보이지 않는데 어떻게 볼 수 있을까?

눈으로 보이지 않는 세포를 관찰하기 위해 다양한 현미경들이 발달되었다. 초등학교 때 실체 현미경을 사용해 본 일이 있을 것이다. 실체 현미경으로도 몇몇의 커다란 세포를 관찰할 수 있지만 대부분의 세포는 관찰할 수 없다. 좀 더 다양한 세포를 관찰하기 위해서는 광학 현미경을 사용해야 한다. 아래 그림을 보고 광학 현미경의 구조와 각 부분의 기능을 알아보자. 지폐 속의 숨은 글자를 찾아보는 탐구 활동을 통해 현미경을 어떻게 사용하는지 알아보자.

식물 세포야, 너는 어떻게 생겼니?

세계 최초로 세포를 관찰한 사람은 영국의 물리학자 로버트 훅이다. 훅은 1665년에 자기가 만든 현미경으로 코르크를 관찰하였다. 훅은 코르크가 벌집 모양의 방으로 나뉘어져 있는 것을 발견하고 이를 세포(cell)라고 하였다. 그 모양이 마치 수도원의 사제들이 사는방(cell)과 비슷했던 것이다. 하지만 훅이 관찰한 것은 죽은 식물의 세포였다. 살아 있는 세포를 처음 관찰한 사람은 네덜란드의 과학자 레이우엔훅이다. 그는 1673년에 400배까지 확대할 수 있는 연구용 현미경을 만들어서 정자, 혈구, 미생물 등 살아 있는 세포를 관찰하였다. 레이우엔훅이 세포를 관찰한 후, 과학자들은 현미경을 사용하여 세포를 더욱 깊이 연구하게 되었다. 그 결과‘모든 생물체는 세포로 이루어져 있으며, 새로운 세포는 세포로부터 만들어진다’는 세포설을 확립하게 되었다. 세포는 생명을 이루는 가장 작은 단위이며, 생명체의 모든 활동은 세포에서 일어난다.

세포를 관찰하려면 어떻게 해야 할까? 손등의 세포를 관찰하기 위해서 손을 그대로 재물대 위에 얹고는 세포를 관찰할 수 없다. 현미경으로 물체를 관찰하려면 빛이 관찰 재료를 통과해야 하는데, 재물대 위에 손을 올려놓으면 손이 조리개를 통과해 들어오는 빛을 가려서 아무것도 보이지 않기 때문이다. 현미경으로 세포를 관찰하기 위해서는 관찰 재료가 얇아야 한다.

식물 세포를 관찰하기에 양파 세포와 검정말 세포가 적합하다. 양파의 안쪽 껍질은 아주 얇아 현미경으로 관찰하기에 좋다. 검정말 잎도 매우 얇아 잎을 한 장 떼어 그대로 현미경으로 관찰하면 된다. 식물 세포는 어떻게 생겼을까? 우리가 주변에서 관찰할 수 있는 식물은 대부분 녹색을 띠고 있다. 식물은 왜 녹색을 띠고 있을까? 식물 세포를 관찰하여 그 이유를 알아보자.

현미경으로 여러 세포를 관찰하면 세포마다 크기와 모양이 다르다는 것을 알 수 있다. 그러나 세포의 기본적인 구조는 같다. 양파 표피 세포를 관찰하면 진하게 염색된 부분이 보이는데 이를 핵이라고 한다. 검정말 세포는 양파 세포보다 두꺼워서 현미경 상으로는 안쪽에 있는 핵이 잘 보이지 않는다. 핵에는 염색체가 있고, 염색체에는 유전 물질이 들어 있어 세포의 모든 활동을 조절한다. 세포의 겉을 둘러싸고 있는 얇은 막은 세포막이다. 세포막은 세포를 보호하고, 세포 안팎으로 물질이 들어오고 나가는 것을 조절한다. 세포에서 핵을 제외한 나머지 부분을 세포질이라고 한다. 양파 표피 세포의 세포막은 매우 두꺼워 보이나 사실 이것은 세포막이 아니라 세포벽이다. 세포벽은 세포막의 바깥쪽에 있으며, 세포를 보호하고 세포의 모양을 고정시켜 주는 역할을 한다.

검정말 세포에서는 녹색 알갱이를 관찰할 수 있는데 이것이 엽록체이다. 엽록체는 태양 에너지를 이용하여 포도당을 만들고 식물세포는 이 포도당으로 생명 활동에 필요한 에너지를 얻는다. 이렇듯 엽록체는 식물이 살아가는 데 없어서는 안될 중요한 역할을 한다. 물론 식물 세포라고 해서 모두 엽록체를 가지고 있는 것은 아니다. 양파 표피 세포처럼 엽록체가 없는 세포도 있다. 또 식물 세포에는 대부분 액포가 발달되어 있는데 액포에는 영양소나 세포 노폐물이 저장되며 물이 가득 차 있어 세포의 모양을 유지한다.

동물 세포야, 너는 어떻게 생겼니?

동물 세포는 식물 세포와 어떻게 다를까? 다음 탐구 활동을 통해 알아보자.

현미경으로 우리 몸의 세포를 관찰하려면, 세포를 떼어 내어 빛이 통과할 수 있을 정도로 얇게 펴야 한다. 우리 몸에서 쉽게 떨어지는 세포는 무엇일까? 입안의 상피 세포는 볼의 안쪽 벽을 이루는 세포로, 잘 떨어지고 얇게 펴진다. 핏속에 있는 혈구 세포도 그대로 현미경으로 관찰하기에 적합하다.
식물 세포와 마찬가지로 동물 세포에서도 핵, 세포질, 세포막을 쉽게 관찰할 수 있다. 현미경으로 동물 세포인 입안의 상피 세포를 관찰하면 핵이 뚜렷하게 보인다. 우리가 현미경으로 관찰한 구조 외에도 세포 안에는 광학 현미경으로 볼 수 없을 정도로 작은 구조들이 많이 있다. 이들은 세포가 생명 활동을 유지할 수 있도록 각각 특수한 기능을 담당한다. 예를 들어 미토콘드리아는 세포가 필요로 하는 에너지를 만든다. 액포는 물과 여러가지 물질을 저장하며 대부분의 식물세포에서 잘 발달되어 있으나 동물세포에서 관찰되기도 한다.
세포의 기본 구조는 같지만 세포마다 그 구조가 약간 다를 수 있다. 특이하게도 적혈구에는 핵이 없다. 적혈구 세포가 처음 만들어질 때에는 핵이 있었으나 성숙되기 전에 핵이 빠져나갔기 때문이다.

식물 세포는 동물 세포와 어떻게 다를까?

광학 현미경으로 동물 세포와 식물 세포를 관찰하면 핵, 세포막, 세포질은 동물 세포와 식물 세포에서 모두 볼 수 있다. 그러나 세포벽과 엽록체는 식물 세포에서만 관찰된다.

다음 그림은 동물 세포와 식물 세포의 전자 현미경 사진과 그 모양을 입체적으로 그려 넣은 모식도이다. 이를 통해 광학 현미경으로 관찰할 수 없는 세포 안의 작은 구조들을 자세히 살펴볼 수 있다.
우리가 탐구 실험에서 사용한 현미경은 빛을 사용하는‘광학 현미경’이다. 이 현미경으로는 세포를 1,000배 정도 확대해서 볼 수 있다. 전자 현미경은 빛 대신 전자를 사용하며 세포를 50만 배 정도 확대해서 볼 수 있으므로 광학 현미경으로는 관찰할 수 없는 세포 안의 작은 구조들을 관찰할 수 있다.

동물과 식물은 모두 여러 종류의 세포로 이루어져 있는 생물이다. 세포들은 각각의 형태와 크기가 다르며 이는 세포의 기능과 관련이 있다. 식물의 줄기에 있는 어떤 세포는 관 모양을 하여 물을 수송하고, 동물의 근육 세포는 탄력이 있어 늘어나거나 수축하기 좋다. 동물과 식물의 세포는 각각의 특이한 기능도 있지만 공통점이 있는데 이는 모든 세포가 생명체의 기본적인 생명 활동을 한다는 것이다. 즉, 세포는 생물체가 필요한 물질을 만들고 에너지를 방출하는 등 생명을 유지하기 위해 여러 가지 활동을 한다. 세포가 이런 생명 활동을 하기 위해서는 세포안에 있는 여러 세포 소기관의 도움을 받는다. 예를 들면 엽록체는 광합성을 하여 포도당을 만들고 미토콘드리아는 포도당을 이용하여 에너지를 만든다. 또한 세포막은 세포 안팎으로 물질이 출입하는 것을 조절한다. 그 밖의 세포 안의 모든 세포 소기관들 역시 다양한 생명 현상에 꼭 필요하다.

세포가 모이면?

우리 몸은 여러 종류의 세포로 이루어지며, 다른 종류의 세포는 각각 다른 일을 한다. 같은 종류의 세포들은 모여서 하나의 조직을 이룬다. 앞에서 현미경으로 입안의 상피 세포를 관찰하였는데, 상피 세포는 모여서 상피 조직이 된다. 상피 조직은 몸의 바깥이나 소화관의 안쪽을 싸서 보호하는 역할을 한다. 조직들은 여러 개 모여 기관을 이룬다. 기관에는 심장, 위, 폐 등이 있는데, 비슷한 기능을 하는 기관들이 모여 다시 기관계를 이루고 여러 개의 기관계가 모여 하나의 개체가 된다. 우리 몸도 이렇게 여러 가지 세포가 모여 조직, 기관, 기관계를 이루고 여러 개의 기관계가 모여 완성된다.

아래 그림에서와 같이 우리 몸의 근육 세포, 신경 세포, 상피 세포 등은 각각 근육 조직, 신경 조직, 상피 조직 등을 이루고 이 조직들이 모여 심장이라는 기관을 이룬다. 그리고 심장, 동맥, 정맥, 모세 혈관이 모여 순환계를 이루는데, 순환계는 혈액을 통해 우리 몸구석구석에 산소와 영양분을 공급한다. 순환계를 통해 보내진 산소와 영양분은 우리 몸을 구성하고 있는 모든 세포들이 생명 활동을 하는 데 쓰인다.

식물도 동물과 마찬가지로 여러 개의 세포가 모여 하나의 개체를 이룬다. 비슷한 세포가 모이면

조직이 되고, 조직이 모여 조직계를 형성한다. 식물의 조직계는 양분을 이동시키는 관다발을 이루기도 하고(관다발 조직계), 식물의 겉을 싸서 보호하거나(표피 조직계), 그 외의 다른 부분을 구성하기도 한다(기본 조직계). 조직계가 모이면 잎, 줄기, 뿌리, 꽃과 같은 기관이 되고, 기관이 모이면 개체가 된다. 식물은 동물에 비해 기관의 수가 적으므로 기관계가 없다. 그러나 식물에는 다양한 조직이 발달되어 있어 비슷한 기능을 하는 조직이 모여 조직계를 이룬다. 그러나 동물은 식물에 비해 기관의 수가 많아서 여러 개의 기관이 모여 특정한 기능을 하는 기관계를 형성한다.

특명! 교실 문을 열어라!

어느 날 아침 등교해 보니 교실 문에 새로운 번호 자물쇠가 걸려 있다. “어? 비밀번호가 뭐지?”자물쇠 옆에는 아래와 같은 표가 붙어 있다.

아하! 비밀번호는 256이구나!