곤충의 삼투조절

말피기관(malpighian tubule)은 배설과 삼투조절(osmoregulation)을 다루는 특별한 구조이며, 대부분의 곤충을 포함한 많은 절지동물의 소화계에서 발견되는 기관입니다. 관은 일반적으로 쌍으로 배치되어 표면적을 증가시키는 복잡한 구조로 되어 있습니다.

말피기관은 보통 소화관의 중간창자(midgut)와 후창자(hindgut) 사이의 구간에서 혈림프(hemolymph; 대부분의 연체동물뿐만 아니라 곤충과 다른 절지동물에서 발견되는 혈액과 간액의 혼합물이 있는 기관)까지 연결됩니다.

다른 배설 체계와 달리 말피기관의 배설 과정에는 여과 단계가 없습니다. 요산(uric acid)과 같은 물질대사 노폐물은 혈림프에서 말피기관으로 확산합니다.

말피기관에는 수송 상피층이 늘어서 있습니다. 이러한 특수 상피세포는 혈림프에서 말피기관 내부(내강(lumen)으로 불림)로 나트륨(Na⁺)과 칼륨(K⁺)과 같은 이온을 에너지를 사용해 수송하는 펌프를 포함합니다. 삼투는 물이 관 속으로 수동적으로 이온을 따라 들어갈 수 있게 합니다.

관 내강에서 물, 이온, 그리고 노폐물이 장에서 직장까지 이동합니다. 관 내부에 있는 작고 돌출된 미세융모(microvilli)는 관을 통해 용질-물 순환과 요산 결정의 통과 추진력을 극대화하는 데 도움이 됩니다.

직장에서는 특수 분비샘이 여러 이온을 다시 혈림프로 펌프질합니다. 삼투는 물이 이온을 따라 수동적으로 혈림프로 돌아가게 합니다. 주로 농축된 요산으로 구성된 나머지 질소성 폐기물은 배설물과 함께 직장으로부터 반죽이나 가루 형태로 배설될 수 있습니다. 물과 이온을 재활용하는 이 시스템은 동물이 사막과 같은 탈수 환경에서 물을 효과적으로 보존할 수 있도록 해줍니다.

말피기관의 수는 종, 발달 단계, 심지어 개인에 따라 다양합니다. 예를 들어, Crematogaster lineolata나 Myrmicina americana 종은 약 5개의 말피기관을 가지고 있는 반면, 사막 메뚜기(Schistocerca gregaria)들은 약 250개의 관을 가지고 있습니다!