애벌레는 어떻게 번데기 안에서 완전히 다른 모습의 나비로 변하나요?

Question

애벌레가 번데기 시기를 거쳐 전혀 다른 형태인 나비가 된다고 해요. 번데기 안에서 몸이 구체적으로 어떤 과정을 거쳐 이렇게 극적으로 변하는 건지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

애벌레가 번데기 속에서 나비로 변하는 과정은 완전변태라고 하며, 호르몬과 세포 재배치를 통해 일어납니다. 애벌레 단계에서 체내 조직은 분해 효소와 호르몬 (주로 에크디손과 유사 스테로이드 호르몬)에 의해 일부 세포가 분해되고, 동시에 나비의 특징을 만드는 상태세포(특수 세포집합)가 활성화 됩니다. 이 세포가 날개, 더듬이 , 다리, 기관 등 나비 형태를 새로 만들어냅니다. 번데기 안에서는 외부 움직임이 거의 없지만 내부에서는 세포분화와 조직 재구성, 단백질 합성 등이 활발하게 진행되어 완전히 다른 형태가 완성됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 애벌레가 나비로 변하는 과정은 완전변태라고 하며, 생물학적으로 매우 정교한 발달 과정입니다. 겉으로 보기에는 번데기 안에서 애벌레가 녹아버리는 것처럼 보이지만, 실제로는 분해와 재구성이 동시에 일어나는 과정입니다. 우선 애벌레가 충분히 성장하면 탈피와 유충호르몬의 농도가 변화하는데요, 유충호르몬이 낮아지고 에크디손이 작용하면 애벌레는 번데기가 됩니다.

번데기 안에서는 애벌레의 근육, 소화기관 등 많은 조직이 세포자멸사라는 과정을 통해 분해되며, 이때 조직이 완전히 사라지는 것은 아니며, 분해된 단백질과 영양분은 새로운 몸을 만드는 재료로 재활용됩니다. 동시에 애벌레 시절부터 몸속에 숨어 있던 성충원기라는 작은 세포 덩어리들이 빠르게 성장하는데요, 이 성충원기는 각각 미래의 날개, 더듬이, 다리, 겹눈, 생식기관 등 성충의 기관이 될 세포들입니다. 번데기 동안 이 세포들이 분열과 분화를 반복하면서 나비의 몸을 만들어 갑니다.

예를 들어 애벌레의 입은 잎을 갉아먹기 좋은 강한 턱이지만, 나비가 되면 꽃꿀을 빨아먹는 긴 흡수관으로 바뀌며, 소화기관도 잎을 소화하는 구조에서 액체 먹이를 처리하는 구조로 바뀌고, 기어 다니던 몸은 날아다니기에 적합한 가슴 근육과 큰 날개를 갖춘 형태로 재구성됩니다. 이러한 변화는 단순히 겉모습만 바뀌는 것이 아니라 유전자 발현이 시기별로 정교하게 조절되면서 필요한 유전자는 켜지고, 불필요한 유전자는 꺼지는 과정에 의해 이루어지는데요, 결과적으로 같은 DNA를 가지고도 애벌레와 나비는 전혀 다른 형태와 생활 방식을 갖게 되는 것입니다. 감사합니다.

Answer 3

먼저 번데기가 되면 소화효소가 분비되어 심장과 신경계를 제외한 대부분의 장기와 근육, 피부를 녹이게 됩니다.

이 과정에서 애벌레의 몸은 형체가 사라지고 단백질 액체가 되죠.

그리고 애벌레는 태어날 때부터 몸속에 성충의 날개와 눈, 다리 등이 될 미세한 세포 군집인 성충판을 가지고 있고, 유충 호르몬이 줄어들고 탈피 호르몬이 분비되면, 이 성충판들이 깨어나 주변의 단백질 액체를 흡수합니다.

이후 성충판 세포들이 매우 빠르게 분열하며 성충의 새로운 신체 기관들을 형성하기 시작합니다.

다만 와중에도 뇌의 아주 미세한 신경망 일부는 파괴되지 않고 유지되어 애벌레 시절의 기억을 이어가게 되죠.

마지막으로 이렇게 재조립이 끝나면 껍질을 깨고 나오는 것입니다.