실험 시험 #3: 개체 수준의 생물 실험

이 실험 시험은 4과제로 구성된다.

과제1: 메뚜기 입부분의 해부(10점)

과제2: 어떤 곤충무리에서 형태, 기능, 생태 사이의 관계(10점)

과제3: 이원분류키를 이용해서 곤충을 종 수준까지 분류하기(14점)

과제4: Anopheles 모기에 의한 말라리아 매개 작용(6점)

총 점수: 40

시험시간: 90분

일반적인 지시사항

실험을 시작하기 전에 먼저 문제를 읽도록 권고한다.

학생들은 각 과제와 질문에 할당된 점수에 따라 시간을 분배하는 것이 좋다.

중요    모든 답은 답지에 기록해야 한다.    답지의 모든 페이지의 상단에 3자리수 수험번호를 쓰고 해당 원에 표시하였는지 확인하시오.    답지에 답을 표시할 때 제공된 연필을 반드시 사용하시오.

과제1: 메뚜기 입 부분의 해부

서론

메뚜기는 씹는 입을 가진 곤충의 예이다. 이 과제에는 세 가지 활동이 포함된다.

ⅰ. 메뚜기 입 부분을 동정, 해부하고 각 구성요소를 전시하라. 이때 아래의 그림1에 보여지는 것과 같이 구성요소를 배열하시오. (5점)

ⅱ. 표1에 주어진 입 구성 요소의 번호에 따라 번호가 붙여진 핀을 사용하여 해부한 입 구성요소들을 표시하시오. (3.5점)

ⅲ. 입을 구성하는 몇몇 요소의 기능을 확인하시오. (1.5점)

재료 및 도구

1. 메뚜기 (Valanga irregularis)

2. 도구 세트(핀셋 2쌍, 해부침 2개, 가위 1개)

3. 해부접시

4. 해부접시에 실험 재료를 고정하기 위한 여러 개의 핀(번호가 없는 것)

5. Ⅰ~Ⅶ까지 표시된 핀

6. 고무장갑

7. 해부현미경

8. 입의 구성요소를 전시할 흰 스티로폼

9. 수험번호를 적을 종이 조각

표1. 입 구성요소의 명칭

기호	입 구성 요소의 이름
Ⅰ	큰 턱
Ⅱ	아랫 입술 수염
Ⅲ	윗 입술
Ⅳ	하인두
Ⅴ	작은턱
Ⅵ	작은턱 수염
Ⅶ	아랫 입술

그림1. 메뚜기 입 구성 요소의 기호

과제 P3.T1.1

1. 메뚜기의 몸에서 머리를 분리하시오.(주의! 이 과제를 위해 단지 한 마리의 메뚜기만 제공됨을 명심하시오.)

왁스 해부접시에 핀 하나로 머리의 앞면을 아래로 하여 고정하시오.

입 구성 요소 중 가장 뒷면에 있는 것을 확인하시오. 핀셋을 아래로 넣고 그것이 붙어 있는 부분에서 떼어내시오.

앞 부분을 향하여 차례로 각 구성요소를 핀셋으로 그들이 붙어 있는 부분을 잡고 당겨 떼어내시오.(가능한 한 머리껍질에 근접하여 떼어내시오.)

주의: 해부하여 전시한 것은 평가자가 사진 촬영하고 평가하여 평가지에 기록할 것이다. 입 구성요소를 정확히 떼어냈는가? 그리고 정확히 제시되었는가?를 평가한다. 모든 구성요소를 떼어내기 못하거나 구성요소가 손상되면 감점된다.

평가자가 다른 학생의 실험평가로 바쁜 경우 해부한 것을 평가 받기를 기다리는 동안 다음 과제를 계속하시오.

2. 그림1에서 보여주는대로 흰색스티로폼에 구성요소를 배열하시오.

3. 표1에 주어진 기호에 따라 번호가 붙여진 핀으로 해부된 부분을 표시하시오.

4. 스티로폼에 핀으로 고정된 종이 위에 수험번호를 쓰시오.

5. 이 과제를 끝냈다는 것을 평가자에게 알리기 위해 녹색카드 위에 “V" 표시를 하시오.

6. 해부한 것을 평가받기 위해 실험대의 옆쪽에 놓으시오.

(5점)

과제P3.T1.2 표1의 구성요소에 따른 기호를 사용하여 그림1의 A~G에 해당하는 이름을 표시하시오.

표시된 입의 구성 요소	입구성 요소의 명칭에 해당하는 기호
A
B
C
D
E
F
G

답지에 답을 쓰시오.(3.5점)

과제P3.T1.3 각각의 입구성 요소를 세밀히 관찰하여 주 기능이 무엇인지 결정하시오. 아래의 표를 완성하기 위해 표1의 기호를 사용하시오.

주 기능	입 구성요소의 명칭에 해당하는 기호
음식을 갈거나 부수는 역할
혀와 같이 움직임
구강의 일부를 구성할 때 윗 입술처럼 움직임

답지에 답을 쓰시오. (1.5점)

과제2: 어떤 곤충 무리의 형태, 기능, 생태 사이의 관계

서론

이 과제는 어떤 곤충 무리의 형태, 기능, 생태 사이의 관계를 다룰 것이다. 과제는 두 부분, 과제2A와 2B로 구성된다.

과제2A 곤충 다리의 기능 결정  (5점)

서론

과제 2A는 여러 가지 곤충의 다리의 구조와 기능 사이의 관계를 다룰 것이다.

재료 및 도구

1. Ⅰ부터 Ⅶ까지 표시된 8개의 곤충 표본이 있는 판

2. 해부 현미경

3. 표본을 고정하기 위한 plasticine이 있는 슬라이드

과제 P3.T2.1 제공된 핀으로 고정된 곤충 표본을 관찰하라. 각각의 곤충을 자세히 관찰하기 위해 슬라이드 위의 plasticine이 놓여있는 곳에 표본의 핀을 고정하여 해부현미경 아래에 놓으시오. 다른 각도에서 곤충을 관찰하기 위해 핀의 위치를 변경하시오. 표본의 아래쪽을 관찰하기 위해 핀을 거꾸로 하여 핀의 머리를 plasticine에 꽂으시오. 곤충 표본은 Ⅰ~Ⅷ까지 표시되어 있다. 이 곤충들은 서로 다른 목에 속하며 특수 기능을 가지도록 변형된 앞다리 또는 뒷다리를 가진다. 아래의 표2a는 이들의 특수 기능에 대한 목록(기호A~E)이고 표2b는 특수 기능을 수행하기에 필수적인 다리의 변형에 대한 목록(기호 a~e)이다. 그림2는 표2b에서 사용된 용어에 대한 설명이다.

표2a. 다리 기능                   표2b. 다리 구조의 변형

기호	기능		기호	변형
A	땅을 파는 기능		a	털/격막의 가장자리를 가진 납작한 다리
B	먹이를 잡는 기능		b	아래(복부)쪽 표면에 강한 가시를 가진 길고, 좁은 바닥마디와 대퇴를 가진 다리
C	뛰는 기능		c	짧고 두껍고 가시를 가진 다리
D	걷는 기능		d	근육성 대퇴를 가진 다리
E	수영하는 기능		e	모양과 크기가 모두 비슷한 다리

그림 2. 곤충 다리 부위의 명칭

곤충표본을 자세히 관찰하고, 각각의 곤충 다리 기능(A~E)에 해당하는 다리를 가진 곤충 표본을 하나씩 고르고(Ⅰ~Ⅷ) 변형 유형을 고르시오(a~e).

다리 기능	곤충 표본(Ⅰ~Ⅷ)	다리 변형(a~e)
A. 땅을 파는 기능
B. 먹이를 잡는 기능
C. 뛰는 기능
D. 걷는 기능
E. 수영하는 기능

결과를 답지에 쓰시오.(5점)

과제2B. 두 외부 기생생물의 외부형태와 생태 사이의 관계 (5점)

서론

벼룩과 이는 모두 포유 동물의 외부에 기생하는 곤충이다. 이는 일생동안 내내 숙주에 기생하는 기생충의 한 예이다. 벼룩은 일생동안 내내 기생하지 않는 기생충이다. 각각은 먹이 섭취 유형과 숙주에 따른 서식 장소에 알맞게 형태적인 적응을 하고 있다. 이 과제에서는 이러한 형태적인 적응을 조사하고 이것이 이들 곤충의 생물학과 어떻게 관련되어 있는지 살펴보겠다.

실험 재료 및 기구

1. 2개의 슬라이드로 제작된 표본

 ⅰ)고양이 벼룩(Ctenocephalides felis)과

 ⅱ)가축의 이(Menopon gallinae)

2. 복합광학 현미경

과제P3.T2.2 현미경으로 벼룩과 이의 표본을 조사하고, 아래 표의 특징이 나타나는지(+), 없는지(-) 각 표본에 대하여 조사하시오. (3점)

특징/변형	벼룩	이
몸체는 등배쪽으로(*위아래로) 납작하다.
발목의 발톱(갈고리 모양)
머리에 빗모양의 여러 줄의 돌기
뚜렷한 강모/가시를 가진 몸체
길어진 입부위
뚜렷한 눈

결과를 답안지에 옮겨 넣으시오.

과제P3.T2.3 관찰 결과에 기초해서 다음 중 어떤 특징이 일생동안 내내 숙주에 기생하는데 가장 중요한지 고르시오.(1점)

A. 숙주의 털/깃털에 알들이 퍼져있다; 다리는 꽉 잡기 편하게 변형되어 있다; 몸체는 등배쪽으로 납작해져 있다; 복안은 작거나 없다.

B. 알은 숙주의 털/깃털에 부착되어 있다; 다리는 점프하기 쉽게 변형되어 있다; 몸체는 등배쪽으로 납작하다; 복안은 작거나 없다.

C. 알은 숙주의 털/깃털에 퍼져있다; 다리는 잡기 편하게 변형되어 있다; 몸체는 옆으로 납작하다; 복안은 작거나 없다.

D. 알은 숙주의 털/깃털에 부착되어 있다; 다리는 잡기 편하게 변형되어 있다; 몸체는 등배쪽으로 납작해져 있다; 복안은 작거나 없다.

E. 알은 숙주의 털/깃털에 부착되어 있다; 다리는 점프하기 쉽게 변형되어 있다; 몸체는 옆으로 납작하다; 복안은 잘 발달되어 있다.

과제P3.T2.4 피만 빨아먹고 사는 기생생물의 성체가 보이는 특성을 가장 잘 조합한 것은?(1점)

A. 피부를 뚫고 빨아먹는 입 부분; 씹는 역할을 하는 작은 턱이 없다; 소화관에 먹이를 갈도록 특수하게 분화된 부분이 있다; 혈액을 빨아먹을 수 있게 하는 근육성 펌프가 있다.

B. 피부를 뚫을 수 없는 입 부분; 씹는 역할을 하는 작은 턱이 없다; 소화관이 먹이를 갈도록 분화되지 않았다; 혈액을 빨아먹을 수 있게 하는 근육성 펌프가 있다.

C. 피부를 뚫고 빨아먹는 입 부분; 씹는 역할을 하는 작은 턱이 없다; 소화관이 먹이를 갈도록 분화되지 않았다; 혈액을 빨아먹을 수 있게 하는 근육성 펌프가 있다.

D. 피부를 뚫을 수 없는 입 부분; 씹는 역할을 하는 작은 턱이 있다; 소화관이 먹이를 갈도록 분화되지 않았다; 혈액을 빨아먹을 수 있게 하는 근육성 펌프가 없다.

E. 피부를 뚫고 빨아먹는 입 부분; 씹는 역할을 하는 작은 턱이 있다; 소화관이 먹이를 갈도록 분화되지 않았다; 혈액을 빨아먹을 수 있게 하는 근육성 펌프가 있다.

과제3: 이원분류키를 사용해서 개미를 종 수준까지 동정하기

서론

개미는 육상생태계에서 중요한 부분을 차지한다. 이들은 그 수가 매우 많을 뿐 아니라 토양안, 물체표면, 식물체에서 살아간다. 이들은 집 주변에서 살면서 해충으로 구분되지만, 생물지표(bioindicator)로서 그 중요성이 증가하고 있다. 이러한 이유 때문에 개미를 정확하게 동정하도록 종종 요구된다.

재료와 장치

1. 에탄올에 고정한 10종의 개미(Ⅰ에서 Ⅹ의 번호를 붙인)가 담긴 통

2. 해부현미경

3. 이원분류키

4. 도구 세트(2쌍의 핀셋, 해부침 2개, 자)

5. 현미경 아래에서 개미를 조사하기 위한 유리 접시

6. 플라스틱 피펫

과제P3.T3.1

10종의 개미표본(Ⅰ에서 Ⅹ의 번호를 붙인)과 제공한 개미 표본에 포함된 개미 종의 이원분류키를 줄 것이다. 그림 3에는 분류키에 사용한 개미 각 부분의 명칭이 나타나 있다.

이원분류키를 이용해서 개미를 동정하라. 개미를 작은 병(vial)에서 꺼낸 다음에 유리 접시에 놓고 현미경으로 관찰한다. 각 개미종을 동정한 후에 그 종에 해당하는 문자 코드(letter code) 앞에 있는 원을 칠하시오.

그림3. 개미 각 부위의 명칭

종(species)을 분류하는 기준

1. 머리와 팽복부가 광택이 있는 녹색 또는 보라색이다; 머리와 몸통, 그리고 자루부(petiole)의 표면이 우둘투둘하고 거칠다.....................................Rhytidoponera metallica

   머리와 팽복부에 독특한 녹색 또는 보라색 광택이 없다.

   머리, 몸통, 자루부의 표면이 우둘투둘하지 않다....................................................................2

2. 색깔이 전체적으로 검거나 짙은 밤색이다.................................................................................3

   색깔이 전체적으로 황갈색이거나 또는 검은색과 오렌지색이 군데군데 섞여 있다.........6

3. 개미 몸 전체 길이가 3~4㎜를 넘지 않는다...............................................................................4

   개미 몸 전체 길이가 5㎜ 이상이다............................................................................................5

4. 배의 자루부에 결절이 없다. 발목이 흐린 노란색이고 대퇴부보다 훨씬 밝은 색이다....................................................................................................................Technomyrmex albipes

   배 자루부에 마디가 하나이다; 발목이 갈색이다...........................................Ochetellus glaber

5. 전신 복절(propodeum)이 매끈하고 둥글며 가시가 없다...........Camponotus aeneopilosusniger

   전신 복절(propodeum)에 뚜렷한 가시가 있다.........................       ............Polyrhachis spsp.

6. 배 쪽 자루부가 하나의 마디로 되어있다. Funiculus 끝부분에 세 마디짜리 곤봉 모양의 구조가 없다...........................................................................................................................................7

   배 쪽 자루부가 2개의 마디로 되어있다. Funiculus 끝부분에 세 마디짜리 곤봉 모양의 구조가 있다..........................................................................................................................................9

7. 팽복부가 황록색이다.................................................................................Oecophylla smaragdina

  팽복부가 검은색이다.........................................................................................................................8

8. 팽복부와 머리가 검은색이고 몸통과 자루부는 오렌지/갈색이다..........................Camponotus consobrinusintrepidus

   팽복부와 자루부가 검은색이고 머리와 몸통은 오렌지/갈색이다............................Iridomyrmex purpureusitinerans

9. 전신복절에 뚜렷한 가시가 있고 이빨처럼 생긴 돌출부가 나와 있다............................10

   전신복절에 뚜렷한 가시나 이빨처럼 생긴 돌출부가 없다.............................................11

10. 머리와 팽복부가 회색을 띤 검은색이다.................................................Pheidole sp.infusa

    머리와 팽복부가 흐린 갈색이다........................................................Pheidole megacephala

11. 삭조(Funiculus)에 뚜렷한 세 마디짜리 곤봉모양의 구조물이 있다................Monomorium pharaonis

    삭조(Funiculus)에 뚜렷한 세 마디짜리 곤봉모양의 구조물이 없다................Monomorium destructor

(14점)

과제4: Anopheles 모기에 의한 말라리아 매개 작용

서론

말라리아는 열대지방에서 발생하는 풍토병 중에서 가장 흔하고 또한 가장 위험한 전염병으로, 전 세계 인구의 40%에 해당하는 사람들을 위협하고 있다. 말라리아 병균은 Anopheles라는 모기에 의해서 사람에게 옮겨진다.

Anopheles는 422종이 넘는데, 이 중에서 말라리아 병균을 매개한다고 알려진 것은 68종이다. 각 종마다 병균을 매개하는 효율(efficiency)이 달라서, 이 중 특히 몇 종류가 말라리아 감염의 주범으로 작용하며 나머지는 부수적인 매개자이다. 각 종의 모기가 얼마나 강력한 매개자가 되는지는 이들의 지리적 분포와 어떤 숙주를 좋아하는지, 그리고 서식지와 말라리아 병균을 보유하는 기간에 따라 결정된다.

 이 중에서 모기기 무는 시간과 서식지 선호도가 미치는 영향이 표4a 에 요약되어 있다.

표4a. 모기가 무는 시간과 서식지 선호도가 미치는 영향

종	무는 시간	서식지 선호도	매개 효과
Anopheles 1	10pm - 4am	집 바깥을 선호	낮다
Anopheles 2	10pm - 4am	집 안을 선호	높다
Anopheles 3	9am - 4pm	집 안을 선호	중간

용어 설명

Anthropophilic:  사람 피를 좋아 한다

Zoophilic:  동물 피를 좋아 한다

Endophilic: 집 안에 산다

Exophilic: 집 밖에 산다

Malaria Stability: 모기의 수명이 충분히 길어서 그 속에서 말라리아 병원충이 증식할 수 있는 확률을 나타냄. 낮음(=unstable malaria)은 사람에게 감염될 만큼 충분한 숫자의 말라리아가 증식하기 전에 모기가 죽어버리는 경우이다.

과제P3.T4.1 위의 표4a와 용어 설명을 바탕으로 하여 Anopheles a에서 f까지의 여섯 종류를 그 매개 효과가 높은 순서대로 1에서 6까지 번호를 매길 것.(3점)

 Rank 1= 제일 매개성이 강함. Rank 6=제일 낮음

종	지리적 분포	숙주 선호도	서식지 선호도	주로 무는 시간	말라리아 저항성
Anopheles a	넓음	사람피를 아주 좋아함	집 안과 집 바깥	9am - 4pm	2.5
Anopheles b	넓음	비교적 사람 피를 좋아함	집 바깥	9am - 4pm	1.8
Anopheles c	넓음	동물피를 좋아함	집 바깥	9am - 4pm	0.5
Anopheles d	한정됨	비교적 사람 피를 좋아함	집 안	9am - 4pm	1.5
Anopheles e	넓음	사람피를 아주 좋아함	집 안	10pm - 4am	1.8
Anopheles f	넓음	동물피를 좋아함	집 바깥	9am - 4pm	1.2

과제P3.T4.2 그림4는 Anopheles 모기가 출몰하는 지역 내에서 관광객을 위한 야영장소 후보지로 추천된 네 곳을 보여주고 있다. 표4b는 이 네 장소의 기후조건을, 그리고 표4c는 가장 흔한 다섯 종류의 Anopheles 모기(Ⅰ~Ⅴ)가 가지는 특성을 나타내고 있다.

 표4b. 야영 후보지의 기후 조건

장소	고도	하루 중 최고 온도	하루 중 최저 온도	월평균 강우량
1	650m	20℃	8℃	150㎜
2	200m	25℃	13℃	100㎜
3	50m	28℃	17℃	300㎜
4	100m	27℃	15℃	〈50㎜
5	50m	27℃	17℃	300㎜

표4c. Anopheles 모기(Ⅰ~Ⅴ)의 특성

종류	애벌레 서식지	기타 정보	매개 효능
Anopheles Ⅰ	늪과 고인 물	15℃보다 낮은 온도에서는 거의 살 수 없음	0.71
Anopheles Ⅱ	나무 구덩이나 나무 둥치에 고인 물	높은 고도에 산다. 10℃이하에서도 살 수 있음	2.49
Anopheles Ⅲ	빠르게 흐르는 물	온도가 높거나 그늘이 없는 물에서는 애벌레가 거의 살아남지 못함	0.22
Anopheles Ⅳ	빠르게 흐르는 물	물이 없는 곳이나 온도가 높은 곳에서는 살 수 없음	6.54
Anopheles Ⅴ	늪 또는 고여있는 물	애벌레가 물 속에 살고 성체도 물 속에서 먹이를 얻음.	1.36

 그림4. 야영 후보지의 위치와 주변의 식생

이제까지 주어진 특성을 바탕으로 이들의 야영 후보지(site1~5까지) 중 어느 장소에 살 확률이 가장 높은지 정하라. 모기 한 종류 당 한 장소만 선택할 것.  (2점)

답은 답안지에 적을 것.

과제P3.T4.3 위에서 얻은 정보들을 바탕으로 Site 1에서 5 중에 야영 후보지로 가장 적합한, 다시 말해서 말라리아균에 감염될 확률이 가장 낮은 곳을 고르라. 단 이 때 각 종류의 모기는 각기 한 장소에만 살며, 이들이 영향을 미칠 수 있는 영역은 10㎞ 이내라는 것을 전제로 한다. (1점)

답은 답안지에 적을 것.

Practical 3. 정답

문제 번호		답	배점
P3.T1.1		해부평가-평가자가 기입	5
P3.T1.2	A	Ⅳ	0.5
	B	Ⅶ	0.5
	C	Ⅵ	0.5
	D	Ⅱ	0.5
	E	Ⅴ	0.5
	F	Ⅲ	0.5
	G	Ⅰ	0.5
P4.T1.3		Ⅰ	0.5
		Ⅳ	0.5
		Ⅲ	0.5
P3.T2.1	A	Ⅶ과 c
	B	Ⅴ와 b 혹은 Ⅷ과 b 혹은 Ⅴ와 Ⅷ과 b	1
	C	Ⅲ과 d 혹은 Ⅵ과 d 혹은 Ⅲ과 Ⅵ과 d	1
	D	Ⅰ과 e 혹은 Ⅳ와 e 혹은 Ⅰ과 Ⅳ와 e	1
	E	Ⅱ와 a	1
P3.T2.2	1 벼룩	-	0.25
	2 벼룩	+	0.25
	3 벼룩	+	0.25
	4 벼룩	+	0.25
	5 벼룩	+	0.25
	6 벼룩	+	0.25
	1 이	+	0.25
	2 이	+	0.25
	3 이	-	0.25
	4 이	+	0.25
	5 이	-	0.25
	6 이	-	0.25
P3.T2.3		D	1
P3.T2.4		C	1
P3.T3	Ⅰ	F	1.4
	Ⅱ	A	1.4
	Ⅲ	I	1.4
	Ⅳ	J	1.4
	Ⅴ	H	1.4
	Ⅵ	B	1.4
	Ⅶ	D	1.4
	Ⅷ	C	1.4
	Ⅸ	E	1.4
	Ⅹ	K	1.4
P3.T4.1	종 a b c d e f	1 3 6 4 2 5	0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
P3.T4.2	Site 1 Site 2 Site 3 Site 4 Site 5	Ⅱ Ⅲ Ⅴ Ⅳ Ⅰ	0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
P3.T4.3	Site	2	1

Practical 3 총점: 40점