초록 ▼

동물의 최대운동속도는 동물들이 살고 있는 서식지에서 포식자의 공격으로부터 살아 남는데 매우 결정적인 요인이 될 수 있다. 최근까지의 연구에 의하면, 동물은 순발적인 동작에 의해 최대운동속도를 내며, 이 운동속도는 다리 길이, 몸무게, 그리고 근육 동역과 같은 요인들에 의해 영향을 받을 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 무미 양서류의 운동 특징인 도약행위를 모델로하여, 이들이 발휘하는 최대속도(Vmax)와 이들 운동기관의 형태(무게, 다리길이) 및 근육기능(수축작용, 효소활성도)과의 관계를 연구함으로써 동물의 최대운동속도를

동물의 최대운동속도는 동물들이 살고 있는 서식지에서 포식자의 공격으로부터 살아 남는데 매우 결정적인 요인이 될 수 있다. 최근까지의 연구에 의하면, 동물은 순발적인 동작에 의해 최대운동속도를 내며, 이 운동속도는 다리 길이, 몸무게, 그리고 근육 동역과 같은 요인들에 의해 영향을 받을 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 무미 양서류의 운동 특징인 도약행위를 모델로하여, 이들이 발휘하는 최대속도(Vmax)와 이들 운동기관의 형태(무게, 다리길이) 및 근육기능(수축작용, 효소활성도)과의 관계를 연구함으로써 동물의 최대운동속도를 예상할 수 있는 보편적인 원리를 탐구하고자 하였다. 위의 연구목적을 수행하기 위해 도약능력이 뛰어난 종으로 알려진 참개구리(Rana nigromaculata)와 옴개구리(R. rugosa) 그리고 도약능력이 비교적 뒤떨어지는 것으로 관찰된 무당개구리(Bombina orientalis)를 실험동물 종으로 선정하였다. 비디오 녹화와 분석을 통해 각 종의 개체들에 대해 최대도약속도 Vmax를 측정하였으며, 도약에 영향을 줄 형태(몸무게, 다리길이, 요대부위의 장골간 폭)를 측정하였다. 그리고 비장근의 수축기능(근력, 수축속도, 근동력)을 등척성 및 등장성 수축작용을 통해 실험하였으며, 스펙트로포토미터를 이용하여 비장근의 효소활송도(activity of lactate dehydrogenase)를 측정하였다. 이 실험결과로부터 최대도약속도 Vmax(m.sec??)는 참개구리(2.35±0.17SD, n=14)와 옴개구리(2.33±0.11SD, n=8)가 무당개구리(1.70±0.12SD, n=8)보다 훨씬 더 크다는 사실을 알 수 있었다. 몸무게(참개구리, 9.2g±3.3SD ; 옴개구리, 11.5g±5.6SD ; 무당개구리, 6.5g±0.8SD)는 Vmax에 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다. 이와 관련하여 참개구리와 옴개구리는 무당개구리에 비해 뒷다리 길이가 몸길이에 비해 더 길었으며, 허벅지 다리근이 몸무게 비 질량 면에서 더 발달되어 있었으며, 장골간 폭이 몸길이에 비해 더 좁다는 사실을 알게 되었다. 또한 참개구리와 옴개구리의 근력 발생률과 수축속도 그리고 근동력이 무당개구리의 수축능력보다 훨씬 더 크다는 사실도 알게 되었다. 다만 도약속도가 빠른 두 종의 근력과 무산소성 대사능력은 무당개구리의 경우와 차이가 없거나 오히려 낮게 나타나, 위의 다른 결과들과 일관된 보편성을 확인하지는 못하였다. 도약속도가 더 큰 동물들이 상대적으로 더 긴 다리와 좁은 체형(장골간의 폭), 그리고 더 큰 근수축률(근력발생률, 수축속도, 근동력)을 보인다는 사실은 이들이 도약하는 순간 중력을 뛰어넘는 외력과 외방속도를 발생할 수 보다 효과적인 골격-근계를 가지고 있음을 의미한다고 하겠다. 한편 생태학적인 의미를 보면, 도약능력이 상대적으로 발달되지 못한 무당개구리들이 자연속에서 어려움 없이 생존해 가고 있는 점으로 미루어 포식자에 대한 이들의 대응수단이 다른 방법(독성물질, 분비, 경고성 체색 및 행동)에 있는 것으로 해석해야 할 것이다. 본 연구는 운동역학의 기본 개념을 이해하는 정보를 제공해 줄 뿐만아니라 생태계에서 관찰되는 피식자-포식자의 관계를 이해하는데 도움을 줄 것으로 기대된다.

Abstract ▼

Maximal locomotor velocity of animals is critical to survival aganist predators' threate in the natural habitat. According to previous studies, maximal velocity is attained by burst locomotion of individuals and is believed to be influenced by such factors as hindlimb length, body mass, and muscle

Maximal locomotor velocity of animals is critical to survival aganist predators' threate in the natural habitat. According to previous studies, maximal velocity is attained by burst locomotion of individuals and is believed to be influenced by such factors as hindlimb length, body mass, and muscle power. Burst locomotor power is anticipated to be a function of anaerobic metabolic capacity of muscle fibers involved in the motion. With take-off responses of anuran amphibians as a model locomotion, this study was proposed to establish the relationship of locomotor velocity to morphology (mass, limb length) and muscle function (contraction, enzyme activity), expecting to explore general principles that allow to find maximal locomotor velocity of animals. To proceed the research goals, three anuran apecies, Rana nigromaculata, R. rugosa and Bombina orientalis were chosen. The two ranid species were believed to take off fast whereas the Bombina were observed to be relatively slow. The maximal velocity, Vmax, was measured with video recordings and analyses, and morphological factors (body mass, hindlimb length, inter-ilial width) which would affect take-off response were measured. Contractile function (force, shortening velocity, power) of the gastrocnemius muscle was examined with isometric and isotonic measurements, and activities of lactate dehydrogenase in the gastrocnemius muscle was measured spectrophotometrically. Results from the study indicate that maximal take-off velocity, Vmax(m.sec??) of R. nigromaculata (2.35±0.17SD, n=14) and R. rugosa (2.33±0.11SD, n=8) was significantly greater that that of the Bombina (1.70±0.12SD, n=8). Body mass (R. nigromaculata, 9.2g±3.3SD ; R. rugosa, 11.5g±5.6SD ; B. orientalis, 6.5g±0.8SD) did not affect take-off velocity within each species. Compared to Bombina, the two ranid species showed longer hindlimb length relative body mass, greater mass of thigh muscle relative to body mass, and a narrower inter-ilial width (at the sacral vertebra) relative to body length. The ranids also exhibited significantly greater rate of force production, shortening velocity, and power of the gastrocnemius muscle than the Bombina. However, the faster ranid species did not show greater force generation and glycolytic capacity than the Bombina, and thus failed to show consistency of the relationship aforementioned. These results demonstrate that faster jumpers have a more effective skelete-muscular system, having relatively longer hindlimbs, dorsoventrically narrower body trunk, and stronger muscle contraction that can generate a faster out-velocity and a greater out-force against gravity. From ecological perspectives, the fact that Bombina, which was less athletic at take-off, are doing well for survival in their habitat indicates that the frogs have some other ways for anti-predation such as toxin secretion, warning coloration and behavior. This study would not only provide basic informations necessary for locomotor physiology but also aid our understanding of prey-predatory interactions seen in the scosystem.