본 연구는 해산 이매패 8종에 대해 패각 결정 (結晶)에 대한 분광학적 특성을 XRD 기법을 이용하여 조사하고 종간 근연관계에 대해 기존의 조사와 비교하였다. XRD분석을 수행한 결과, 바지락, 백합, 꼬막, 새조개의 패각은 $CaCO_3$의 orthorhombic 결정형인 aragonite였으며, 가리비와 굴의 패각은 trigonal-rhombohedral 결정형인 calcite였다. 담치와 키조개의 경우 aragonite와 calcite가 혼합된 결정으로 분석되었다. XRD를 이용하여 측정된 패각의 x-선 회절정보는 패류별 특이성을 나타내었으며, 이러한 특성을 이용한 과 (Family) 간 근연관계를 조사한 결과 현재 알려진 분류체계를 잘 대변하고 있었다. 결론적으로 패각 결정 (結晶)에 대한 분광학적 특성은 조사된 패류의 과 (Family) 수준에서 특이성을 잘 나타내며, 향후 종수준의 연구를 통한 종 동정을 위한 추가 연구가 필요함을 시사하였다. 또한 이러한 기술은 소량의 패각을 이용하므로 미확인 소량 절편의 패류 종 파악에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구는 해산 이매패 8종에 대해 패각 결정 (結晶)에 대한 분광학적 특성을 XRD 기법을 이용하여 조사하고 종간 근연관계에 대해 기존의 조사와 비교하였다. XRD분석을 수행한 결과, 바지락, 백합, 꼬막, 새조개의 패각은 $CaCO_3$의 orthorhombic 결정형인 aragonite였으며, 가리비와 굴의 패각은 trigonal-rhombohedral 결정형인 calcite였다. 담치와 키조개의 경우 aragonite와 calcite가 혼합된 결정으로 분석되었다. XRD를 이용하여 측정된 패각의 x-선 회절정보는 패류별 특이성을 나타내었으며, 이러한 특성을 이용한 과 (Family) 간 근연관계를 조사한 결과 현재 알려진 분류체계를 잘 대변하고 있었다. 결론적으로 패각 결정 (結晶)에 대한 분광학적 특성은 조사된 패류의 과 (Family) 수준에서 특이성을 잘 나타내며, 향후 종수준의 연구를 통한 종 동정을 위한 추가 연구가 필요함을 시사하였다. 또한 이러한 기술은 소량의 패각을 이용하므로 미확인 소량 절편의 패류 종 파악에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
This study investigated spectroscopic characteristics of shell crystals of eight marine bivalve species using X-ray diffraction (XRD) analysis; moreover, the Family level relatedness of shellfish was investigated. In XRD analysis, the shells of Ruditapes philippinarum, Meretrix lusoria, Anadara gran...
This study investigated spectroscopic characteristics of shell crystals of eight marine bivalve species using X-ray diffraction (XRD) analysis; moreover, the Family level relatedness of shellfish was investigated. In XRD analysis, the shells of Ruditapes philippinarum, Meretrix lusoria, Anadara granosa, and Fulvia mutica were found to have orthorhombic aragonite $CaCO_3$ crystals, while shells of Patinopecten yessoensis and Crassostrea gigas had trigonal-rhombohedral calcite crystals. The shells of Mytilus coruscus and Atrina pectinata were determined to have a mixture of aragonite and calcite crystals. XRD information revealed the Family level-specific characteristics of shellfish; the results agreed with the current taxonomic system. In conclusion, spectroscopic characteristics of shell crystals indicated Family-level characteristics of shellfish and suggested a more intense species-level investigation; this technology may be useful in identifying shellfish species using small quantities of shells.
This study investigated spectroscopic characteristics of shell crystals of eight marine bivalve species using X-ray diffraction (XRD) analysis; moreover, the Family level relatedness of shellfish was investigated. In XRD analysis, the shells of Ruditapes philippinarum, Meretrix lusoria, Anadara granosa, and Fulvia mutica were found to have orthorhombic aragonite $CaCO_3$ crystals, while shells of Patinopecten yessoensis and Crassostrea gigas had trigonal-rhombohedral calcite crystals. The shells of Mytilus coruscus and Atrina pectinata were determined to have a mixture of aragonite and calcite crystals. XRD information revealed the Family level-specific characteristics of shellfish; the results agreed with the current taxonomic system. In conclusion, spectroscopic characteristics of shell crystals indicated Family-level characteristics of shellfish and suggested a more intense species-level investigation; this technology may be useful in identifying shellfish species using small quantities of shells.
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문제 정의
따라서 본 연구는 국내에 서식하며 과 (Family) 가 다른 8종의 패류를 대상으로 패각의 결정에 대한 X선 회절 분석을 수행함으로써 과 수준에서 회절정보의 유용성을 확인하고 이러한 정보가 기존에 알려진 패류의 계통분류학적 유연관계와 유사한지 확인하기 위하여 수행되었다.
제안 방법
net) 에서 비교하였으며, 구성 비율은 Rietveld method을 이용하여 측정하였다 (Rietveld, 1969). 각 시료의 X선 회절분석은 3회 반복하여 그 평균값을 data로 활용하였다.
굴, 큰가리비, 키조개, 새꼬막, 말백합, 바지락, 지중해담치, 새조개 등 8종의 X-선 회절 정보와 적외선 스펙트럼을 이용하여 종간 유연관계를 조사하였다. 이를 위하여 각 시료의 2θ intensity를 Highscore plus software (PANalytical, Nederland) 를 이용하여 background를 제거 하고 raw data를 excel 파일 (XLSX file format) 로 추출하였다.
본 연구는 해산 이매패 8종에 대해 패각 결정 (結晶) 에 대한 분광학적 특성을 XRD 기법을 이용하여 조사하고 종간 근연관계에 대해 기존의 조사와 비교하였다. XRD분석을 수행한 결과, 바지락, 백합, 꼬막, 새조개의 패각은 CaCO3의 orthorhombic 결정형인 aragonite였으며, 가리비와 굴의 패각은 trigonal-rhombohedral 결정형인 calcite였다.
이를 위하여 각 시료의 2θ intensity를 Highscore plus software (PANalytical, Nederland) 를 이용하여 background를 제거 하고 raw data를 excel 파일 (XLSX file format) 로 추출하였다.
측정 시 X-ray radiation source로는 CuK α (λ = 1.5056 Å) 가 사용되었으며, X-ray의 회절각 2 theta(θ) = 5-90° 범위에서 0.2626°의 step size와 1.48°/min의 주사속도로 X-선 회절강도를 측정하였다.
패각결정의 분광학적 특성은 X선 회절분석기 (X-ray diffractometer, XRD, EMPYREAN, PANalytical, Netherlands) 를 사용하여 측정하였다. 이를 위해 200 mg 의 패각 분말을 XRD 홀더에 담은 후 시편대 위에서 300 rpm 으로 회전시켰다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 시료는 전라북도 군산시 해망동 소재의 수산시장에서 구입한 굴 (Crassostrea gigas), 큰가리비 (Patinopecten yessoensis), 키조개 (Atrina pectinata), 지중해담치 (Mytilus galloprovincialis), 새꼬막 (Scapharca subcrenata), 말백합 (Meretrix petechialis), 바지락 (Ruditapes philippinarum), 새조개 (Fulvia mutica) 를 사용하였다. 그리고 동해안 바지락은 경북 울진군에서 채집한 바지락을 사용하였다. 시료의 계통분류학적 위치는 Table 1과 같았다.
본 연구에 사용된 시료는 전라북도 군산시 해망동 소재의 수산시장에서 구입한 굴 (Crassostrea gigas), 큰가리비 (Patinopecten yessoensis), 키조개 (Atrina pectinata), 지중해담치 (Mytilus galloprovincialis), 새꼬막 (Scapharca subcrenata), 말백합 (Meretrix petechialis), 바지락 (Ruditapes philippinarum), 새조개 (Fulvia mutica) 를 사용하였다. 그리고 동해안 바지락은 경북 울진군에서 채집한 바지락을 사용하였다.
이후 실온에서 건조한 뒤 각 개체별로 막자사발을 이용해 분쇄하였으며, 망목 200 μm 의 sieve (Chung Gye Sang Gong Sa, Korea)를 통과한 분말을 사용하였다.
데이터처리
1이하 (normalized data) 의 값은 분석에서 제외하였다. 이후, 각 시료가 나타내는 모든 회절각에 대한 회절강도를 통계분석 software (SPSS ver 12.0) 를 이용해 Minkowski (3) 거리에 근거한 dendrogram을 작성하여 근연관계에 대한 분석을 수행하였다.
이론/모형
48°/min의 주사속도로 X-선 회절강도를 측정하였다. X-선 회절정보에 의한 형태적 상관성은 Highscore plus software (PANalytical, Nederland) 를 이용하여 패각의 주요 구성성분인 Ca, C, O, Mg, Al, Fe, Si, P, Sn, Mo, Mn, Cd, Ti, B, Pb, Au, Ag, Ni, Co, Bi, Cu, Sr, Rb, As가 나타낼 수 있는 결정구조에 관한 library (Crystallography Open Database; www.crystallography.net) 에서 비교하였으며, 구성 비율은 Rietveld method을 이용하여 측정하였다 (Rietveld, 1969). 각 시료의 X선 회절분석은 3회 반복하여 그 평균값을 data로 활용하였다.
성능/효과
담치와 키조개의 경우 aragonite와 calcite가 혼합된 결정으로 분석되었다. XRD를 이용하여 측정된 패각의 x-선 회절정보는 패류별 특이성을 나타내었으며, 이러한 특성을 이용한 과 (Family) 간 근연관계를 조사한 결과 현재 알려진 분류체계를 잘 대변하고 있었다. 결론적으로 패각 결정 (結晶) 에 대한 분광학적 특성은 조사된 패류의 과 (Family) 수준에서 특이성을 잘 나타내며, 향후 종수준의 연구를 통한 종 동정을 위한 추가 연구가 필요함을 시사하였다.
본 연구는 해산 이매패 8종에 대해 패각 결정 (結晶) 에 대한 분광학적 특성을 XRD 기법을 이용하여 조사하고 종간 근연관계에 대해 기존의 조사와 비교하였다. XRD분석을 수행한 결과, 바지락, 백합, 꼬막, 새조개의 패각은 CaCO3의 orthorhombic 결정형인 aragonite였으며, 가리비와 굴의 패각은 trigonal-rhombohedral 결정형인 calcite였다. 담치와 키조개의 경우 aragonite와 calcite가 혼합된 결정으로 분석되었다.
본 연구에서 바지락, 백합, 꼬막, 새조개의 패각의 XRD 패턴은 (111), (012), (211) 면에서 주요 회절이 나타났으며, 이러한 패턴은 aragonite 광물의 XRD 패턴 (Kontoyannis et al., 1997; Antao and Hassan, 2009) 과 회절각은 동일하였지만, 강도는 종에 따라 차이가 있었다. 같은 패류 간에도 각면에 대한 회절 강도의 비율은 미세한 차이를 나타내었지만 큰 차이를 나타내지는 않았다.
5). 이러한 결과는 기존에 널리 알려져 있는 Min et al. (2004) 과 Hong et al. (2006) 의 분류체계와 매우 유사한 결과를 나타냄으로써 패각의 결정에 대한 분광학적 특성이 계통분류학적 지표로서 (phylogenetic indicator) 유용하게 이용될 수 있음을 시사하고 있다. 그러나 Trinkler et al.
지중해 담치와 키조개의 XRD 패턴은 가장 다양한 패턴을 나타내었으며, calcite의 패각에 aragonite에서 나타나는 회절 영역의 혼합으로 나타났으며, 단일 결정을 가진 종들과는 달리 혼합 결정을 가지고 있는 담치와 키조개 간에도 두드러진 차이를 나타내어 혼합비율이 다를 수 있음을 시사하였다. 이렇게 혼합형인 지중해담치와 키조개의 결정 혼합비를 확인하기 위해, rietveld method에 의거하여 정량분석을 수행한 결과 그 비율이 aragonite : calcite = 3:7 (지중해담치, GOF: 47.26, Rwp: 16.354), 4:6 (키조개, GOF: 46.08, Rwp: 16.135) 의 구성비를 가지고 있었다. 이러한 결과는 Weiner and Traub (1980) 과 Nishida et al.
지중해 담치와 키조개의 XRD 패턴은 가장 다양한 패턴을 나타내었으며, calcite의 패각에 aragonite에서 나타나는 회절 영역의 혼합으로 나타났으며, 단일 결정을 가진 종들과는 달리 혼합 결정을 가지고 있는 담치와 키조개 간에도 두드러진 차이를 나타내어 혼합비율이 다를 수 있음을 시사하였다. 이렇게 혼합형인 지중해담치와 키조개의 결정 혼합비를 확인하기 위해, rietveld method에 의거하여 정량분석을 수행한 결과 그 비율이 aragonite : calcite = 3:7 (지중해담치, GOF: 47.
패각결정이 나타내는 분광학적 특성을 분석하기 위해 XRD 분석을 수행한 결과, 바지락, 백합, 꼬막, 새조개는 주로 aragonite로 이루어진 패각을 보유하고 있는 것으로 분석되었으며 (Fig. 1), 참굴과 가리비는 주로 calcite로 이루어진 패각을 보유하는 것으로 확인되었다 (Fig. 2). 그러나 지중해담치와 키조개는 단일결정형을 가진 것이 아니라 aragonite와 calcite가 혼합된 결정으로 분석되었다 (Fig.
한편, 동·서해안산 바지락을 이용해 지역간 패각의 분광학적 차이를 비교한 결과 동일 종내에서는 서식지역 및 개체가 다르더라도 X선 회절정보의 차이가 나타나지 않음을 확인하였다 (Fig. 4).
한편, 본 연구를 통하여 과 (Family) 수준에서 각기 다른 8종의 해산 이매패를 대상으로 X-선 회절분석을 수행하여 패각의 결정 (結晶) 에 대한 분광학적 특성을 바탕으로 패류간 분류학적 근연관계를 조사한 결과 동일종 또는 근연관계가 과 (Family) 수준 이상 가까운 종의 결정 구성이 유사하거나 동일함을 확인하였다 (Fig. 5). 이러한 결과는 기존에 널리 알려져 있는 Min et al.
후속연구
XRD를 이용하여 측정된 패각의 x-선 회절정보는 패류별 특이성을 나타내었으며, 이러한 특성을 이용한 과 (Family) 간 근연관계를 조사한 결과 현재 알려진 분류체계를 잘 대변하고 있었다. 결론적으로 패각 결정 (結晶) 에 대한 분광학적 특성은 조사된 패류의 과 (Family) 수준에서 특이성을 잘 나타내며, 향후 종수준의 연구를 통한 종 동정을 위한 추가 연구가 필요함을 시사하였다. 또한 이러한 기술은 소량의 패각을 이용하므로 미확인 소량 절편의 패류 종 파악에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
(2006) 의 분류체계와 매우 유사한 결과를 나타냄으로써 패각의 결정에 대한 분광학적 특성이 계통분류학적 지표로서 (phylogenetic indicator) 유용하게 이용될 수 있음을 시사하고 있다. 그러나 Trinkler et al. (2011) 의 보고와 같이 질병 등에 의해 패각의 결정구조의 변화가 나타날 수 있으므로 본 연구의 목적과 같이 종 동정에 사용될 경우 이러한 패각 변형의 유무를 고려하여야 할 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서는 각 시료에 대한 전체 X선 회절각과 모든 회절강도에 대한 정보를 이용하여 dendrogram을 작성하였으나 향후 보다 많은 패류의 회절정보가 축적될 경우 종특이 회절각 (finger print 영역) 을 설정하면 보다 정확한 종특이적 분석이 가능할 것으로 기대된다.
한편, XRD 기법은 미량의 시료만으로도 분석이 가능하며, 또한 분석 후 시료의 회수가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 따라서 이 기술은 종 동정이 어려운 패각 단편의 분석에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
(2011) 의 보고와 같이 질병 등에 의해 패각의 결정구조의 변화가 나타날 수 있으므로 본 연구의 목적과 같이 종 동정에 사용될 경우 이러한 패각 변형의 유무를 고려하여야 할 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서는 각 시료에 대한 전체 X선 회절각과 모든 회절강도에 대한 정보를 이용하여 dendrogram을 작성하였으나 향후 보다 많은 패류의 회절정보가 축적될 경우 종특이 회절각 (finger print 영역) 을 설정하면 보다 정확한 종특이적 분석이 가능할 것으로 기대된다. 한편, XRD 기법은 미량의 시료만으로도 분석이 가능하며, 또한 분석 후 시료의 회수가 용이하다는 장점을 가지고 있다.
결론적으로 패각 결정 (結晶) 에 대한 분광학적 특성은 조사된 패류의 과 (Family) 수준에서 특이성을 잘 나타내며, 향후 종수준의 연구를 통한 종 동정을 위한 추가 연구가 필요함을 시사하였다. 또한 이러한 기술은 소량의 패각을 이용하므로 미확인 소량 절편의 패류 종 파악에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
X-ray Diffraction (XRD)가 패류의 계통분류학적 유연관계를 조사하는 것에 유용하게 이용될 수 있는 이유는?
최근까지 XRD 방법을 이용해 무척추동물의 패각은 CaCO3 결정 중 Aragonite, Calcite 또는 그 혼합으로 구성되어있음이 알려져 있다 (de Paula and Silveira, 2009). 보다 세부적으로는 각 패류가 갖는 X선의 회절각과 회절강도의 특성은 패류의 종에 따른 고유 특성을 나타낼 수 있고 이러한 특성은 패류의 계통분류학적 유연관계를 조사하는데 유용하게 이용될 수 있음이 보고된 바 있다 (Cater and Clark II, 1985; Chateigner et al., 2000; Fryda et al.
연체동물의 패각의 특징과 이용되는 곳은?
연체동물의 패각은 구조적으로 가장 잘 보존되어 있는 부분으로 계통분류학적 진화 (phylogenetic evolution) 의 특성을 연구하는데 유용하게 이용되고 있다 (Chateigner et al., 2000).
전자기 스펙트럼이란?
전자기 스펙트럼 (electromagnetic spectrum) 이란 전자기파를 파장에 따라 분해하여 배열한 것으로써 이 전자기 스펙트럼 중 X-ray Diffraction (XRD) 는 X선을 시료에 조사하여 발생되는 특정 X선의 회절각과 강도를 분석해 함유된 결정성 물질의 종류와 양에 관계되는 정보를 알아보는 방법이다. 최근까지 XRD 방법을 이용해 무척추동물의 패각은 CaCO3 결정 중 Aragonite, Calcite 또는 그 혼합으로 구성되어있음이 알려져 있다 (de Paula and Silveira, 2009).
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