발생생물학의역사 발생학의역사는원시문명사회가시작된기원전 1,500년경부터그흔적을찾아볼수있다. 처음에는번식과종족유지를위한단순한욕구에따른흥미가전부였지만점차해부학적인방법들이도입되면서이론적측면에서도체계를갖출수있게되었다.
오랜역사에도불구하고본격적으로발생학이 발달한것은현미경이개발된 17 세기이후의 일이다. 현미경을사용해서정자와난자의미 세구조를관찰하는것이가능해졌기때문이다.
최근에는분자유전학적인기술들이이분야에 도입되면서유전자프로그램에따른단계별 발생을이해할수있게되었고이론을확인할 실험또한가능해지면서비로소발생생물학이 체계화되기시작하였다.
유성생식에대한개념은일찌감치정립되었다. 기원전 1,416 년에발견된힌두교경전 (Sanskrit Treatise) 에여성의혈액 (blood) 과 남성의정액 (semen) 이결합함으로써배자 (embryo) 가만들어진다고기술되어있기 때문이다.
이것이비록올바른개념은아니었을지라도유성생식에대한인식이고대시대에도있었던것만은확실히엿볼수있다. 경전에는성교후하루만에배자가생기고일주일이지나면주머니 (vesicle) 비슷한구조가되었다가차차구형 (spherical mass) 으로변화한다고서술되어있다.
구체적으로 1개월만에단단해지고, 2개월후에는머리가만들어지며, 3개월만에수족이나타나 7개월때생명을부여받는다고기술되어있다. 이는현대적개념에서볼때태아의발달과정과대체적으로부합되는것이다.
그리스시대 (Greeks) 로넘어가살펴보면, 기원전 5 세기경에의학의아버지 (father of medicine) 라불리는 Hippocrates는달걀을닭에게품게한다음매일 1개씩깨어보면서변화를관찰하였다. 이때문에 Hippocrates를기술발생학 (descriptive embryology) 의창시자로보는견해도있다.
Hippocrates는관찰결과닭과인간의발생이매우유사하다고기술하였다. 실질적인발생학의창시자는기원전 4세기경의 Aristotle이라믿어진다. 그는배아가정액 (semen) 과월경혈 (menstrual blood) 의결합으로만들어진형태가일정치않은구조라고서술하였다.
Aristotle 의견해는힌두교경전에기술된내용과 일부유사하지만최초의과학적관찰이라는점에서 가치를인정받고있다.
계속해서 Galen은 AD 2세기경에 태아형성에관하여 (On the Formation of Fetus) 라는책을저술하였는데태아의발생과정에대한비교적상세한설명과함께영양 (nutrition), 양막 (amnion), 태반 (placenta) 등에대하여서술하였다.
이후 AD 7세기를지나중세시대로들어오면서과학의발달이전체적으로미비하였고발생학역시별다른진전이없었다.
다만인간은남성 (male) 과여성 (female) 의분비물이결합되어만들어진다는기본적인유성생식의개념이재확인된시기였다. AD 15세기를거쳐르네상스시대 (The Renaissance) 로들어오면서인간중심의학문이부흥되기시작되었고발생학연구에도다시박차가가해졌다.
Leonardo da Vinci가임산부의절개된자궁에들어있는태아를그린그림은그당시사람들이생명의기원에대하여얼마나관심이깊었는지를단적으로보여주는예이다.
17세기후반에드디어 Leeuwenhoek에의해현미경이사용되었고육안관찰이불가능했던정자와난자의미세구조가확인되면서발생학분야가한층활기를찾게되었다.
Harvey는 1651년에원시적인현미경으로닭의배아에서순환계의발달을관찰하였고, de Graaf는 1671년에오늘날포낭 (blastocyst) 이라고부르는구조를토끼의자궁 (uterus) 에서발견하였다.
de Graaf는계속해서이포낭이난소 (ovary) 에서유래되었음을밝혀내었고난소에들어있는또다른난포들을많이발견하였다. 오늘날성숙난포 (mature follicle) 를 그라프씨난포 (Graafian follicle) 라부르는이유도바로 de Graaf 의이러한업적을기리기위한것이다.
그러나모든사람들이발생에대하여올바른주장만한것은아니었다. Mal-pighi(1675년 ) 는수정된적이없다고믿었던달걀에서초기발생상태의배를발견하였기에난자안에축소형병아리 (miniature chicken) 가미리들어있었다고주장하였다.
이렇게미리만들어진축소형개체가생식세포안에들어있다가수정되면서크기만자라난다고생각하는이론을전성설 (preformation theory) 이라고한다. Malpighi의주장은곧전성설의근본이되었고축소형개체가난자안에들어있다고해서난원설이라불리게되었다.
유사한시기인 1677년에 Hamm과 Leeuwenhoek가좀더개량된현미경으로최초로사람의정자를관찰하였고, 그정자안에축소형인간 (miniature human), 또는완성된인간 (Homunculus) 이들어있다고생각하였다.
그리고이축소형인간이여성생식기내에서자라나결국에자궁으로들어가며그안에서크기만커진다고주장하였다. 이들의생각은정원설의시조가되었다.
18세기중반에 Wolff(1759) 는정원설과난원설을포함한전성설을전면부정하였다. Wolff는반대로후생설 (epigenesis) 을주장하였는데그내용은 발생은세포의성장 (growth) 과분화 (differentiation) 의결과로이루어진다 는것이었다.
즉미리만들어진축소형개체가정자나난자에들어있는것이아니라생식세포의결합 ( 수정 ) 을통해서만들어진수정란 (fertilized egg) 이지속적인세포분열 (cell division) 과분화를통해개체로성장해나간다는것이다.
역시비슷한시기에 Spallanzani(1775) 가개에게인공수정시키는실험을하였고, 정자가발생을유발시키는물질이며발생을위해서는정자와난자가모두필요하다고주장함으로써다시한번후생설을뒷받침하였다.
1818년에는 Saint Hilaire가여러가지선천성기형을동물에서자세히관찰함으로서기형학 (teratology) 을창시하였다. 1827년에 von Baer는개에서난포안에들어있는난자 (oocyte) 를관찰하였고, 난관 (uterine tube) 에서는분열중인접합자 (zygote) 를, 자궁에서는포낭 (blastocyst) 을각각관찰함으로써발생의단계별진전을확실하게기술하였다.
이업적으로인해 von Baer 는 현대발생학의아버지 (The Father of Modern Embryology) 라는별명을 얻게되었다.
비슷한시기에여기저기서과학적진보들이눈에띄게이루어졌고세포에대한개념이더욱확고해지면서 Schwann과 Schleiden이세포설 (cell theory) 을확립하였다. 세포설은배아가세포분열을거쳐조직과기관으로분화한다는확실한이론적근거가되었다 (1839).
한편 1865년에 Gregor Mendel이 식물잡종에관한연구 를통해유전법칙 (The Principles of Heredity) 을발표하였고, Darwin(1859) 이역시비슷한시기에종의기원 (On the Origin of species) 을기술하여진화학을창시하였다.
Men-del 은어떤화학물질이세포안에있어다음 세대로의유전을조절한다고믿었는데그실체까지 는밝히지못하였다.
이어서 Fleming(1878) 이염색체를발견하였고, von Beneden(1883) 이감수분열 (meiosis) 에대한이론을정립하였다.
Beneden은생식세포의염색체가체세포의절반이라는것을밝혀냄으로써발생을위해왜수정이필요한지이유를밝혀내었다. 한편 Sutton과 Boveri(1902) 는감수분열과수정에서염색체의움직임이 Mendel의유전법칙과일치한다는것을밝혀내었다.
그리고이와같은해 Garrod 는멘델의법칙을따르 는알캅톤뇨증 (alcaptonuria) 이라는유전병을 사람에게서처음으로관찰하였다.
1923년에 Painter가사람의염색체는 46개라는것을최종적으로확인하였고, Lejeune(1959) 이다운증후군 (Down syndrome) 환자는염색체가 47개라는것을발견함으로써염색체의이상이곧비정상적인발생과선천성기형의원인이라는것을알아내었다.
이것은곧현대분자발생학 (molecular embryology) 및발생유전학 (developmental genetics) 의시작이되었다. 1983년에 Palmiter는사람의성장호르몬 (growth hormone) 유전자를쥐에재조합시켰고, 그결과몸집이세배나커진수퍼마우스 (supermouse) 를탄생시켰다.
이것은유전자조작을통해발생결과를조절할수있다는증거가되었고, 마침내종합학문인발생생물학 (Developmental Biology) 이탄생하게되었다.
발생생물학의연구방법 발생학과발생생물학은연구방법에따라여러가지 로비교가된다. 가장오래된방법은기술발생학 (descriptive embryology) 이다.
기술발생학이란말그대로사물의보이는모습과현상을종이에그대로옮겨기술하는방법이다. 호기심과뛰어난관찰력외에는특별한기법이필요하지않기에발생학연구역사에서가장보편적이고흔하게사용되어온방법이라할수있다.
기술발생학은발생과정이짧은하등동물에서시간대별로변화하는모습에대해구체적으로설명할수있다는것이장점이다. Hippocrates가닭에게달걀을품게하고매일한개씩깨어본실험이기술발생학의대표적인예이다.
기술발생학은거시적인차원에서의연구는가능하나 분자나세포차원에서의접근이어렵다는것이 단점이다.
비교발생학 (comparative embryology) 은여러가지생물종 (species) 간의발생과정을서로비교하는방법이다. 그럼으로써진화차원에서발생을설명하고자하는방법이다. 비교발생학은하등동물의발생을통해서인간발생에대한이해와정보를얻을수있다는것이장점이다.
반면에 Häckel(1868) 의반복설에서처럼사람의 발생과정이동물진화의과정을순서대로되풀이해 밟는것처럼오인할수있다는단점도있다.
Häckel은 사람의발생 ( 개체발생 ) 은종족발생 ( 진화의단계 ) 을되풀이한다 고하였는데이는하등동물에서포유류에이르기까지발생초기의모습이비슷비슷한데서기인한잘못된해석이다.
현대적인의미에서가장널리사용되는연구방법은실험발생학 (experimental embryology) 또는실험발생생물학 (experimental developmental biology) 이다. 실험발생학은분자나세포차원에서이루어질수도있고, 조직이나개체차원에서이루어질수도있다.
예를들어발생에관여된유전자를녹아웃 (knock out) 시킨후에그결과를관찰한다든지, 발생이이루어지고있는배아나태아에게온도, 중력, ph 등환경적요인을다르게제공하여발생에미치는영향을평가하는것들이이에속한다.
인위적으로배아의일부분을파괴하거나복제하고그결과를관찰하는실험도있다. 실험발생학은여러가지요인이나조건에따른발생학적변화를관찰할수있다는장점이있으나사람에게는불가능한접근방법이다.
실험발생학덕분에유전자차원에서의조작과이조작이정상적인발생에미치는인과관계에대한연구가가능해졌다. 즉실험발생학이야말로오늘날의발생생물학을가능하게만들어준원동력이라할수있다.
실험발생학의구체적인방법으로는 1 산소, 중력, 온도, 초음파, 방사선등주변환경을변화시키고그것이발생에미치는영향을관찰하는방법, 2 작은바늘로발생중인조직의일부를파괴한후그영향을관찰하는미세수술법,
3 배아의일부를제거한후최종발생된개체에서파손되거나변형된조직을관찰하는방법, 4 배아의한쪽을다른쪽으로이식한후에그것이개체의수족발달에어떤영향을주는지를관찰하는방법.
특별히이방법은발생중인세포가주변의다른세포들과끊임없이정보교환을하면서자신이어떤조직으로분화할지를조절해나가는것인지, 아니면처음부터정해진운명에의해독자적으로발생을수행하는지를조사하기에적합한방법이다.
5 발생중인세포들이서로어떻게물리적, 화학적으로유착되어있는지를보기위하여세포를인위적으로분리하는세포분리법과, 6 돌연변이 (mutation) 를일으켜서유해물질로인한선천성기형을이해하려는방법,
7 추적자 (tracer) 를사용하여발생의경로와세포 재배열을추적하는방법등이있다.
이외에도발생생리학 (developmental physiology) 은태아의물질대사와생리적기능발달에관한연구를주로담당하는분야이다. 특히생화학적대사에대한연구를통해서선천적으로소화나영양관계, 성장, 노화등에문제가있을때적절한치료법을제공하려는학문이다.
발생생리학과유사한연구분야로서는염색체의비 정상적인분포가태아에어떠한영향을미치는지를 연구하는세포유전학 (cytogenetics),
발생장애로인하여야기된인간의질병을이해하려는임상발생학 (clinical embryology), 발생과정중화학적변화에대한연구를담당하는화학발생학 (chemical embryology), 그리고병리학적변화를유전자차원에서설명하는분자병리학 (molecular pathology) 등이있다.