16th International Biology Olympiad
Beijing
July 2005
Practical Examination
Part Ⅲ
Total time available: 90 minutes
Practical tests Part Ⅲ
Animal anatomy and ecology(동물 해부학 및 생태학)
이번 시간에는 3가지 과제가 주어진다.
과제1. 분포 유형의 결정과 개체군 크기의 결정 (16점)
과제2. 곤충의 분류 (9.8점)
과제3. 새우 해부 (14.2점)
과제1. 분포 유형의 결정과 개체군 크기의 결정 (16점)
서론
Tenebrio molitor는 곤충으로 딱정벌레목에 속한다. 이 곤충은 헛간과 같은 식량저장 창고에 산다. T. molitor는 생활사의 대부분을 유충 단계로 보내며 성체 단계는 매우 짧다. 이 실험에서는 T. molitor의 2가지 생태적인 면을 다룬다: 개체군 분포 유형과 개체군 크기.
한 개체군의 분포 유형은 그 개체군을 구성하는 개체들의 공간적 관계를 나타낸다. 관심 있는 개체군 조사를 위하여 신뢰할 수 있는 표본 추출 방법을 정착시키는 것 또한 유용하다. 일반적으로 3가지 분포 유형이 있다: 무작위 분포, 규칙적 분포, 집중 분포 (다음 그림을 보시오).
무작위 분포 집중 분포 규칙적 분포
한 지역을 동일한 크기의 사각형으로 작게 나눈 후 각각의 사각형에 존재하는 개체 수를 세면 분포 유형을 구별할 수 있다. 규칙적인 분포를 한다면 표본의 편차 제곱(S2)은 0이 될 것이다. 분포 유형이 무작위라면 표본은 전형적인 포아송(Poisson) 분포를 할 것이다. 집중 분포를 한다면 표본에서 포아송 분포를 얻을 수 없을 것이다. 이와 같이 표본의 평균(m)과 편차 제곱(S2)을 통해 3가지 분포 유형을 구분할 수 있다.
S2/m = 0 이면, 규칙적 분포
S2/m = 1 이면, 무작위 분포
S2/m > 1 이면, 집중 분포
여기에서 m = (X1+X2+…+Xn)/n
S2 = {(X1-m)2+(X2-m)2+…+(Xn-m)2}/(n-1)
X1, X2, …Xn은 사각형 1, 2, …사각형n에 존재하는 개체 수를 나타내고, n은 표본 추출한 사각형의 총 수를 나타낸다.
재료
T. molitor가 들어있는 상자를 촬영한 사진이 제공된다. 상자는 7×7개의 사각형으로 나누어져 있다.
과제. T. molitor의 분포 유형을 결정하시오.
과정
A1, A4, B7, C5, D2, D7, E3, F1, F6, G3(총 10개의 사각형)에 있는 유충의 수를 각각 세고, 위에 제시된 식에 따라 분포 유형을 결정하시오.
다음 질문에 답하시오.
질문1. S2/m의 값은? (2점)
A. 0.1
B. 0
C. 1
D. 3.4
질문2. 분포 유형은? (2점)
A. 규칙적 분포
B. 무작위 분포
C. 집중 분포
질문3. 위의 질문2의 답이 바뀌게 되는 경우를 아래에서 고르시오. (2점)
<주의> “답이 한 개 이상일 수도 있다”
A. 표본 추출시 동일한 10개의 사각형을 추출한다. 이 때 표본 추출의 순서를 반대로 한다. 즉, G3에서 시작하여 A1에서 끝낸다.
B. 표본 추출시 네 구석에 있는 사각형(A1, A7, G1, G7)만을 선택하고, 분포 유형을 결정하기 위하여 S2과 m을 계산f한다.
C. 표본 추출시 중간의 다섯 사각형(D3, D4, D5, C4, E4)만을 선택하고, 분포 유형을 결정하기 위하여 S2과 m을 계산한다.
D. 무작위적으로 10개의 사각형을 선택하고, 분포 유형을 결정하기 위하여 S2과 m을 계산한다.
질문4. 개체군의 분포 유형과 그 개체군의 개체들 사이의 관계를 옳게 설명한 것은? (2점)
A. 한 개체군을 구성하는 개체들이 서로 싫어하면 규칙적인 분포가 형성된다.
B. 한 개체군을 구성하는 개체들이 서로 싫어하면 무작위 분포가 형성된다.
C. 한 개체군을 구성하는 개체들이 서로 좋아하면 규칙적 분포가 형성된다.
D. 각 개체의 위치가 다른 개체와 무관하게 결정될 때 집중 분포가 형성된다.
E. 각 개체의 위치가 다른 개체와 무관하게 결정될 때 규칙적 분포가 형성된다.
다음은 개체군의 크기를 추정하는 것이다.
개체군의 크기는 개체군 생태학에서 가장 중요한 요소 중의 하나이다. 개체군의 크기를 결정하기 위한 매우 유용한 방법이 포획-재포획 방법이다. 이 방법을 사용하기 위해 동물을 포획하게 된다. 포획된 동물은 꼬리표나 링과 같은 것으로 표지를 한 후 즉시 놓아준다. 일정 시간이 경과한 후 같은 개체군에서 동물을 다시 포획한다. 다시 잡힌 동물 중 표지된 동물의 비율이 전체 개체군에서 표지된 동물의 비율과 같다고 가정한다. 개체군의 크기(N)는 다음 식을 추정할 수 있다.
식: N = M×R/P
여기에서 M은 처음 포획하여 표지한 개체 수이고, R은 두 번째 포획한 모든 개체 수이며, P는 두 번째 포획한 개체 중 표지된 개체 수이다.
T. molitor 개체군에서 100개체를 꼬리 부근에 붉은 점으로 표지하였다. 표지된 T. molitor를 놓아주고 개체군의 다른 개체들과 섞이게 하였다. 두 번째 포획한 결과를 주어진 사진에 있다.
질문5. T. molitor의 개체군의 크기는? (3점)
A. 550
B. 600
C. 610
D. 627
질문6. 포획-재포획 방법에서 M/N과 P/R은 동일하다고 가정한다. 개체군의 크기를 정확히 추정하였다고 확신하는 데 필요한 사항을 아래에서 고르시오. (3점)
<주의> “답은 1개 이상일 수도 있다.”
A. 표지하는 방법이 동물의 정상적인 활동을 변경시키지 말아야 한다.
B. 개체들의 이입이 규칙적으로 일어난다.
C. 실험 기간(조사 기간) 동안 출생과 사망이 없다.
D. 개체군은 규칙적으로 분포해야 한다.
E. 개체에 표지를 한 것이 조사 기간(표지 후 재포획까지 기간)보다 오래 지속되어야 한다.
질문7. 만일 표지할 때와 재포획할 때 사이에 40개체가 죽고 30개체가 더하여졌다는 새로운 정보를 실험이 끝난 후에 알았다면, 새로 추정한 개체군의 크기는? (2점)
A. 질문5에서 추정한 것과 같을 것이다.
B. 질문5에서 추정한 것과 같거나 더 작을 것이다.
C. 질문5에서 추정한 것과 같거나 더 클 것이다.
과제2. 곤충의 분류 (9.8점)
실험지침
여러분의 테이블 위에 있는 접시에 7종류의 딱정벌레 표본이 있다. 다음 페이지에 있는 분류 키(특징)에 따라 각 표본에 적절한 이름을 써라. 해부현미경, 핀셋, 침을 이용할 필요가 있다. 표본에 손상이 일어나면 최종 점수에서 감점이 되니 주의하기 바람.
A. Opatrum subaratum Faldermann
B. Blaps femoralis femoralis Fischer‐Waldheim
C. Coccinella septempunctata Linnaeum
D. Potosia brevitarsis (Lewis)
E. Popillia quadriguttata (Fairmaire)
F. Polyzonus fasciatus (Fairmaire)
G. Chrysochus chinensis Baly
질문8. 여러분의 분류 결과에 따라 아래의 테이블을 채우고, 답안지에 이들을 표시하라. (1.4×7 = 9.8점)
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Beetle (딱정벌레) |
Answer A‐G |
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① |
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② |
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③ |
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④ |
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⑤ |
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⑥ |
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⑦ |
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딱정벌레 7종에 대한 키(key)
1. 앞다리, 중간다리, 뒷다리의 발목마디는 5-5-4 체절을 가지고 있다. ……………………2
앞다리, 중간다리, 뒷다리의 발목마디는 5-5-5 또는 4-4-4 체절을 가지고 있다.………3
2. 몸의 크기는 작고 편평함. 윗입술의 앞쪽 가장자리에 삼각형 모양이 있음. 외부 날개의 끝에서 안쪽 날개가 보이지 않음. ……………………………Opatrum subaratum Faldermann
몸의 크기가 크고, 올라가 있음. 윗입술의 앞쪽 가장자리가 일자형임. 수컷의 외부 날개 끝에서 안쪽 날개 끝이 보임. …………………Blaps femoralis femoralis Fischer‐Waldheim
3. 발목마디는 4-4-4 체절을 가짐. 몸은 반원의 형태임. 외부 날개에 7개의 검고 둥근 점이 있음. ……………………………………………………Coccinella septempunctata Linnaeum
발목마디는 5-5-5 형태임. 몸의 형태는 반원이 아님 …………………………………………4
4. 3번째에서 8번째까지의 안테나 체절들은 아가미 형태임. ……………………………………5
안테나 체절이 실과 같다. ……………………………………………………………………………6
5. 외부 날개의 기저부가 삼각 형태임. 앞 등판과 외부 날개에 있는 줄무늬, 구름 형태 혹은 물결파 형태에 흰색의 솜털 같은 점들이 있다. …………………Potosia brevitarsis (Lewis)
외부 날개의 기저부에 삼각 형태 없음. 앞 등판과 날개에 솜털 같은 점이 없음.………………………………………………………………………… Popillia quadriguttata (Fairmaire)
6. 몸은 길고 원통 형태임. 복안은 콩팥 형태임. 안테나가 앞쪽으로 튀어 나옴. 외부 날개에 2개의 노란색의 횡무늬가 있음. ………………………………Polyzonus fasciatus (Fairmaire)
몸은 울창한 숲 형태의 타원형임. 둥근 복안. 몸 색깔은 깊은 녹색, 청색, 옅은 청록색 혹은 남색. 외부 날개에 횡무늬 없음.…………………………………Chrysochus chinensis Baly
과제3. 새우의 해부 (14.2점)
서론
새우는 절지동물의 갑각류에 속한다. 새우는 각 체절의 구조가 다른 부등체절을 가지고 있다. 주어진 새우는 외골격으로 되어 있고, 부속지가 붙어 있는 21개의 체절로 되어 있다.
재료 및 기구
1. 새우 한 마리 <주의> “한 마리 새우 밖에 가질 수 없음”
2. 해부현미경
3. 가위, 침, 핀셋, 곤충 침, 수술용 칼
4. 왁스가 칠해진 접시
실험
실험은 두 부분으로 되어 있음. 새우의 외부 구조 및 신경계 구조
(1) 외부 구조
조심스럽게 새우를 관찰하고 다음 질문에 답하라.
질문9. 새우의 머리, 가슴, 배에는 각각 몇 쌍의 부속지가 있는가? (2점)
A. 2, 4, 10
B. 5, 8, 6
C. 4, 5, 8
D. 3, 6, 7
질문10. 새우의 입 부위를 찾아서 입 부위를 구성하고 있는 부속지를 분리하라. 입 부위는 몇 쌍의 부속지로 구성되어 있는가? (2점)
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
E. 5
질문11-12. 아래 그림에서 체계적인 부속지의 구조를 관찰하라.
질문11. 여러분들에게 제공된 새우에서 위의 모든 부속지를 발견할 수 있는가? (2점)
A. Yes
B. No
질문12. 그림에서 보여준 부속지 1부터 4까지의 주요한 기능을 순서대로 나타낸 것으로 옳은 것은? (2점)
A. 1: 걷기, 2: 수영, 3: 감각 및 붙들기, 4: 감각 및 붙들기
B. 1: 수영, 2: 감각 및 붙들기, 3: 수영, 4: 감각 및 붙들기
C. 1: 감각 및 붙들기, 2: 수영, 3: 걷기, 4: 감각 및 붙들기
D. 1: 감각 및 붙들기, 2: 감각 및 붙들기, 3: 수영, 4: 걷기
신경계의 구조
새우를 해부하여 신경계를 찾아라. 다음 질문에 답하라.
질문13. 새우의 신경계는 어디에 있는가? (2점)
A. 몸의 앞쪽의 등쪽 부위
B. 몸의 뒤쪽의 배쪽(복면) 부위
C. 새우의 몸 전체의 배쪽(복면) 부위
D. 새우의 몸 전체의 등쪽 부분
질문14. 아래의 그림에는 4종류의 신경계 형태를 보여준다.
위의 형태 중 어떤 것이 여러분이 관찰한 새우의 신경계와 일치하는가? (4.2점)
A. A 형태
B. B 형태
C. C 형태
D. D 형태
IBO 답안지 (Practical Ⅲ)
1. D
2. C
3. B, C
4. A
5. C
6. A, C, E
7. B
8. (1) D, (2) C, (3) A, (4) G, (5) B, (6) F, (7) E
9. B
10. C
11. A
12. C
13. C
14. A