초파리 한살이 관찰

초파리 알은 매우 작아 육안으로 간신히 관찰된다. 10배 정도의 현미경으로 보아야 어느 정도 보이지만 루뻬를 이용하면 알의 전체적인 모습과 앞쪽에서 튀어 나온 구조를 볼 수 있다. 앞쪽에 있으면서 등쪽에 붙어 있는 이러한 구조를 등쪽 부속지 (dorsal appendage)라고 하는데 2개가 있으며, 호흡을 하는데 이용된다. 2개의 등쪽 부속지 사이에 정공이 있으며, 정자가 들어가 수정이 일어난다.

초파리를 야생에서 채집하여 병 속에서 기르기만 하면 알을 볼 수 없다. 따라서 아래에서 소개된 방법을 이용하여 초파리 알을 모아 루뻬나 현미경 아래서 관찰하면 된다.

Ⅰ. 초파리 관찰용 루뻬 및 알 받기 위한 기구.

(A) 루뻬 : 4배 정도 확대하여 볼 수 있는 것으로 양쪽이 트여 있다. 이러한 루뻬를 이용하여 초파리의 알, 유충, 및 성체를 관찰할 수 있다.

(B) 한 살이세트 : 한살이를 관찰하기 위해서는 초파리 2관병과 알받기세트가 필요하다.

한 관병은 상온에 그냥 둠으로써 유충과 번데기 성체를 관찰하고, 다른 한 관병은 초파리를

비커에 넣어 알을 받아서 알을 관찰하는데 이용된다.

Ⅱ. 알을 받는 요령

(A) 알 수집판에 반죽한 효모를 중앙 쪽에 발라 넣는다. 비커에 관병을 대고 가볍게 치면서 초파리가 관병의 밑으로 오도록 한다. 만약 초파리가 밑으로 이동을 하지 않으면 좌측 손으로 관병을 두들겨 주면된다. 또는 관병이 젖어 있지 않을 경우 거꾸로 들고 있으면 초파리가 위로 올라간다.

(B) 위와 같이 하여 초파리가 솜에서 멀어지면 재빠르게 솜을 빼서 관병 속의 초파리를 비커 속으로 털어 넣는다.

(C) 비커를 알 수집판으로 닫는다.

(D) 비커를 거꾸로 엎어 놓고 알을 받는다. 책상 서랍 등의 어두운 곳에서 알을 잘 낳는다.

Ⅲ. 알 수집판 꺼내기.

(A) 알 수집판은 꽉 끼여 있으므로 핀셋 머리 등으로 넣어 샬레를 꺼낸다.

(B) 이 때 새로운 알수집 판을 넣어 초파리가 날아가지 않도록 한다.

(C) 루뻬나 현미경을 이용하여 관찰한다.

Ⅳ. 알받기 세트 만들기

알을 받기 위해서는 샬레에 한천배지가 굳어 있는 샬레가 필요합니다. 이러한 한천배지를 만드는데 필요한 시약(한천혼합물, 방부제, 효모)을 조그마한 용기에 넣어서 보내드립니다. 한천 샬레는 다음과 같이 만듭니다.

① 보내드린 한천 혼합물을 물 20 ml에 넣고 잘 저의면서 끊입니다.

② 끊는 용액에 방부제와 소량의 오렌지 쥬스를 넣습니다.

③ 용액을 샬레에 부어 식힙니다. 반 정도 차도록 붓습니다.

④ 용액이 굳으면 보내드린 효모를 반죽하여 굳은 배지 위에 약간 바릅니다.

⑤ 초파리를 비커에 털어 넣고 샬레로 막아 알을 받습니다. 초파리는 어두운 곳에서 알을 잘 낳습니다. 초파리를 많이 넣으면 30분만 되어도 많은 알을 낳습니다. 보통 하루 정도 놓아두면 매우 많은 알을 낳습니다.

⑥ 새로운 샬레로 기존의 샬레를 바꿔 끼웁니다. 샬레 속의 알을 관찰합니다.

알을 받은 후 2-3일 정도 지나면 유충들이 깨어 나오기 때문에 유충을 관찰하기에도 좋습니다.

Ⅴ. 초파리의 한 살이 (Life Cycle of Drosophila melanogaster)

초파리는 완전변태 (complete metamorphosis)를 하는 곤충이다. 완전변태를 하는 곤충은 알, 유충, 번데기, 성체의 네 단계를 거친다. 반면에 불완전변태 (incomplete metamorphosis)를 하는 곤충은 번데기 시기가 없으며 유생이 성체의 축소판으로 보인다. 21℃에서 약 8일 동안 알과 유충의 상태로 있다가 번데기로 되며 6일 후에는 성체가 된다. 성체는 평균적으로 40-50일 정도 산다. 25℃에서 성장이 매우 빨라 10일이면 성체가 된다.

<그림: 초파리의 생활사>

초파리는 알, 유충, 번데기, 성체의 4단계를 거친다. 특히 유충은 1령, 2령, 3령의 세 단계로 나뉜다.

초파리의 알을 보면 앞쪽으로 튀어 나온 것이 있는데 이를 등쪽 부속지 (dorsal appendage)라고 하는 것이 두 개가 튀어 나와 있으며, 숨을 쉬는데 이용된다. 2개의 부속지 사이에 정공 (micropyle)이라고 하여 정자가 들어가는 통로가 있다. 알은 부서지기 쉬운 겉껍질인 난각 (chorion)이 있으며 안쪽에 난황막 (vitelline membrane)이 있고, 가장 안쪽에 세포막이 자리 잡고 있다. 융모막은 슬라이드글라스 위에 양면 테이프를 붙이고 핀셋으로 살살 돌리면 융모막이 벗겨진다. 앞쪽의 정공이 튀어 나와 있는 것을 볼 수 있다. 수정이 일어나면 다른 동물들과는 달리 먼저 핵만 분열을 하고, 후에 핵들이 세포막의 표면으로 이동하면 그 때에서야 비로서 세포막이 생겨 하나의 세포를 형성하게 된다. 이러한 연유로 곤충의 난할 양상을 표할 (superficial cleavage)이라고 한다. 양서류는 핵일 분열하면서 동시에 세포막이 생기는 것을 볼 수 있다.

<그림: 초파리 알> 알은 앞쪽 등쪽에 튀어 나온 돌기가 있다.

25℃에서 사육을 하면 22시간 정도 걸려 알에서 유충으로 깨어나온다. 유생은 두 번 탈피 (moulting)을 한다. 알에서 깨어난 유충을 1령 유충이라고 한다. 1령 유충은 24시간 지속되며 첫 번째 탈피를 하여 2령 유충이 된다.

2령 유충도 24시간 지속되며, 두 번째 탈피를 하여 3령 유충이 된다. 3령 유충은 약 48시간 지속된다. 1령 유충은 앞쪽의 기문이 없으며, 2령 유충은 기문은 있으나 뻗어 나와 있는 파필라 혹은 융모털 (papilla)이 없다. 3령 유충은 기문과 융모털을 모두 가지고 있다. 샬레에 식염수을 넣고 유충을 관찰하면 앞쪽의 기문이 확실하게 튀어나오는 것을 볼 수 있다. 유충은 투명하여 내부 기관을 어느 정도 관찰할 수 있는데 특히 숨을 쉬는데 이용하는 기관 (trachea)이 2줄로 있는 것이 쉽게 관찰된다. 3령 유충에서 침샘 염색체를 가장 잘 볼 수 있다. 유충 시기에는 기어 다니면서 매우 열심히 먹는다.

기어 다니는데 이용되는 것이 복면에 있는 복면털 (ventral denticle hairs)를 들 수 있다.

<그림> 유충

유충은 세 발생 단계 즉, 1령, 2령, 3령 유충으로 나뉜다.

유충의 대부분의 세포에서는 DNA가 복제하여 다사 염색체를 형성하며, 세포 분열을 하지 않는다. 유충의 크기가 증가하는 것은 세포의 크기가 증가하기 때문이다. 대부분의 유충의 세포들은 성체의 세포가 되는 것이 아니라 죽어서 없어진다.이러한 죽음을 세포 예정사 (programed cell death 혹은 apoptosis)라고 한다. 따라서 세포가 적절하게 죽는 것도 정상적인 발생을 하는데 기여하는 것을 알 수 있다. 유충의 몸 속에는 미래에 성체가 될 세포들이 있는데 이들을 성충반 (imaginal disc)이라고 하며, 세포분열을 하여 그 수를 늘려간다. 유충을 물속에 넣고 관찰하면 유충의 모습과 움직임을 제대로 관찰할 수 있다.

<그림> 성충반의 구조와 이로부터 만들어지는 성충의 구조들.

각 성충반으로부터 더듬이, 눈, 다리, 날개, 생식기관 등 성충의 구조들이 만들어진다.

성충반을 제외한 나머지 많은 유충의 세포들은 죽어 없어진다.

번데기가 형성되기 8시간 전에 3령 유충은 먹는 것을 멈추고 배지 밖으로 기어 나온다. 유충의 표피가 수축하고 경화하여 위용 (puparium)을 형성한다. 처음에는 흰 색깔의 큐티클을 형성하며, 기문이 밖으로 튀어나오고, 유충은 이동하는 것을 멈춘다. 1시간 안에 큐티클이 갈색으로 변한다. 약 4시간 후에는 복부에 공기방울이 생겨 번데기가 뜰 수 있도록 해준다. 위용은 유충의 껍데기가 변한 것으로 번데기의 진정한 외부 표면이 아니다. 위용이 형성된 12시간 후에 번데기화가 일어난다. 먼저 선번데기 혹은 전용 (prepupa) 시기를 거쳐 용화 혹은 번데기 (pupation) 시기로 간다. 이러한 과정을 거치면서 번데기는 위용, 전용, 번데기 큐티클의 세 겹의 껍질로 둘러 싸여 있게 된다.

<그림> 번데기.

(A) 초기번데기는 처음에 흰 색깔을 띠고 있다.

(B) 번데기 시기가 진행될수록 점점 갈색으로 변하며, 눈, 다리, 날개 등 성체의 구조가 만들어진다.

눈은 빨간 색을 띠고 있으므로 쉽게 관찰된다.

(C) 껍데기를 벗겨 놓은 모습이다. 거의 성체의 형태를 하고 있으나 날개가 접혀 있는 것을 볼 수 있다.

변태는 번데기 안에서 일어난다. 번데기 시기에 안테나, 다리, 날개, 눈 등 모든 성체의 구조가 형성된다. 번데기 상태에서 앞쪽으로 튀어 나온 기문, 뒤쪽의 기문, 빨간 눈, 다리, 날개, 등을 쉽게 관찰할 수 있다. 변태가 완성되면 성체는 번데기의 앞쪽을 뚫고 나온다. 바로 나온 초파리는 옅은 색깔이며, 날개가 접혀져 있다. 2～3시간 안에 날개의 시맥 속으로 액체가 흘러감으로써 날개가 펴지며, 초파리의 색깔은 점점 옅은 검은 회색으로 변한다. 이를 암화 현상이라고 하며, 깨어 나온지 2일이 지나면 암컷은 알을 낳을 수 있고, 살아있는 한 수정 능력을 갖는다. 하지만 시간의 흐름과 함께 알을 낳는 능력이 저하된다.

성체는 크게 세 부분으로 나뉜다. 한 쌍의 더듬이, 한 쌍의 눈, 주둥이로 구성된 머리 부분, 날개 및 다리가 있는 가슴 부분, 그리고 복부 부분으로 구성되어 있다. 두 번째 가슴체절에 한 쌍의 날개가 있으며, 세 번째 가슴 체절에는 날개가 퇴화 된 평균곤(haltere)이 있다. 평균곤은 곤충이 나는데 평형을 잡아 주는데 관여한다. 다리는 각 체절에 한 쌍씩 총 6개가 있다.

<그림> 성충.

초파리 성체는 머리, 가슴, 그리고 복부의 세 부분으로 구분된다.

암컷이 수컷보다 크다. 수컷은 배의 뒷부분이 검다. 산란관을 통해 알이 나온다.

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