원생생물의 관찰

Ⅰ. 실험목표

- 원생생물의 관찰을 통하여 그들의 다양성을 안다.

- 원생생물의 관찰하여 운동 모습을 설명할 수 있다.

Ⅱ. 배경이론

기생충학에서는 원충이라고도 불리기도 한다. 바닷물, 민물, 흙 속 또는 썩고 있는 유기물이나 식물에서 살며 동물에 기생하는 것도 많이 있다. 몸은 1개의 세포로 되어 있는데 단체 또는 군체를 이루고 자유유영 또는 고착생활을 한다. 세계적으로 약 3만∼5만 종이 알려졌는데, 한국에서는 원생동물에 관한 연구가 매우 미흡한 편이다.

현미경의 발달과 함께 다양한 원생생물들이 관찰되었으며 맨 눈으로 볼 수 있는 원생생물도 있다. 몸은 1개의 세포로 되어 있으나 세포질이 분화하여 여러 가지 세포기관을 이루고 있어 여러 가지 생활기능을 수행하고 있다. 이런 세포 기관에는 세포의 이동 및 먹이의 포획에 관여하는 위족, 섬모, 편모와 삼투압의 조절에 관여하는 수축포, 세포 내 소기관인 식포, 세포구 등이 있다.

※ 원생동물 채취방법

① 연못이나 냇물에서 수초를 채취하여 물이 1/4쯤 들어 있는 비커에 넣고 세게 흔들어서 수초에 붙어 있는 원생생물을 채취한다.

② 연못이나 냇가에서 얕은 물속에 있는 유기물을 그 곳의 물과 함께 비커에 담아와 2∼3일 창가에 놓아두었다가 관찰한다.

③ 약간 오염된 개울이나 어항에서 청색의 더껑이가 낀 자갈을 시험관 솔이나 헌 칫솔로 쓸어 내어 비커에 담는다.

④ 스펀지 조각이나 부엌에서 사용하던 수세미를 줄에 매어 연못물에 3∼4일 담가 두었다가 꺼내어 비커에 물을 짠다.

⑤ 바닷가에서 직접 바닷물을 떠오거나 수산 시장 또는 바다 횟집에서 바닷물을 구하여 관찰 재료로 한다.

⑥ 해삼의 창자나 개구리 또는 물고기의 창자에서 원생생물을 채취한다.

Ⅲ. 실험재료

현미경, 영구 프레파라트, 슬라이드 글라스, 커버글라스, 탈지면, 비커, 핀셋, 스포이드, 메틸셀룰로오스 용액, 이쑤시개, 거름종이

Ⅳ. 실험과정

① 준비해둔 원생생물 관찰 재료를 스포이트를 사용하여 수면 가까이에서 물을 한 방울 채취하여 슬라이드 글라스에 떨어뜨리고 커버글라스를 기포가 생기지 않도록 조심스럽게 덮어 프레파라트를 만든다.

② 먼저 가장 낮은 배율로 관찰하면서 프레파라트에 있는 원생생물을 찾고 비교적 움직임이 더딘 개체를 찾아 고배율로 관찰한다.

③ 빠르게 움직이는 종류는 슬라이드 글라스에 탈지면을 조금 깔고 원생생물을 떨어뜨린 다음 관찰하거나, 슬라이드 글라스에 이쑤시개로 메틸셀룰로오스 용액을 반지 모양으로 바른 다음 그 가운데에 배양액을 떨어뜨리고 커버 글라스를 덮어 그들의 움직임을 관찰한다.

④ 다양한 원생동물의 영구 프레파라트를 이용하여 가급적 많은 종류의 원생생물을 관찰하여 이들의 다양성을 이해하도록 한다.

⑤ 관찰한 원생생물은 보고서에 스케치하고, 관찰한 배율을 적어 넣고, 생물의 이름이나 종류를 알아본다.

Ⅴ. 실험결과 및 토의

① 관찰한 원생동물을 스케치하고 특징을 적으시오.

② 운동하고 있는 원생동물의 모습을 그리고 운동 모습을 설명해 보자.

③ 조별로 관찰한 원생동물의 특징을 발표해 보자.

Ⅵ. 평가 자료

가. 탐구 활동 평가

1. 현미경 사용법을 바로 알고 있는가? (A, B, C)

2. 프레파라트 제작은 깔끔하게 잘 되었는가? (A, B, C)

나. 탐구 활동 보고서 평가

1. 관찰한 원생 생물을 스케치했는가? (A, B, C)

2. 원생 생물의 상대적 크기를 배율로 나타냈는가? (A, B, C)

3. 관찰한 원생 생물의 특징을 바르게 적었는가? (A, B, C)

4. 짚신벌레가 운동하는 모습을 바르게 관찰했는가?(A, B, C)

Ⅶ. 참고자료

▶ 원생생물의 특징

- 먹이 섭취 형태 : 일부는 식세포 작용, 또 일부는 체벽을 통해 주위 환경으로부터 유기 양분을 흡수하며 다른 일부는 진핵생물인 숙주의 세포 내에서 영양분을 섭취하는 기생생물 운동 : 미세소관으로 이루어진 섬모와 편모에 의존

(아메바그룹은 위족(pseudopod)라는 유동성 세포질의 확장을 통해 움직인다)

- 생식 : 무성생식

(1) 원생생물과 그 외 진핵생물의 생활사

① 접합자 생활사(zygotic cycle)

- 일부 단순한 조류, 원생동물류, 대부분의 균류 생식 방법

- 생물체의 개체는 거의 전 생활사를 반수체 상태로 보냄

- 특정 반수체 세포(동형배우자)가 직접 융합하거나 또는 이들의 핵이 융합하여 이배체가 되며, 이배체는 휴면기에 들어가기도 하지만 대개 즉시 감수분열을 시작하여 다시 반수체 상태가 된다.

② 배우자 생활사(gametic cycle)

- 몇 가지 원생생물 및 인간을 포함한 모든 동물

- 반수체인 배우자의 수정을 통해 거의 이배체 단계가 회복

③ 포자 생활사(sporic cycle) : 약간의 다세포 조류와 모든 세포

- 감수분열 대신 반수체의 포자를 생산하고 각 포자가 다세포, 반수체 개체로 발전

- 배우체(gametophyte): 배우자를 형성하는 반수체 개체(수정과 동시에 이배체 상태 회복)

- 포자체(sporophyte): 포자를 형성하는 이배체 개체로 감수분열에 의해 더 많은 반수체 포자 생성

(2) 오늘날의 원생생물 계통

- 원생생물은 다른 세 가지 진핵생물계(균류, 동물, 식물)의 기초가 되는 다계통적 집단을 이룸

- 원생생물의 세 가지 분류 : 원생동물류(protozoans; 원생동물의 기원), 조류(algae; 식물의 기원), 점균(slime mods) 및 물곰팡이(water molds)-균류의 기원

▶ 원생동물의 종류

위족편모충문(sarcomastigophora; 편모충, 아메바), 포자충문(apicomplexz; 운동력 없는 포자 형성), 유모충문(cilicophora; 섬모충) → 이동운동의 형태는 원생동물 분류의 기준

(1) 위족편모충문(sarcomastigophora) - 편모충류와 아메바류

① 편모충류(flagellates) : 대부분이 단독, 쌍 또는 많은 숫자의 편모로 이동

- 편모 : 진핵생물에서 공통적으로 나타나는 9+2 미세소관 구조를 가짐

- 포획에 의해 먹이를 잡거나 체표면을 통해 영양분 흡수

- 생식 : 무성생식(유사분열에 이어 이분법이 종단면을 따라 일어남)

② 아메바류(amebas)

- 나출된 아메바는 일정한 형태를 유지하지 못하고 계속 모양을 바꿈

-위족을 뻗어 움직이고 영양분을 섭취, 주로 유사분열과 이분법을 통해 생식

-아메바운동의 세포질 상태 변화 : 세포질의 겔상태와 졸상태 사이의 변화

⇒ 겔 상태는 아메바의 몸체의 주변을 따라 외형질(ectoplasm)을 형성하고, 내형질(endoplasm)은 안쪽에 존재

→ 위족이 나타나면 내형질이 흘러들어 가다가 바깥쪽으로 뻗어 나오면서 겔 상태로 굳어져 관 형성

→ 관이 바닥에 부착되고 앞으로 이동

→ 다른 쪽 끝에서 겔이 다시 졸로 전환되어 흐름 계속 유지(백혈구)

-위족충(sarcodines) : 식세포 작용을 통해 양분 섭취

-태양충류(heliozans) : 이산화규소의 단단한 캡슐을 만들어 유축위족(axopodia) 형성

* e.g. 유축위족 - 바늘 모양의 위족으로 이것을 따라 세포질이 왕래하면서 식세포 작용으로 먹이를 모음. 유축위족 축은 나선배열의 미세소관으로 구성

-방산충류(radiolarians): 이산화규소 외피를 만듦

-유공충류(foraminiferans): 탄산칼슘의 껍질과 골격 형성

(2) 포자충문(apicomplexa) - 포자충류

- 포자충류의 세 가지 특징

① 다수가 포자 또는 포자-유사기를 형성

② 일반적으로 기생동물

③ 성숙기에는 운동성이 없다.

- 말라리아 병원체(Plasmodium vivax)의 생활사

- 모기의 암컷이 사람(숙주)에게 항응혈제 주입

→ 항응혈제에 말라리아의 포자소체(sporozoite) 다량 포함

→ 혈관을 통해 간세포에 들어가 무성의 단계를 거치는데 분절증식(핵이 유사분열을 반복한 후 세포질 나누어지면 각 세포 안에 핵이 하나씩 나뉘어 들어감)

→ 급속히 번식하여 난충(Merozoite) 단계에 들어가며 다수의 난충이 혈액으로 들어감

→ 적혈구를 파괴하고 숙주의 몸 전체에 독물질을 퍼뜨림

→ 발열과 오한이 주기적으로 발생

⇒ 난충의 일부가 가몬트(gamont; 배우자 형성 세포)로 변함으로써 유성생식 단계로 도입 (가몬트는 숙주 내에서는 성숙될 수 없고, 감염된 사람을 모기 암컷이 묾으로서 모기 안으로 들어감)

→ 가몬트는 모기의 장 내에서 암과 수의 배우자로 성장하며 수정에 의해 합해짐

→ 접합자는 창자의 벽에서 발달하며, 계속 분열하여 다수의 포자소체 형성

→ 모기의 침샘으로 이동

(3) 유모충문(ciliophora) - 섬모충류

- 섬모에 의해 동정되고 운동할 때, 먹이를 구할 때 사용

- 단단하고 탄력성 있는 외피(pellicle)로 싸여 있으며, 외피는 원형질막 바깥에 있는 얇고 반투명 막임

- 모포(trichocyst) : 섬모의 기저체와 번갈아 나타나는 가느다란 구조

- 방출된 모포는 끝부분에 갈고리 같은 구조를 가진 기관으로 먹이를 포획하거나 방어하는 데 쓰이는 독성 모포가 있고, 일부 섬모충류는 먹이를 먹는 동안 몸체 고정 수단으로 사용

- 수축포(contractile vacuole): 낮은 삼투 환경에 살기 때문에 세포 내 삼투조건을 유지하기 위한 수단 ATP에 의해 세포질 미세필라멘트 수축으로 진행

- 짚신벌레(paramecium) : 약간의 섬모들이 접합해서 막을 이루고 먹이 섭취 구조인 세포구를 둘러싼다.

- 먹이 섭취 : 세균이 구위(oral groove)를 따라 세포구(cytostome)로 들어감

→ 식세포 작용에 의해 식포(food vacuole)로 들어감

→ 세포질 사이를 이동하면서 먹이가 소화되어 영양분은 세포질로 확산

→ 소화되지 못한 찌꺼기는 외포작용(exocytosis)을 통해 몸에서 방출

(항문공(cytopyge)은 주기적으로 고체성 노폐물이 방출될 때가 되면 항상 같은 위치에 나타남)

- 생활사

유성생식: 접합에 의해 이루어지는데 원생동물의 접합에서는 두 세포의 일시적 융합 후 감수분열과 반수체 핵 교환이 일어남

⇒짚신벌레의 유전물질은 생식계열(DNA는 이배체인 소핵(mi cronucleus)에만 있음)과 체세포 계열(모든 RNA가 복제되는 체세포 DNA는 다배체인 대핵(macronucleus)에서 일어남)로 구분

→접합이 일어나는 동안 양쪽 세포에서 감수분열이 일어나 여러 개의 반수체 소핵을 만듦

→반수체 핵이 세포질 다리를 통해 이동하여 융합

→새로운 유전물질 이배체 조합 생성

→대핵은 분해되고 이배체 소핵은 유사분열

→두 개의 이배체 핵 중 하나는 생식 계열 핵이 되고, 나머지 한 핵은 여러 번 복제를 거쳐 다배체 대핵 형성

무성생식 : 대핵이 둘로 나뉘어지고, 소핵은 복제와 유사분열이 일어남

세포질은 세포 중앙을 가로질러 나뉘며 각각 세포들은 사라진 부분을 재생

▶ 비세포성 점균문과 세포성 점균문 – 점균류

점균 : 비세포성 점균문(myxomycota)과 세포성 점균문(acrasiomycota) 두 집단이 있음

분해성 세균과 함께 무기 영양분 재순환의 임무 수행

(1) 비세포성 점균(Physarum polycephalum)

- 다핵성. 움직이며 식세포 작용으로 유기물 섭취

- 생활사 : 기어다니는 아메바 단계의 시기에 건조한 장소에서 균류의 특징을 나타냄

⇒ 마른 점균 덩어리에 포자낭병(sporangiophore)이 형성되어 포자낭(sporangium)을 만듦

→ 포자낭은 감수분열을 통해 반수체 포자 생성

→ 방출 후 기류를 타고 운반

→ 적합한 장소에 떨어진 포자는 발아, 분열하여 점액아메바(myxameba) 또는 편모가 있는 유영세포(swarm cell)을 만듦

→ 아메바 또는 유영세포들은 접합하여 이배체 상태가 된다

→ 이배체 세포는 새로운 다핵성 아메바 단계를 형성하고 생활사 반복

(2) 세포성 점균

- 아메바 크기가 작으며, 이동할 때 각 아메바들은 개체성을 유지

- 먹이가 부족하면 많은 개체들이 덩어리를 이루어 셀룰로오스 껍질로 둘러싸인 다세포성 슬러그(slug) 단계 형성(cycic AMP에 집합이 일어난다고 알려짐)

- 생활사 : 두 개의 반수체 아메바가 접합하여 이배체 접합자 형성(유일한 이배체 시기)

→ 몇 개의 다른 아메바들과 합쳐진 후 셀룰로오스 벽으로 둘러싸인 매크로시스트(macro cyst; 슬러그에 비해 작다) 형성

→ 매크로시스트 내에서 이배체 접합자 감수분열

→ 반수체 세포들은 유사분열 반복

→ 새로 형성된 아메바는 영양 섭취 단계를 시작

5. 난균류문(Oomycota) - 물곰팡이류

- 물곰팡이 : 편모가 달려있는 포자기, 셀룰로오스를 가진 세포벽과 단순한 영양기 때문에 원시적 생물로 생각되어 옴

- 난균류는 큰 난세포와 사상의 세포 형태 때문에 '난균류'라는 이름을 갖게됨

ex) Phytophthora : 감자 역병균(late blight)

- 습기가 있는 잎에서 성장하며 균사를 이용해 기공을 침범

→ 광합성 세포에 침입해 식물이 생산하는 영양분을 흡수

- 식물에 침입한 곰팡이는 무성생식 단계를 시작하며, 기공을 통해 밖으로 자라난 균사 끝에 포자를 형성하는 구조가 만들어짐

- 물곰팡이의 유성생식 : 굵은 균사가 나타나고 그 끝에 난자를 생성하는 구형 장란기(oogo nium) 형성

→ 장란기 근처 균사들이 장란기로 정핵을 만드는 장정기(antheridium)가 들어 있는 가지를 뻗어 수정관을 형성하여 수정이 이루어짐

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