STEAM R&E 연구결과보고서
(흰 띠를 만드는 긴호랑거미(Argiope bruennichi)의 생활사 관찰 및 성분분석을 통한 흰 띠 역할 연구)
2015. 11. 17.
명덕고등학교
< 연구결과 요약 >
과 제 명 흰 띠를 만드는 긴호랑거미(Argiope bruennichi)의 생활사 관찰 및 흰 띠 성분 분석을 통한 흰 띠의 역할 연구
연구목표
거미 종이 매우 많고 다양한 반면, 아직 밝혀지지 않은 거미들의 생활사 및 특성이 많고, 흰 띠를 치는 거미들의 생활사에 관한 논문도 부족한 상태이므로 이번 연구를 통해, 흰 띠 거미줄을 만드는 호랑거미류 중, 긴호랑거미의 생활사를 관찰해 보고, 흰 띠의 성분 분석, (주사전자현미경)관찰 등 다양한 연구들을 통하여 흰 띠의 역할을 규명하고자 함.
연구방법
1. 긴호랑거미(Argiope bruennichi) 생활사 관찰
① 4마리의 긴호랑거미(Argiope bruennichi)를 4개의 사육장에 방사함.
② 주중 5일 동안 거미를 60분씩 집중관찰기록하고 또한 수시로 관찰하여 기록함.
③ 잠자리, 메뚜기같은 곤충을 잡아 4일마다 먹이로 줌.
④ 물은 물뿌리개로 2일마다 거미 그물에 뿌려줌.
⑤ 잔가지가 많은 나무화분들에 거미를 풀어주고 모기장을 넓게 침.
⑥ 생활사 관찰을 하며, 관찰일지에 30일동안 매일 기록함.
2. 주사 전자 현미경(SEM)을 이용한 거미줄과 흰 띠의 구조 관찰
① 구리 스티커를 Carbon Tape에 붙인다.
② 실험용 칼로 시료(긴호랑거미 일반거미줄, 흰 띠)를 잘라서 구리 스티커 위에 붙인다.
③ 이온코팅기 (Ion Coater)채임버에 시료를 넣고서 Auto단추와 Cycle단추를 누른다.
④ Start 단계에 돌입하면 300초 동안 Plasma가 형성되면서 시료를 코팅한다.
⑤ SEM에 이온 코팅된 시료를 넣고서 x30,x100,x500,x1000로 관찰한다.
3. 거미줄과 흰 띠의 성분 분석
가) HPLC(High Performance Liquid Chromatography)를 이용한 거미줄과 흰 띠의 성분 분석 ① 가수분해를 위해 취한 시료 각각을 완전히 건조시킨다.
② 섭씨 110도에서 24시간 HCI hydrolysis 한다.
③ 가수분해된 아미노산을 PITC(phenylisothiocyanate)로 유도체화 시킨다.
⑤ microcentrifuge 시킨 후 상층액을 따서 HPLC의 autosampler에 안치한다.
(A solvent에 녹인 시료는 0.45㎕ fliter로 fliitering 후 사용)
연구성과
탐구 1에서 긴호랑거미(Argiope bruennichi)의 생활사를 관찰하면서 흰 띠가 거미 그물 내에서 특별한 역할을 담당하지 않음을 알 수 있었다.
탐구 2에서 긴호랑거미(Argiope bruennichi)의 일반 거미줄과 흰 띠를 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 일반 거미줄과 흰 띠에 별다른 차이점이 없음을 알 수 있었다.
탐구 3에서 긴호랑거미(Argiope bruennichi)의 일반 거미줄과 흰 띠를 HPLC를 이용해 아미노산 성분 분석을 한 결과 흰 띠 거미줄에는 아미노산 성분의 종류가 18종인반면 일반거미줄의 아미노산 성분은 TYR, MET을 제외한 16종류인 것을 알 수 있었다.
위에서 진행된 탐구 세 가지와 거미가 진화를 거듭할수록 거미줄의 아미노산 성분이 적어진다는 전문가의 자문을 통해 흰 띠는 긴호랑거미의 거미그물이 주거위주의 그물에서 포충위주의 그물로 진화하는 과정에서 파생된 진화의 흔적, 즉 주거의 잔재임을 확인할 수 있었다.
이번 연구는 아직까지 과학계의 불모지라 볼 수 있었던 긴호랑거미(Argiope bruennichi) 흰 띠의 역할에 대해 화학적인 방법으로 접근한 최초의 연구가 되었다.
이번 연구 결과는 향후 거미들의 진화의 유연 관계를 파악하는데 널리 쓰일 기초과학자료로 사용될 것이다.
주요어 (Key words)
흰 띠, 꼬마 호랑 거미, 긴 호랑 거미, 호랑 거미, 조정설, 주거 잔재설, 주사전자현미경(SEM), 아미노산 성분분석, 흰 띠 성분분석, 주거의 잔재, Stabilimentum,
1. 개요
□ 연구 동기
○ 명덕고등학교는 2010년 6월 과학중점학교로 지정된 이래 실험실습 중심의 과학 교육을 위한 첨단 시설을 완비하여 학생들의 탐구력 향상을 위한 토대 마련
○ 과학중점 학생들이 1, 2학년 과정에서 과학 교과의 4개 영역 I, II 과목을 이수하여 폭넓은 과학적 지식을 배양할 수 있도록 교육과정 편성
○ 본 팀은 2014년 4월 1일부터 2015년 2월 20일까지 ‘서로 다른 거미줄을 만드는 거미들이 다른 종류의 거미줄로 위치 변경 시 행동 변화’라는 주제로 탐구를 진행.
○ 위의 탐구를 1년간 진행하면서 호랑거미류(호랑거미, 긴호랑거미, 꼬마호랑거미)를 관찰하였고 이 거미들의 거미그물에는 흰 띠 (Stabilimentum)가 존재함을 알 수 있었음.
□ 연구 목적
○ 현재 우리나라에는 거미가 약 600여종이 있지만, 흰 띠를 만드는 거미에 대한 정확한 연구가 이루어져 있지 않음.
○ 흰띠의 진화론적인 변화나 성분 분석 및 역할에 관한 논문이 별로 없음.
- ‘긴호랑거미의 흰띠줄 자외선 반사율 패턴과 먹이포획의 관계에 관한 연구’(서울대학교 학위논문 김경혜, 2004)
- ‘먹이 종 감각 정보 제공에 따른 긴호랑거미(Argiope bruennichi)의 웹 건축 전략’(생명과학회지 제21권 제7호 진우영, 신현철, 김길원)
○ 2개의 전국과학전람회 연구보고서가 있음.
- ‘거미줄 구조에 관한 형태 비교연구’(제41회 전국과학전람회, 교사연구)
- ‘긴호랑거미 거미줄에 있는 Stabilimentum의 자외선 반사 효과에 관한 연구’(제58회 전국과학전람회, 고등학생연구)
□ 연구범위
○ 긴호랑거미(
Argiope bruennichi
)의 생활사 관찰을 통한 흰 띠의 개형 분석.○ SEM(주사전자현미경) 관 찰을 통해 긴호랑거미(
Argiope bruennichi
) 일반 거미줄과 흰 띠의 구조적 특징 비교.○ 긴호랑거미(
Argiope bruennichi
) 일반 거미줄과 흰 띠의 아미노산 성분분석을 통한 성분 차이 비교.○ 긴호랑거미(
Argiope bruennichi
) 흰 띠의 역할 규명.
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○ 이론적 배경
- 긴호랑거미의 거미줄에 있는 흰 띠는 X 모양과 지그재그 모양이 있고 매일매일 형태가 바뀐다. (‘긴호랑거미 거미줄에 있는 stabilimentum의 자외선 반사 효과에 관한 연구’박현준, 조은채, 이선우)
- 거미 진화 초기 단계에는 흰 띠는 거미줄에서 큰 역할을 하지 못했으나 진화 할수록 거미들의 주거의 공간이 되었고 필수적 요 인이 되었다. (‘긴호랑거미 거미줄에 있는 stabilimentum의 자외 선 반사 효과에 관한 연구’박현준, 조은채, 이선우)
- 호랑거미 이외에도 여러 종류의 거미들이 흰 띠를 만들고 있지만 호랑거미류의 거미들이 주로 흰 띠를 만들고 있음. (‘거미줄 구조 에 관한 형태 비교연구’, 제41회 전국과학전람회 교사연구) - 경기도 남양주시 소재 생태수목원의 주필거미 박물관을 운영하는
담당 박사의 자문으로 새로 알 수 있었던 부분.
‧ 현재 우리나라에 흰 띠 관련 연구가 미흡함.
‧ 호랑거미 외에도 먼지거미류의 거미들도 흰 띠를 만듦.
○ 흰 띠의 역할에 관한 설
- 안전띠설 : 거미줄의 각 종류에는 줄치기 모양 등에 차이가 있어, 모양의 차이점을 흰 띠에 의하여 조정한다고 한다. 그 래서 흰 띠를 stabilimentum(튼튼하게 하다)이라고 한 다.(거미이야기, 1989, 로빈손 부부)
- 보호띠설 : ‘숨는 띠’라고 부르고 있는데 여러 종류의 적의 눈으 로부터 모습을 숨기기에 유용하다고 보는 견해다.
(일반학자들이 주장함.)
- 주거 잔재설(住居 殘在說) : 흰 띠는 아주 먼 선조가 그들 생활에 뺄 수 없는 것으로서 영위해 온 주거가 오랜 진화과정 에서 변화하여 존재가치가 희박해져 소멸 직전의 상태 에 있는 것, 즉 주거의 잔재로 보는 견해다. (백대일기, 1996, 중평 청선생) (1996, 담당 박사)
○ 선행 연구 (티칭 스파이더 캠프)
- 일시: 2015년 7월 25일~ 7월 30일(5박 6일간) - 장소: 아라크노피아 주필거미박물관, 운길산 일대 - 내용
‧ 거미의 생활사 관찰을 위한 거미 생태 학습
‧ 거미의 생활사 관찰준비를 위한 거미&거미줄 채집법 익히기 ‧ SEM(주사 전자 현미경) 관찰을 위한 조작법 익히기
‧ 운길산 일대 거미 생태연구에 공동 참여하여 ‘운길산의 거미상 (2015)’을 학술지에 발표함.
<사진1 거미채집활동> <사진2 거미캠프활동> <사진3 ‘운길산의 거미상’>
□ 연구주제의 선정
○ 다양한 탐구 주제에 대한 논의 과정
- 서로 다른 거미들이 자신이 거미줄이 다른 거미줄 위에서의 행동변화 - 거미가 먹이를 감지하는 방법
- 거미의 종류에 따른 거미줄의 성분 비교
- 호랑거미의 거미줄에 흰 띠가 있는 이유 분석
- 위의 4가지 주제를 고려하여 ‘흰 띠 거미줄을 만드는 거미의 생활사 관찰과 흰 띠의 성분 및 역할 연구’로 주제를 선정하였음.
○ 외부전문가 (동국대학교 명예교수 담당 박사)의 자문
- 아라크노피아 생태수목원 주필거미박물관에 2차례 방문.
□ 연구 활동 및 과정
○ 월별 연구 추진 실적
내용 시기(월)
3 4 5 6 7 8 9 10 11
연구 팀 구성
주제 선정, 주제 선정에 따른 선행 연구 조사 연구계획서 작성
선행 논문 수집 외부 전문가 섭외 전문가 자문, 연구계획서 작성 흰 띠를 치는 거미 채집 및 분류
아라크노피아 5박 6일 거미 캠프 참여하기 긴호랑거미(Argiope bruennichi) 탐구 일지 작성 주사전자현미경(SEM)을 이용한 거미줄과 흰
띠(Stabilimentum)의 구조 관찰 긴호랑거미(Argiope bruennichi)의 생활사 작성
HPLC를 이용한 거미줄과 흰 띠(Stabilimentum)의 아미노산 성분 분석
결과 분석 및 탐구 보고서 작성
<표 1 월별 연구 추진 실적>
○ 시설 활용 실적
시설/기기명 보유기관 활용 내용
SEM 과학전시관 주사전자현미경
HPLC 기초과학자원연구소
서울센터 생명과학실 고속 액체 크로마토그래피
PITC 기초과학자원연구소
서울센터 생명과학실 아미노산을 가수분해 시킴
<표 3 시설 활용 실적>
○ 외부 전문가 자문 내역
날짜 외부
전문가 자 문 내 용
5월 15일 담당 교수님
우리가 미리 준비했던 주제들을 담당 교수님께 보여 드리고 주제를 정한 후에 거미에 대한 기초 지식과 연구에 대한 자문을 얻음.
5월 17일
6월 13일 담당 교수님
주제 수정과 우리의 연구와 관련된 기초 연구 자료에 대한 자문을 얻음.
6일 20일 7월 25일~
7월 30일
담당 교수님 거미 학회
거미 캠프에 참가하여 담당 박사님과 5박6일 동안 함 께 활동하면서 거미 사육방법이나 거미에 대한 자세 한 지식들 그리고 거미 분류방법 등 여러 가지 거미 관련 내용에 대한 자문을 얻음.
8월 7일
담당 교수님
거미를 사육하면서 보완해야 할 점들과 거미들의 알 집에 대한 자문을 얻음.
8월 16일 8월 20일
9월 2일 담당 교수님
긴호랑거미의 일반 거미줄과 흰 띠의 채집방법에 대 한 자문을 얻음.
9월 3일
10월 15일 담당 교수님
1차로 완료된 보고서를 보여드려 보완해야 할 것들과 일반거미줄과 흰 띠의 아미노산 성분 분석에 대한 자 문을 얻음.
10월 28일
11월 11일 담당 교수님
거미그물의 진화사적 고찰의 근거 요인들에 대해 듣 고 그중 아미노산 성분 분포와 관련된 내용과 사후 활용 계획에 대한 자문을 얻음.
<표 4 외부 전무가 자문 내역>
○ 실험 설계 1) 생활사 관찰
- 사육 장소 : 서울시 강서구 내발산동 서울명덕고등학교 - 사육 시기 : 2015년 08월 02일 ~ 2015년 08월 31일
- 사육장 만들기 : 학교 안에 사육장을 직접 만들어 긴호랑거미 (
Argiope bruennichi
)의 생활사 관찰을 통해 가설들을 검증한다.2) 주사전자현미경(SEM)을 이용한 관찰 - 실험 장소 : 서울특별시 과학전시관 - 실험 날짜 : 2015년 09월 05일
- 실험 시료 : 긴호랑거미 일반거미줄, 긴호랑거미 흰 띠
사진 10 SEM 시료 제작 사진 11 이온 코팅기 사진 12 SEM 촬영 사진
3) AMINO ACID COMPOSITION ANALYSIS
- 실험 장소 : 기초과학자원연구소 서울센터 생명과학실 - 실험 날짜 : 2015년 10월 13일 ~ 2015년 10월 15일
사진 4 비닐하우스 위성 사진 사진 5 비닐하우스 단면도
사진 6 사육장1 사진 7 사육장2 사진 8 사육장3 사진 9 사육장4
- 실험 시료 : 긴호랑거미 일반거미줄, 긴호랑거미 흰 띠
○ 연구 준비
- 채집 장소 : 경기도 남양주시 운길산 일대, 양평군 두물머리 일대 - 채집 날짜 : 2015년 07월 25일 ~ 2015년 07월 30일
- 채집 방법 : Looking up & Looking down 방법, 포충망 이용 - 거미 분류 : 긴호랑거미(
Argiope bruennichi
) 11마리,꼬마호랑거미(
Argiope minuta Karsch
) 5마리경기도 남양주시 운길산에서 꼬마호랑거미 1마리 채집 2015.07.25 경기도 남양주시 운길산에서 꼬마호랑거미 1마리 채집 2015.07.26 경기도 남양주시 운길산에서 꼬마호랑거미 3마리 채집 2015.07.27 경기도 양평군 두물머리에서 긴호랑거미 11마리 채집 2015.07.28 명덕고 비닐하우스에 거미 사육 환경 조성, 긴호랑거미
4마리 방사 2015.08.04
<표 5 연구활동 일정>
사진 13 긴호랑거미 5 사진 14 긴호랑거미 6 사진 15 긴호랑거미 7 사진 16 긴호랑거미 8
사진 17 긴호랑거미 9 사진 18 긴호랑거미 10 사진 19 긴호랑거미 11 사진 20 꼬마호랑거미12
사진 21 꼬마호랑거미13 사진 22 꼬마호랑거미14 사진 23 꼬마호랑거미15 사진 24 꼬마호랑거미16
<표 6 채집한 거미 사진들>
○ 연구 방법
탐구1. 긴호랑거미(
Argiope bruennichi
) 사육 및 관찰 일지 작성 - 긴호랑거미(Argiope bruennichi
) 사육‧ 4마리의 긴호랑거미(
Argiope bruennichi
)를 4개의 사육장에 방 사함.‧ 주중 5일 동안 거미를 60분씩 집중관찰기록하고 또한 수시로 관찰하여 기록함.
‧ 잠자리, 메뚜기같은 곤충을 잡아 4일마다 먹이로 줌.
‧ 물은 물뿌리개로 2일마다 거미 그물에 뿌려줌.
‧ 잔가지가 많은 나무화분들에 거미를 풀어주고 모기장을 넓게 침.
사진 25 모기장 설치 사진 26 거미 사육 사진 27 관찰일지 작성
<표 7 거미사육 및 관찰방법>
- 긴호랑거미(
Argiope bruennichi
) 관찰 일지 작성‧ 관찰 요일을 상단부에 기입하고 중앙 부분에 거미줄과 흰 띠의 형태를 그려 넣었다.
‧ 긴호랑거미(
Argiope bruennichi
)를 관찰하면서 알 수 있었던 거미의 행동 습성, 거미줄의 모양 변화 및 특이점, 흰 띠의 변화 과정을 기입한다.사진 28 관찰 일지 작성 양식 사진 29 관찰 일지 작성 예시
탐구2. 거미줄과 흰 띠의 구조 관찰
- 주사 전자 현미경 (SEM)을 이용해서 긴호랑거미(Argiope bruennichi)의 먹이실, 흰 띠, 알집실을 30배, 100배, 500배, 1000배율로 촬영
사진 30 긴호랑거미 먹이실 사진 31 긴호랑거미 흰 띠 사진 32 긴호랑거미 알집실
사진 33 이온 코팅기 사진 34 거미줄 표본들 사진 35 SEM 사진
<표 8 실험에 사용할 거미줄 및 장치>
- 주사전자현미경(SEM) 사용방법
1. 구리 스티커를 잘라 Carbon Tape에 붙인다.
사진 36 시료 준비1
2. 실험용 칼로 시료를 잘라서 구리 스티커 위에 올린다.
사진 37 시료 준비2 3. 이온코팅기 (Ion Coater)
채임버에 시료를 넣고서 Auto단추와 Cycle 단추를 누른다.
사진 38 이용코팅기
4. Start 단계에 돌입하 면 300초 동안 Plasma가 형성 되면서 보랏빛의 입자 들이 떨어져 나와 시 료 위에 증착된다.
사진 39 시료 도핑 5. SEM에 이온 코팅된
시료를 넣고서 x30, x100, x500, x1000배로 시료들을 관찰한다.
사진 40 현미경관찰
6. 긴호랑거미의 먹이 실, 흰 띠, 알집실(거미 줄)의 사진을 저장한다.
사진 41 거미줄 사진
<표 9 주사전자현미경(SEM) 사용방법과정>
탐구3. HPLC(High Performance Liquid Chromatography)를 이용한 거미줄과 흰 띠의 성분 분석
- 가수분해를 위해 취한 시료 각각을 완전히 건조시킨다.
- 섭씨 110도에서 24시간 HCI hydrolysis 한다.
- 가수분해된 아미노산을 PITC(phenylisothiocyanate)로 유도체화 - 시료를 완전히 말린 후 200㎕의 A solvent로 녹인다.
- microcentrifuge 시킨 후 상층액을 따서 HPLC의 autosampler에 안치
사진 42 거미줄 채취 사진 43 채집한 흰 띠 사진 44 HPLC 이용
<표 10 HPLC를 이용한 거미줄 성분 분석 >
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과
탐구1. 긴호랑거미 생활사 관찰을 통한 흰 띠 역할 연구 - 긴호랑거미A
날짜 사진 거미의 생활사 흰 띠의 형태
8월 5일
거미줄이 만들어 지고 흰 띠가 생긴 후, 며칠 동안 그물을 다 시 치거나 보강하지 않음. 오 히려 흰 띠의 X자형 부분은 점점 낡고 꼬여져 비틀어진 끈 모양이 됨.
흰 띠는 다른 긴호랑 거미들과 똑같이 'I'모 양이다.
8월 6일
거미 위쪽의 지그재그 형태의 흰 띠가 사라 졌고 아래쪽의 흰 띠 는 길이가 8cm에서 9cm로 길어졌다.
8월 7일
위쪽 흰 띠는 사라졌 고, 아래쪽 흰 띠의 길이가 5cm로 줄어들 었다.
8월 8일
거미를 관찰 하는 도중에 거미 줄을 망가뜨렸지만 보수나 흰 띠의 갱신은 없었음.
흰 띠가 망가져서 모 양이 ‘1’자형으로 되고 길이도 약 4cm 로 줄어들었다.
8월 10일
거미줄 전체가 망가지고 난 이 틀 후 거미가 거미줄과 흰 띠 를 다시 쳤다.
길이는 총 5cm이고, 흰 띠가 지그재그형태 로 위쪽, 아래쪽으로 생겼다.
8월 13일
긴호랑거미가 사라졌다. 사육장1 모기장 뒤쪽에 구멍이 있었는데 그 구멍을 통해 긴호랑거미가 탈출한듯하다.
<표 11 사육장1 관찰일지>
거미줄과 흰 띠를 만든 후에는 보수 또는 갱신을 하지 않았지만, 몇 일후 점점 거미줄이 낡아진 후에는 다시 거미줄과 흰 띠를 만들었다.
- 긴호랑거미B
먹이를 먹은 후에 흰 띠를 만들었고, 그 후 관찰 결과 점점 흰 띠가 사라지면서 일반 거미줄만 남게 되었다.
날짜 사진 거미의 생활사 흰 띠의 형태
8월 5일
흰 띠를 만들지 않았으며 거미줄을 만든 위치도 나무 위쪽이 아닌 나무 아래쪽에 만들었다.
흰 띠가 없다.
8월6일
~7일
흰 띠를 만들지 않아서 4마리의 거미 중 잠자리를 가장 먼저 잡아다 주었다. 거미 줄에 걸리자마자 하얀 거미줄을 뿜어내 면서 잠자리를 거미줄로 감아 버렸다. 흰 띠는 만들지 않았다.
8월 8일
잠자리 시체 때문인지 자신의 기존 거미 줄을 버리고 다른 거미와 마찬가지로 나 무 위쪽에 새로운 거미줄을 만들었다.
8월
10일 드디어 긴호랑거미B가 흰 띠를 만들었 다. 여태껏 주었던 먹이가 효과가 있는 것 같다. 그리고 거미줄의 모양도 처음의 거미줄보다 더 크고 선명한 원형거미줄 이었다.
‘(’의 모양으 로 길이는 7cm 이고, 지그재그 모양이다.
8월 14일
위쪽 흰 띠가 사라지고 아래 쪽에만 약 3cm 정도 ‘I' 모양 으로 흰 띠가 남아있다.
8월 17일
8월 18일
중심으로부터 약 15cm 정도 떨어진 위치 의 거미줄에서 다양한 진동 자극을 주었 으나 흰 띠 뒤로 숨는 행동은 볼 수 없 었고, 일정한 방향 없이 도망가는 행동을 볼 수 있었다.
아래에만 ‘I' 모양으로 길이 는 약 1cm로 흰 띠가 남아있다.
8월19 일~
8월26 일
거미줄을 새로 만들었다. 그러나 아직 흰 띠는 만들지 않았다. 잠자리를 먹이로 주 었고 물도 뿌려 주었다.
흰 띠가 없다.
<표 12 사육장2 관찰일지>
- 긴호랑거미C
날짜 사진 거미의 생활사 흰 띠의 형태
8월 5일
암컷 긴호랑거미중에서 첫날 흰 띠를 가장 적게 만들었다. 원형그물의 크기 는 컸다.
흰 띠의 길이는 약 6cm이고, 아래쪽에 만 지그재그형식의
‘I'자모양이다.
8월 6일 잠자리를 잡아 주니 긴호랑거미2와 마찬가지로 거미줄로 칭칭 감은 후에 멀리서 잠자리가 지칠 때 까지 기다 린 뒤에 잡아먹었다.
아래쪽의 흰 띠는 변화가 없고 위쪽부 분의 흰 띠가 약 4cm정도 증가하였 다.
8월 7일
8월 8일 ~
8월10일 잠자리를 먹고 나서 많은 양의 흰 띠 를 바로 만들어 내었다. 관찰한 흰 띠 중에서 가장 긴 흰 띠가 발견되는 시 기였다.
흰 띠가 많이 생성 된 날이다. 위아래 로 ‘)'자 모양으로 약 9cm정도 생성되 었다.
8월14일 ~ 8월18일
흰 띠의 길이가 약 11cm로 가장 길었 다. 또한 완벽한
‘I'모양으로 형성 되었다.
8월19일 시간이 지날수록 흰 띠의 모양이 매 일 미세하게 바뀌었는데 길이는 점점 줄어들고 굵기도 점점 얇아지면서 흰 띠가 점점 사라지는 것 같았다.
흰 띠를 ‘xxx’모 양으로 약 8cm 만 들었다.
8월20일 ~ 8월21일 8월22일 ~ 8월25일
거미가 알집을 만들었다. 22일에 만든 흰 띠가 오랫동안 유지되어있었으며 거미는 거미줄을 놔두고 알집근처에 있었다.
흰 띠를 새로 만들 어 약 8cm길이와
‘I'모양을 나타내 고 있다.
실제로 흰 띠를 가장 많이 만들고 크게 만든 거미이고, 오랜 시간동 안 흰 띠를 유지하였다.
8월26일
흰 띠와 거미줄을 채집한 이후로 거 미는 거미줄을 만들지 않고 계속 알 집 주위를 멤돌고 있고 배 또한 알집 을 만든 후 급격히 홀쭉해 졌다.
흰 띠가 없다.
(하지만, 9월 1일에 는 약 7cm의 흰 띠 를 만들었다.)
8월27일 ~ 8월31일
알집을 만든 후에 힘이 빠진 것 같아 서 잠자리 말고 메뚜기를 잡아다 주었 다. 배가 고팠는지 재빨리 잡아먹었 다.(9월 1일에 바로 흰 띠를 만들었다.)
<표 13 사육장3 관찰일지>
- 긴호랑거미D
날짜 사진 거미의 생활사 흰 띠의 형태
8월 5일
사육장의 왼쪽 위 구석에 거미줄과 흰 띠를 만들었다.
완전하지 않지만 위아래로 길이는 약 7cm, 삐뚤어진 모양으로 만들었다.
8월 6일
거미줄의 위치와 흰 띠의 형태를 보 아 어제와는 다른 거미줄이며 다시 새로운 거미줄을 쳤다.
흰 띠의 길이가 약 6cm로 줄어 들었지 만, 어제보다는 흰 띠의 굵기가 굵어졌 다.
8월 7일
~ 8월 8일
모든 거미들 중에서 초반 관찰할 때 거미줄의 크기도 크고 흰 띠도 가장 크고 길게 만들었다.
삐뚤었었던 흰 띠 의 모양이 완전한
‘I'자 모양을 만들 었고, 길이는 6.5cm 로 증가하였다.
8월 10일
사육장 구석에 황토색 주머니가 거 미줄 사이에 만들어져 있었다. 알아 보니 거미의 알집이었다. 알집을 만 든 후에 거미의 배가 홀쭉해 졌다.
흰 띠의 길이가 약 5.5.cm로 짧아졌고, 굵기도 얇아졌다.
8월 14일
알집을 만든 후에 거미줄은 크게 변 화가 없었다. 그리고 흰 띠를 채집했 고, 채집한 가장자리에도 어떤 변화 가 없었다.
흰 띠가 없다.
8월 17일
~ 8월 19일
흰 띠가 보이지 않는다. 알집의 영향 이 있는 것 같다. 왜냐하면 긴호랑거 미3도 알집을 만든 후에 약 7일간 흰 띠를 만들지 않았기 때문이다.
5일째 날, 아래쪽에 약 3mm정도 만들 었다.
5일 후에 흰 띠가 아래쪽에 약 3cm정 도 아주 짧게 만들 었다.
8월 20일
~ 8월 21일
흰 띠가 생겼다가 다시 사라져서 알 집이 아닌 사육장의 공간 때문이라 는 생각을 해보았다. 그래서 텐트의 공간을 넓혀주었다.
흰 띠가 없다.
8월 22일
사육장의 공간을 넓혀 주어도 흰 띠 를 만들지 않아서 잠자리를 잡아다 가 주었다. 잠자리를 먹고 나니 바로 다음날에 짧은 길이의 흰 띠를 만들 었다.
8월 23일
흰 띠의 길이가 약 5.5cm이고, 거미줄 가운데에 불규칙하 게 모양을 형성하고 있다.
8월24일 ~ 8월28일
위쪽 흰 띠가 사라 졌고, 아래쪽 흰 띠 는 약 1cm정도 줄 어들었다.
8월29일 ~ 8월31일
거미줄의 형태가 줄어들던 긴호랑거 미D가 다시 거미줄의 크기가 커지고 흰 띠도 만들었다.
위쪽 흰 띠는 없었 다, 아래쪽 흰 띠의 길이는 지난보다 약 1.5cm정도 늘어 났다.
<표 14 사육장4의 관찰일지>
긴호랑거미 C에 이어서 두 번째로 흰 띠를 많이 친 거미이고, 가장 활발하게 거미줄과 흰 띠를 보수하고 갱신하였다.
- 긴호랑거미 흰 띠의 개형 분석
‧ 긴호랑거미 생활사 관찰결과로 4가지의 흰 띠의 형태를 알 수 있었다.
‧ 흰 띠의 개형을 분석한 결과 흰 띠의 일정한 주기나 패턴이 없음을 알 수 있다.
1. 완전 I자형 2. 불완전 I자형 3. 가운데 흰 띠 4. 흰 띠 없음
관찰결과 긴호랑거미 A 긴호랑거미B 긴호랑거미C 긴호랑거미D
08월 05일 1 4 2 1
08월 06일 1 4 2 1
08월 07일 2 1 2 2
08월 08일 2 4 2 1
08월 09일 4 4 2 1
08월 10일 3 1 4 2
08월 14일 2 1 4 4
08월 17일 4 4 1 1
08월 18일 1 4 4 3
08월 19일 4 4 2 1
08월 22일 4 1 4 4
08월 23일 4 4 1 3
탐구2. 흰띠와 일반거미줄의 구조 관찰 - 긴호랑거미의 일반거미줄 구조 관찰
‧ 육안으로 관찰한 결과, 긴호랑거미의 일반 거미줄은 색이 없고 굵기도 얇아 보였다.
‧ 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과, 일반 거미줄의 구조는 매우 얇은 실 여럿이 뭉쳐서 난 모습을 지니고 있었다.
- 긴호랑거미 흰 띠 구조 관찰
‧ 육안으로 관찰한 결과, 긴호랑거미가 치는 흰 띠는 거미줄과 비교했을 때 굵기는 비슷하였지만 흰 색으로 색이 뚜렷하게 나타났다.
‧ 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과, 흰 띠의 구조는 매우 얇은 실 여럿이 일반거미줄과 비슷하게 꼬여있는 모습을 지니 고 있었다.
흰 띠 x30 흰 띠 x100 흰 띠 x500 흰 띠 x1000
<표 16 흰 띠 사진>
- SEM 관찰 결과
‧ 긴호랑거미의 흰 띠와 일반거미줄은 외양으로 봤을 때 색을 제외하고는 다른 점이 없어 보였고, 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과 흰 띠와 일반거미줄은 모두 여러 개의 얇은 실이 꼬여 있는 모습을 하고 있다는 것을 통해서 흰 띠와 일반거미줄 의 구성이 큰 차이가 나지 않는 다는 것을 알 수 있다.
먹이실 x30 먹이실 x100 먹이실 x500 먹이실 x1000
<표 15 거미줄 사진>
탐구3. 긴호랑거미 흰 띠와 일반거미줄 성분 분석
- 긴호랑거미의 일반거미줄(흰 띠를 제외한 부분) 아미노산 성분 분포
- 긴호랑거미의 흰 띠 아미노산 성분 분포
AA Result MOL% (ug/mg)a (nmol/mg)b CYA* 38.04 0.27 1.92 10.28
ASX** 552.58 3.95 19.88 149.35
GLX** 1326.31 9.47 52.74 358.46
SER 593.66 4.24 16.86 160.45
GLY 4904.01 35.03 95.52 1325.41
HIS 148.38 1.06 6.22 40.10
ARG 170.52 1.22 8.03 46.09
THR 557.78 3.98 17.96 150.75
ALA 1996.17 14.26 48.07 539.50
PRO 2156.81 15.41 67.11 582.92
TYR 0.00 0.00 0.00 0.00
VAL 512.01 3.66 16.21 138.38
MET 0.00 0.00 0.00 0.00
ILE 287.28 2.05 10.19 77.64
LEU 326.76 2.33 11.58 88.31
PHE 179.25 1.28 8.00 48.45
TRP 20.89 0.15 1.15 5.65
LYS 227.96 1.63 9.01 61.61
TOTAL 13998.39 100.00 390.46 3783.35
AA Result MOL% (ug/mg)a (nmol/mg)b CYA* 560.10 1.93 21.84 116.69 ASX** 1078.29 3.71 29.90 224.64 GLX** 2832.39 9.75 86.82 590.08
SER 2837.41 9.77 62.12 591.13
GLY 8786.01 30.24 131.92 1830.42
HIS 181.98 0.63 5.88 37.91
ARG 648.54 2.23 23.54 135.11
THR 934.53 3.22 23.19 194.69
ALA 5631.73 19.38 104.54 1173.28
PRO 2106.18 7.25 50.52 438.79
TYR 324.02 1.12 12.23 67.50
- 일반 거미줄과 흰 띠의 성분 분석 결과
CYA* ASX** GLX**
SER GLY HIS
ARG THR ALA
PRO TYR VAL
MET ILE LEU
PHE TRP LYS
<표 17 일반 거미줄의 아미노산 종류>
CYA* ASX** GLX**
SER GLY HIS
ARG THR ALA
PRO TYR VAL
MET ILE LEU
PHE TRP LYS
<표 18 흰 띠의 아미노산 종류>
- 긴호랑거미의 일반 거미줄에서는 16종의 아미노산이 검출되었고 흰 띠에서는 18종의 아미노산이 검출 되었다. 일반거미줄에서 빠 진 2종의 아미노산은 메티오닌(MET)과 티로신(TYR)으로 메티오 닌은 황을 함유하는 α-아미노산의 일종이고, 티로신은 방향족 G-아미노산의 일종이다.
- 긴호랑거미는 주거와 포충 겸용의 그물모양에 속하므로 만약 흰 띠가 주거의 잔재의 의미라면 흰 띠가 일반 거미줄보다 아미노산 성분이 더 많이 분포할 것이라는 가설을 검증하는 것이므로 거주의 잔재라고 할 수 있다.
VAL 950.76 3.27 23.20 198.08
MET 27.61 0.10 0.86 5.75
ILE 500.43 1.72 13.68 104.26
LEU 976.29 3.36 26.68 203.39
PHE 443.33 1.53 15.26 92.36
TRP 31.67 0.11 1.35 6.60
LYS 202.35 0.70 6.16 42.16
TOTAL 29053.62 100.00 639.69 6052.84
○ 연구 결론
- 탐구1의 연구 결과 흰 띠가 거미가 생활하는데 별다른 영향을 끼치지 않는 것을 알 수 있었고, 탐구2의 연구 결과 흰 띠와 일반 거미줄의 형태상의 차이가 크게 나지 않음을 알 수 있었다. 탐구 3의 연구 결과 긴호랑거미 일반 거미줄의 아미노산 성분 MET, TYR을 제외해서 16종류인 반면 흰 띠의 아미노산 성분은 18종류 인 것을 알 수 있었다.
- 세 가지의 탐구를 정리한 결과 흰 띠는 거미 그물 내에서 특별한 역할을 하고 있지 않고 일반 거미줄에 비해 아미노산의 종류가 많은 것으로 보아 덜 진화했다고 볼 수 있다. 16종류의 아미노산을 가진 일반 거미줄이 18종류의 아미노산을 가진 흰 띠 보다 적은 에너지를 소모하여 만든 거미줄이기 때문에 흰 띠 보다 더 진화했 고 흰 띠는 주거의 잔재로 남게 된다고 볼 수 있다.
□ 시사점
- 긴호랑거미 외에 다른 거미들의 거미줄의 아미노산 함량을 HPLC 을 이용하여 분석한 뒤, 이를 비교하여 진화의 정도를 파악하고 진화사적 고찰을 할 예정이다.
- 아미노산 성분 분석 외에 각각 거미줄의 신도, 강도를 분석하여 사후 신소재 산업 및 공업 분야에 유이하게 사용할 수 있는 거미 줄을 선별할 예정이다.
□ 사후 활용
- 제작된 체험활동 내용으로 알로이시오 초등학교 교육기부활동 (2016년 8월, 12월)
- 한국생물과학협회 학술대회 참가(2016년)
- 한국거미연구회 학술위원회, 정기총회 참가(2016년) - 일본 거미학회 참가(2016년)
5. 참고문헌
□ 과학전람회 출품작
○ 곽남진, 이상한. 1987. “거미는 먹이를 어떻게 구하는가?”
○ 임현옥, 류명숙. 1995. “거미줄 구조에 관한 형태 비교 연구”
○ 신재용, 김종태. 1999. “호랑거미 생활사에 대한 우리들의 탐구”
○ 김성진, 이지영. 2002. “거미줄의 물리적 특성에 관한 연구”
○ 박선영, 황다영. 2007. “거미는 어떻게 먹이를 잡을까?”
○ 최지우, 조성민. 2008. “거미는 거미줄의 아침이슬을 왜 제거할까?”
○ 박현준, 이선우, 조은채. 2012. “긴호랑거미 거미줄에 있는 흰 띠 (stabilimentum)의 자외선 반사 효과에 관한 연구”
□ 리포트 / 책
○ 로빈손 부부. 1989. “거미 이야기”
○ 주평 청. 1996. “백대일기”
○ 임문순. 2000. “열러라! 거미나라”. 지성사
○ 김순한. 2002. “거미 박사 남궁준 이야기”. 우리 교육 ○ 서상윤. 2006. “거미줄의 여러 모양과 줄치기 방법”
○ 서상윤. 2006. “거미줄의 구성물질과 탄성원리”
○ 이영보. 2008. “주머니 속 거미도감”. 황보걸음
○ 담당. 2012. “거미야 놀자”. 써네스트
○ 공상호. 2013. “거미 생태 도감”. 자연과생태
○ 한국 거미 연구소. 2014. “한국 거미 2014년 6월 발행본”
○ 한국 거미 연구소. 2015. “한국 거미 2014년 6월 발행본”
