1. 개요
□ 연구목적
○ 빛(조명)이 생물에게 영향을 미치는 정도를 고찰하고, 영향의 정도에 따라서 적절한 대안을 얻고자 한다.
○ 지나친 빛(조명기구) 사용으로 인해 빛이 생물체에 미치는 영향.
- 불필요하거나 필요이상의 빛이 인간이나 자연환경 등에 피해를 주고 있다. 이로 인하여 생물에 성장에 어떤 영향을 끼치고 있는지 연구를 하고자 한다.
○ 야간에 빛(조명)에 노출된 초파리의 부화율, 돌연변이 발생률 그리고 생존율을 분석하여 야간의 빛이 초파리의 성장을 저해하는 요인으로 작용하는지를 알아본다.
□ 연구범위
○ 연구 분야 및 범위
- 물리적 연구분야로 빛의 특성을 이해할수 있으며, 생물학적 학문분야 로 동물분류학, 유전학 분야와 아울러 생태학단원을 포함하는 연구를 시행 하였다. 특히 고등학교 생명과학1의 Ⅳ.자연속의 인간 단원중 개체군생장 곡선, 개체군변동 곡선의 개념이 적용 되어 초파리 개체군의 변화를 파악하 는데 주력하였다.
○ 진행 단계
- 우선 초파리에 대해 알아보기 위하여 초파리관련 서적을 찾아 읽고 초파리의 특성을 파악하였다.
- 이후 모의 실험을 통해 초파리를 직접 수집하였으며, 간단한 실험
설계 과정을 거쳐 결론을 분석하고 미비점을 보완하였다.
- 모의실험을 토대로 미비점을 보완하여 1차 본실험을 실시하여 광주기 에 따른 초파리의 생존영향을 분석하였다.
- 모의실험과 1차 본실험을 토대로 개념을 확장하여 광주기뿐만 아니라, 조도, 광원에 종류에 따른 초파리의 생존 영향을 분석하였다.
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○ 빛공해란?
- 인공조명이 너무 밝거나 지나치게 많아 야간에도 낮처럼 밝은 상태가 유지되는 현상을 가리킨다. 식물은 밤과 낮을 구분하지 못해 정상적인 성장을 하지 못하고 야행성 동물의 경우에는 먹이사냥이나 짝짓기를 제대로 하지 못해 결국 생태계가 교란된다.
○ 생물에 빛 공해가 끼치는 영향
① 식물 : 식물 광합성 체계의 혼란이 생길 수 있으며, 식물체내 광주기의 교란으로 인한 생장의 저해가 나타난다. 아울러 광주기는 식물의 개화 에도 큰 영향을 미친다. 도심가에서 꽃이 필 계절이 아닌데도 개화가 이루어진 장미, 코스모스, 진달래 등을 보는 광경이 흔해져 버렸다.
②동물 : 동물 역시 빛의 유무에 따라 생체 주기가 설정되어 있으나, 도심가 의 밝은 불빛이 여러 동물에 영향을 끼친다. 고층건물의 불빛은 철새 를 혼란하게 하여 많은 철새들이 빌딩에 부딪혀 죽고 있다. 수많은 곤충들이 가로등 불빛에 노출되어 밤에 활동하고, 매미 역시 빛에 이끌려 낮밤을 구분하지 못하고 밤새 울어댄다. 개구리들은 시각이 손상되어 먹이를 구하거나 짝을 찾지 못하고 있다. 현재 지구상의 개구리의 개체수가 급감하고 있는데, 과학자들은 개구리 개체 수 감소 의 원인을 인간이 만들어낸 공해로 보고 있는 견해가 많으며, 빛 공해 역시 주범 중의 하나라고 생각하고 있다.
③인간 : 우리들 스스로는 환한 밤에 적응되어 이상을 느끼지 못한다고
생각할 수 있으나, 실제 빛 공해는 우리 생활 깊숙이 침투하고 있다.
교란된 생태계로 인한 병충해, 소음 피해와 같이 눈에 보이는 위협뿐 만 아니라, 인체 호르몬 체계에도 영향을 미치고 있다. 암세포를 억제 하는 멜라토닌 호르몬은 빛이 있을 경우 인체에서 합성 되지 않는다.
따라서 빛에 지속적으로 노출되면 암에 걸릴 확률이 높다. 그리고 인간 역시 광주기에 영향을 받는 생물로, 밤에 빛을 많이 받으면 정상 적인 수면을 방해하는 불면증이 생기며, 그로인한 정신적인 스트레스 가 생길 수가 있고 성인병까지 발생 할 수 있다.
○ 초파리를 생물 재료로 선택한 이유
- 초파리의 생활사는 고등한 무척추동물이지만 25℃에서 10일이면 성 체가 되고 곧 성적인 성숙에 도달하여 자손을 낳는다.
- 많은 자손을 낳음으로써 결과에 대한 확률적인 처리가 가능하다.
- 외부의 구조가 복잡하여 유전자 돌연변이에 따른 기능을 연구하기가 수월하다.
- 염색체수가 적어 분자유전학적인 접근이 용이하다.
○ 개체군의 생장곡선
- 개체군 내의 개체수가 시간에 따라 증가하는 것을 나타낸 것.
이론적 생장곡선
개체가 생식에 제약을 받지 않으면
시간이 지날수록 개체수가 계속 증가하여 J자형 생장곡선을 나타냄.
실제 생장곡선
자연 상태에서는 개체군의 개체수가 처음에는 급격히 증가하지만, 어느 정도 시간이 지나면 더 이상 증가하지 않고 일정한 수준을 유지하여 S자형
생장곡선을 나타낸다. →환경저항 때문 환경
저항
개체군의 생장을 억제하는 요인 ex>서식 공간부족, 먹이부족, 노폐물 증가, 환경오염과 빛공해
□ 연구주제의 선정
○ 빛 공해 무한한 관심과 연구에 대한 열정
- 평소 빛 공해에 대한 관심을 가지고 있었으며, MBC 특선 ‘밤’이라는 다큐멘터리를 시청하고 학교에서 LP-X(Light Pollution-X)라는 빛 공 해 동아리를 형성하여 빛으로 인한 피해를 조사하고 연구하는 과정에 서 더욱 심오한 연구를 계획하게 되었다.
□ 연구 방법
○ 전남대학교 소속 동물생태학 성하철 교수님께서 설계해놓은 키트에 대해 고쳐야 할 점과 생각하지 못한 문제점을 제시해주셨다. 더불어 많은 조언을 아끼지 않으셨다. 전문가와 학생간의 멘토링 시스템으로 운영되어 수시로 피드백을 받아 실험을 수행하였다.
□ 연구 활동 및 과정
○ 일정표
시기 활동
내용
5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월 1월
탐구주제선정 실험방향 수립 실험연구자문 및 선행연구
실험 기자재 구입 선행실험 실시 1차 실험 실시 실험 결과 분석 중간 보고서 작성 및 정리
2, 3차 실험실시 최종 보고서작성 및 정리
최종 발표
○ 가설 설정 : ‘초파리는 조명을 받는 시간이 길수록 생존에 영향을 받을 것이다.‘라는 총괄 가설을 세워 가지 세부 가설을 설정하였다.
①초파리는 빛을 받는 시간이 길수록 생존에 영향을 받는다.
※특히 세부 가설①의 경우 초기 모의실험 및 초기 연구계획의 중점 가설 이었다.
②초파리는 빛을 많이 받을수록 생존에 영향을 받는다.
③초파리는 빛의 종류가 다르면 생존에 영향을 받는다.
※세부가설 ②, ③의 경우 1차실험을 진행하면서 생긴 의문점을 풀기위하 여 추가로 실험하기로 하였다.
○ 모의실험
<실험 설계 및 수행>
1. 초파리를 유인할 작은 유리병에 바나나껍질을 넣고 종이로 만든 깔때기를 설치한 뒤 테이프로 고정한다.
2. 초파리가 자주 모이는 곳에 병을 가져다 놓고 초파리를 채집한 다.
3. 채집된 초파리를 에테르로 마취하여 암, 수를 1:1 비율로 10마리 씩 한 표본 당 총 20마리로 2개의 그룹으로 나눈다.
4. 대조군(명기 12h/암기 12h), 실험군(명기 24h/암기 0h)을 설정하 여 형광등 빛을 쬐어준다.
5. 초파리를 관찰하여 각종 행동양식과 번식률, 사망률을 측정하여 관찰 일지에 기록한다.
유리병에 바나나를 넣고 깔때기를 씌운다.
초파리가 자주모이는 쓰레기통주변과 주차장 기둥위에 올려놓는다.
조명을 쬐어주는 시간을 다르게 하여 관찰한다.
<실험결과>
- 실험결과 유의미한 결과가 나타나지 않았으며, 다만 초파리의 활동이 실험군에서 더욱 활발해 지는것만 관찰 할 수 있었다.
- 실험을 한 초파리는 이미 자연에 노출되어 햇빛이나 먹이 등의 여러 변인들이 작용했기 때문에 완벽한 실험이라고 볼 수는 없지만 빛이 초파리에게 주는 영향이 있다는 것을 알게 되었다.
<시행착오점 발견>
1. 초파리가 생각 많큼 많이 모이지 않았으며, 모여든 초파리가 모두 같은 종류의 초파리라는 확신이 들이 않았다.
2. 초파리의 숫자가 충분하지 않아 유의미한 결과를 얻기 어렵다고 판단하 였다.
3. 집기병의 크기가 너무 크고 다루기가 어려웠으며, 초파리가 도망가는 일이 발생하였다.
4. 많은 초파리들이 에테르 마취이후 깨어나지 못하였다.
5. 명기와 암기의 주기가 너무 단순하여 비교하기가 어려웠다.
<시행착오점 개선>
1. 초파리를 일괄 구매할수 있는 구입처를 찾아 같은종류의 초파리를 대량 으로 실험 할 수 있게 되었다.
2. 초파리 구입처에서 제공하는 초파리 키트로 실험하여 초파리를 좀더 쉽게 다룰 수 있었다.
3. 에테르의 양을 줄여 좀더 깨어나는 초파리가 많도록 수공적 작업기능을 조원 모두가 향상 시켰다.
4. 명기와 암기의 주기를 좀더 세분화 시키기로 결정하였다.
5. 그 외의 실험조건들을 좀더 일괄적으로 통제하기 위하여 초파리 상자를 구입하여 실험하였으며, 특히 온도를 맞추기 위하여 환풍기를 설치한 다.
○ 1차 실험
<가설>
‘초파리는 조명을 받는 시간이 길수록 생존에 영향을 받는다.‘라는 가설을 변화시키지 않고, 변인통제를 정밀하게 하여 실험을 개선하였다.
<실험 설계 및 수행>
1. 구입한 초파리 암, 수를 1:1 비율로 20마리씩 한 표본 당 총 40마리로 4개의 그룹으로 나눈다.
2. 네 그룹을 명기와 암기가 각각 12시간인 초파리 상자(대조군), 명기가 18시간, 암기가 6시간인 초파리 상자(실험군1), 명기만 24시간인 상자(실 험군2), 암기만 24시간인 상자(실험군3)으로 설정하여 1의 초파리들을 배양한다.
3. 실험의 조작 변인은 명기와 암기의 주기이며, 실험에 사용하는 빛은 형광등으로 통제변인으로 설정한다. 조명을 제외한 모든 조건 역시 통제 변인으로 설정한다.
a. 조작 변인 : 명기와 암기의 주기
b. 통제 변인 : 온도, 습도, 먹이, 서식장소
4. 실험관찰은 매일 수행한다. 초파리의 세대주기인 10일 정도를 관찰하 여 1세대가 지나는 동안의 초파리의 생태 변화를 관찰 한다.
※ 관찰 요인 : 초파리의 부화율, 성충의 생존률
①초파리 부화율 : 실험 종료후 태어난 초파리의 개체수를 센다.
②성충의 생존률 : 새로 부화한 초파리를 제외하여 실험 종료후 초기 40마리 초파리중 살아남은 개체수를 센다.
상자의 가로 29.6cm, 세로 17.5cm 지점에
지름 3.5cm로 구멍을 뚫는다.
조명을 달아놓은 리셉터블을 뚫어놓은
구멍에 장착한 후 불을 킨다.
온도 조절을 위한 환풍기와 시간설정을 위한 시간타이머를
장착한 실험 키트1
<실험결과>
① 초파리 부화율 비교
그룹 명기 /암기
1차 실험 (마리)
2차 실험 (마리)
평균 총계
0h/24h 14 11 12.5 25 6h/18h 19 20 19.5 39 12h/12
h 23 18 20.5 41 18h/6h 26 22 24.0 48 24h/0h 31 30 30.5 61
- 5개 그룹 별 부화율에 유의한 차이가 있는지 알아보기 위해 카이스퀘어 검증을 실시한 결과 x2 통계값은 16.19, 자유도 4 유의확률 0.003로 유의수준 0.05에서 명기/암기 그룹 간 부화율에 있어 유의한 차이가 있다고 말할 수 있다.
② 초파리 생존율 비교
그룹 명기 /암기
1차 실험 (마리)
2차 실험 (마리)
평균 총계
0h/24h 22 25 23.5 47 6h/18h 24 25 24.5 49 12h/12
h 27 23 25.0 50 18h/6h 27 24 26.5 51 24h/0h 33 26 29.5 59
- 5개 그룹 별 부화율에 유의한 차이가 있는지 알아보기 위해 카이스퀘어 검증을 실시한 결과 x2 통계값은 1.656, 자유도 4 유의확률 0.799로 유의수준 0.05에서 명기/암기 그룹 간 생존율에 있어 유의한 차이가 있다고 말할 수 없다.
③ 초파리 돌연변이율 비교
그룹 명기 /암기
1차 실험 (마리)
2차 실험 (마리)
평균 총계
0h/24h 1 0 0.5 1
6h/18h 0 0 0.0 0
12h/12
h 1 0 0.5 1
18h/6h 0 1 0.5 1
24h/0h 0 1 0.5 1
-유의미한 결과가 나오지 않았다.
<결론도출>
1. 빛을 쪼여준 주기가 길수록 초파리의 부화율은 증가하는 추세를 보였다.
초파리의 생존률과 돌연변이율은 유의미한 결과를 얻지 못하였다.
2.실험결과 명기가 24h인 실험군이 가장 많이 부화하였으며 나머지 대조군
은 명기가 18h>12>6h>0h인 순으로 부화율 순서가 나타나는 경향을 보인 다.
3. 초파리는 조명을 받는 시간이 길수록 생존에 영향을 받는다‘라는 초기 가설과는 달리 ’빛을 오래 쪼여 줄수록 초파리의 부화에 유리하다‘는 결론 을 도출 할 수 있었다.
<시행착오점 발견>
▲ 1차실험을 하면서 관찰한 초파리의 모습들
1. 위의 초파리 키트는 초파리 배양에 효율적이었으나, 빛을 쪼여줄 때 초파리들이 빛을 피할 공간이 마련되어 효율적인 실험이 이루어지지 못하였다.
2. 형광등 조명에서 발생한 열이 실험에 영향을 끼쳤으리라 생각되었다.
환풍기가 어느정도 열을 제거하였으나 설치방법이 효율적이지 못하 였다.
3. 에테르로 인한 초파리의 마취가 초파리 생존률을 떨어뜨려 효율적인 실험진행이 어려웠다.
4. 빛의 주기에서 시작한 실험이지만, 일정한 빛의 양보다 더 많은 빛, 다른 종류의 빛에는 어떻게 반응하는지 알고 싶었다.
실험1의 문제점을 해결하기 위한 토론과 해결방안을 찾은 키트를 주문제작할 설계도
<시행착오점 개선>
- 최종 실험에서 1차 실험방법은 그대로 적용하되 아래 항목을 개선했다.
1. 빛이 제대로 초파리에게 닿을 수 있도록 투명 아크릴 판으로 초파리 집을 설계한다. 또한 한꺼번에 여러차례 실험이 가능하도록 초파리 키트를 늘린다.
2. 조명에서 나오는 열을 차단하기 환풍기를 효율적으로 설치한다.
3. 초파리의 마취 후 생존률을 올리기 위해 마취제로 탄산가스를 사용한 다.
4. 조작변인으로 명기와 암기의 주기뿐만 아니라, LED조명이 미치는 영향 역시 알아보기 위해 빛의 양을 조절할 수 있는 연구 키트를 제작한다.
a. 광원의 종류(LED, 형광등)에 따른 초파리의 부화개체수와 생존개체수 를 확인한다.
b. 광원의 조도에 다른 초파리의 부화개체수와 생존개체수를 확인한다.
▲ 주문제작한 실험키트에 형광등 부착 및 완성키트의 모습
※2차, 3차 실험은 본 실험이자 최종결과를 도출한 실험으로 연구 결과 및 시사점에 서술한다.
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과(최종 실험)
○ 가설설정
실험①초파리는 빛을 받는 시간이 길수록 생존에 영향을 받는다.
실험②초파리는 빛을 많이 받을수록 생존에 영향을 받는다.
실험③초파리는 빛의 종류가 다르면 생존에 영향을 받는다.
○ 실험 설계 및 수행
- 기본 실험은 1차실험과 동일하게 하되, 아래 사항을 적용한다.
1. 1개의 실험 키트는 1개의 초파리 상자와 3개의 초파리 집으로 구성되며 하나의 초파리집은 4개의 방을 가진다. 키트 1개당 3번의 실험을 수행하는 것으로 한다. 총 10개의 키트로 실험을 수행한다.
2. 하나의 초파리 집에는 암수 20마리씩 총 40마리씩 넣어 매일 관찰한다.
관찰 요인① 초기 40마리 초파리의 생존 개체수와 사망 개체수를 측정 관찰 요인②새로 태어나는 초파리의 부화 개체수를 측정한다. 새로 태어 나는 개체는 기존의 개체와 섞일 우려가 있으므로 초파리 부화의 조짐이 보일 때 기존개체들을 다른 방으로 이동시켜 격리하여 관찰한다.
3. 형광등의 광주기에 따른 실험, 형광등의 개수에 따른 실험, 조명의 종류에 따른 실험을 수행한다.
상자
실험 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
광원
종류 형광등 형광등 형광등 형광등 형광등 형광등 형광등 LED LED LED
광원
갯수 3개 3개 3개 3개 3개 2개 1개 1개 2개 3개
광주기 명0h/
암24h
명6h/
암18h
명12h/
암12h
명18h/
암6h
명24h/
암0h
명24h/
암0h
명24h/
암0h
명24h/
암0h
명24h/
암0h
명24h/
암0h 실험①
분석군 실험② 분석군 실험③ 분석군
실험 실패
<실험①-형광등 광주기에 따른 실험>
1)실험 세부 설계
1. 구입한 초파리 암, 수를 1:1 비율로 20마리씩 한 집 당 총 40마리를 집어넣어 3개의 집을 3개×5세트(15개) 완성한다.
2. 5세트의 초파리 상자를 다음과 같이 설정하여 1.의 초파리들을 배양.
초파리상자 배치된 초파리 집
1번 A,B,C
2번 D,E,F
3번 G,H,I
4번 J,K,L
5번 M,N,O
3. 실험의 조작 변인은 명기와 암기의 주기이며, 실험에 사용하는 빛은 형광등으로 통제변인으로 설정한다. 조명을 제외한 모든 조건 역시 통제 변인으로 설정한다.
a. 조작 변인 : 명기와 암기의 주기
b. 통제 변인 : 온도, 습도, 먹이, 서식장소
4. 실험관찰은 매일 수행한다. 초파리의 세대주기인 10일 정도를 관찰하 여 1세대가 지나는 동안의 초파리의 생태 변화를 관찰 한다.
2)실험결과 분석
- 아래의 모든표에서 초파리의 단위는 (마리)임.
<실험① : 광주기에 따른 생존 개체수 및 부화 개체수>
1. 상자별 데이터 분석
- 1번 상자 : 명기 0h 암기 24h (개체군 A)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 36 30 29 29 29 29 32 32 32 24 6 0 0 0
죽은 개체 0 4 6 1 1 3 5 3 0 0 8 24 6 0 61
부화 개체 0 0 0 0 1 3 5 6 0 0 0 6 0 0 21
(개체군 B)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 26 30 17 17 16 14 15 20 19 14 14 13 13 13
죽은 개체 0 14 7 3 3 3 5 3 0 1 5 5 6 6 61
부화 개체 0 0 1 0 3 2 3 4 5 0 0 5 5 6 34
(개체군 C)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계
개체수 변화 40 18 11 8 8 8 7 10 11 11 7 7 5 0 0
죽은 개체 0 22 7 3 3 3 4 1 0 0 4 4 5 5 61
부화 개체 0 0 0 0 3 3 3 4 1 0 0 4 3 0 21
- 2번 상자 : 명기 6h 암기 18h (개체군 D)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 26 18 18 18 18 17 19 18 18 15 14 0 0 0
죽은 개체 0 14 8 0 0 0 1 2 1 0 3 4 14 0 47
부화 개체 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 3 0 0 7
(개체군 E)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 30 22 22 20 20 20 22 22 22 19 19 19 18 18
죽은 개체 0 10 8 0 2 2 2 0 0 1 3 3 3 4 38
부화 개체 0 0 0 0 0 2 2 2 0 1 0 3 3 3 16
(개체군 F)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 29 25 25 24 24 24 24 23 24 21 21 21 21 21
죽은 개체 0 11 5 0 1 0 1 0 1 1 3 3 3 3 32
부화 개체 0 0 1 0 0 0 1 0 0 2 0 3 3 3 13
- 3번 상자 : 명기 12h 암기 12h (개체군 G)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계
개체수 변화 40 30 21 21 16 15 12 8 5 2 0 0 0 0 0
죽은 개체 0 10 9 2 5 6 3 4 3 3 2 0 0 0 47
부화 개체 0 0 0 2 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 7
(개체군 H)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계
개체수 변화 40 28 20 16 14 11 7 4 2 0 0 2 1 0 0
죽은 개체 0 12 8 4 6 9 4 3 2 2 0 0 1 1 52
부화 개체 0 0 0 0 4 6 0 0 0 0 0 2 0 0 12
(개체군 I)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계
개체수 변화 40 28 21 14 8 3 3 3 0 0 0 0 4 1 1
죽은 개체 0 12 7 7 8 12 3 0 3 0 0 0 0 3 55
부화 개체 0 0 0 0 2 7 3 0 0 0 0 0 4 0 16
- 4번 상자 : 명기 18h 암기 6h (개체군 J)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계
개체수 변화 40 32 21 17 16 13 8 3 0 0 0 5 3 0 0
죽은 개체 0 8 11 4 5 5 5 5 3 0 0 0 2 3 51
부화 개체 0 0 0 0 4 2 0 0 0 0 0 5 0 0 11
(개체군 K)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계
개체수 변화 40 31 23 18 13 10 6 4 0 0 0 1 0 0 0
죽은 개체 0 9 8 5 7 9 4 2 4 0 0 0 1 0 49
부화 개체 0 0 0 0 2 6 0 0 0 0 0 1 0 0 9
(개체군 L)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계
개체수 변화 40 27 17 13 12 14 7 6 3 0 7 4 0 0 0
죽은 개체 0 13 10 4 5 7 7 1 3 3 0 3 4 0 60
부화 개체 0 0 0 0 4 9 0 0 0 0 7 0 0 0 20
- 5번 상자 : 명기 24h 암기 0h (개체군 M)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계
개체수 변화 40 27 17 13 12 14 7 6 3 0 7 4 0 0 0
죽은 개체 0 13 10 4 5 7 7 1 3 3 0 3 4 0 60
부화 개체 0 0 0 0 4 9 0 0 0 0 7 0 0 0 20
(개체군 M)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 29 20 20 20 19 18 18 18 15 15 19 18 20 20
죽은 개체 0 11 9 1 1 2 3 3 3 5 4 5 2 0 49
부화 개체 0 0 0 1 1 1 2 3 3 2 4 9 1 2 29
(개체군 O)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 34 28 28 27 26 26 25 21 20 20 17 17 17 17
죽은 개체 0 6 6 0 1 2 2 3 4 6 3 4 0 0 37
부화 개체 0 0 0 0 0 1 2 2 0 5 3 1 0 0 14
2. 최종결과 분석
- ‘초파리는 빛을 받는 시간이 길수록 생존에 영향을 받는다.‘는 가설을
입증할 만한 결론을 내지 못하였다.
<실험② : 형광등 조도에 따른 생존 개체수 및 부화 개체수>
1)실험 세부 설계
1. 구입한 초파리 암, 수를 1:1 비율로 20마리씩 한 집 당 총 40마리를 집어넣어 3개의 집을 3세트(9개) 완성한다.
2. 5세트의 초파리 상자를 다음과 같이 설정하여 1.의 초파리들을 배양.
초파리상자 배치된 초파리 집
5번 M,N,O
6번 가,나,다
7번 라,마,바
3. 실험의 조작 변인은 명기와 암기의 주기이며, 실험에 사용하는 빛은 형광등으로 통제변인으로 설정한다. 조명을 제외한 모든 조건 역시 통제 변인으로 설정한다.
a. 조작 변인 : 명기와 암기의 주기
b. 통제 변인 : 온도, 습도, 먹이, 서식장소
4. 실험관찰은 매일 수행한다. 초파리의 세대주기인 10일 정도를 관찰하 여 1세대가 지나는 동안의 초파리의 생태 변화를 관찰 한다.
2)실험결과 분석
1. 상자별 데이터 분석
- 6번 상자 : 형광등2개 (개체군 : 가, 나, 다) (개체군 가)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 36 33 43 44 40 30 29 28 30 28 27 26 26 26
죽은 개체 0 4 3 5 5 4 10 1 1 2 2 1 3 0 41
부화 개체 0 0 0 15 6 0 0 0 0 4 0 0 2 0 27
(개체군 나)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 36 33 43 44 40 30 29 28 30 28 27 26 26 26
죽은 개체 0 4 3 5 5 4 10 1 1 2 2 1 3 0 41
부화 개체 0 0 0 15 6 0 0 0 0 4 0 0 2 0 27
(개체군 다)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 37 26 18 23 23 24 24 24 23 25 24 22 22 22
죽은 개체 0 3 11 8 0 1 1 0 0 1 0 1 2 0 28
부화 개체 0 0 0 0 5 1 2 0 0 0 2 0 0 0 10
- 7번 상자 : 형광등1개 (개체군 : 라, 마, 바) (개체군 라)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 40 8 11 9 8 6 6 15 15 14 14 14 14 14
죽은 개체 0 0 32 2 2 1 2 0 2 0 1 0 0 0 42
부화 개체 0 0 0 5 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 16
(개체군 마)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 35 28 23 24 21 21 22 22 20 17 17 17 17 17
죽은 개체 0 5 10 5 2 4 0 0 0 2 4 0 0 0 32
부화 개체 0 0 3 0 3 1 0 1 0 0 1 0 0 0 9
(개체군 바)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 37 30 27 27 21 21 19 16 17 16 15 13 16 16
죽은 개체 0 3 7 5 1 6 0 2 3 1 1 1 2 2 34
부화 개체 0 0 0 2 1 0 0 0 0 2 0 0 0 5 10
2. 최종결과 분석
- ‘초파리는 빛을 많이 받을수록 생존에 영향을 받는다.‘는 가설을 입증할 만한 결론을 내지 못하였다.
<실험② : LED 조도에 따른 생존 개체수 및 부화 개체수>
1)실험 세부 설계
1. 구입한 초파리 암, 수를 1:1 비율로 20마리씩 한 집 당 총 40마리를 집어넣어 3개의 집을 3세트(9개) 완성한다.
2. 5세트의 초파리 상자를 다음과 같이 설정하여 1.의 초파리들을 배양.
초파리상자 배치된 초파리 집
8번 사,아,자
9번 차,카,타
10번 파,하,하2=>실패
3. 실험의 조작 변인은 명기와 암기의 주기이며, 실험에 사용하는 빛은 형광등으로 통제변인으로 설정한다. 조명을 제외한 모든 조건 역시 통제 변인으로 설정한다.
a. 조작 변인 : 명기와 암기의 주기
b. 통제 변인 : 온도, 습도, 먹이, 서식장소
4. 실험관찰은 매일 수행한다. 초파리의 세대주기인 10일 정도를 관찰하 여 1세대가 지나는 동안의 초파리의 생태 변화를 관찰 한다.
2)실험결과 분석
1. 상자별 데이터 분석
- 8번 상자 : LED 1개 (개체군 : 사, 아, 자) (개체군 사)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 38 35 34 39 41 41 40 35 30 24 28 28 26 26
죽은 개체 0 2 3 1 0 0 0 1 5 6 6 0 0 2 26
부화 개체 0 0 0 0 5 2 0 0 0 1 0 4 0 0 12
(개체군 아)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 38 24 22 34 32 31 31 30 27 27 26 29 29 29
죽은 개체 0 2 14 2 0 2 1 0 4 3 0 1 0 0 29
부화 개체 0 0 0 0 12 0 0 0 3 0 0 0 3 0 18
(개체군 자)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 38 33 37 36 31 30 29 26 22 25 24 24 24 24
죽은 개체 0 2 5 2 1 5 2 1 3 4 1 1 0 0 27
부화 개체 0 0 0 6 0 0 1 0 0 0 4 0 0 0 11
- 9번 상자 : LED 2개 (개체군 : 차, 카, 타) (개체군 차)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 39 30 34 28 20 6 6 6 13 11 14 19 16 16
죽은 개체 0 1 9 0 6 10 14 0 0 0 2 0 0 3 45
부화 개체 0 0 0 4 0 2 0 0 0 7 0 3 5 0 21
(개체군 카)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계
개체수 변화 40 36 33 33 40 20 13 10 6 1 0 0 4 6 6
죽은 개체 0 4 3 0 1 20 7 6 4 5 1 0 0 1 52
부화 개체 0 0 0 0 8 0 0 3 0 0 0 0 4 3 18
(개체군 타)
일차
개체군 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 총
계 개체수 변화 40 40 34 30 34 30 34 30 27 28 28 27 27 27 27
죽은 개체 0 0 6 4 1 4 2 4 3 1 0 1 0 0 26
부화 개체 0 0 0 0 5 0 6 0 0 2 0 0 0 0 13
- 10번 상자 : LED 3개 (개체군 : 파, 하, 하2) 실험 실패
2. 최종결과 분석
-
- LED 1개의 조명이 LED 2개의 조명을 쬐어준것보다 더 많이 살아남았 으나, 단순히 두개의 실험을 비교하여 결론을 내리기 힘들다. 차후 가능하 다면 더 많은 실험이 이루어져야 할 것 같다.
<시행착오점 발견>
- 겨울에 접어들면서 실험실 온도가 전체적으로 낮아졌다. 히터를 틀어 온도를 조절하였으나 초파리가 생존하기에 적당한 환경은 아닌 것 같다.
- 반복되는 마취로 인해 초파리가 생존하기가 어려웠다. 가급적 초파리를 마취시키지 않고 숫자를 셀수 있는 방법을 강구해야 한다.
- 주문제작한 초파리 상자와 집이 초파리가 살기에 적당한 환경이 아니었 다. 개체군 생장곡선에 따라 초파리집의 환경 수용능력이 크다면 초파리 개체군이 증가하는 것이 바람직하다. 그러나 초파리가 실험말기가 되어가 며 죽어가고, 개체군이 늘어나지 않는 것을 보았을 때, 초파리집을 다시 설정하여 초파리가 살기에 적당한 환경을 조성해 주어야 한다.
□ 시사점
○ 1차 본실험을 제외하고는 가설을 입증할 만한 결론을 도출하기가 힘들었다. 실험 환경이 바뀌면서 초파리가 제대로 살지 못하는 환경이 조성되었는데, 그것이 무언인지 밝히고 개선해서 실험을 진행해야 할 것이다.
○ 실험의 어려움을 깨달았다. 교과서에서만 볼수 있었던 실험들이 매우 간단하게만 보였는데, 실제 초파리를 기르는 실험을 하고나서 실험이 얼마나 정교하고 정밀하게 이루어지며, 관찰값과 측정값이 얼마나 소중한지를 깨달을 수 있었다.
○ 야간의 조도에 따른 초파리 부화율, 돌연변이율, 생존율을 측정하기 위해 통계학, 동물 행동학, 광학을 적용하는 과정을 통해 융·복합적
사고력과 문제해결력을 향상 시킬 수 있다.
○ 학생이 주도적 연구 활동을 통해 지적 호기심을 해결해나감으로써 사고력이 확장되고 전문가-교사-학생의 공동 연구 방식을 통하여 사회 성 및 인성을 향상시킬 수 있으며 다양한 기초 지식을 융합하여 적용함 으로써 창의력을 증대시킬 수 있다.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 우리는 LP-X라는 빛 공해 동아리로 동아리시간을 효율적으로 활용하 여 실험결과를 정리하여 학교 게시판에 공표하여 많은 사람들에게 빛에 대한 새로운 인식을 심어준다.
□ 학교 학생들과 선생님들을 대상으로 UCC를 제작하여 자습시간에 시 청하던지 포스터 게시 등을 통해 빛 공해 캠페인을 실시하여 빛의 양면성을 보여준다.
□ 빛 공해를 막을 수 있는 방안을 고안하여 학교 안에서 무분별한 빛 사용을 막아 에너지 절약에 일조한다.
5. 참고문헌
□ 초파리의 기억(초파리 연구를 통해 추적한 행동유전학의 비밀) - 조너 던와이너 저 조경희 역/ 이끌리오
□ 밤으로의 여행 - 크리스토퍼 듀드니 저 연진희 외1명 역/ 예원미디어
□ 월간 LED매거진(2012년 2월 통권 27호) - 류창헌 저/스마트미디어
