종류를 하나의 실험 변수로 사용하는 생리학의 방법이라고 생각하고 싶다."라고 말했다.[6]

3. 2. 극한 환경 연구

비교 생리학자들은 종종 사막과 같은 "극한" 자연 환경에 사는 유기체를 연구하는데, 이는 그러한 환경에서 진화적 적응의 명확한 사례를 발견할 수 있을 것으로 기대하기 때문이다.[7] 예를 들어, 사막에 서식하는 포유류는 수분 균형에 대한 연구가 이루어졌으며, 그 결과 신장 특수화를 보이는 것으로 밝혀졌다.[8]

3. 3. 특이 유기체 연구

비교 생리학자들은 종종 "극한" 자연 환경(예: 사막)에 사는 유기체를 연구하는데, 이는 특히 명확한 진화 적응의 사례를 발견할 것으로 기대되기 때문이다.[7] 예를 들어 사막에 서식하는 포유류의 수분 균형에 대한 연구가 있는데, 이들은 신장 특수화를 보이는 것으로 밝혀졌다.[8]

마찬가지로, 비교 생리학자들은 매우 크거나 작은 "특이한" 유기체에 매료되어 왔다. 벌새가 연구된 것이 그 예 중 하나이다. 또 다른 예로는 기린이 있는데, 긴 목과 이것이 혈압 조절과 관련된 특수화를 이끌 것이라는 기대 때문에 연구되었다. 더 일반적으로, 변온 동물 척추 동물은 혈액의 산염기 균형과 pH가 체온의 변화에 따라 어떻게 변하는지 알아내기 위해 연구되었다.

4. 연구 지원

비교생리학 연구는 국내외 여러 기관 및 단체의 지원을 받는다. 미국의 경우 국립보건원, 국립과학재단에서 연구 자금을 지원하고 있다.

4. 1. 미국

미국에서 비교생리학 연구는 국립보건원(NIH)과 국립과학재단(NSF)의 자금 지원을 받는다.[1]

5. 관련 학회

비교생리학 분야를 다루는 여러 학회가 있다. 국제 학회는 하위 섹션에 이미 상세히 다루고 있으므로, 여기에서는 국내 학회를 간략히 소개한다.

5. 1. 국제


  • 미국 생리학회
  • 오스트레일리아 및 뉴질랜드 비교 생리학 및 생화학회
  • 캐나다 동물학회
  • 일본 비교 생리학 및 생화학회
  • 통합 및 비교 생물학회
  • 실험 생물학회

6. 주요 인물

크누트 슈미트-닐슨과 그로버 C. 스티븐스는 비교생리학 분야에 큰 공헌을 한 대표적인 학자들이다. 크누트 슈미트-닐슨은 척추동물 비교생리학을, 그로버 C. 스티븐스는 무척추동물 비교생리학을 연구했다.

6. 1. 크누트 슈미트-닐슨 (Knut Schmidt-Nielsen)

크누트 슈미트-닐슨(1915–2007)은 척추동물 비교생리학 분야의 주요 인물로, 수년 동안 듀크 대학교 교수로 재직하며 많은 학생들을 교육했다. https://web.archive.org/web/20070210060243/http://www.dukenews.duke.edu/2007/01/schmidt-nielsen.html (부고) 그는 또한 접근하기 쉬운 문체로 유명한 여러 권의 책을 저술했다.

6. 2. 그로버 C. 스티븐스 (Grover C. Stephens)

그로버 C. 스티븐스(1925–2003)는 무척추동물 비교생리학 분야의 저명한 학자였다. 미네소타 대학교 교수를 거쳐 1964년 캘리포니아 대학교 어바인 유기체 생물학과의 초대 학과장을 역임했다. 그는 많은 대학원생을 지도했으며, 이들 중 다수가 비교생리학 분야를 발전시켰다. 스티븐스는 뛰어난 생물학자이자 피아니스트, 철학자이기도 했으며, 여러 권의 책을 저술했다.

7. 관련 학술지

다음은 비교생리학 연구 논문을 게재하는 주요 학술지들이다.

7. 1. 국제 학술지

참조

[1] 서적 Animal as machine - The quest to understand how animals work and adapt. McGill-Queen's University Press
[2] 논문 Biographical data: Clifford Ladd Prosser
[3] 논문 New directions in comparative physiology and biochemistry: mechanisms, adaptations, and evolution
[4] 논문 Rattlesnake tail-shaking: minimal cost per twitch in striated muscle
[5] 문서 Prosser (1950, p. 1)
[6] 논문 Prospects for comparative physiology and biochemistry
[7] 논문 Evolutionary physiology http://www.biology.u[...] 2007-02-11
[8] 논문 Kidney mass and relative medullary thickness of rodents in relation to habitat, body size, and phylogeny http://www.biology.u[...] 2009-01-17


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