어리호박벌, 쇠측범잠자리, 넓적사슴벌레의 날개근육의 형태학적 차이 Morphological Differences of the Flight Muscle among Xylocopa appendiculata circumvolans Smith, Davidins lunatus B. and Serrognathus platymelus castanicdor M.원문보기
비행량과 비행형태가 다른 곤충 날개근육의 차이를 형태학적 관점에서 알아 보고자 어리호박벌 (벌목, 꿀벌과), 쇠측범잠자리 (잠자리목, 부채장수잠자리과), 넓적사슴벌레(딱정벌레목, 사슴벌레과)의 3종을 실험에 이용하였다. 실험군은 광학현미경적 방법, 투과전자현미경적 방법, 입체해석학적 방법을 이용하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 광학현미경적 관찰 결과, 비행량이 많은 어리호박벌은 매우 규칙적인 분포를 나타내는 근원세사 사이에서 많은 수의 사립체가 관찰되었고, 근절도 짧게 나타났다. 쇠측범잠자리는 근절이 길어 어리호박벌과 비행형태의 차이가 있음을 반영했다. 날개근육을 거의 사용하지 않는 넓적사슴벌레는 사립체가 거의 관찰되지 않았고, 근절은 매우 길게 나타났다. 전자현미경적 관찰 결과, 어리호박벌과 넓적사슴벌레에서 적은 수의 근형질세망과 가로소관이 관찰되었고, 쇠측범잠자리에서는 근형질세망이 많이 분포하였으며 지방소적이 많이 관찰되었다. 입체해석학적 관찰 결과, 근원섬유의 체적밀도는 넓적사슴벌레에서 가장 높았으며, 어리호박벌, 쇠측범잠자리의 순으로 낮게 나타났다. 사립체의 체적밀도는 어리호박벌에서 가장 높았으며, 근형질세망의 체적밀도는 쇠측범잠자리에서 가장 높게 관찰되었다. 사립체의 수밀도는 어리호박벌에서 가장 높았다. 따라서 비행량과 비행형태에 따른 곤충 날개근육의 형태학적 차이는 운동량과 운동형태에 영향을 미치는 서식습성에 의해 변화되는 것으로 나타났다.
비행량과 비행형태가 다른 곤충 날개근육의 차이를 형태학적 관점에서 알아 보고자 어리호박벌 (벌목, 꿀벌과), 쇠측범잠자리 (잠자리목, 부채장수잠자리과), 넓적사슴벌레(딱정벌레목, 사슴벌레과)의 3종을 실험에 이용하였다. 실험군은 광학현미경적 방법, 투과전자현미경적 방법, 입체해석학적 방법을 이용하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 광학현미경적 관찰 결과, 비행량이 많은 어리호박벌은 매우 규칙적인 분포를 나타내는 근원세사 사이에서 많은 수의 사립체가 관찰되었고, 근절도 짧게 나타났다. 쇠측범잠자리는 근절이 길어 어리호박벌과 비행형태의 차이가 있음을 반영했다. 날개근육을 거의 사용하지 않는 넓적사슴벌레는 사립체가 거의 관찰되지 않았고, 근절은 매우 길게 나타났다. 전자현미경적 관찰 결과, 어리호박벌과 넓적사슴벌레에서 적은 수의 근형질세망과 가로소관이 관찰되었고, 쇠측범잠자리에서는 근형질세망이 많이 분포하였으며 지방소적이 많이 관찰되었다. 입체해석학적 관찰 결과, 근원섬유의 체적밀도는 넓적사슴벌레에서 가장 높았으며, 어리호박벌, 쇠측범잠자리의 순으로 낮게 나타났다. 사립체의 체적밀도는 어리호박벌에서 가장 높았으며, 근형질세망의 체적밀도는 쇠측범잠자리에서 가장 높게 관찰되었다. 사립체의 수밀도는 어리호박벌에서 가장 높았다. 따라서 비행량과 비행형태에 따른 곤충 날개근육의 형태학적 차이는 운동량과 운동형태에 영향을 미치는 서식습성에 의해 변화되는 것으로 나타났다.
The present study was performed to compare the morphological differences of flight muscles among 3 species from insects (Xylocopa appendiculata circumvolans Smith, Davidins lunatus B. and Serrognathus platymelus castanicdor M.) by investigating ultrastructural observation and stereological analysis....
The present study was performed to compare the morphological differences of flight muscles among 3 species from insects (Xylocopa appendiculata circumvolans Smith, Davidins lunatus B. and Serrognathus platymelus castanicdor M.) by investigating ultrastructural observation and stereological analysis. Xylocopa appendiculata circumvolans Smith has the most flight hours. In addition, the number and arrangement of mitochondria and the structure of sarcomere were similar to those of vertebrates. However sarcomere structure of Davidins lunatus B. was irregular and the sarcomere length was longer than that of Xylocopa appendiculata circumvolans Smith. In Serrognathus platymelus castanicdor M. which has the least flight hours, the length of sarcomere appeared longer than that of Davidins lunatus B. In results of stereological analysis, Serrognathus platymelus castanicdor M. had the highest volume density of myofibrils in all species. The volume and numerical density of mitochondria and the volume density of sarcoplasmic reticulum were highest Xylocopa appendiculata circumvolans Smith and Davidins lunatus B. respectively. This study suggests that the flight hours and flight pattern by different ecological habitats may cause the morphological changes of flight muscle.
The present study was performed to compare the morphological differences of flight muscles among 3 species from insects (Xylocopa appendiculata circumvolans Smith, Davidins lunatus B. and Serrognathus platymelus castanicdor M.) by investigating ultrastructural observation and stereological analysis. Xylocopa appendiculata circumvolans Smith has the most flight hours. In addition, the number and arrangement of mitochondria and the structure of sarcomere were similar to those of vertebrates. However sarcomere structure of Davidins lunatus B. was irregular and the sarcomere length was longer than that of Xylocopa appendiculata circumvolans Smith. In Serrognathus platymelus castanicdor M. which has the least flight hours, the length of sarcomere appeared longer than that of Davidins lunatus B. In results of stereological analysis, Serrognathus platymelus castanicdor M. had the highest volume density of myofibrils in all species. The volume and numerical density of mitochondria and the volume density of sarcoplasmic reticulum were highest Xylocopa appendiculata circumvolans Smith and Davidins lunatus B. respectively. This study suggests that the flight hours and flight pattern by different ecological habitats may cause the morphological changes of flight muscle.
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문제 정의
따라서 곤충의 생활습성의 차이는 곧 비행량과 비행 형태의 차이로 나타날 것이며, 본 연구에서는 생활 습성에 있어서 많은 차이를 보이는 어리호박벌, 쇠측 범잠자리 그리고 넓적사슴벌레의 3종을 대상으로 근육구조의 조직화 (organization) 양상을 미세구조적 관 찰과 입체해석학적 분석을 동하여 알아보고자 하였다
본 연구는 비행량과 비행형태가 다론 곤충의 날개 근육 차이를 형태학적 측면에서 알아보고자 하였다. 실험에 사용한 3종의 곤충은, 몸길이 20 mm 정도의 대형종으로 꽃을 찾아다니며 꽃가루룰 채집하는 종 으로 주로 육상생활을 하며 두 쌍의 날개를 동시에 움직여 매우 활발히 비행하는 어리 호박벌(벌목, 꿀벌과), 배 길이 30~33 mm, 뒷날개길이 25~28 mm 정도의 대형종으로 유충시기에는 수서 생활을 하지만 성체가 되면 육상생활을 하며, 날개는 사냥이나 이동의 수단으로 이용하는뎨 비행 시 두 쌍의 날개를 득립적으로 움직여 고속비행을 하는 쇠측범잠자리(잠자 리목, 부채장수잠자리과), 몸길이 25~35 mm의 대형종으로 육상생활을 하며 날개를 거의 사용하지 않으며, 1쌍의 앞날개는 경판형태로 변형되어 비행시 뒷날개만을 사용하는 넓적사슴벌레 (딱정벌레목, 사슴벌 레과)로 하였다.
제안 방법
4)로 수세 한 후 1% osmium tetroxide로 90분간 후고정 시켰다. 고정 이 끝난 조지을 0.1 M phosphate buffer (pH 7.4)로 수세한후, 알코옱의 능도를 순차적으로 중가시켜 틸수시키고, propylene oxide로 치환하여 epoxy resin에 침투 및 포매 시킨 다음 37P에서 12시간, 60℃에서 48시간동안 열중합시켜 是럭을 제작하였다 만들어진 조 지은 초박절편기 (Reichert Supernova)를 이용하여 1 μm로 박절한 후 1% toluidine blue로 염색하여 광학 현미경 (Olympus, BH-2)으로 관찰하였다.
광학현미경적 관찰을 위해 제작된 시료를 60~90 nm로 초박절하여 uranyl acetate와 lead citrated 이 중 염색 후 가속전압 75kV에서 투과전자현미경 (Hitachi, H-600)으로 관찰하였다
근원섬유, 미토콘드리아의 양적 조사를 위해 근원 섬유의 종단면으로 잘려진 표본을 무작위로 선택하여 4, 000배로 촬영하고 인화 과정에서 3배로 확대하여 12,000배의 사진을 얻었다.
미토콘드리아의 수 밀도 계산은 10d(d = 10mm)인 단일 격자 test grid를 사용하여 계수한 후 다음식 에 적용하였다.
대상 데이터
채집은 포충망을 주로 이용하였으며, 채집시기는 5~7월로 경북 경산시 소재 영남대학교에서 채집하 였다 채집된 종은 한국곤층생태도감(Bae et al, 1998; Kim et al.: 1998; Lee et al.: 1998)으로 동정하여 전문가에게 의뢰하였다
데이터처리
계수되어 진 모든 표본은 SPSS WIN 동계 프로그램 을 이용하여 기초통계량을 조사하였다
이론/모형
근원섬유와 미토콘드리아의 체적 밀도의 측정은 10d(d = 10mm)인 단일 격자 test grid를 사용하여 Loud et 孔 (1978)의 방법에 의해 근원섬유의 장축에 대해 19。의 기을기로 grid를 배치하여 Park et al. (1989)의 점계수법 (point counting method)으로 계수한 후 다옴식을 적용하였다.
성능/효과
근섬유길이와 폭은 어리호박벌에서 현저히 높게 측정되어 비행량이 가장 많옴이 확인되 었다
근형질세망의 체적밀도는 쇠측범잠자리에서 가장 높았으며 , 넓적사슴벌레, 어 리 호박벌의 순으로 나타났 다 비행 량이 가장 많은 어리호박벌은 사립체 함량이 높은 반면, 근형질세망이 적은 비율로 나타났다. 벌목 은 비동시성 날개근육을 가져 근형질세망의 비专이 적지만, 한번의 신경자극으로도 여러 근육이 동시에 수축 .
넓적사슴벌레는 근섬유의 가로무늬가 일정하게 나타났고, Z대가 굵고 근절의 길이는 길게 나타났다 사립체는 거의 관찰되지 않았으며, 넓은 세포간질을 볼 수 있었다(Fig. lc). 근섬유 폭은 어리호박벌보다 좁고 쇠측범잠자리보다 넓게 관찰되었다.
넓적사슴벌레는 근절의 길이가 길고, Z대가 지그재그 형태로 나타났으며, H대가 관찰되지 않았다(Fig.4. ) 넓은 세포 내 간질에서 소수의 사립체를 관찰할 수 있었고, 근형질세망은 거의 관찰되지 않았다.
비행량의 차이에 따론 심근조지의 수축 정도를 알아보기 위해 근절의 길이를 측정한 결과, 넓적사슴벌레에서 7.993 ±0.1702 μm, 쇠측범잠자리에서 2.885±0.0260 μm, 어리호박벌에서 2.237±0.0087 μm 순으로 근절이 짭게 나타났다(Table。
이상의 실험결과를 종합해 볼 때, 비행량과 비행형 태는 곤충에 있어서 날개근육의 형태적 변화룰 초래하고 근육의 기능 . 생리적 구조는 종의 서식습성과 밀접한 연관성이 있는 것으로 나타났다.
실험군 3종에서 근절의 길이를 측정해 본 결과 비행 량이 큰 변이로 작용하였는데 , 어 리 호박벌에서 그 길이가 가장 짭게 나타났으며 (Josephson & Ellington, 1997), 뒷날개만으로 드물게 이동하는 넓적사슴벌레 는 근절이 가장 길게 나타났다 근절의 길이가 짭을 수록 근육의 수축 . 이완은 빨리 일어나므로 (Otten, 1987), 어리호박벌은 근육수축이 매우 빨리 일어나며, 넓적사슴벌레는 느린 근육수축을 나타낼 것이라 사 료되었다
이 완하므로, 높은 비행량을 감당해 낼 수 있다(Carnevali & Regar, 1981; Chapman, 1980; Hagopian & Spiro, 1967). 어리호박벌보다 적은 비행 량을 나타내는 쇠측범잠자리에서는 사립체 함량이 어리호박벌과 유사하였으나, 어리호박벌과 비교하여 볼 때 근형 질세망의 양은 훨씬 높게 나타났다, 동시성 날개근육 을 가지는 쇠측범잠자리는 어리호박벌보다 근원섬유 와 사립체의 양은 낮게 나타났지만 상대적으로 근형 질세망의 양이 높게 나타나 저장된 Ca2+ 양이 많을 것으로 판단되었고 이로 인해 근수축시 다량의 Ca2+ 을 방출해 날개근육의 수축 . 이완을 용이하게 해줄것으로 사료되었다 (Josephson, 1984; Josephson & Ellington, 1997; Josephson et al.
이상의 실험결과를 종합해 볼 때, 비행량과 비행형 태는 곤충에 있어서 날개근육의 형태적 변화룰 초래하고 근육의 기능 . 생리적 구조는 종의 서식습성과 밀접한 연관성이 있는 것으로 나타났다.
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