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문제 정의
- 본 연구는 양서류 중 척삭동물문(Chordata) 양서강(Amphibia) 무미목(Anura) 개구리과(Ranidae)에 속해있는 계곡산개구리(Huanren brown frog, Rana huanrensis)를 통하여 기후 변화로 인한 온도 상승이 개구리 알의 부화, 부화기간, 그리고 부화개체의 크기에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 이를 위해 알의 부화를 지연시키는 요인으로 온도 조건을 설정하였으며, 각각 다른 온도 조건이 개구리 알의 부화와 생장 발달에 미치는 영향을 확인하기 위해 다음과 같은 가설을 설정하여 실험을 진행하였다.
제안 방법
- 각각 다른 온도조건 LT (5±2℃), MT (10±2℃), HT (13±2℃) 하에 배치한 수조를 하루 한번 동일한 시각에 꺼내어 개체 발생 정도와 부화율을 확인하였다.
- 보다 정확한 결과를 위해 각 온도 별 수조는 동일한 산소량과 동일한 물 높이(13±0.5cm) 그리고 동일한 일조량(D:N=12:12)을 주었으며 매일 동일한 시각에 온습 도계 및 수온계를 이용하여 인큐베이터 내부의 온도와 습도, 수조 안의 수온을 확인하였다.
- 세 가지 온도 조건은 상대적으로 낮은 온도인 5±2℃로 조절된 저온조건(Low temperature condition; LT), 중간 온도인 10±2℃의 중온조건(Medium temperature condition; MT), 상대적으로 높은 온도인 13±2℃의 고온 조건(High temperature condition; HT)으로 처리구를 구성하였다.
- 본 연구는 양서류 중 척삭동물문(Chordata) 양서강(Amphibia) 무미목(Anura) 개구리과(Ranidae)에 속해있는 계곡산개구리(Huanren brown frog, Rana huanrensis)를 통하여 기후 변화로 인한 온도 상승이 개구리 알의 부화, 부화기간, 그리고 부화개체의 크기에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 이를 위해 알의 부화를 지연시키는 요인으로 온도 조건을 설정하였으며, 각각 다른 온도 조건이 개구리 알의 부화와 생장 발달에 미치는 영향을 확인하기 위해 다음과 같은 가설을 설정하여 실험을 진행하였다. 첫째, 수온이 낮아질수록 부화율은 낮다, 둘째, 수온이 낮아질수록 부화일수가 길다, 셋째, 수온이 올라갈수록 부화한 개체의 크기는 작다.
- , 2011; Han and Kim, 2010). 계곡산개구리의 난괴는 빛이 통하는 망을 이용해각 난괴를 분리하였으며, 한 개의 난괴 당 몇 개의 알이 들어있는지 세어 기록하였다. 채집된 9개의 난괴는 세 개씩 각각의 수조(24x17x18cm3)에 분리하였으며, 각각의 수조는 세 가지 다른 온도 조건으로 조절된 인큐베이터에 배치 하였다(Fig.
- 계곡산개구리의 난괴는 빛이 통하는 망을 이용해각 난괴를 분리하였으며, 한 개의 난괴 당 몇 개의 알이 들어있는지 세어 기록하였다. 채집된 9개의 난괴는 세 개씩 각각의 수조(24x17x18cm3)에 분리하였으며, 각각의 수조는 세 가지 다른 온도 조건으로 조절된 인큐베이터에 배치 하였다(Fig. 1). 세 가지 온도 조건은 상대적으로 낮은 온도인 5±2℃로 조절된 저온조건(Low temperature condition; LT), 중간 온도인 10±2℃의 중온조건(Medium temperature condition; MT), 상대적으로 높은 온도인 13±2℃의 고온 조건(High temperature condition; HT)으로 처리구를 구성하였다.
- 세 가지 온도조건 LT (5±2℃), MT (10±2℃), HT (13±2℃)을 갖춘 각각의 수조에 있는 개구리 유생의 몸길이를 비교하기 위해 각각의 온도 구배 수조에서 부화한 유생 100개체를 임의로 선택하여 길이를 측정하였다.
- 세 가지 온도 조건, LT (5±2℃), MT (10±2℃), HT (13±2℃)에서 사육한 난괴 각각에서 난괴 당 알의 개수, 일별 부화 개체 수, 부화한 총 개체 수, 미 부화 개체수를 구하였다.
- 세 가지 온도조건 LT (5±2℃), MT (10±2℃), HT (13±2℃)을 갖춘 각각의 수조에 있는 개구리 유생의 몸길이를 비교하기 위해 각각의 온도 구배 수조에서 부화한 유생 100개체를 임의로 선택하여 길이를 측정하였다. 이때, 부화 개체의 기준은 알 껍질을 완전히 벗어나 헤엄을 칠 수 있으며, 꼬리 끝이 잘리지 않은 개체로 정의하였으며, 개체의 길이는 코끝부터 꼬리 끝까지를 기준으로 측정하였다. 길이 측정이 끝난 유생의 경우 재 선택을 방지하기 위해 다른 수조로 격리하였다.
- 세 가지 온도 조건, LT (5±2℃), MT (10±2℃), HT (13±2℃)에서 사육한 난괴 각각에서 난괴 당 알의 개수, 일별 부화 개체 수, 부화한 총 개체 수, 미 부화 개체수를 구하였다. 위의 데이터 중 난괴 당 알의 개수와 부화 개체 수를 이용하여 부화율을 구하였으며, 일별 부화 개체 수 기록을 통해 실험 처리구별 최초 개체 부화일과 전체 개체 수 부화 기간을 구하였다. 온도의 경우, 실험 처리구의 온도 기록을 통하여 각각의 평균온도를 구하였다.
- 위의 데이터 중 난괴 당 알의 개수와 부화 개체 수를 이용하여 부화율을 구하였으며, 일별 부화 개체 수 기록을 통해 실험 처리구별 최초 개체 부화일과 전체 개체 수 부화 기간을 구하였다. 온도의 경우, 실험 처리구의 온도 기록을 통하여 각각의 평균온도를 구하였다. 선택한 100개체는 각각의 개체 크기를 측정한 후 통계 프로그램을 이용해 온도 별 개체 크기의 평균 및 표준오차를 계산하였다.
- 각각 다른 온도조건 LT (5±2℃), MT (10±2℃), HT (13±2℃) 하에 배치한 수조를 하루 한번 동일한 시각에 꺼내어 개체 발생 정도와 부화율을 확인하였다. 개체가 부화할 때마다 개체수를 세었으며, 이때 부화한 개체는 난괴를 완전히 빠져 나와 스스로 헤엄을 치고 있는 개체만을 기록으로 남겼고, 난괴 안을 빠져 나오지 못하고 죽은 개체는 폐사한 개체로 기록하였으며, 위와 같은 방법으로 난괴에서 모든 개체가 부화할 때까지 측정하였다.
대상 데이터
- 본 실험은 서울 노원구 상계동 수락산 일대(37° 40'55.86"N, 127° 05'19.99"E)에서 계곡산개구리(Rana huanrensis)의 난괴 9개를 2013년 3월 5일에 채집하여 진행하였다.
데이터처리
- 온도의 경우, 실험 처리구의 온도 기록을 통하여 각각의 평균온도를 구하였다. 선택한 100개체는 각각의 개체 크기를 측정한 후 통계 프로그램을 이용해 온도 별 개체 크기의 평균 및 표준오차를 계산하였다. 마지막으로 온도별 개체의 평균값이 서로 유의하게 다른지 신뢰도 구간을 95%로 잡아 T-test를 통하여 검정하였다.
- 선택한 100개체는 각각의 개체 크기를 측정한 후 통계 프로그램을 이용해 온도 별 개체 크기의 평균 및 표준오차를 계산하였다. 마지막으로 온도별 개체의 평균값이 서로 유의하게 다른지 신뢰도 구간을 95%로 잡아 T-test를 통하여 검정하였다.
성능/효과
- 이를 위해 알의 부화를 지연시키는 요인으로 온도 조건을 설정하였으며, 각각 다른 온도 조건이 개구리 알의 부화와 생장 발달에 미치는 영향을 확인하기 위해 다음과 같은 가설을 설정하여 실험을 진행하였다. 첫째, 수온이 낮아질수록 부화율은 낮다, 둘째, 수온이 낮아질수록 부화일수가 길다, 셋째, 수온이 올라갈수록 부화한 개체의 크기는 작다. 본 연구의 결과를 통해 향후 야외 환경에서 지구온난화로 인해 상승한 수온이 개구리 알의 부화에 미치는 영향을 이해 할 수 있을 것이며, 추후에 개구리 개체 수와 서식지 분포의 변화를 예측하는데 중요한 자료가 될 것이다.
- HT (13±2℃)의 처리구에서 총 496개의 개체중 409개체 (82.4%), 494개 중 415개체(84.0%), 644개 중 523개체(81.2%)가 부화하여, HT에서의 평균 부화율은 82.6±0.008%로 측정되었다.
- 세 가지 온도 조건 별로 인큐베이터에 놓여진 계곡산개구리 난괴에 영향을 주는 수온의 변화를 측정 한 결과, LT (5±2℃) 조건에서 평균 수온은 5.89±0.19℃이었고, MT (10±2℃) 조건의 평균 수온은 10.49±0.15℃이었으며, HT(13±2℃) 조건의 평균 수온은 13.16±0.17℃로 측정되 었다(Fig. 2).
- 위 결과에 대해 T-test를 한 결과, 온도 조건 별 세 그룹의 평균부화율은 통계적으로 차이가 나타났다(T-test p< 0.0000, Fig. 2).
- 한편 실험실 환경과의 비교를 위해 측정한 야외 환경에서의 평균수온은 5.95±0.46℃로 가장 낮은 온도의 환경 LT (5±2℃)의 평균 수온과 비슷한 수치를 보였으며, 부화한 개체의 평균 크기도 6.93±0.14mm로 측정되었다.
- 그러나 수온이 올라갈수록 부화한 개체의 크기가 작아질 것이라 예상한 셋째 가설은 본 실험 결과에서 MT (10±2℃)일 때 7.62±0.11 mm, HT (13±2℃)일 때 7.19±0.15 mm, LT (5±2℃)일 때 6.82±0.10 mm 순으로 개체의 크기가 작아지는 것으로 나타나 가설과 일치하지 않는 결과가 나왔다.
- 둘째, 수온이 낮아질수록 부화일수가 길어질 것이라는 가설은 본 실험결과가 LT (5±2℃)일 때 23일, MT (10±2℃)일 때 14일, HT (13±2℃)일 때 10일이 소요되는 것으로 확인되어 온도가 낮을수록 부화기간은 길어지는 것을 확인하였고 이는 가설과 일치하는 결과였다.
- 본 연구를 진행하기에 앞서 설정 하였던 세 가지의 가설을 결과와 함께 고찰해보면, 첫째, 수온이 낮아질수록 부화율이 낮아질 것이라는 가설은 본 연구 결과 MT (10±2℃) 일 때 95.6±0.002%, HT (13±2℃)일 때 82.6±0.008%, LT (5±2℃)일 때 82.2±0.043% 순으로 부화율이 감소하는 결과가 나타나 가설과 불일치함을 확인했다.
- HT (13±2℃)처리구에서 부화한 계곡산개구리 유생 개체의 크기는 평균 7.19±0.15mm로 측정되었고, MT (10±2℃) 처리구에서 부화한 개체의 크기는 평균 7.62±0.11mm으로 측정되었으며, LT (5±2℃) 처리구에서 부화한 개체의 크기는 평균 6.82±0.10mm로 측정되었다.
- 세 그룹에서의 유생 개체의 평균 크기는 통계적으로 차이가 나타났다(T-test p< 0.0000, Fig. 2).
후속연구
- 첫째, 수온이 낮아질수록 부화율은 낮다, 둘째, 수온이 낮아질수록 부화일수가 길다, 셋째, 수온이 올라갈수록 부화한 개체의 크기는 작다. 본 연구의 결과를 통해 향후 야외 환경에서 지구온난화로 인해 상승한 수온이 개구리 알의 부화에 미치는 영향을 이해 할 수 있을 것이며, 추후에 개구리 개체 수와 서식지 분포의 변화를 예측하는데 중요한 자료가 될 것이다.
- (2006)과 Semlitsch and Gibbons (1985) 에 따르면, 온도변화는 개체의 부화와 생장뿐만 아니라 개체의 면역체계와 서식처의 이동에도 영향을 미쳐 결과적으로 경쟁력 약화를 촉진 시킨다고 언급하였다. 따라서 변화하는 온도가 계곡산개구리에게 미치는 영향에 대한 본 연구는 향후 지구온난화에 따른 계곡산개구리의 개체군 변화를 이해하는데 큰 도움을 줄 것으로 기대된다. 또한, 본 연구를 통해 도출한 알에서 유체까지의 발생 결과를 바탕으로 다음 생활사 단계인 계곡산개구리 성체까지의 변태율과 크기에 미치는 영향에 대한 실험을 진행한다면 기후 변화에 적응하는 양서류 개체군에 대한 이해뿐만이 아니라 추후 멸종위기종 보존대책 등에 대한 연구에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.
- 따라서 변화하는 온도가 계곡산개구리에게 미치는 영향에 대한 본 연구는 향후 지구온난화에 따른 계곡산개구리의 개체군 변화를 이해하는데 큰 도움을 줄 것으로 기대된다. 또한, 본 연구를 통해 도출한 알에서 유체까지의 발생 결과를 바탕으로 다음 생활사 단계인 계곡산개구리 성체까지의 변태율과 크기에 미치는 영향에 대한 실험을 진행한다면 기후 변화에 적응하는 양서류 개체군에 대한 이해뿐만이 아니라 추후 멸종위기종 보존대책 등에 대한 연구에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.
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