Insect Ecology
Textbook
곤충학: An outline of Entomology, 2011, 이상
몽외 공역, 월드사이언스
Major References
The insects: structure and function. 1998, R.
F. Chapman, Cambridge University Press,
New York.
Essential Entomology: An Order-by-Order
Introduction., 2001, G. C. McGavin, Oxford
University Press, Oxford.
Course Outline
• Introduction to Entomology including Arthropods
• Insect Diversity
• Insect Structure
• Insect, Plants & Animals
• Insect & Humans
• Insect Management
Grading & Class Requirements
• Exam: There will be a midterm exam and a final Exam.
They will be worth 40% of total points.
• Insect collection & specimen production. It will be
worth 40% of total points.
• Final Report: Submit a Report on “Case study on
biological control using a natural enemy”. It will be
worth 10% of total points.
• Attendance will be accounted as 10% of total points.
집중력 vs 몰입
知彼知己 百戰不殆
• If you know yourself you can win 50
battles out of a hundred, and if you
know your enemy you can also win 50
battles. If you know yourself and your
enemy you can’t win hundred battles,
but you don’t have any risks for the
battle."
– In “The Art of War” by Sun Tzu –
The only good bug is the dead bug!
“ Starship Troopers”
• Are the insects
creatures?
harmful
• Why human-being
hates the bugs?
always
• Direct or indirect terrible experience
about bugs
• Horror movies
resources
or
other
media
The Fly (1986)
•
Seth Brundle is a research scientist,
employed by Bartok Sciences, who has
invented
"Telepods"
two
matter
transmission pods that teleports any
object through space from one
"Telepod" to the other "Telepod". But, it
is until Seth meets journalist Veronica
Quaife who inspires Seth to correct the
system, that Seth achieves successful
teleportation. But something goes
horribly wrong, when Seth uses himself
as a guinea-pig in a matter transmission
experiment, as he teleports himself,
unaware his genes have been fused
with a house fly that was trapped in the
telepod with him. Seth, now finds
himself slowly transforming into a
terrifying mutant creature known as
"Brundlefly" as he finds himself in a
fierce battle as his mutated genes
begins to take over
Mimic (1997)
• A disease carried by common
cockroaches
is
killing
Manhattan children. In an
effort to stop the epidemic an
entomologist, Susan Tyler,
creates a mutant breed of
insect that secretes a fluid to
kill the roaches. This mutant
breed was engineered to die
after one generation, but three
years later Susan finds out
that the species has survived
and evolved into a large,
gruesome monster that can
mimic human form.
Starship Troopers (1997)
•
Set on the future earth, Johnny Rico is a
young student dating a girl named
Carmen. When Carmen decides to join
the military in order to become a class
citizen (citizenship is only achieved
through serving your country), Johnny
follows and joins as well. He soon
realizes that he joined for the wrong
reasons but just as he is about to quit,
an asteroid that originated from the orbit
of planet “Klendathu" hits Buenos Aires
(his home town) and kills his family.
Johnny and his fellow troopers set out
to destroy the planet's inhabitants: a
type of deadly and very large scaled
space bugs. Through a seemingly
ordinary action flick, director paul
verhoeven creates a subtle anti-war
theme, that shows us a fascist and
military world far more frightening than
WW2's Germany, Italy or Russia, the
kind of world that is actually functioning.
Eight Legged Freaks (2002)
• The residents of a rural mining
town
discover
that
an
unfortunate chemical spill has
caused
hundreds
of
little
spiders to mutate overnight to
the size of SUVs. It's then up to
mining
engineer
Chris
McCormack and Sheriff Sam
Parker to mobilize an eclectic
group of townspeople, including
the Sheriff's young son, Mike,
her daughter, Ashley, and
paranoid
radio
announcer
Harlan, into battle against the
bloodthirsty
eight-legged
beasts
The Ledger (Book keeping)
• Comparing Red Ink & Black Ink
Benefit & Damages
Black Ink – Primary Resources
•
Silk: Sericulture (Silk moth - Bombyx mori)
China: Silk Road (Revolution of Clothes, Cultural Exchanges between
the East and the West
•
Honey, Wax: Beekeeping=Apiculture (Honey bee - Apis mellifera)
China: Medicine, Candles, Cosmetics
•
Shellac, Colors, Dyes: Lac scale insect (Lacifer lacca)
• Insect bodies: Protein & Fat resources (Termites, Grasshoppers)
• Experimental animals: Fruit fly (Drosophilla melanogaster)
• Crime Scene Investigation
• Bioindicators:
Mayflies, Collembora
Black Ink
– Intermediate Resources
• Pollinators: Bees (Bumblebee), Butterflies, Flies
* Wind pollinated plant - Corns & other cereals
* Insect pollinated plant - Berries, Pears, Apples, Citrus, Melons,
Peas, Beans, Tomatoes
• Natural Enemies: Ladybird beetles (Ladybug) → Aphids
Wasps → Moths
• Scarvangers, Decomposers: Termites - Woods
Springtails (Collembora) - Litter
Carrion beetles, Fly maggots - Carcass
•
Foods: Fishes, Amphibians, Reptiles, Birds, Mammals
Red Ink
• Injury to crop plants, forests, and
ornamentals
• Annoyance and injury to humans and
domesticated animals
• Destruction or value depreciation of
stored products and possessions
Injury to crop plants, forests, and
ornamentals
• Boll weevil (Anthonomous grandis)
• Codling moth (Cydia pomonella)
• Bark beetles (Scolytus spp.)
• Oystershell scales (Lepidosaphes ulmi)
• Colorado potato beetles (Leptinotarsa decemlineata)
• Northern corn rootworms (Diabrotica barberi)
• Hessian fly (Myetiola destructor)
Annoyance and injury to humans
and domesticated animals
•
Medical pests
Arthropods; Ticks, Mites (Nematodes, Rickettsiae, Virus,
Protozoa, Bacteria)
Insects; Malaria, Yellow fever, Filariasis, Encephalitis
•
Livestock - Stable fly (Stomoxys calcitrans)
•
Horse fly (Tabanus spp.)
•
Horn fly (Haematobia irritans)
•
Face fly (Musca autumnalis)
•
Screwworm (Cochliomyia hominivorax)
Destruction or value depreciation of
stored products and possetions
Helpful or Harmful?
• Depends on what you think.
• Many insects are good and very useful
for human-being.
• Lets learn more about the insects!
學
名
Dynastes satanas
原産國
ボリビア
産
地
ユンガス山脈・コロ
イコ
累
代
WILD
入荷日
2006.5.1
サイズ
102/67ペア
価
格
￥480,000-
Phylum Arthropods (節肢動物門)
• 75% of total Fauna, Approx. 900,000 species
were identified.
• Exoskeleton (Cuticles), Open Blood-Vascular
system, a pair of mandible, Well-developed
respiratory quotient
• Joints & Legs
거미아문
• 거미류, 진드기류, 응애류, 전갈류
• 머리가슴, 배 2부분으로 나뉨
• 더듬이가 없으며, 4쌍의 다리
• 호흡기관으로 책허파 (Book Lung)
거미류 (Spiders)
• 해충의 중요한 천적 자원
• 전 세계적으로 3만종, 국내에는 500여종이 보고됨
• 살아있는 곤충이나 작은 동물을 사냥
• 일부 종은 맹독을 지님.
e.g. Black Widow (미주) / Red Back (호주)
긴 호랑거미
Black Widow
꼬마 호랑거미
Red Back
진드기 (Ticks)
• 흡혈 동물로서 동물에만 기생
• 일반적으로 알려진 집먼지 진드기는 진드
기가 아니라 응애류 (Mites)
• 경우에 따라 전염병을 매개
e.g. Lone Star Ticks (Yellow Fever)
응애 (Mites)
• 동물 또는 식물에 기생
• 동물에 기생하는 응애의 경우 전염병 혹은 기생
하지 않더라도 천식, 알레르기 유발
• 식물 기생성 응애의 경우 기주 범위가 넓고, 서
식습성상 방제의 어려움
• 일부 동물 기생 응애의 경우 해충의 천적으로 이
용 – 긴털이리응애
전갈 (Scorpion)
• 전 세계에 고루 분포
• 다른 절지동물과 달리 왁스 층이 없어 야
간에만 활동 (야행성)
• 1100여종 가운데 맹독을 지닌 것은 20여
종에 불과
갑각아문
• 게, 새우, 가재, 쥐며느리 등이 분포
• 서식환경이 주로 물 속 – 아가미 호흡
• 생태계에서 분해자 및 주요 영양원
유각아문
• 곤충류, 다족류, 지네류
• 대부분이 더듬이를 지님
• 절지 동물군에서 가장 종 수가 많음
곤충 (Insects)
• 몸이 3부분 (머리, 가슴, 배)으로 나뉨
• 다리가 3쌍
• 기문으로 호흡
곤충의 분류
• 지피지기 백전불태 [知彼知己 百戰不殆]
손자(孫子) – 모공편 (謀攻篇)
• 무시류: 원래부터 날개가 없음
톡토기, 낫발이, 좀, 좀붙이
• 유시류: 날개가 있거나, 퇴화되어 흔적만
남음
무시류 (無翅類 )
유시류 (有翅類)
• 고시류 – 날개를 접을 수 없음
e.g. 잠자리, 하루살이
• 신시류 – 날개를 접을 수 있음
외시류 (불완전 변태)
내시류 (완전변태)
곤충이 지구의 진정한 주인?
• 생식 능력
• 상대적으로 작은 체형 – 먹이, 물
• 외골격
• 이동 능력 – 날개 (다양한 형태)
• 변태
곤충의 발생
곤충의 행동 습성
• 서식처 – 육서 곤충, 수서곤충
• 식성 (食性) – 육식성, 식식성, 잡식성
• 일주활동 (日週活動)
• 주성 (Taxis)
곤충의 외부 구조
곤충의 피부구조
호주 꿀단지 개미의 복부 구조
머리 (Head)
• 몸의 제일 앞쪽에 위치하므로 주요 감각기
관(1쌍의 겹눈, 3개의 홑눈, 더듬이)과 구
기를 가지고 있으며, 구기는 3개의 입틀마
디(큰턱마디-Mandibular segment, 작은
턱마디-Maxillary segment, 아랫입술마디
-Labial segment)가 있음.
머리 (Head)
• 더듬이 (Antenna): 1쌍의 더듬이는 낫발이
류를 제외한 무시류 곤충에서 볼 수 있으
나, 많은 종류의 벌목과 파리목의 유충에
서는 더듬이가 퇴화되어 약간 돌출된 정도
이다. 전형적인 더듬이는 3부분(자루마디,
팔굽마디=흔들마디, 채찍마디)으로 구성
되어 있으며, 종에 따라 기본구조는 같으
나 그 모양이 상당히 변형되어 분류에 중요
한 기준이 됨.
머리 (Head)
• 눈 (Eyes): 1쌍의 겹눈 (Compound eyes)
과 3개까지의 홑눈 (Dosal ocelli)이 있지
만, 곤충에 따라 홑눈이 없는 것도 있음.
• 구기 (Mouthparts): 윗입술 (Labrum), 1
쌍의 큰 턱 (Mandible), 1쌍의 작은 턱
(Maxilla), 아 랫 입 술
(Labium), 혀
(Hypopharynx)로 구성
구기의 종류
• 저작구형 (Chewing type): 대부분의 주요 해충
이 포함
• 핥는 형 (Lapping type) / 흡취구형 (Sponging
type): 집파리 구기형
• 빠는 형 (Sucking type) / 흡관구형 (Siphoningtube type): 나비, 나방류 구기형 / 저작핥는형
(Chewing-lapping type): 꿀벌의 구기형 / 절단
흡취구형 (Cutting & Sponging type): 각 종 질
병매개 해충 (위생해충, e.g. 벼룩)
구기의 종류
• 하루살이는 입은 있으나 먹이는 먹을 수가 없음.
• 사슴벌레의 뿔은 큰 턱이 발달한 것으로 먹이를 먹는데 쓰
는 것 이 아니라, 싸울 때나 나무에 틈을 낼 때 사용.
• 물처랭이는 아랫입술이 변하여 동물을 잡을 수 있게 되어
있음.
• 바구미의 가늘고 긴 입은 나무나 단단한 나무열매에 구멍
을 뚫는 데 사용.
• 사무라이개미의 입은 싸우기 위한 것으로 싸움은 잘하지
만, 먹이를 먹을 수가 없어 노예로 삼은 곰개미가 먹여 줌.
구기의 종류
더듬이의 종류
가슴 (Thorax)
• 앞가슴, 가운데가슴, 뒷가슴의 3부분으로 구성되
며, 운동의 중심역할을 담당.
• 각 마디에 1쌍의 다리와 가운데가슴과 뒷가슴에
각각 1쌍씩의 날개를 가지고 있으며, 이들 기관
을 움직이기 위한 근육이 가슴안을 채우고 있음.
• 기문 (Spiracle)은 가운데가슴과 뒷 가슴에 1쌍
씩 있는 것이 많음.
날개 (Wings)
• 벼룩이나 이처럼 2차적으로 퇴화되어 없거나 파
리처럼 1쌍의 날개만을 가진 곤충도 있지만 대부
분의 곤충은 2쌍의 날개를 가지고 있음.
• 날개의 형상은 곤충을 분류하는데 중요하며, 목
의 명칭은 날개의 형태에 따른 것이 많다. 특히,
혈액이 흐르는 시맥(Vein)은 곤충의 종류에 따라
일정한 모양으로 형성, 배열되어 분류에 많이 이
용.
다리 (Legs)
• 대부분의 곤충은 가슴의 3마디에 각 1쌍씩
모두 6개의 다리를 가지며 걸어 다니는데
이용하지만, 곤충에 따라 다른 목적으로
사용하기 위해 변형된 경우도 있다. 다리
의 기본 구조는 5마디로 구성됨.
배 (Abdomen)
• 머리나 가슴에 비해 간단한 구조로 되어 있으며, 기문과
끝에는 항문과 생식기가 있고 여기에 부속되어 교미기나
산란관이 있음.
• 기문 (Spiracle) - 배의 마디마다 1쌍씩 있으며 이 기관
을 통해 공기를 호흡.
• 항문 (Anus) - 소화기관의 끝이며 대개 배 끝에 있음.
• 외부생식기 (Genitalia) - 수컷의 경우 제9절의 부속지가
교미할 때 쓰이는 파악기사이에 삽입기로, 암컷은 제8-9
절의 부속지가 산란관으로 변형됨
곤충의 내부구조
내분비계와 호르몬
그림 3.8 일반 곤충에서 주 내분비센터. (Novak 1975.)
• 곤충의 호르몬은 신
경, 신경내분비, 내
분비센터에 의해 생
산되며 (그림), 난소
에 있어서는 호르몬
생성은 그들의 주
기능 이외에 이차적
인 것이지만 몇몇
조직과 기관은 내분
비기능을 위하여 특
수화되어 있음
내분비센터
• 신 경 내 분 비 세 포
(neurosecretory cell)
신경내분비세포는 신경계
에서 발견되는 변형된 뉴
런이며 뇌에서 주로 많이
존재한다. 이 세포들은 기
존 알려진 대부분의 곤충
호르몬을 생산하나 엑손
이나 유충호르몬은 예외
이다. 그러나 이들 호르몬
의 합성과 방출은 신경내
분비세포로부터의 신경호
르몬에 의해 지배를 받는
다.
• 측심체 (corpora cardiaca)
측심체는 한쌍의 신경내
분비체로서 뇌의 뒤쪽, 대
동맥의 양옆으로 존재한
다. 이것은 자신의 신경호
르몬을 생산할 뿐아니라
전흉선자극호르몬 (PTTH)
을 포함한 신경호르몬을
저장하고 방출한다. 전흉
선자극호르몬은 전흉선의
분비작용을 촉진한다.
내분비센터
• 전 흉 선
(prothoracic
gland)
전흉선은 편평한 한쌍의
선으로서 일반적으로 머
리 뒤쪽이나 가슴부위에
위치한다. 파리류에서는
고리샘 (ring gland)의 일
부로서 고리샘은 측심체
와 알라타체를 포함한다.
전흉선은 엑디손 (일명,
탈피호르몬)을 분비하여
표피의 탈피과정을 촉진
한다.
• 알라타체 (corpora allata)
알라타체는 작고 뚜렷한
쌍으로 된 선조직 으 로서
상피에서 유래하며 전장
의 양 옆에 위치한다. 어
떤 곤충에서는 그들은 한
개의 단일 선으로 융합되
어 있다. 그들의 기능은
유 충 호 르 몬 (juvenile
hormone)을 분비하여 변
태와 생식에서 조절역할
을 한다.
호르몬
• 세가지 호르몬이 곤충의 성장과 성숙 기능
을 통합하는데, 엑디스테로이드
(ecdysteroid), 유 충 호 르 몬 (Juvenile
Hormone), 그리고 신경호르몬 (신경펩티
드)이다.
엑디스테로이드
• 엑디스테로이드는 콜레스테롤과 같은 스
테롤에서 유래하며 콜레스테롤이 없으면
합성이 불가능하므로 먹이에서 섭취해야
한다. 엑디스테로이드는 모든 곤충에 존재
하며 많은 화합물이 존재하는데 그 중 엑
디손과 20-히드록시엑디손이 가장 일반적
인 종류이다. 작용은 탈피를 촉진하며 또
한 암컷 성충의 난소에서도 생산되어 난성
숙에 관여하거나 난에 저장되어 배
(embryo)의 큐티클 형성동안 소모된다.
유약호르몬 (JH)
• 일 종 의 세 스 퀘 터 펜 (sesquiterpenoid
compounds)으로 JH-Ⅰ, JH-Ⅱ, JH-Ⅲ, 그리
고 JH-0를 포함한 혼합물 혹은 단일 호르몬을
의미한다. 이들 호르몬은 두 가지의 주요 역할을
하는데 변태와 생식의 조절이다. 유약호르몬에
의해 유충의 특징이 지속되며 변태가 억제된다.
그러므로 성충이 되려면 유약호르몬이 없는 상
태에서의 탈피를 필요로 한다. 그러므로 유약호
르몬은 각 탈피 시 분화의 정도와 방향을 조절한
다. 암컷 성충에서는 알에서 난황물질의 축적을
자극하며 부속샘의 작용과 페로몬 생산에 영향
을 준다.
신경호르몬
• 일반적으로 펩티드이므로 신경펩티드라고
도 한다. 이들 단백질전달자들은 곤충의
발달, 항상성 유지, 대사과정, 생식의 주요
조절자로 작용하며 유약호르몬과 엑디스
테로이드의 분비에도 관여한다. 거의 150
종의 신경펩티드가 확인되었는데 어떤 종
류는 유전자의 중복 (duplication)에 의해
동일유전자에 의해 여러 형태가 존재한다.
곤충의 순환계
• 곤충의 체액인 혈림프는 내부기관 주변을 자유롭게
순환한다. 혈액의 흐름은 몸의 각 부위에 존재하는
근육의 수축과, 종으로 뻗은 등혈관 (dorsal vessel)
의 연동수축으로 진행되는데 이들 등혈관은 때로 심
장이라 부르기도 한다. 내부기관과 표피는 기저막을
통해 물질교환이 조절된다. 척추동물이 가진 복잡한
폐쇄혈관계와는 대조적으로 곤충의 개방혈관계는
단지 몇 개의 혈관과 혈액의 흐름을 조절하는 가로
막으로 구성되어 있다.
혈림프의 기능
• 혈림프의 부피는 몸이 부드러운 유충에서는 체중의
20∼40%를 차지하나, 대부분의 번데기와 성충에서
는 혈림프가 체중의 20% 이하를 차지
• 혈림프는 이온, 분자, 세포들을 포함한 액체로서 가
끔 투명하며 무색이기도 하지만 곤충에 따라서는 노
랑, 초록, 푸른색, 혹은 어떤 수서곤충이나 기생봉인
경우에는 헤모글로빈을 가짐으로써 붉은색을 나타
내기도 함
• 혈림프 압력의 국소적 변화는 기관계를 통한 환기작
용, 온도조절 작용에 매우 중요하며, 탈피 시 묵은
큐티클이 찢어지면서 새로운 큐티클이 팽창하는 데
에도 도움
혈림프의 기능
• 혈림프는 물의 저장고로도 중요한데 혈장은 무
기이온, 지질, 당 (주로 트레파로스), 아미노산,
단백질, 유기산, 기타 화합물을 포함한다. 고농
도의 아미노산과 유기인산이 존재하는 것이 혈
림프의 특징인데 방한 (cold protection)과 관련
된 분자가 축적되는 곳이기도 함.
• 혈림프 단백질은 저장의 기능, 철결합물질, 유약
호르몬, 그리고 지질운반에 관여
혈림프의 방어작용
• 혈림프는 여러 종류의 보호와 방어작용을
하는데 예를 들면 ⅰ) 물리적 상해, ⅱ) 질
병 매개체의 유입 혹은 외래물질, ⅲ) 포식
자의 작용이다. 어떤 곤충에서는 혈림프에
맛이 고약한 화학물질이 함유되어 포식자
를 저지하기도 한다.
혈림프의 방어작용
• 표피에 상처가 나면 상처치유반응이 일어나는데
여기에 혈구와 혈장의 응집반응이 포함된다. 혈
림프가 응고되면 상처를 메꾸게 되고 더 이상의
혈림프 소실과 세균진입을 감소시킨다. 만약 질
병매개체나 입자가 곤충의 체내로 들어오면 면
역반응이 개시된다. 이들은 효소나 단백질 (리소
짐, 프로페놀옥시다제, 렉틴, 펩티드)과 같은 체
액성 인자의 작용은 물론 혈구에 의해 매개되는
세포성 방어기작으로 탐식작용 (phagocytosis),
피 낭 형 성 (encapsulation), 작 은 혹 형 성
(nodule formation) 등이 있다.
먹이를 섭취하는 4가지 유형. 대부분의 곤충은 한 개의 유형
에 속하나 기타 곤충들은 두 개의 유형에 걸쳐있다
• 장은 주로 세 부분으로 나누어지는데 인접한 부위 사이에 먹이의
이동을 조절하는 괄약근 (판막)이 있다. 전장 (foregut)은 섭취,
저장, 저작, 중장으로의 먹이수송과 관련이 있다.
• 중장에서는 소화효소가 생성되어 분비되고 소화산물의 흡수가 일
어난다. 중장 내에 남아있는 먹이찌꺼기와 말피기씨관에서 온 오
줌은 후장으로 들어가는데 여기서 물, 염류, 기타 유용물질의 흡
수가 일어나며 마지막으로 항문을 통해 찌꺼기는 배설된다.
• 후장의 시작부위에는 말피기씨관이 연결되어 있고, 근육성 유문괄
약근으로 구성된 유문에 이어 회장, 결장, 직장이 연결된다. 후장
의 주 기능은 물, 무기염류, 기타 유용물질을 오줌이나 배설물로
부터 재흡수하는 일이다.
영양과 미생물
• 영양은 성장과 발육에 필요한 먹이의 성질과 분해과정을 포
함하며 먹이습성과 소화과정도 포함된다. 곤충은 가끔 특별
한 혹은 극히 제한된 먹이를 먹는다. 비록 한가지 혹은 몇가
지 먹이를 섭취하지만 그 먹이는 대사에 필수적인 물질을
모두 제공한다. 어떤 종에 있어서는 제한적인 먹이 때문에
직접 가능한 영양원을 보충하거나 혹은 소화시키는데 미생
물을 필요로 한다. 특히 곤충은 스테롤과 카로티노이드를
합성하지 못하기 때문에 그들을 먹이나 미생물로부터 보충
해야 한다.
• 곤충은 세포외 혹은 세포내 미생물을 포함하는데 이를 공생
세균 (symbiont)이라고 하며 이들은 숙주인 곤충에 의존하
여 생존한다. 이들 미생물은 스테롤, 비타민, 탄수화물, 혹
은 아미노산 합성, 대사과정에서 어떤 역할을 함으로써 그
들의 숙주에 영양분을 공급한다. 공생미생물은 박테리아 혹
은 효모, 곰팡이, 혹은 원생동물일 수도 있다
첫눈에 반하는 건 유전자 때문?
• 라이브 사이언스 닷컴
여성들은 첫 만남에서 상대가 자신에게 적합한 짝인지를
알아보는 능력을 지녀…
미국 코넬대 연구팀: 초파리 암컷들이 자신과 유전적으로
잘 맞는 수컷을 첫 눈에 판단하는 생물학적 능력이 있
으며 자신과 잘 맞는 수컷과 교미를 했을 때 더 많은 알
을 산란해….
사람과 초파리를 비교하기는 힘드나, “체취가 밴 T-셔츠
실험”에서 사람들이 자신과 유전적으로 먼 이성의 체취
를 선호하는 경향이 있으며, 이는 근친교배를 예방하려
는 신체 메커니즘….
곤충의 개체군 조절
생물잠재력
환경저항력
생태계 구성 요소간의 관계
• 환경과 생물, 생물과 생물
환
경
생
물
생
물
곤충의 개체군 조절
• 제한요인
• 조절요인
미래유망산업
• 곤충산업은 미래유망산업: 곤충시장규모가 2009
년 1,570억원에서 2015년 2,980억원으로 급성장
할 것으로 예상
• 농업기술원은 새로운 곤충자원으로서 대벌레 및
길앞잡이 등 28종 선정
• 일본의 경우 1980년대 초 애완용 곤충시장이 발
달하여 200년 기준으로 2조원의 시장 형성
국내 곤충산업 시장규모
(2009년)
시장규모 (억원)
활용분야
대상곤충
2009년
2015년 (추정)
화분매개
뒤엉벌, 가위벌, 꿀벌
540
880
천적
무당벌레, 진디혹파리 등 34종
230
300
학습, 애완용
장수풍뎅이, 사슴벌레 등 50여종
400
540
이벤트
나비류, 반딧불이 등
400
560
사료, 의약용
동애등에, 거미 등
-
700
1570
2980
합
계
곤충의 서식환경과 다양성
• 지중: 많은 곤충이 토양 속이나 지표부에
서식 (생활사의 전 단계를 토양 속에 서식,
토양 속에서 서식하며 지표에 출현하는 종
류, 지표의 식물성 퇴적물에서 서식 하는
등 다양한 생태를 보임)
• 길앞잡이, 대벌레, 사슴풍뎅이, 장수풍뎅
이등
곤충의 서식환경과 다양성
• 식물체 내부 및 외부에 서식
- 수목이나 초본의 체내에 살며 먹이로 삼거나 은신
처로 이용
- 수목이나 초본을 이용하여 번식
- 식물표면에 서식하는 곤충은 선호부위가 다르며,
높이에 따라 종류가 다름
곤충의 서식환경과 다양성
• 동물 내부 및 외부에 서식 (위생곤충)
- 동물 체내에 기생 (파리목 유충, 고치벌 등
이 있으며, 일생을 동물체내에서 보내는
곤충은 없음)
- 동물 외부에 기생 (일생동안 동물 외부에
기생하거나 모기나 등애 등과 같이 흡혈을
위해 일시적으로 숙주를 이용)
곤충의 서식환경과 다양성
• 수중 혹은 수면에 서식 (수서곤충): 생활사의 단
계에 따라 분류
1) 유충기 동안 수중에 서식: 하루살이, 잠자리, 강
도래, 뱀잠자리, 모기 등
2) 일생을 거의 수중에 서식: 물자라, 물벌레, 장구
애비, 게아재비, 물방개 등
• 바다에 서식하는 종으로 바다소금쟁이, 바다깔
다구 등이 있으나 극히 제한적임
곤충과 환경 – 비생물적 환경
• 온도 (Temperature)
변온동물인 곤충은 대체로 주변온도와 비슷한 체온을 유지하
며, 대사율은 주변온도와 비례하지만, 발육기간은 반비례
(한계 온도 밖에서는 발육기간이 온도와 반비례하지 않음)
발육한계온도와 서식환경 사이에는 깊은 상관관계 (북극지방
곤충들은 0-4℃에서 발생이 완료되나 호주 매미충의 일종
은 16℃ 이하가 되면 발육정지)
수서곤충의 경우 물의 온도에 대한 완화효과로 육지곤충과는
달리 온도의 영향을 적게 받음 (겨울철 얼음의 보온효과로
발육지속- 겨울철 부식된 먹이원 풍부 및 어류 등의 포식자
활동이 적은 잇점)
• 온도의 활동과 분산에 미치는 영향
활동을 위한 온도 범위는 서식지와 관련 (북극지방
깔따구 유충은 0℃의 물속에서 활동적이고 성충은
3.5℃의 낮은 온도에서 비행)
온도는 곤충의 비행능력에 영향을 미쳐 분산이나
분포에 영향을 주게 되며, 먹이와 교미에 중요
주변온도가 낮을 경우 비행 가능한 온도로 체온을
높이기 위해 다양한 방법 동원 (태양열을 흡수하기
쉬운 검은색, 날개를 비비거나, 털이나 비늘로 몸
을 덮어 보온이나 체온 손실 억제)
• 극단적인 온도와 생존
열대지방의 경우 곤충의 발육이나 번식에 적합한 환경이지만
다른 지역의 경우 생장이나 번식이 불가능한 계절이 존재
고온이나 저온의 불리한 상황을 피하기 위해 곤충은 (1) 생활
사가 불리한 기간 동안 움직이지 않거나 먹지 않는 알이나 번
데기로 지내거나, (2) 조건이 나빠지기 전 온도의 영향을 받
지 않는 새로운 서식처로 이동하거나, (3) 생리적으로 비활동
적이고 온도에 저항력이 있는 휴면
0℃ 이하의 온도에서 많은 곤충들은 내한성을 갖는데, (1) 체
액의 빙점을 낮추거나 과냉각으로 결빙을 막는 냉동 감수성
종, (2) 곤충에게는 피해없이 세포외 체액이 결빙할 수 있는
냉동 저항성 종 (대부분 다가알콜, 글리세롤, 솔비톨 등을 함
유하는 저온보호물질 1종이상 지님)
Immigration
Monarch Butterfly
Adoption
곤충은 온도변화를 느끼나?
• 아직 곤충의 온도 감각센서에 대한 메커니즘은 정확히 밝혀지지는 않
았으나 꿀벌의 경우 벌통 내 온도를 일정하게 유지하려는 경향을 보임.
• 1964년 레이처가 꿀벌의 촉각에서 온도 하강에 대해 예민하게 반응하
는 세포를 발견한 후 최근 바퀴, 나방류, 모기 등이 유사 감각세포를 지
닌 것으로 연구됨.
• 보통 온도 변화를 느끼는 감각기는 습도 또한 함께 반응하는 것이 일반
적임.
• 아직 온도변화에 대한 곤충의 감각기에 대한 연구는 계속 진행되고 있
으며, 중요한 사실은 곤충도 생명체인 만큼 생존에 적합한 환경을 찾아
이동하기 위한 수단으로서 온도 감각기를 이용한다는 것임.
광선 (Light)
• 일반적으로 곤충은 주위 온도가 낮고 포식당할 기
회가 적으며 상대습도가 높아 수분손실이 적은 새
벽이나 저녁 또는 야간에 활동을 많이 하지만, 시각
적 자극에 의존하는 곤충은 주로 낮의 특정시간에
활동을 함 (대부분의 곤충류는 동시에 활동하는데
이는 배우자와의 만남 기회를 증가시키기 때문)
• 곤충의 일주활동의 조절은 광선이나 어둠에 대한
단순한 반응이 아니라 광주기와 다른 환경요인에
의한 조절 작용으로 유발되는 내적요인에 의한 것
으로서 그 조절 요인은 령기, 번식상태, 탈수 또는
굶주림 등의 생리적 변화와 온도, 습도 및 광도 등
의 환경요인이 습성 변화에 영향을 줌
• 바퀴류는 어두워지기 직전에 활동을 시작하여 2-3시간 후에
가장 활동적이며, 그 이외에는 활동이 둔해 짐
• 초파리는 낮의 마지막 3시간 동안에 활발한 비행을 함
• 개미류의 수컷은 밝은 시간 중 처음 몇 시간이 활동적이지만,
그 외에는 활동을 하지 않음
• 모기의 암컷은 새벽이나 해질무렵 가장 활동적인데 내적 요
인에 의한 것인지 광도에 의한 것인지는 분명치 않음
• 나비류의 암컷은 어두워진 직후에 페로몬을 방출하기 시작
하는데, 이는 수컷의 페로몬 감수성이 심야에 최고조로 달하
기 때문
• 계절적 광주기의 영향
성장: 곤충에 따라 유충의 성장은 광주기의 영향을 받
는데, 어떤 종은 장일 조건 (낮의 길이가 16시간 이
상)에서 성장이 촉진되지만, 일장이 12시간 이하인
조건에서는 성장이 억제됨.
광주기에 의해 특유한 다형현상을 일으키는 경우가
있는데, 나방의 경우 장일 조건에서 사육하면 흑색
날개를 가지며, 단일조건에서 성장한 개체들은 휴면
을 하여 월동하는 적색 날개의 성충으로 우화됨.
진딧물의 경우 기후조건이 좋고 먹이가 풍부한 봄과
여름에는 날개가 없는 보충자충 (Netenic female)
이 태생이나 또는 단성생식으로 신속한 번식을 하며,
대부분 암컷으로 태어남.
수분 (Moisture)
• 육상곤충
육상생물의 경우 체표를 통한 증발과 배설에 의한 수
분손실이 문제점
곤충류의 경우 불투과성이 높은 표피로 구성되어 있
으며 호흡을 통한 수분손실을 억제할 수 있고, 최소
의 수분으로 효율적 배설 가능
과다한 수분은 오히려 해로운 영향을 주게 되는데 이
는 탈수가 됨 으로서 내한성을 강화시키게 되나 수
분이 많아지게 되면 내한성이 떨어지기 때문이며
먹이공급에 영향을 주거나 병원 미생물의 발생이나
전염을 유발함
• 수서곤충
수서곤충의 분포와 밀도에 영향을 주는 요인은 온도,
산소함량, 이온함량 및 유속
총이온 농도와 헤모림프 내의 이온 조절능력은 수서곤
충의 분포에 결정적인 작용을 하는데, 담수곤충은
이온함량이 낮은 물에서만 서식이 가능한데, 이는
삼투에 의해 몸에 들어가는 수분은 배설할 수 있지
만, 염분용액에서는 몸에 들어간 초과이온을 배설할
수 있는 메커니즘이 없기 때문이며, 대조적으로 염
분농도가 높은 환경에서 서식하는 종들은 필요에 따
라 과삼투뇨를 만들 수 있으며, 담수에서 과잉수분
을 배출할 때는 과잉이온이나 과침투뇨를를 배출하
여 조절
수서곤충의 종류는 물의 유속에 따라 다른데,
대개 물의 유속이 없거나 느린 물에 서식하
는 곤충류는 먹이나 가스교환을 위해 이동
하지만 유수성 곤충은 한 곳에 머무를 수 있
는 구조적, 행동적 및 생리적 적응을 보임
(유선형구조, 마찰반이나 수압흡반을 지님)
• 바람 (Wind)
곤충은 몸무게와 체 표면적 때문에 바람의 영향을 많
이 받으며, 특히 수분증발에 중요한 작용을 함
비상능력 (이동방향과 거리)도 풍속과 풍향의 직접적
인 영향을 받으며, 간접적으로는 바람이 토양이나
눈을 제거하여 곤충이 포식자나 한계온도 및 건조에
노출시키기도 함
바람은 날개를 지닌 곤충의 비상능력에 영향을 줌으
로서 분산과 집단 서식지로의 이동에 중요한 요인
• 이주 (Migration)
이주는 많은 종에 있어서 우화직후에 시작되며, 특히
집단 이주는 성충이 동시에 우화하여 이루어짐 (교
미와 산란과 같은 종의 발달에 관여)
이주의 형태는 종에 따라 차이가 나는데, 이주하는
체군의 크기가 다르며, 세대 또는 특정세대만이
주하거나 여행거리, 혹은 바람에 의하거나 또는
람과는 상관없이 이동하며, 이주 도중에 먹이를
거나 또는 곧장 가는 등 변화가 많음
개
이
바
먹
개미나 흰개미와 같은 사회성 곤충의 집단 비상
은 한 개체군의 일부로 이루어지며, 몇 분간 몇
십 미터만을 이동하지만, 메뚜기의 경우 개체군
전체가 이동하며, 거리도 수천 km에 달하고 수
주일간이 걸리지만 취식기간은 아주 짧음
이주 형태
Johnson (1969)는 이주의 형태를 3가지로
구분
(1) 성충이 우화장소에서 번식장소로 이주하
여 산란한 다음 죽는 종류로서, 집파리의
경우 우화한 다음 분산하여 번식장소로 이
주한 다음 산란하고 죽으며 바람에 의존하
여 이주하고, 이주거리는 짧은 반면, 나비
류의 경우 바람에는 의존하지 않으나 풍향
과 풍속의 영향을 받음,
(2) 이주가 두 지역 사이에서만 이루어지는 경
우로서 잠자리 류의 많은 종들은 우화장소
인 연못 근처에 있지 않고 성숙할 때까지 다
른 곤충을 포식하기 위해 산림이나 관목림
으로 이주하였다가 다시 물로 돌아와 교미
및 산란을 함
• (3) 역시 두 지역 간을 이주하는 것으로서
이는 휴면을 위한 월동장소나 하면장소로
갔다가 우화장소로 되돌아와 번식하는 경
우
곤충과 환경 – 생물적 환경
• 먹이 (Food)
- 일반적으로 먹이의 양이 곤충의 수를 조절하는 것
으로 착각하지만, 많은 먹이 중에서 이용하는 양은
매우 적음
1) 먹이가 좁은 지역에만 집중되어 소수의 곤충만
이용
2) 먹이가 불규칙적으로 분포하거나 한 장소에 머
무르지 않아 발견하기 어려움
3) 소비자가 접근하기 어려운 장소에 위치
- 천적 등의 다른 영향을 받지 않을 때 먹이가
개체군 증가에 제한 요인으로 작용하게 되는
데, 예를 들면 천적이 존재하지 않는 새로운
서식처에 우연히 이주해 들어갔을 경우 개체
군은 억제되지 않고 급속히 증가하다가 결국
먹이의 양에 의해 제한되게 됨
- 먹이의 질도 곤충의 생존과 생장율 그리고
생식능력에 치명적인 영향을 미침
곤충과 식물의 상호작용
• 식물의 진화 및 다양성의 원동력은 곤충의
역할
• 포자식물 – 종자식물
곤충과 식물의 상호작용
• 곤충과 식물은 오랜 기간 동안 먹고 먹히는
상호관계를 맺어왔으며, 곤충은 식물을 섭취
하여 에너지를 얻는 반면, 식물은 자신의 에
너지를 보존하기 위해 자신을 방어하거나 빼
앗긴 에너지를 보상하는 어떤 물질을 얻으려
는 노력을 함
• 곤충에 대한 방어수단으로 식물이 사용하는
일반적인 방어수단은 독성물질 생산하는 것
임
• 식물에 의해 생산되는 독성물질의 일부는 식물
체내에서 일어나는 정상적인 물질대사과정의
중간산물이거나 나중에 다시 사용하기 위한 저
장물질 (e.g. 담배의 경우 광합성결과 생성된
에너지의 12%를 니코틴 생산에 소모되는데, 이
들 니코틴은 40%가 10시간 내 당, 아미노산 및
유기산으로 전환됨)
• 곤충의 경우 독성물질에 대항하는 능력을 발달
시켜옴 (다른 동물에 비해 짧은 세대기간과 고
도의 생식율로 숙주식물에 일어나는 변화에 신
속하게 대응하여 독성에 대해 내성을 발달시켰
을 뿐만 아니라 적극적으로 이용)
•
유독성 물질을 이용하는 곤충의 이점
1) 다른 식식성 곤충과의 먹이경쟁에서 우위
2) 먹이인 식물을 보다 쉽게 찾음
3) 먹은 독성분을 저장하여 포식자에 대한
방어수단
4) 병원성 미생물에 대해 항생작용
• 아카시아나무 – 개미: 개미는 다른 곤충
을 공격하여 식물을 보호하고, 식물은 개
미에게 꿀과 단백질을 공급
• 식물의 꿀 – 곤충: 곤충은 효과적으로 식
물의 수분을 돕고, 식물은 꿀과 꽃가루 공
급