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초파리
초파리(Drosophila)는 초파리과(Drosophilidae) 동물의 총칭으로, 세계에 3,000여 종이 분포하고 있다. 특히 노랑초파리(Drosophila melanogaster)는 모건(Morgan) 이후 유전학 실험에서 가장 많이 쓰이는 다세포 생물이다. 큰 이유는 초파리의 한 세대는 12일 전후로 상대적으로 짧아서 교배 실험에 효율적이다. [1]
목차
개요
초파리는 파리목 초파리과 곤충을 총칭하는 말이다. 거의 세계 전 지역에서 발견되며 종류에 따라 사는 곳이 굉장히 다양하다. 갖춘탈바꿈을 통해 자라며 한 세대가 짧은 것이 특징이다. 모건의 돌연변이 연구로 유명한 노랑초파리는 유전학을 비롯한 다양한 생물학 분야에서 실험 재료로 이용되고 있다. 학명인 ‘Drosophilidae’는 ‘이슬을 좋아한다’는 뜻의 그리스어로부터 유래하였다. 흔히 ‘초파리’라는 이름은 초파리과 초파리속(Drosophila)에 속하는 파리 종류를 지칭하는 경우가 많지만, 파리목 초파리과에 속하는 약 65속 모두를 아울러 ‘초파리’라고 부른다. 기본적으로 몸이 머리, 가슴, 배로 나뉘며 다리가 6개, 날개는 앞날개 1쌍만 발달하고 뒷날개는 퇴화된 파리의 특징을 지니고 있다. 몸 크기는 작아서 대체로 2~5mm 정도이며 대체로 암컷이 수컷에 비해 크다. 겹눈은 붉은 빛, 더듬이는 어두운 색을 띠는 경우가 많으며, 몸 색깔은 노란색, 갈색, 검은색 등으로 다양하다.사람들에게 가장 많이 알려진 초파리 종류로는 노랑초파리(Drosophila melanogaster)가 있으며 생물학 분야, 특히 유전학에서 연구재료로 많이 이용되었다. 유충의 침샘에는 통상의 염색체보다 100배나 긴 거대한 염색체가 있다. 이 침염색체에 나타나는 옆무늬와 염색체지도의 대응도 상세하게 조사되고 있다. 노랑초파리는 유전자 해석이 가장 발달된 동물의 하나이며 유전학뿐만 아니라 발생학, 행동학, 시간생물학, 생태학을 비롯한 여러 분야에서도 가끔 사용하고 있다. 초파리과에는 전 세계에 약 65속, 3000종의 초파리가 있는 것으로 보고되어 있으며, 종류가 많은 만큼 그 형태도 아주 다양하다. 화석상의 기록으로는 에오세시대에 형성된 발트해 호박에서 발견된 것이 최초이다.[2]
형태
기본적으로 몸이 머리, 가슴, 배로 나뉘며 다리가 6개, 날개는 앞날개 1쌍만 발달하고 뒷날개는 퇴화된 파리의 특징을 지니고 있다. 몸 크기는 작아서 대체로 2~5mm 정도이며 대체로 암컷이 수컷에 비해 크다. 겹눈은 붉은 빛, 더듬이는 어두운 색을 띠는 경우가 많으며, 몸 색깔은 노란색, 갈색, 검은색 등으로 다양하다.
한살이
초파리는 완전변태 곤충이다. 성충이 된 초파리는 12시간 정도 지나면 짝짓기를 하고, 2일 정도 후에는 알을 낳는다. 알은 1~2일 후에 부화하여 애벌레가 되고, 4~5일 정도 시간 동안 두 번 허물을 벗고 다 자라서 참깨와 흡사한 형태의 번데기가 된다. 번데기 상태에서 7일 정도 지나면 초파리가 된다.
초파리의 한살이에는 주변 온도가 영향을 끼친다. 기온이 20°C 정도일 때는 알에서 초파리 상태까지 16일 정도 걸리고, 25°C 정도일 때는 가장 짧아져서 13일 정도 걸린다. 기온이 32°C 정도일 때는 성장 기간이 늘어나서 16일 정도가 된다. 또한 먹이가 풍부할 때는 한살이 기간이 짧아지고, 부족할 때는 길어진다.
생물학에서의 연구
해충인 초파리도 유전학과 발생학 등의 생물학 실험, 그 중에서도 유전학 실험에서는 필수적인 생물이다. 파리 종류가 흔히 아는 노랑초파리(Drosophila melanogaster)라고 불리는 다세포 생물이다. 배양은 주로 초파리관병과 콘밀 배지를 이용한다. 초파리 실험으로 유명한 학자 중에 토머스 헌트 모건이 있다.
유전학 실험에 최적인 생물이다. 초파리의 한 세대는 12일 전후로 상대적으로 짧아 교배 실험에 효율적이다. 독립 유전자 개수도 8쌍이며 한 쌍의 교배로 약 400개의 알을 얻을 수 있어서 아주 좋은 표본이다. 많이 쓰이는 실험용 쥐만 해도 성체가 되는데 약 3개월이 걸리며 초파리 배양과는 비교할 수 없는 예산이 필요하다. 같은 이유로 생명공학 실험에도 흔히 쓰인다. 유전적 돌연변이를 알아보기 위해 교배 실험을 하고, 발생학에서는 초파리 배아의 발생과정을 관찰하거나 인위적으로 조작하여 돌연변이를 만드는 등이다. 초파리 연구로는 토머스 모건이 유명하다.
유전학자들이 초파리로 얼마나 많이 실험했는지 곤충학자들보다도 자기들이 초파리를 더 잘 알거라 농담하기도 하다. 사실 파리가 곤충학자들에게 인기가 없는 분야인 탓도 있다.
초파리 침샘염색체는 거대염색체라서 유전 연구상 여러 가지 유리한 특징이 있다. 이미 초파리에서 염색체 지도가 만들어져 있으며 염색체의 구조가 똑똑히 보이기 때문에 염색체 지도를 만들거나, 개개 염색체의 식별을 하는 등의 유전정보 연구에 널리 사용된다.
전분배지에서 기른 초파리랑 엿당배지에서 기른 초파리는 교배빈도수가 다르다. 개체군 진화를 다루는 실험에서 자주 이용된다.
유전학
염색체: 일반적인 경우 성염색체 1쌍을 포함하여 총 4쌍의 염색체를 가지며(2n=8), 1번 염색체를 성염색체라고 한다.
성별결정: 인터섹스(intersex)는 생물학에서 초파리로 많이 연구되었다. 초파리는 X 염색체 수와 상염색체의 벌수(set수)의 비율로 성이 결정된다. 초파리의 상염색체(A, autosome)는 사람처럼 2세트이며 성 염색체 중 Y 염색체는 성결정에 영향을 주지 않는다. 사람은 2n=46이며 초파리는 2n=8이다. X/A가 1 이상이면 암컷(female)이고, 1/2 이하이면 수컷(male)이다. 상 염색체가 3n이고 X 염색체가 3개여도 X/A=3/3=1이므로 암컷이다. X/A가 1/2 초과, 1 미만이면 intersex라고 부른다.
유전학의 역사
1933년 노벨생리학상 수상자인 토머스 모건(Thomas Hunt Morgan)을 빼놓을 수 없다. 1910~1915년 미국 컬럼비아 대학에서 초파리를 연구하고 있었던 그는 그동안 몰랐던 염색체의 유전적 특징을 파악할 수 있었다. 그는 생물의 유전형질을 나타내는 유전자가 쌍을 이루어 염색체에 선상배열을 하고 있다는, 기본적인 유전메커니즘인 염색체 지도를 초파리의 실험으로 입증했다. 그의 공로로 이전까지 방향을 잡지 못했던 유전자 연구가 튼튼한 기반 위에서 발전할 수 있었다.
모건 학파의 일원이었던 허먼 멀러(Hermann J. Muller) 역시 초파리 연구와 떼어놓을 수 없는 중요한 인물이다. 그는 X선에 의한 인공 돌연변이의 유발 효소를 결정화한 공로로 1946년 노벨생리·의학상을 수상했다.
캠브리지 대학의 마이클 애쉬버너(Michael Ashburner) 교수는 1970년대 초파리 연구를 통해 유전자 돌연변이로 인해 사람에게 발생하고 있는 질병들을 규명해냈다. 그의 제자인 사이먼 콜리어(Simon Collier) 박사는 25년 동안의 초파리 연구를 통해 새로운 사실들을 밝혀냈다. 초파리를 자세히 관찰하다 보면 마치 사람이 연가를 부르는 것과 같은 수컷과 암컷 사이의 애절한 구애 모습을 보게 된다는 것이다.
초파리 애벌레의 침샘에 있는 다사염색체(polytene chromosome)는 핵분열 없이 염색체가 반복적으로 복제되어 크기가 상당히 크기 때문에, 유전자의 관찰이 용이하고 유전자의 작용을 연구하기에 적당하다. 최근의 유전학 연구는 다수가 이 염색체를 이용하여 진행된다.
신경과학
초파리는 신경과학 연구의 중요 모델 동물 중 하나이다. 마우스 및 꼬마선충과 더불어 유전자 조작이 가능한 신경과학 모델 동물 중 하나이고, 뉴런 네트워크 복잡도는 세 동물 중 중간 위치이다.
신경구조학
2023년에 초파리 구더기의 뇌 커넥톰이 완성되었다. 3016개의 뉴런과 50만개 이상의 시냅스로 구성되어 있어 예쁜꼬마선충보다 훨씬 복잡하다. 비록 성체는 아니지만 환형동물보다 복잡한 곤충 최초의 신경계 커넥톰이다.
다만 성체 초파리의 뇌는 훨씬 복잡해서 약 20만개의 뉴런으로 구성되어있기 때문에 초파리 구더기 커넥톰이 완성한 2023년 기준으로 초파리 성체의 커넥톰은 약 10분의 1인 2만여개만 완성한 상태이다. 초파리 성체의 뇌 커넥톰 프로젝트는 FlyEM으로 명명되어있다. FlyEM 프로젝트가 완료되면 예쁜꼬마선충처럼 인공지능 초파리 구현이 가능해질 것이다. 2024년 성체 초파리의 뇌 지도가 인공지능의 도움을 받아 완성되었다.
감각
후각 수용체의 유전자가 1999년에 밝혀진 이후로, 이 유전자를 활용하여 후각시스템이 제일 먼저 연구되기 시작했다. 곧 이어, Janelia 연구소를 중심으로 대규모 신경세포 유전자 드라이버라인이 만들어 지면서, 시각과 다른 감각 연구도 활발하게 진행되기 시작했다.
후각의 경우 더듬이와 maxillary palp에 위치한 sensillum내에 발현된 후각수용체신경세포가 냄새에 반응하여 활동전위를 발생시키고, 이는 더듬이엽(antennal lobe)에서 50여 개의 후각사구체로 정리된다. 후각사구체는 동일한 수용체를 발현하는 수용체신경세포의 축삭돌기(axon)가 모아지는 곳이며, 이들의 신호는 후각계통의 2차 신경세포인 투사뉴런(projection neuron)으로 전달된다.
해충
초파리는 모기만큼은 아니더라도 꽤 성가시다. 여름철에 과일이나 음식물 쓰레기를 집안에 단 몇 시간 만이라도 방치하는 순간, 그 과일이나 음식물 쓰레기에 초파리가 귀신같이 달라붙는 걸 볼 수 있다. 보통 음식 찌꺼기를 매개로 번식하지만, 당과 산을 포함한 물체라면 어디든 상관없이 무조건 달려든다. 예를 들어 음식물 쓰레기처럼 살짝 맛이 간 음식물, 맥주나 와인을 환장하듯 좋아한다. 게다가 일반적인 방충망은 그냥 드나들 수 있을 정도로 덩치도 작기 때문에 보통 집안에 진입하는 걸 막는 것도 거의 불가능하다.
번데기는 참깨와 구분이 안갈 정도로 닮았다. 초파리의 한살이를 집에서 본 사람이라면 참깨가 들어간 음식을 먹다가 흠칫한 적도 많을 것이다. 사람이 먹는 음식도 노리고, 아무 장소나 돌아다니다 보니까 초파리가 안 나타나는 데가 없다. 잠깐 방심하는 사이 초파리가 음식에 들어가버리기도 한다. 특히 주방은 초파리 천국이다. 게다가 모기 비슷한 앵앵거리는 소름끼치는 소리를 내기도 한다. 차이점이 있다면 이 소리가 들린다면 모기와는 달리 상대적으로 귀에 가까이 있을 때 들린다는 것이다. 이렇게 조용한 새벽에 들으면 날아다니는 소리가 모기에 버금갈 정도로 거슬리기 때문에 잠을 설치게 만들며, 심하면 하품하는 도중에 입으로 들어갈 수도 있다. 귀 주변에서 앵앵거릴 때 날개가 귓속을 부딪쳐 소름 끼치는 느낌이 들며 잠이 확 깨는 건 덤이다. 사슴벌레, 장수풍뎅이 같은 곤충을 키운다면, 곤충용 젤리를 노리고 사육장에 침입하기도 한다.
알도 사람이 찾을 수 없는 후미진 곳에 낳아 찾기가 쉽지 않은데 번식하는 것도 굉장히 빨라서 초파리 한 마리라도 놓치면 다음 날에 3~4마리로 불어서 돌아다니는 걸 볼 수 있다. 심지어 잡는다 하더라도 다시 나오는 것도 모자라 새로 태어난 새끼는 사람이 잡을 수 없는 속도로 진화 및 성장까지 해서 무섭다.
이렇게 조금만 방심해도 오만 곳에 나타나므로, 오늘도 자취생들은 초파리를 보면서 '사실 초파리는 자연발생하는 게 아닐까'하고 의심하곤 한다. 심지어는 재떨이나 담배꽁초를 버린 병 등에도 번식하고 우화할 정도로 생명력도 질기다. 일반적인 곤충은 담배의 니코틴을 기피하며, 독성에 얼마 못 가 죽는다는 걸 생각하면 정말 말도 안 될 정도의 생명력이다. 도대체 이게 어디서 왜 생길까 싶은 곳에서도 발생하므로 여름철은 가급적 곳곳을 청소해주는 게 좋다.
초파리는 작고 검은색이라서 숫자에 비해서는 눈에 잘 안 띄는 편이지만 구더기는 매우 끔찍하다. 흔히 알고있는 파리 구더기와는 비교할 수 없을만큼 징그럽다. 짜리몽땅하고 뚱뚱한데 주름이 겹겹이 늘어져있는게 음식물을 뒤덮고 꿈틀거리는데 웬만큼 담대한 사람도 악 소리가 나오는 광경이다. 번데기 역시 만만찮은데 음식물 쓰레기통 주변은 물론 일반 쓰레기통이나 쓰레기봉투 주변 등에 단체로 번데기 까기를 시전하기도 한다.
퇴치법
초파리는 박멸보다 예방이 더 중요하다. 초파리 특유의 침투력과 왕성한 번식력 때문. 보통은 여름~가을에 주로 보이고 날이 추운 겨울에는 잘 안 보이나, 집에서 생존한 개체가 있다면 겨울에도 계속 발생할 수 있다. 사람 사는 집이 밖보다 압도적으로 따뜻하고 늘 먹을 것이 있기 때문이다. 일단 발생했다면 박멸까지 끊임없이 방충 작업을 해야한다.
눈에 보이는 초파리를 다 잡아도 근본적인 발생 원인 제거가 안 되면 재발은 시간 문제다. 여러 방법을 통해 1세대 초파리 성충을 모두 잡는다고 해도 사람이 모르는 곳에 까놓은 알과 애벌레, 번데기까지는 어쩔 수 없다. 알에서 초파리가 될 때까지의 기간이 2주 내외, 번데기에서 초파리가 될 때까지의 기간이 1주 내외 정도 된다는 점을 감안하면, 성충 박멸 후 최대 2주까지는 초파리가 얼마든지 다시 번성할 수 있다는 의미이다. 결국 장기적인 과정이고, 시간과의 싸움이다.[3]
동영상
각주
참고자료
같이 보기
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