수생 동물의 호흡

독서 과학기술 03 | 수생 동물의 호흡 적용 학습 · 과학·기술 과학기술 03 수생 동물의 호흡 과학·기술 — 생물(호흡/아가미) | 설명형 지문읽기 구조분석 문제풀기 연계포인트 지문 갈래: 과학·기술(생물) | 주제: 아가미 아가미(gill): 수생 동물의 호흡 기관. 물속에 녹아 있는 산소를 흡수하고 이산화 탄소를 배출하는 기능을 함. 를 통한 수생 수생(水生): 물속에서 살아가는. 수중 환경에 적응하여 살아가는 생물의 특성. 동물의 호흡 호흡(呼吸): 산소를 들이마시고 이산화 탄소를 내보내는 생명 활동의 기본 작용. 과 두 가지 환수 방식 | 유형: 설명형 1 육상 육상(陸上): 땅 위. 물이 아닌 뭍. 지상 환경. 동물과 수생 동물은 각각의 생활 환경에 따라 호흡 과정에서 어려움을 겪는다. 육상 동물은 폐의 표면에 건조한 건조(乾燥)한: 습기가 없이 마른. 수분이 부족한 상태. 공기가 닿으면 폐가 건조해질 수 있는데, 이는 폐를 손상 손상(損傷): 물체나 조직이 다치거나 상함. 기능이 저하되는 상태. 시키고 ⓐ 탈수 탈수(脫水): 몸속의 수분이 모자라서 일어나는 증상. 체내 수분이 과도하게 빠져나간 상태. 를 일으키며 기체를 용해 용해(溶解): 물질이 액체에 녹는 현상. 기체가 액체에 녹아 들어가는 과정. 하는 폐의 능력을 떨어뜨린다. 한편 수생 동물은 가용 산소 가용 산소(可用 酸素): 사용 가능한 산소. 물속에 녹아 있어 생물이 이용할 수 있는 산소의 양. 가 적은 수중 환경과 수온 수온(水溫): 물의 온도. 수온이 높을수록 산소가 물에 녹는 양(용존 산소량)이 줄어든다. 차에 의해 변화되는 산소 가용성 가용성(可用性): 이용할 수 있는 정도. 환경 조건에 따라 실제로 사용 가능한 정도. 에 적응해야 한다. 또한 수생 동물은 물속에서 몸을 움직이는 데 많은 근육 근육(筋肉): 몸을 움직이게 하는 힘살 조직. 수축과 이완으로 운동 에너지를 발생시킨다. 운동이 필요하고, 찬 바닷물의 높은 비열 비열(比熱): 어떤 물질 1g의 온도를 1°C 올리는 데 필요한 열량. 물의 비열이 높아 아가미의 열을 쉽게 빼앗긴다. 때문에 아가미의 열을 빼앗기며, 삼투압 삼투압(滲透壓): 농도가 다른 두 용액 사이에서 반투막을 통해 용매가 이동하는 힘. 수생 동물의 수분 균형에 영향을 준다. 현상으로 인해 수분 균형에 문제가 발생하기도 한다. 2 이러한 환경 속에서 수생 동물은 효과적 효과적(效果的): 목적이나 뜻한 바를 이루는 데 보람이 있는. 원하는 결과를 잘 달성하는. 인 호흡을 위해 아가미라는 특수한 특수(特殊)한: 일반적이지 않고 독특한. 특별한 기능이나 구조를 가진. 기관 기관(器官): 생물체에서 일정한 기능을 담당하는 부분. 호흡 기관, 소화 기관 등. 을 사용한다. 아가미는 물 속에 녹아 있는 산소를 흡수 흡수(吸收): 빨아들이거나 받아들임. 외부 물질을 체내로 받아들이는 과정. 하고 체내에 있는 이산화 탄소를 배출하는 기능을 하는데, 외아가미 외아가미(外—, external gill): 몸 밖으로 돌출된 형태의 아가미. 유생기 도롱뇽이나 일부 무척추 동물에서 나타남. 와 내아가미 내아가미(內—, internal gill): 체내에 위치하여 보호를 받는 아가미. 대부분의 어류, 갑각류, 연체동물 등에 나타남. 로 나뉜다. 외아가미는 몸 밖으로 ⓑ 돌출 돌출(突出): 쑥 내밀거나 불거져 있음. 주위보다 앞이나 위로 튀어나와 있는 상태. 된 형태로, 표면적이 넓고 형태가 다양하며 유생기 도롱뇽 도롱뇽: 양서류의 일종. 유생기(어린 시절)에 외아가미를 가지며, 성체가 되면 폐 호흡으로 전환된다. 이나 일부 무척추 동물 무척추 동물(無脊椎動物): 등뼈가 없는 동물의 총칭. 곤충, 갑각류, 연체동물, 환형동물 등이 포함된다. 에서 나타난다. 외아가미는 주변 물과의 접촉 접촉(接觸): 맞닿거나 가까이 닿음. 두 물질이 서로 닿는 상태. 을 극대화하기 위해 많이 흔들려야 하는데, 이는 외부로부터의 손상에 노출되고 아가미를 흔드는 데 많은 에너지가 ⓒ 소모 소모(消耗): 써서 없앰. 에너지나 물질이 사용되어 줄어드는 것. 되며 적으로부터 공격당할 위험이 크다는 문제점을 야기한다. 3 반면에 대부분의 어류, 갑각류 갑각류(甲殼類): 새우, 게, 가재 등 딱딱한 껍데기(갑각)를 가진 절지동물. 내아가미로 호흡한다. , 연체동물 연체동물(軟體動物): 달팽이, 오징어, 조개 등 몸이 연하고 뼈가 없는 동물. 내아가미를 통해 호흡한다. 등에 나타나는 내아가미는 구조적으로 정교하며 정교(精巧)하다: 솜씨나 기술이 정밀하고 교묘하다. 복잡하고 세밀한 구조를 갖춘. 체내에 위치하여 보호를 받는다. 내아가미는 일반적으로 일정한 형태를 유지하며 덮개 덮개(operculum): 아가미를 덮고 있는 딱딱한 껍데기. 아가미를 보호하고 환수에 관여한다. 라 불리는 딱딱한 껍데기로 덮여 있다. 내아가미는 필라멘트 필라멘트(filament): 가는 실 모양의 구조로 내아가미의 기본 단위. 라멜라가 나란히 배열되어 있다. 라는 가는 실 모양의 구조를 기본 단위로 하며, 이 필라멘트에 라멜라 라멜라(lamella): 필라멘트에 나란히 배열된 납작한 판 구조. 내부에 모세 혈관이 분포하여 기체 교환이 이루어진다. 라 불리는 납작한 판이 나란히 배열 배열(配列): 일정한 차례나 간격으로 벌여 놓음. 구조적으로 순서에 맞게 늘어서 있는 것. 되어 있다. 각 라멜라 내부에는 수많은 모세 혈관 모세 혈관(毛細血管): 매우 가는 혈관. 조직과 혈액 사이의 산소·이산화 탄소 교환이 이루어지는 장소. 이 분포해 있어 산소와 이산화 탄소의 교환이 효율적 효율적(效率的): 들인 노력에 비해 거두는 성과가 큰. 자원 낭비 없이 목적을 달성하는. 으로 이루어진다. 필라멘트는 아가미를 지탱하는 아가미궁 아가미궁(gill arch): 아가미를 지탱하는 뼈 구조. 필라멘트가 부착되어 있다. 에 부착되어 있으며, 필라멘트 양측에는 각각 구심성 혈관 구심성 혈관(求心性 血管, afferent vessel): 산소 농도가 낮은 혈액이 아가미로 들어오는 혈관. 과 원심성 혈관 원심성 혈관(遠心性 血管, efferent vessel): 산소 농도가 높은 혈액이 아가미에서 나가는 혈관. 이 존재한다. 산소 농도가 낮은 혈액은 필라멘트의 한쪽 측면을 따라 구심성 혈관 속을 흐르며, 산소 농도가 높은 혈액은 원심성 혈관을 흐르며 필라멘트의 다른 측면으로 빠져나간다. 라멜라 안에 있는 모세 혈관 내부에서는 항상 구심성 혈관에서 원심성 혈관으로 혈액이 흐르며, 이와 함께 기체 교환이 일어난다 4 내아가미에서 산소를 얻는 과정은 다음과 같다. 우선 어류의 입으로 물이 들어가면, 물은 라멜라 모세 혈관을 흐르는 혈액과 반대 방향으로 라멜라 사이를 흐른다. 즉 라멜라를 가로지르는 물 흐름의 방향이 모세 혈관의 혈류 방향과 상반되는 것인데, Ⓐ이러한 역류 관계 역류 관계(逆流 關係, countercurrent): 두 유체가 서로 반대 방향으로 흐르는 것. 기체 교환 효율을 극대화하는 원리. 는 물과 혈액 사이의 기체 교환을 최대화한다. 물이 라멜라를 만나면 아가미 모세 혈관 속 산소 농도가 낮은 혈액과 접촉한다. 산소는 산소 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 압력 기울기 압력 기울기(pressure gradient): 두 지점 사이의 압력 차이. 기체는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 확산됨. 에 의해 확산되는데, 산소 농도가 높을 경우 산소 압력이 높으므로, 산소는 물로부터 라멜라의 모세 혈관으로 확산 확산(擴散, diffusion): 물질이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 퍼져 나가는 현상. 에너지 투입 없이 자연적으로 일어난다. 된다. 그리고 물은 라멜라 표면을 계속 흐르면서 아직 산소를 얻지 못한 모세 혈관을 다시 만난다. 물로부터 아가미 모세 혈관으로 산소 확산이 일어나기 시작했으나 여전히 압력 기울기가 충분하므로 물속에 남아 있는 산소가 라멜라를 따라 계속 확산될 수 있기 때문이다. 이 방법을 통해 물이 덮개를 빠져나가기 전까지 가능한 한 많은 산소가 물에서 모세 혈관으로 확산된다.[A] 5 한편 어류가 물을 흡입하여 아가미에서 산소를 흡수한 후 다시 내보내는 것을 환수 환수(換水, ventilation): 어류가 물을 흡입하여 아가미에서 산소를 흡수한 후 다시 내보내는 것. 아가미 환기라고도 한다. 라고 하는데, 어류가 사용하는 아가미 환수 방법에는 크게 두 가지가 있다. ㉠첫 번째 아가미 환수 방법은 입 펌프 방식 입 펌프 방식(buccal pump): 입과 덮개에 있는 근육을 써서 수압을 만들어 한 방향으로 물을 보내는 환수 방법. 정체된 물속에서 주로 사용. 으로 입과 덮개에 있는 근육을 써서 수압 수압(水壓): 물이 미치는 압력. 입 펌프 방식에서는 수압의 차이를 이용해 물을 이동시킨다. 을 만들어 한 방향으로 물을 보내는 것이다. 우선 턱을 내려서 입 공간을 크게 만들고 입속의 압력을 낮추어 마치 ⓓ 흡입 흡입(吸入): 기체나 액체 따위를 빨아들임. 압력 차이를 이용하여 물질을 안으로 끌어들이는 것. 하는 펌프처럼 작동한다. 이렇게 하여 입속으로 물이 들어오면 다시 수압이 올라간다. 거의 동시에 덮개가 밖으로 펼쳐져 덮개 공간을 확장하면서 그 속의 수압을 낮춘다. 이때 덮개 공간을 확장하는 것은 입 공간을 크게 만드는 것보다 수압을 더 많이 낮추므로, 밖에서 입으로 들어온 물은 압력의 차에 따라 덮개 공간으로 이동한다. 이후 입을 닫고 입 공간을 수축 수축(收縮): 줄어들어 오그라듦. 입 공간이 수축하면 수압이 높아져 물이 덮개 밖으로 나간다. 하면 물은 열린 덮개를 지나 밖으로 나간다. 이때 입 뒤에 있는 가로막 조직 가로막 조직: 입 뒤에 있는 막 구조. 물이 실수로 식도로 들어가는 것을 막아 준다. 은 물이 실수로 식도 식도(食道): 음식물이 입에서 위로 내려가는 관. 호흡 경로와 분리되어야 한다. 로 가는 것을 막아 준다. 따라서 수생 동물은 물이 입속으로 들어와도 삼키지는 않고 아가미를 통해 한 방향으로 빠져나가게 한다. 정리하면 입 펌프 방식은 고요한 물속에 가만히 있으면서 물을 입으로 빨아들여 밖으로 내보내는 방식이다. 6 ㉡두 번째 아가미 환수 방법은 흐르는 물속에서 입을 벌린 채 제자리에 있거나 유영 유영(游泳): 물속에서 헤엄침. 어류가 지느러미와 몸을 이용해 물속을 이동하는 것. 하면서 물을 입으로 넣고 아가미를 통해 빼내는 방법이다. 이 방법은 강제 환수 방식 강제 환수 방식(ram ventilation): 흐르는 물속에서 입을 벌린 채로 물을 받아들이는 환수 방법. 입 펌프 방식보다 에너지 효율이 높다. 이라고 하는데, 입 펌프 방식에 비해 에너지 면에서 효율적이다. 이 방식도 에너지 소모를 필요로 하지만 유영하거나 흐르는 물을 맞이하여 제자리에 머무르기 위한 근육 활동만 필요하므로, 호흡에 필요한 에너지 소모량이 입 펌프 방식에 비해 상대적으로 적다. 많은 어류는 두 가지 환수 방법을 모두 이용하며, ⓔ 정체 정체(停滯): 사물이 발전하거나 나아가지 못하고 한자리에 머물러 그침. 물이 흐르지 않고 고여 있는 상태를 뜻하기도 한다. 된 물속에서 입 펌프 방식을 취하다가 빠르게 유영하거나 물 흐름에 맞설 때는 강제 환수 방식으로 바꾼다. 하지만 참치 같은 어류는 강제 환수만을 하므로 쉼 없이 유영해야 한다. 7 입 펌프 방식이나 강제 환수 방식은 모두 관류 체계 관류 체계(灌流 體系, flow-through system): 신선하고 산소가 많은 물이 아가미와 접촉할 수 있도록 물이 한쪽 방향으로만 흐르도록 하는 체계. 로 신선하고 산소가 많은 물이 아가미와 접촉할 수 있도록 물이 한쪽 방향으로만 흐르도록 하는 체계이다. 이와 달리 숨을 쉬는 많은 육상 동물은 허파에서 기체 교환을 위해 간만 환기 간만 환기(tidal ventilation): 신선한 공기를 들이쉬었다가 탁한 공기를 같은 경로를 통해 내뱉는 방법. 관류 체계에 비해 덜 효율적이다. 라 부르는 방법을 쓰는데, 이는 신선한 공기를 들이쉬었다가 탁한 공기를 같은 경로 경로(經路): 지나는 길이나 도중. 간만 환기에서는 들숨과 날숨이 같은 경로를 사용한다. 를 통해 내뱉는 방법이므로 어류의 환기 환기(換氣): 묵은 공기를 빼내고 신선한 공기를 넣음. 호흡 매질(공기 또는 물)을 교체하는 행위. 에 비해 덜 효율적이다. 어류는 관류 체계의 효율성에도 불구하고 물의 밀도 밀도(密度): 단위 부피 속에 들어 있는 물질의 양. 물의 밀도는 공기의 약 800배이므로 같은 부피를 움직이는 데 훨씬 많은 에너지가 필요하다. 를 극복해야 하기 때문에 에너지 면에서는 큰 비용을 치른다. 공기로 숨을 쉬는 육상 동물이 고른 숨을 쉬기 위해 몸의 총사용 에너지 가운데 오직 1~2%만을 쓰는 것에 비해, 어류는 아가미를 통해 환수하는 데만 휴지 대사율 휴지 대사율(resting metabolic rate): 생물이 아무 활동도 하지 않고 안정된 상태에서 생명을 유지하기 위해 소모하는 최소한의 에너지 소비량. *의 10~20%를 사용하기 때문이다. 이는 수생 동물이 호흡이라는 필수 활동을 하기 위해 얼마나 많은 자원을 소모하는지를 보여 주는 지표 지표(指標): 상태나 정도를 나타내는 기준. 어떤 현상을 나타내는 수치나 척도. 이다. *휴지 대사율: 생물이 아무 활동도 하지 않고 안정된 상태에서, 생명을 유지하기 위해 소모하는 최소한의 에너지 소비량. 배경지식 & 해제 ▼ 해제 이 글은 육상 동물과 수생 동물이 처한 환경적 차이에 따른 호흡상의 어려움과, 이를 극복하기 위해 수생 동물이 발달시킨 아가미의 구조와 기능, 그리고 환수 방식을 설명하고 있다. 육상 동물은 폐가 건조해지고 탈수될 위험이 있으며, 수생 동물은 낮은 산소 가용성과 삼투압 문제, 높은 에너지 소모 등으로 어려움을 겪는다. 수생 동물은 이에 대응해 외아가미와 내아가미를 발달시켰는데, 특히 내아가미는 라멜라와 모세 혈관을 통한 역류 교환 원리로 기체 교환 효율을 극대화한다. 또한 어류는 입 펌프 방식과 강제 환수 방식이라는 두 가지 환수 전략을 사용하며, 이는 관류 체계로 신선한 물을 아가미에 지속적으로 공급한다. 그러나 물의 밀도 때문에 호흡에는 많은 에너지가 요구된다. 주제 아가미를 통한 수생 동물의 호흡과 두 가지 환수 방식 역류 교환 원리(Countercurrent Exchange) 역류 교환은 두 유체가 서로 반대 방향으로 흐르면서 물질이나 열을 교환하는 원리이다. 어류의 아가미에서 물과 혈액이 반대 방향으로 흐르면, 혈액은 항상 자신보다 산소 농도가 높은 물과 만나게 되어 산소 교환 효율이 극대화된다. 만약 같은 방향으로 흐르면(병류), 물과 혈액의 산소 농도가 평형에 도달하면 더 이상 교환이 일어나지 않아 효율이 크게 떨어진다. 어류의 호흡과 에너지 비용 물속에 녹아 있는 산소의 양은 공기 중 산소의 약 1/30에 불과하다. 또한 물은 공기보다 약 800배 이상 밀도가 높아, 같은 양의 산소를 얻기 위해 훨씬 많은 양의 매질을 움직여야 한다. 이 때문에 어류는 육상 동물에 비해 호흡에 훨씬 많은 에너지를 소비하게 된다. 핵심 개념어 아가미 (gill) / 외아가미 (external gill) / 내아가미 (internal gill) / 덮개 (operculum) / 필라멘트 (filament) / 라멜라 (lamella) / 구심성 혈관 (afferent vessel) / 원심성 혈관 (efferent vessel) / 역류 교환 (countercurrent exchange) / 압력 기울기 (pressure gradient) / 환수 (ventilation) / 관류 체계 (flow-through system) / 간만 환기 (tidal ventilation) / 휴지 대사율 (resting metabolic rate) ✎ 구조 분석 지문 유형 유형 설명형 — 육상 동물과 수생 동물의 호흡상 어려움을 소개한 뒤, 아가미의 구조와 기체 교환 원리, 두 가지 환수 방식을 체계적으로 설명한다. 핵심어 아가미, 역류 교환, 압력 기울기, 관류 체계, 입 펌프 방식, 강제 환수 방식, 휴지 대사율 문단별 중심 내용 ① 화제 도입 육상 동물(폐 건조, 탈수)과 수생 동물(낮은 산소 가용성, 삼투압, 에너지 소모)의 호흡 어려움 ② 개념 제시 아가미의 기본 기능(산소 흡수, CO₂ 배출). 외아가미의 특징과 문제점(돌출, 손상 위험, 에너지 소모) ③ 구조 설명 내아가미의 정교한 구조: 덮개, 필라멘트, 라멜라, 모세 혈관, 구심성/원심성 혈관 ④ 원리 설명 내아가미의 기체 교환 원리: 역류 관계, 압력 기울기에 의한 산소 확산 → 기체 교환 최대화 ⑤ 방법① 설명 환수 방법 ①: 입 펌프 방식 — 입과 덮개 근육으로 수압 조절하여 한 방향으로 물 이동 ⑥ 방법② 설명 환수 방법 ②: 강제 환수 방식 — 유영하며 물을 받아들임. 입 펌프보다 에너지 효율적 ⑦ 비교+마무리 관류 체계 vs 간만 환기. 어류의 호흡 에너지 비용(휴지 대사율의 10~20%) 논리 흐름도 ① 호흡의 어려움 → 육상(폐 건조) vs 수생(산소 부족, 삼투압) ↓ ② 아가미 분류 → 외아가미(돌출, 취약) vs 내아가미(체내, 보호) ↓ ③ 내아가미 구조 → 필라멘트+라멜라+모세혈관+구심성/원심성 혈관 ↓ ④ 기체 교환 원리 → 역류 관계 → 압력 기울기 → 산소 확산 ↓ ⑤⑥ 환수 방식 → 입 펌프(수압 조절) vs 강제 환수(유영, 효율적) ↓ ⑦ 에너지 비용 → 관류 체계 vs 간만 환기, 휴지 대사율 10~20% 수능 출제 시선 분석 Point 1. 외아가미 vs 내아가미 비교 외아가미는 몸 밖으로 돌출, 형태 다양, 주로 유생기 도롱뇽 및 일부 무척추동물. 내아가미는 체내, 덮개 보호, 어류/갑각류/연체동물. 두 구조의 장단점을 비교하는 문제로 자주 출제된다. Point 2. 내아가미의 혈관 구조와 혈액 흐름 방향 구심성 혈관(산소 낮음, 아가미로 유입) ↔ 원심성 혈관(산소 높음, 아가미에서 유출). 구심성과 원심성을 혼동하게 하거나, 혈액 흐름 방향과 물 흐름 방향을 뒤바꾸는 함정이 자주 등장한다. Point 3. 역류 관계가 기체 교환을 최대화하는 이유 물이 혈액과 반대 방향으로 흐르므로, 물은 항상 자신보다 산소 농도가 낮은 혈액과 만나 압력 기울기가 유지된다. 이 때문에 덮개를 빠져나가기 전까지 산소 확산이 지속적으로 일어난다. Point 4. 입 펌프 방식 vs 강제 환수 방식 두 방식 모두 관류 체계(한 방향)라는 공통점. 차이점은 사용 환경(정체된 물 vs 흐르는 물)과 에너지 효율(입 펌프 > 강제 환수 에너지 소모). 두 방식의 관계를 반대로 제시하는 함정에 주의. Point 5. 에너지 비용 수치의 정확한 구분 육상 동물: 총사용 에너지의 1~2%. 어류: 휴지 대사율의 10~20%. 기준(총사용 에너지 vs 휴지 대사율)까지 정확히 구분해야 한다. 이 수치를 서로 바꿔 놓는 함정이 단골로 출제된다. 핵심 개념 사전 역류 교환 원리(Countercurrent Exchange) 두 유체가 서로 반대 방향으로 흐르면서 물질(산소, 열 등)을 교환하는 원리이다. 어류의 아가미에서 물과 혈액이 반대 방향으로 흐르면 항상 농도 기울기가 유지되어 산소 교환 효율이 극대화된다. 신장의 세뇨관, 조류의 다리 혈관 등에서도 발견되는 빈출 개념이다. 확산과 압력 기울기 확산은 물질이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 현상이다. 기체의 경우 분압(partial pressure)이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하며, 이 분압 차이를 압력 기울기라 한다. 아가미에서 산소가 물에서 혈액으로 이동하는 것은 물속 산소 분압이 혈액의 산소 분압보다 높기 때문이다. 구심성 혈관 vs 원심성 혈관 구심성 혈관(afferent vessel)은 산소 농도가 낮은 혈액이 아가미로 들어오는 혈관이고, 원심성 혈관(efferent vessel)은 산소를 공급받아 농도가 높아진 혈액이 아가미에서 나가는 혈관이다. 라멜라 내부 모세 혈관에서는 항상 구심성 → 원심성 방향으로 혈액이 흐른다. 관류 체계 vs 간만 환기 관류 체계(flow-through)는 매질이 한 방향으로만 흐르는 체계로, 어류의 아가미에서 사용된다. 간만 환기(tidal ventilation)는 들숨과 날숨이 같은 경로를 사용하는 방식으로, 포유류의 폐 호흡이 대표적이다. 관류 체계가 기체 교환 효율은 높지만, 물의 높은 밀도 때문에 에너지 비용은 더 크다. 입 펌프 방식(Buccal Pump) 입(구강)과 덮개에 있는 근육을 사용하여 수압의 차이를 만들어 물을 한 방향으로 이동시키는 환수 방법이다. 턱을 내려 입 공간을 확장 → 수압 감소 → 물 유입 → 덮개 확장으로 덮개 공간 수압 감소 → 물이 덮개 공간으로 이동 → 입 닫고 입 공간 수축 → 물 배출의 순서로 작동한다. 강제 환수 방식(Ram Ventilation) 흐르는 물속에서 입을 벌린 채로 유영하거나 제자리에 있으면서 물을 받아들이는 환수 방법이다. 유영이나 제자리 유지를 위한 근육 활동만 필요하므로 입 펌프 방식보다 호흡에 필요한 에너지 소모량이 적다. 참치는 강제 환수만 하므로 쉼 없이 유영해야 한다. 삼투압과 수분 균형 삼투압은 반투막을 사이에 두고 용매가 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동하는 힘이다. 해수어는 체액보다 염분 농도가 높은 바닷물 속에서 수분을 잃기 쉬우며, 담수어는 반대로 수분이 과도하게 유입된다. 이러한 삼투압 조절은 수생 동물의 생존에 필수적인 과제이다. 휴지 대사율(Resting Metabolic Rate) 생물이 아무 활동도 하지 않고 안정된 상태에서 생명 유지에 소모하는 최소 에너지량이다. 어류는 이 휴지 대사율의 10~20%를 호흡(환수)에 사용하는 반면, 육상 동물은 총사용 에너지의 1~2%만으로 호흡이 가능하다. 덮개(Operculum) 내아가미를 덮고 있는 딱딱한 껍데기 구조이다. 아가미를 보호하는 기능과 함께, 입 펌프 방식에서는 덮개를 확장함으로써 덮개 공간의 수압을 낮추어 물의 이동을 유도하는 역할을 한다. 덮개 공간 확장은 입 공간 확장보다 수압을 더 많이 낮춘다. 가용 산소와 용존 산소 가용 산소(可用 酸素)는 수중 생물이 실제로 이용할 수 있는 산소의 양이다. 물속의 산소 농도(용존 산소량)는 공기 중 산소 농도의 약 1/30에 불과하며, 수온이 높아질수록 용존 산소량은 감소한다. 이는 수생 동물이 육상 동물에 비해 산소 획득에 더 어려움을 겪는 근본 원인이다. 비열(Specific Heat)과 체온 손실 비열은 어떤 물질 1g의 온도를 1°C 올리는 데 필요한 열량이다. 물의 비열은 공기보다 훨씬 높아, 찬 바닷물은 아가미와 접촉하면서 많은 열을 빼앗아 간다. 이는 수생 동물이 체온 유지에 어려움을 겪는 원인 중 하나이다. 아가미 환수 방식 비교 구분 ㉠ 입 펌프 방식 ㉡ 강제 환수 방식 원리 입과 덮개 근육으로 수압 차이를 만들어 물 이동 유영하거나 흐르는 물속에서 입을 벌려 물을 받아들임 사용 환경 고요한(정체된) 물속에서 가만히 있을 때 흐르는 물속에서 유영하거나 제자리에 머무를 때 에너지 효율 상대적으로 에너지 소모가 큼 입 펌프 방식보다 에너지 소모가 적음 물 흐름 한쪽 방향(관류 체계) 한쪽 방향(관류 체계) 예 대부분의 어류(정지 시) 참치(강제 환수만 사용, 쉼 없이 유영) 독해 전략 포인트 TIP 1. 비교·대조 구조 파악 이 지문은 '육상 vs 수생', '외아가미 vs 내아가미', '입 펌프 vs 강제 환수', '관류 체계 vs 간만 환기'처럼 비교·대조 구조가 반복된다. 각 항목의 공통점과 차이점을 표로 정리하며 읽으면 문제 풀기가 훨씬 쉬워진다. TIP 2. 방향(direction) 정보를 철저히 추적할 것 지문에는 '물의 흐름 방향', '혈액의 흐름 방향', '구심성·원심성 혈관의 방향' 등 방향 정보가 매우 중요하다. 역류 관계의 핵심은 물과 혈액이 반대 방향 으로 흐른다는 것이다. 선지에서 이 방향을 뒤집는 함정에 주의해야 한다. TIP 3. 수치 정보는 대상과 기준을 함께 기억할 것 7문단의 에너지 비용 수치는 단순히 숫자(1~2%, 10~20%)만 외우면 안 된다. 육상 동물: 총사용 에너지의 1~2% , 어류: 휴지 대사율의 10~20% 처럼 기준(분모)이 다르다는 점을 반드시 함께 기억해야 한다. ✔ 문제풀기 내신 점수 0 / 0 OX 점수 0 / 0 OX 확인 문제 Basic (기본 확인) 1. 수생 동물의 아가미는 물속에 녹아 있는 산소를 흡수하고 체내의 이산화 탄소를 배출하는 기능을 한다. 기본 O X 2. 외아가미는 몸 밖으로 돌출된 형태로, 주로 유생기 도롱뇽이나 일부 무척추 동물에서 나타난다. 기본 O X 3. 내아가미의 필라멘트에는 라멜라라 불리는 납작한 판이 나란히 배열되어 있다. 기본 O X 4. 라멜라 내부의 모세 혈관에서는 항상 구심성 혈관에서 원심성 혈관으로 혈액이 흐른다. 기본 O X 5. 입 펌프 방식은 고요한 물속에서, 강제 환수 방식은 흐르는 물속에서 주로 사용된다. 기본 O X 6. 산소는 압력 기울기에 의해 산소 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 확산된다. 기본 O X 7. 육상 동물이 고른 숨을 쉬기 위해 사용하는 방법은 관류 체계이다. 기본 O X 함정특강① [무관 삽입] 관류 체계는 수생 동물(어류)의 환수 체계이다. 육상 동물은 간만 환기 방식을 사용한다. '관류'라는 단어가 낯설어서 정답으로 혼동하기 쉽지만, 지문에서 이 둘은 명확히 대비되어 있다. Intermediate (추론 비교) 8. 물이 라멜라를 가로지를 때, 물이 산소를 잃으면서 혈액의 산소 농도가 점차 높아지는 과정이 연속적으로 이루어진다. 중간 O X 9. 입 펌프 방식에서 덮개 공간을 확장하면 입 공간을 확장할 때보다 수압이 더 많이 낮아진다. 중간 O X 10. 강제 환수 방식은 에너지 소모가 전혀 없으며, 오직 물의 흐름만으로 환수가 이루어진다. 중간 O X 11. 어류의 아가미 환수 방식과 육상 동물의 간만 환기 방식은 모두 관류 체계에 해당한다. 중간 O X 12. 입 펌프 방식에서 입 뒤의 가로막 조직은 물이 식도로 들어가는 것을 막아, 물이 아가미를 통해서만 빠져나가도록 한다. 중간 O X 13. 참치는 입 펌프 방식과 강제 환수 방식을 상황에 따라 교대로 사용하므로 유영을 멈출 수 있다. 중간 O X 14. 어류가 관류 체계를 사용함에도 에너지 비용이 큰 이유는 물의 높은 밀도를 극복해야 하기 때문이다. 중간 O X 함정특강② [범위 변조] ox10: 지문은 '에너지 소모를 필요로 하지만 상대적으로 적다'고 했다. '전혀 없다'는 범위를 지나치게 확대한 함정이다. ox11: 간만 환기는 관류 체계가 아니라 이와 대비 되는 개념이다. 지문에서 '이와 달리'라는 표현으로 명확히 구분했다. Hard (고난도 함정) 15. 외아가미는 주변 물과의 접촉을 극대화하기 위해 흔들림을 최소화해야 하므로, 에너지 소모가 적다. 고난도 O X 16. 라멜라를 가로지르는 물의 흐름과 모세 혈관의 혈액 흐름이 같은 방향일 때, 기체 교환 효율이 역류 관계일 때보다 높아진다. 고난도 O X 17. 원심성 혈관을 흐르는 혈액은 구심성 혈관을 흐르는 혈액보다 산소 농도가 낮다. 고난도 O X 18. 어류는 아가미를 통한 환수에 몸의 총사용 에너지의 10~20%를 소모하는데, 이는 육상 동물에 비해 훨씬 높은 수치이다. 고난도 O X 19. [함정] 입 펌프 방식에서 물은 입 공간과 덮개 공간의 수압 차이와 무관하게 이동하며, 덮개를 닫아야만 물이 밖으로 나갈 수 있다. 고난도 O X 20. 육상 동물이 간만 환기를 사용하는 이유는 관류 체계에 비해 기체 교환 효율이 더 높기 때문이다. 고난도 O X 함정특강③ [인과 역전 + 수치 변조] ox15: 외아가미는 '많이 흔들려야' 하므로 에너지가 많이 소모된다. 흔들림을 최소화한다는 것은 인과 관계를 뒤집은 함정이다. | ox17: 원심성 혈관은 산소를 획득한 후 나가는 혈관이므로 산소 농도가 높다. 구심성/원심성 방향을 뒤바꾼 전형적 함정. | ox18: 10~20%는 어류의 '휴지 대사율' 기준이지, '총사용 에너지' 기준이 아니다. 기준을 바꿔치기하는 고난도 함정. | ox20: 지문은 간만 환기가 관류 체계보다 '덜 효율적'이라고 했다. 인과 관계를 역전시킨 오답이다. ★ 연계 포인트 수능 출제 핵심 포인트 Point 1. 역류 교환 원리와 기체 교환 최대화 물과 혈액이 반대 방향으로 흐르는 역류 관계가 기체 교환을 최대화하는 이유를 정확히 이해해야 한다. 특히 ‘압력 기울기가 충분하므로 산소가 계속 확산될 수 있다’는 핵심 논리를 놓치지 말 것. 이와 대비되는 ‘병류(같은 방향)’ 상황을 제시하는 문제도 출제 가능하다. Point 2. 두 가지 환수 방식의 구분과 공통점 입 펌프 방식(정지 시, 근육으로 수압 조절)과 강제 환수 방식(유영 시, 에너지 효율적)을 정확히 구분해야 한다. 특히 두 방식 모두 관류 체계(한 방향)라는 공통점을 혼동하지 않도록 주의. 참치처럼 강제 환수만 하는 어류는 쉼 없이 유영해야 한다는 사실도 출제 포인트이다. Point 3. 에너지 비용 수치의 정확한 구분 육상 동물(총사용 에너지의 1~2%)과 어류(휴지 대사율의 10~20%)의 호흡 에너지 비용 수치를 바꿔 놓는 함정에 주의. 기준(총사용 에너지 vs 휴지 대사율)까지 정확히 구분할 것. Point 4. 내아가미 구조와 혈관 방향의 정확한 파악 필라멘트 → 라멜라 → 모세 혈관의 구조적 위계를 파악할 것. 구심성 혈관(산소 낮음, 아가미 유입)과 원심성 혈관(산소 높음, 아가미 유출)의 방향을 혼동하게 하는 선지가 자주 출제된다. 보기 자료(그림)로 제시될 때 알파벳 기호와 개념을 연결하는 능력이 요구된다. Point 5. 외아가미의 구조적 한계와 내아가미의 장점 외아가미는 표면적이 넓고 물과 접촉이 많지만, 손상 위험·에너지 소모·포식 위험이 크다. 내아가미는 체내에 위치하여 덮개로 보호받고 구조가 정교하다. 두 아가미 유형의 장단점을 정확히 비교할 수 있어야 한다. 독해 전략 TIP 통합 독해 전략 이 지문은 구조(외아가미/내아가미) → 원리(역류 교환/압력 기울기) → 방법(입 펌프/강제 환수) → 비용(에너지 비교)의 순서로 전개된다. 읽으면서 각 단계의 핵심어를 메모하고, 방향(direction) 정보를 특히 주의 깊게 추적하는 것이 좋다. 선지 검증법 수치 포함 선지는 반드시 ‘대상’과 ‘기준’을 함께 확인할 것. 방향 포함 선지는 원문의 ‘반대’, ‘같은’ 표현과 대조할 것. 인과 선지는 원인과 결과가 뒤바뀌지 않았는지 확인할 것. 기출 매칭 & 연계 학습 📚 생물 호흡 기작 관련 기출 역류 교환 원리, 확산과 압력 기울기, 기체 교환 효율 등은 수능 과학 지문에서 반복 출제되는 핵심 소재이다. 동일 원리가 신장의 세뇨관, 철새의 다리 혈관, 물고기의 아가미 등 다양한 맥락으로 출제된다. 📚 갈래 복합 출제 예측 수생 동물의 호흡 기작 + 에너지 대사 + 환경 적응 전략을 연결하여, 과학적 원리를 구체적 사례(보기 그림)에 적용하는 문제가 출제될 수 있다. 아가미 구조도를 보고 각 기호의 의미를 연결하는 능력을 키울 것. 📚 연계 개념: 삼투압 조절과 항상성 수생 동물의 삼투압 조절 문제는 생물학적 항상성(homeostasis)과 연결된다. 해수어와 담수어의 삼투압 조절 방식의 차이를 추가로 학습하면 연계 지문에서 유리하다.