코끼리 몸통 수염의 기능적 해부학

May 08, 2023

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 591(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

행동과 신경 분포는 코끼리 몸통의 촉각 민감도가 높다는 것을 암시합니다. 촉각적 몸통 주변을 명확히 하기 위해 우리는 다음과 같은 결과를 바탕으로 수염을 연구했습니다. 몸통 끝 부분의 수염 밀도가 높으며 아프리카 사바나 코끼리는 아시아 코끼리보다 몸통 끝 수염이 더 많습니다. 성체 코끼리는 측면화된 몸통 행동으로 인해 눈에 띄는 측면화된 수염 마모를 보여줍니다. 코끼리 수염은 두껍고 점점 가늘어지는 부분이 거의 없습니다. 수염 모낭은 크고 고리동(ring sinus)이 없으며 그 조직은 몸통 전체에 걸쳐 다양합니다. 여포는 여러 신경의 약 90개 축색돌기에 의해 신경지배됩니다. 코끼리는 털을 털지 않기 때문에 몸통의 움직임에 따라 수염 접촉이 결정됩니다. 복부 몸통-능선 접촉 개체의 수염 배열은 복부 몸통에서 균형을 이룹니다. 몸통 수염은 많은 포유류에서 주둥이 주위 공간을 대칭적으로 샘플링하는 이동식의 얇고 가늘어지는 얼굴 수염과 다릅니다. 우리는 두껍고, 가늘어지지 않고, 측면화되고, 특정 고밀도 배열로 배열된 독특한 특징이 몸통의 조작 능력과 함께 진화했다고 제안합니다.

코끼리는 거의 지속적으로 트렁크를 사용하고 트렁크 끝으로 주변 환경과 자주 접촉합니다. 행동 실험을 통해 감각 자극에 대한 몸통 끝의 높은 민감도가 밝혀졌습니다1. 그러므로 몸통이 조밀한 촉각 신경 분포를 받는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 구체적으로, 코끼리 소의 안와하 신경과 삼차신경절의 무게는 약 1.5kg입니다. 따라서, 코끼리 몸통의 촉각 감각 신경 분포를 제공하는 안와하 신경은 시각을 중재하는 코끼리의 시신경과 청각 지각을 담당하는 전정와우 신경보다 훨씬 두껍습니다2. 명백한 행동 관련성에도 불구하고 코끼리의 주변 촉각 전문화에 대한 우리의 지식은 제한적입니다.

코끼리 몸통은 파생된 얼굴 구조입니다. 극적으로 길어진 코와 윗입술이 합쳐져 발달하는 융합기관입니다3. 이러한 융합은 태아 후기 단계에서 발생하며 초기 코끼리 태아는 단순히 융합되지 않은 긴 코를 가지고 있습니다4. 코끼리 코의 엄청난 크기와 무게는 얼굴 뼈에 부담을 줍니다. 몸통 근육 조직의 부착을 위한 공간을 제공해야 할 필요성으로 인해 진화 과정에서 코끼리 두개골이 엄청나게 커졌습니다. 몸통은 소위 근육 수압 조절 장치 역할을 하는 것으로 생각됩니다. 몸통 근육은 약 40,000개의 근육으로 구성되어 있는데5 이는 인체의 근육이 600~700개에 불과한 것과 비교됩니다. 몸통 근육 조직은 약 54,000개(아시아 코끼리) 및 63,000개(아프리카 코끼리)의 운동 뉴런을 포함하는 큰 안면 핵6에 의해 지배됩니다7. 인간의 잡기 및 손 사용과 마찬가지로 코끼리 몸통 동작은 능숙하고 강력하게 측면화됩니다8,9,10,11.

현존하는 코끼리 종은 세 가지가 있습니다. 아프리카 사바나 코끼리(Loxodonta africana), 아프리카 숲 코끼리(Loxodonta cyclotis), 아시아 코끼리(Elephas maximus)입니다. 우리의 연구는 아시아 코끼리와 아프리카 사바나 코끼리(여기에서는 아프리카 코끼리라고 함)에 중점을 둡니다. 아프리카코끼리와 아시아코끼리는 몸통 형태가 다릅니다. 아프리카 코끼리는 몸통 끝에 소위 등쪽 손가락과 배쪽 손가락이라고 불리는 두 개의 삼각형 돌출부를 갖고 있는 반면, 아시아 코끼리는 등쪽 손가락이 하나만 있습니다. 흥미롭게도 아프리카 코끼리와 아시아 코끼리 사이의 이러한 형태학적 차이는 종별 몸통 사용 차이와 일치합니다. 아프리카 코끼리는 두 손가락으로 물건을 집는 경향이 있고 아시아 코끼리는 몸통으로 물건을 잡거나 감싸는 경향이 있습니다12.

코끼리의 촉각 전문화는 잘 특성화되어 있지 않습니다. 우리가 아는 한, 코끼리 몸통의 수염에 대한 첫 번째 설명은 1890년 Fred Smith에 의해 제공되었습니다. 코끼리 피부에 대한 해부학적 연구에서 그는 코끼리 피부에 있는 두 가지 유형의 털, 즉 정상적인 털과 강모를 구별하고 간략한 설명을 제공했습니다. 강모의 모낭에 대한 해부학적 설명입니다. 그는 또한 가장 큰 모낭이 몸통 부위에서 발견될 수 있다고 말합니다13. 코끼리 머리의 해부학에 관한 책에서 저자인 Boas와 Paulli는 아랫입술의 털과 몸통의 털 중 일부가 진짜 수염으로 간주될 수 있음을 확인했습니다3. 수염이나 비브리사(vibrissae)는 모낭과 연관된 혈액동(blood sinus)을 가지고 있다는 점에서 정상 모발과 구별됩니다. Sprinz는 살아있는 아프리카 및 아시아 코끼리에 대한 행동 및 해부학적 관찰과 결합된 아시아 코끼리 몸통의 신경 해부 보고서를 발표했습니다. 그는 그가 추적한 신경의 대부분이 복부 몸통 끝의 수염 모낭에서 끝났다고 말하고 수염이 몸통에 촉각 자극을 전달하는 주요 구조라고 결론지었습니다. 그는 살아있는 코끼리를 관찰한 결과, 아프리카 코끼리의 몸통에 아시아 코끼리보다 수염이 더 많은 것 같고, 그 수염을 만지면 코끼리가 강하게 반응한다는 사실을 추론했습니다14. Rasmussen과 Munger(1996)의 획기적인 연구에서는 아시아 코끼리 몸통 손가락의 감각 신경 조직학을 설명하여 다양한 신경 말단과 수염 패턴을 발견했습니다15. 너구리16 및 매너티17,18와 같이 밀접하게 관련된 여러 종의 수염이 자세히 연구되었습니다. 우리의 연구는 코끼리 몸통 수염에 초점을 맞춘 최초의 연구입니다. 코끼리 모낭에 대한 우리의 조직학적 분석은 Ebara et al.의 선구적인 연구를 따랐습니다. 쥐와 고양이19를 대상으로 코끼리 수염 모낭의 구조-기능 특성을 밝히는 것을 목표로 했습니다. 구체적으로 우리는 다음과 같은 질문을 했습니다. 1. 아프리카 코끼리와 아시아 코끼리의 몸통 수염은 서로 다른가요? 2. 몸통 수염은 몇 개인가요? 3. 코끼리 수염의 길이 분포는 어떻게 되며, 수염의 두께와 기하학적 구조는 어떻게 됩니까? 4. 코끼리 수염의 모낭은 어떻게 구성되어 있나요? 5. 코끼리 수염 모낭은 어떻게 신경 분포를 받나요? 6. 코끼리 수염도 털나요? 7. 특정 몸통 수염 배열의 기능은 무엇입니까?