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1. 개요
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2. 설명
난자와는 달리 너무 작아 육안으로 보는 건 불가능하다. 동물 정자중 가장 큰 초파리 정자는 무려 6cm로 초파리보다 길지만, 눈으로 볼 수 없는 세포의 뒤에 편모만 길게 늘어난 형태라서 역시 육안으로 확인할 수 없다. 흔히 정액이 뿌연 것이 정자 때문이라고 생각하는 경우가 있는데, 정액은 대부분 수분이고 정자가 정액에서 차지하는 비율은 3% 이하밖에 되지 않는다. 정액에서 보이는 뿌연 색은 정낭액 때문이다.[1]
정자는 고환 속에 있는 정소의 정모 세포에서 감수분열하여 만들어진 뒤 수정관을 따라 정관팽대부에서 대기하다 성관계 또는 자위와 같은 행위를 할 때 음경이 자극을 받으면 정관을 통해 정액 속에 섞여서 남성의 몸에서 배출된다. 이때 일반적인 통념과는 다르게, 정자는 단순히 꼬리를 좌우로 흔들며 나아가는 것이 아니라 나선형으로 헤엄친다. 분석 기사 1분과학의 영상
하지만 그렇다 해도 정자 하나가 난자를 만날 확률은 로또 1등 당첨률보다도 낮다. 산성인 질 속 환경이나 세균, 면역계 등 여러 방해물 때문에 난자에게 접근하기도 전에 죽을 수 있고, 무엇보다도 거리가 너무 멀다는 것이다.[2] 대신 한 번 사정할 때 배출되는 정자의 수는 수억에 이를 정도로 무수히 많기 때문에 아무리 여자의 몸 속에서 많은 정자들이 사멸해도 끝끝내 물량으로 밀어붙어 그 중 운 좋은 한 마리는 수정을 할 수 있기에 여자가 임신할 확률이 생기는 것이다.
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| 여러 동물들의 정자 모습 |
인간의 정자는 올챙이 모양으로 생겼으며, 총길이는 약 40~50㎛에 폭은 약 2~4㎛ 정도이다. 정자를 좀 더 구체적으로 나눠보면 머리(두부), 중간(중편), 꼬리(미부)로 나눌 수 있다. 동물이나 식물의 종별로 정자의 모양이 조금씩 다른 편인데 정자 세포의 머리부분 쪽의 난자의 막을 녹이는 효소가 있는 첨체부분이 다르게 생겨서 화살이나 오징어처럼 생긴 정자를 가진 생물도 있다. 보통 체내수정 하는 정자보다 체외수정 하는 정자 쪽이 평균 6배 가량 크고 강하다. 신체 내에서만 활동하면 끝인 체내수정 동물의 정자와 달리 체외수정하는 정자들은 훨씬 위험한 환경에서 이동하기 때문이다.
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머리(두부) 가운데 부분에는 길이가 약 4~5㎛, 정자의 핵에 부계 유전 정보가 함유되어있고, 두부 전방의 첨체에 '아크로신'이라는 물질이 들어있어 난자막을 분해하여 수정을 가능하게 한다. 중간(중편) 부분에는 정자의 머리와 꼬리를 연결하는 부분으로 미토콘드리아가 밀집되어 형성되어 있으며 정자의 운동에 필요한 에너지(ATP)를 제공하는 장소이다. 중편과 두부 사이에는 중심립[4]이 있다. 꼬리(미부) 부분에는 편모 운동을 통하여 난자에게로 이동할 수 있는 추진력을 제공하고, 난자와 만나 수정되면 필요 없어지므로 떨어져 나간다. 이때 미토콘드리아 부분은 난자로 들어가지만 곧 분해되어 없어져 버린다.[5] 난자까지의 이동 거리는 자궁 8cm + 난관 10cm = 18cm이며 속도는 약 18cm(180mm)/70-120분이다.
보통 난자에 가장 먼저 도착하는 것이 우수한 유전자라고 생각하지만 그렇지 않다. 정자가 빨리 도착하고 안 하고는 정자가 포함하고 있는 유전자 때문이 아니라, 정자 형성 과정 시 얼마나 제대로 형성되었는가에 달려있기 때문이다.
게다가 사실 가장 빨리 난자에 도착한 정자가 수정에 성공한다고 생각하는 경우가 많지만 인간의 경우 보통 첫 번째로 도착한 정자들은 난자 외벽을 뚫고 죽을 확률이 높다.[6]
아울러 인간이나 포유류의 수정 과정에서도 언제나 두 번째가 난자 속으로 침입하는 것은 아니다. 포유류의 난자는 난구세포층이 가장 바깥쪽에 위치하고 있다. 정자들이 침입하면 우선 난구 세포층 분해 효소가 분비되어 난구 세포층을 분해한 후 수정 가능한데 이걸 분해하려면 상상 이상으로 많은 정자들이 필요하다. 따라서 반드시 두 번째 집단이 승리하는 것도 아니라는 소리다. 괜히 1회 사정에 5억 마리 이상을 내보내는 것이 아니다.
특이하게도 소형 생물 중에서 성게의 난자는 가장 바깥 쪽에 젤리층 그 안쪽에 난항막 그리고 그 안쪽에 원형질 막이 있는데 이 난항막에 빈딘 수용체라는 종특이성 수정에 관여하는 수용체가 있고 정자가 이 젤리층에 도달할 시에 정자 안의 첨체라는 물질이 방출되면서 젤리층을 녹인 후 안의 엑틴이 뭉쳐져 돌기를 형성한 뒤 빈딘을 빈딘 수용체에 넣는다. 그래서 가장 먼저 도착한 놈이 가장 먼저 넣을 수 있다.
3. 정자 전쟁
머리가 2개거나 꼬리가 3개인 기형 정자들도 있다. 이런 정자들이 난자까지 빨리 갈 수 있을 것 같지만 실제로는 얼마 못 가 죽어버리는 정자다.[7] 사실 전체 10% 정도의 정자만이 보통 생각하는 수정을 목적으로 하는 '난자잡이'이고, 이런 기형 정자들은 '정자잡이', '방패막이'로써 암컷의 신체 내부에서 다른 수컷의 정자와 섞였을 때 그 정자를 막거나 없애는 역할을 수행하도록 진화된 '킬러정자' 역할을 한다.이러한 정자들은 다른 수컷의 정자의 몸체에 난막을 녹이는 첨체를 박아넣어 녹여버리고 자신 역시 첨체를 소비하였음으로 장렬하게 산화한다. 머리나 꼬리가 많아서 기동력이 떨어지는 정자들은 킬러정자 역할도 잘 수행하지 못하지만 대신 경로를 방해한다. 돼지나 박쥐 중 난교 습성이 강한 일부 종은 이러한 정자를 대량으로 분비해 다음에 들어오는 경쟁자 수컷의 정자가 난자에 도달하지 못하게 하거나 방어하도록 한다.
이런 '정자 전쟁'을 많이 치르는 종일수록 일부다처제 또는 다부일처제 혹은 다처다부제 같은 난교 습성이 강하고 따라서 체중 대비 고환의 무게가 무거운 경향이 있는데, 일부일처제 습성을 지닌 종들은 이런 경쟁이 필요없으니 고환이 작은 편이다. 인간의 경우 고환이 영장류 중에서도 그리 큰 편에 속하지 않는다.[8] 인간이 영장류 중에서도 손꼽히는 거대한 음경을 가진것과 대조적이다. 그렇다고 일부일처제 습성을 지닌 동물들에 비해서는 좀 큰편으로 인간의 몸 구조와 습성은 일부일처제에 가깝지만 그렇다고 일부다처제나 다부일처제 같은 난교 형태의 짝짓기를 완전히 포기한 구조는 아니다.
체외 수정, 특히 물속에서 체외수정을 하는 동물들의 경우, 체내수정하는 종보다 엄청난 양의 정자가 필요하기 때문에 정소도 상대적으로 큰 편이다. 아무리 질과 자궁이 정자에게 적대적인 환경이라 해도 냅다 물에다 정액을 뿌려버리는 것에 비할 수는 없고, 질 내부에 사정하기만 하면 난자까지 일단 길은 보장되어있는 체내수정에 비해 체외수정은 그런 것이 없다보니 더 강한 물량전술이 필요할 수 밖에 없다. 번식기에 물고기를 잡아 배를 가르면 거의 이리로 가득찬 모습을 보일때도 많다.
4. 경쟁?
농담삼아 정자 때는 1등이었다는 말을 하기도 하지만 정작 난자와 수정되는 정자는 선발대가 아닌 후발대이다. 선발대가 어느 정도 난자의 막을 뚫으면 후발대가 수정에 성공하는 것이다.[9]2020년에 발표된 일본 도호쿠대학의 연구결과에 따르면 정자가 경쟁이 아닌 협력을 한다는 의견이 제시되었다. 유체역학적으로 분석을 했을 때 같이 이동하며 기러기 떼와 같이 저항을 줄이는 것이다. 현지 뉴스(일본어)
5. 정자의 노화
산모의 연령과 마찬가지로 남성의 나이도 태아 건강에 영향을 끼치며, 이는 나이에 따른 정자의 노화로 인한 것이다. 남성의 생식력도 나이에 따라 감소하기 때문에 정자 기증자의 한계 연령을 프랑스는 45세 미만, 미국/독일/호주는 40세 미만, 영국은 41세 미만, 대만 50세 미만, 일본 55세 미만, 중국 45세 미만 등으로 권장하고 있다.실제 연구에서도 남성의 나이가 증가할수록 여성의 출산 위험이 증가하고 임신 당뇨병의 확률이 올라간다고 한다. 25~34세의 아빠가 낳은 아기와 비교할 때 45세 이상의 아빠는 조산할 가능성이 14% 높았다. 아빠의 나이가 55세 이상이면 아기들은 호흡 곤란을 겪을 위험이 10% 높았으며 신생아 집중 치료실 신세를 질 가능성도 28%나 더 컸다. 산모도 남성 파트너가 45세 이상이면 임신성 당뇨를 앓을 가능성이 28% 높았다.[10]
미국 마운트시나이 의대 연구에 따르면 40세 이상 남성의 아이가 30세 이하 남성의 아이보다 자폐 스펙트럼 장애를 겪을 위험이 거의 6배나 높다. 해당 논문[11] 연구에 따라 위험성은 다양하게 나타난다. 5,000명을 대상으로 전체 염색체 시퀀싱을 수행한 연구에서 40대 아빠는 20세 아빠보다 자폐성 장애아를 가질 확률이 5~10% 더 높게 나타났지만 스웨덴에서 2014년에 수행한 연구에서는 45세 이상 남성의 아이가 20세 초반 남성의 아이에 비해 자폐아 출산율이 75% 높게 나타났다.그렇다고 하더라도 절대적인 위험은 가장 나이 많은 부모에 있어서도 낮게 나타났다. 20대 부모의 자폐아 출산율이 1.5%인 반면 40대 부모에서는 1.58%로 나타났다. 원인에 대해 가장 주목받는 가설은 나이 많은 남성의 정자가 자손에게 유전되는 더 많은 자발성 돌연변이를 축적한다는 것이다. 하지만, 자폐증 유전 수학 모델에서 신생 돌연변이로 인한 자폐아 출산은 아빠의 나이가 많은 자폐증에서 20%를 넘지 않는 것으로 보여주기 때문에 남성의 나이 이외에 다른 요소가 있음을 시사한다. 또 산모 나이에 따른 자폐증 영향에 대해서도 다양한 연구가 존재한다.
한편으로 나이든 아빠가 수재 아이를 낳는다는 연구결과도 있다. 분석 결과 연구팀은 나이 든 아버지의 아이들에게서 전반적으로 더 높은 '괴짜 점수'가 나온 사실을 발견했다. 특히 과학과 기술, 공학 및 수학(STEM) 과목 시험에서 더 나은 성적을 올린 것으로 나타났다.[12] 해당 연구진은 나이 많은 부모와 자폐증, 그리고 연구에서 확인된 긍정적 특성 사이의 연관성[13]이 있다고 말했다.
이것이 인과 관계가 아닌 상관 관계라고 보는 학계의 관점도 있다. 자폐는 단일 유전자로 결정되지 않는다. 자폐증은 아니지만 사회성은 낮은 남성들(자폐 관련 유전자를 많이 보유하고 있는)은 파트너를 찾기 어렵고 파트너와 만나는 시기가 늦어짐에 따라 노산으로 태어난 그 자손도 자연히 자폐 유전자를 많이 보유하게 된다는 설명이다. 이는 위의 '괴짜 점수'가 높았다는 연구 결과와도 일맥상통한다.
2019년에 나온 연구 논문에서는 남성의 나이가 다운 증후군 및 다른 염색체 장애에 영향을 끼치지 않는다는 연구 결과가 나왔다. # 다만 다른 논문들 중에서는 남성의 나이가 영향을 끼친다는 주장을 담은 연구 논문#이나 리뷰 논문##도 나왔다.
6. 식용으로서 정자
이리(어류) 같은 정자를 만드는 기관인 정소는 식재료로 자주 사용되지만 정작 정자나 이를 포함한 정액은 그리 보편적인 식재료가 아니다. 반면 난소와 여기서 나온 난자는 아주 작은 크기가 아니면 알이라는 훌륭한 식자재가 된다.칼로리는 사람 기준으로 0~1칼로리 사이에 단백질/칼슘 등 다양한 성분이 골고루 많이 포함되어 있다. '정자'의 구성성분이 그렇다는 거지, '정액'에 단백질과 칼슘이 풍부하다는 소리가 아니다.
펠라치오의 일부로서 정액과 그 속의 정자를 삼키기도 하는데, 포르노 등에서 볼 수 있다. 삼켜진 정자들은 10~20초 후 위에 도달하여 위액에 전부 녹아버린다.
7. 기타
정자는 세포, 그 중에서도 혼자서는 분열이나 성장하지 못하는 반쪽짜리 유전자를 가진 감수분열이 완료된 생식세포일 뿐 별도의 생물체[14]가 아니기에 '마리'라는 단위는 사실 적합하지 못하다. 그럼에도 똑같은 생식 세포인 난자를 '마리'로 세지 않으면서, 정자는 '마리'로 세는 이상한 관습이 있다. 아무래도 움직임이 없는 난자와 달리 '올챙이'라고 부르는 것에서 알 수 있듯이 동적인 이미지를 가지고 있으며, 대부분 한 시기에 수정될 한 개만 존재하는 난자와 달리 수많은 정자가 동시에 존재하는 점이 영향을 끼친 것으로 보인다.과거 조선의 남존여비 사상에 모체가 자녀의 성별을 결정한다는 믿음까지 겹쳐 여성들은 사내아이를 낳지 못하면 소박맞기까지 했는데, 자녀의 성별은 정자에 의해 결정된다.# 실제로 조선시대에서 대한민국으로 넘어간 이후 이 사실이 알려진 뒤로 아들 못 낳는다고 소박 맞는 경우는 많이 없어졌다. 2010년대 이후로는 반대로 딸을 낳으려는 경향이 생겼다.
한 일본인 여성이 직접적인 관계로 정자를 기증 받아 임신에 성공했는데 막상 정자 기증자의 신분이 위조인 게 드러나 정신적 충격에 아이를 기관에 맡기고 소송을 제기하는 사건이 일본에서 벌어졌다고 한다. 알고봤더니 정자 기증자의 신분이 일본인이 아니라 중국인이어서 소송이 발생한 것이다. "명문대 출신" 성관계로 정자 기증 받았는데...탄로난 남성 정체
유럽에서는 정자 기증으로 자녀를 550명을 둔 남성이 정자 기증을 안 멈추면 1.5억의 벌금을 내야 한다는 경고를 정부로부터 받았다. 근친의 가능성이 생길 수 있기 때문. 자녀 550명 둔 40대 남성…참다못한 정부 "정자기증 안 멈추면 1.5억 벌금"
8. 관련 문서
[1] 즉, 모종의 이유 (무정자증 혹은 정관수술 등)로 정액 안에 정자가 없더라도 뿌연 색은 그대로다.[2] 정자의 이동 속도는 분당 1~3mm인데, 질구에서 자궁까지의 거리는 7~15cm(70~150mm)이며, 난관까지의 거리를 합치면 15~30cm(150~300mm)나 된다.[3] 다세포 생물인 동물로 진화전에는 정자처럼 생긴 깃편모충이라는 단세포 생물 이였다.[4] 난자에는 중심체가 없다. 그렇기 때문에 정자의 중심체가 세포 분열에 관여한다.[5] 이 때문에 미토콘드리아는 모계 유전만 된다. 드물게 부계쪽 미토콘드리아가 살아남는 경우도 있지만 난자의 크기가 정자보다 커서 미토콘드리아도 훨씬 많기 때문에 세포내에서 부계 미토콘드리아를 찾기 어렵다.[6] 첫 번째 집단의 수십만의 정자들은 대부분 자궁 내부의 효소와 면역 체계에 산화되어 사라지는 경우가 많다. 즉, 실제로 난자와 수정하는 영광은 그 다음 집단의 정자의 차지가 되는 것인데, 그야말로 재주는 곰이 부리고 이득은 되놈이 보는 격.[7] 학교 운동회에서 하던 2인 3각을 생각하면 된다. 서로 따로 놀아 오히려 느리거나 딴 곳으로 새기 때문.[8] 난교에 가까운 동물은 어떤가 궁금하다면 수컷 성인 보노보나 침팬지를 검색해보자, 이들은 우리 인간과 가장 가까운 영장류라 그 크기가 더 잘 체감될 것이다.[9] 게다가 당연한 말이지만 생물학적으로 한 인간의 출발은 정자가 아니라 수정란부터다. 정자와 난자는 서로 만나지 않은 상태에서는 각각 남성과 여성의 유전 정보를 담은 생식세포에 불과하므로 정자 때는 1등이었다는 말은 이런 면에서도 맞지 않다. 인간의 절반은 난자이기도 하다.[10] 해당 연구진은 태아나 산모에게 나쁜 영향을 미칠 확률의 절대치가 큰 것은 아니라고 강조하며 그 가능성을 복권이 당첨될 확률에 비유하면서도 "다양한 과학적 증거에 비춰볼 때 남성들도 이제 아이를 언제 가질지 심사숙고할 때가 됐다"면서 "남성들 앞에 펼쳐진 활주로가 무한한 것은 아니다"고 말했다.[11] Offspring of men 40 years or older were 5.75 times (95% confidence interval, 2.65-12.46; P<.001) more likely to have ASD compared with offspring of men younger than 30 years, after controlling for year of birth, socioeconomic status, and maternal age.[12] 부모의 사회경제적 지위나 자격, 고용상태 등을 조정한 후에도 같았다.[13] 자폐 관련 유전자 양이 상반된 결과 초래[14] 적혈구 같이 핵이 없는 특수한 세포가 아닌 이상 일반적인 세포 하나도 생명체로 볼 수 있지만 정자나 난자는 이러한 정상적인 생명활동이 불가능한 특수 세포 중 하나다.