Transcript 실험 3. 원생생물의 관찰

실험 3. 원생생물의 관찰
1. 실험목적
단세포 진핵생물을 관찰하여 세포의 기본구조와 다양성을 알아보고 그들의 차이점을
알아본다.
2. 원생동물(Protozoa)
Protozoa (원생동물)라는 명칭은 그리스어의 protos (처음의)와 zoon (동물)에서
유래한 것이다. 원생동물은 바닷물, 민물, 흙, 썩고 있는 유기물이나 식물에서 살
며 동물에 기생하는 것도 많다. 자유생활 또는 공생을 하며, 단체 또는 군체를 이
루고 고착 또는 자유유영을 한다. 세계적으로 30,000-50,000종이 알려져 있다.
크기는 육안으로 관찰 가능한 것부터 현미경적 관찰이 가능한 것까지 있다.
원생생물은 크게 원생동물, 식물성 원생동물, 조류, 균류 등으로 구분된다.
원생동물은 다시 편모충류(동물성, 식물성), 섬모충류, 육질충류, 포자충류, 등으로
나뉜다.
2.1. 원생동물의 특징 요약
① 몸은 단세포이며 어떤 것은 군체를 이룬다.
② 위족, 편모, 섬모로 이동운동을 한다.
③ 대부분이 현미경적 크기이지만, 어떤 것은 맨눈으로 볼 수 있다.
④ 특수화된 세포기관을 가지며, 핵은 한 개 또는 여러 개이다.
⑤ 모양은 변할 수 있거나 일정하다.
⑥ 대부분이 자유생활을 하나 고착생활을 하는 것도 있고 기생이나 공생을
하는 것도 있다.
⑦ 대부분이 얇은 세포막을 가지나 외골격을 가지는 것도 있다.
⑧ 모든 종류의 영양방식(자가영양, 타가영양, 부생동물성영양)을 나타낸다.
⑨ 생식은 분열 또는 출아에 의한 무성생식과 접합이나 배우자에 의한 유성생식을 한다.
3. 재료 및 방법
- 여러 곳의 담수, 광학현미경, 슬라이드글라스, 커버글라스
- 채집한 물을 관찰하고 수초나 나뭇잎 등에 붙어있는 종들도 있으므로 주의해서 관찰한다.
생명체의 분류
생명체는 유사성 정도에 의하여 분류되며, 다양한 생물 종들을 분류하는 학문을 분
류학(taxonomy)이라 한다.
분류 체계에 사용되는 8개의 기본적인 분류학적 범주가 있다, 영역(Domain), 계
(Kimgdom), 문 (Phylum), 강 (Class), 목 (Order), 과 (Family), 속 (Genus), 종
(Species)이다. 각 영역은 관련된 여러 계로 구성되고, 각 계는 여러 문으로, 각 문
은 다시 여러 강으로 구성되는 상하구조가 반복된다.
생명 종의 학명(scientific name)은 속명과 종명으로 나누어 표기한다. 예를 들어
인간의 학명은 Homo sapiens이다. 종의 학명은 반드시 이탤릭체(수기의 경우 밑줄)
로 표기하며 속명의 첫 글자는 대문자이다.
영역은 8개의 기본 범주 중에서 최상위의 분류 범주이다. 영역의 개념은 원핵생물의
리보솜 RNA에 있는 뉴클레오티드 서열에 대한 연구에서 비롯되었다. 이 연구는 원
핵생물이 완전히 서로 다른 두 가지의 그룹으로 구성되어 있어서 단일 그룹으로 묶
어서는 안 된다는 점을 입증하였다. 때문에 원핵생물로 묶여있던 종들은 효소나 막
등이 고유한 생화학적 특징을 보이는 고세균(Archaea)과 생리학적 형질들이 이미
비교적 잘 알려진 진성세균(Eubacteria 혹은 Bacteria)로 나누어지게 되었다.
진성세균
고세균
진핵생물
섭식구굴착류(excavates)
유색피하낭류(Chromalveolata),
근족사상류(Rhizaria),
고색소체류(Archaeplatida)
단편모류(unikonta
그림1. 진성세균, 고세균, 진핵생물 영역은 생명수에서 가장 초기에 갈라진다.
고세균 영역
고세균 영역의 구성원은 독특한 생화학적 특징을 가진 비교적 드문 원핵생물이다. 형태적으로는 진성세균과 유사하지만 원
형질막, 세포벽, 리보솜, RNA 소단위의 구성은 진성세균이나 진핵생물과 전혀 다르다. 이들은 뜨거운 온천, 깊은 바다, 염분
이 많은 습지 등 다른 생명체들이 생존할 수 없는 극도로 열악한 환경에서도 생존한다
진성세균 영역
진성세균 영역은 오랫동안 박테리아로 인식되어 온 “진성 박테리아” 생명체들로 구성되었다. 이
영역에는 수많은 박테리아종이 있다.
대부분이 단세포(unicellular)이지만, 일부는 군체(colonial, 독자적인 기능을 가진 세포들의 단위로
구성된 것)를 이룬다.
모든 세포는 원핵생물이며 핵이나 소기관을 구분하는 별도의 경계막이 없다. 견고한 세포벽이 세포막
외부에 형성되어 있다
진핵생물영역
원생생물
원생생물은 동물이나 식물, 곰팡이와 비슷한 특징을 지닌 단세포 또는 군집형 이종 집단이다. 원생생물과 모든 고등생물은
하나의 핵과 막으로 둘러싸인 소기관을 포함한 진핵세포(eukaryotic cells)로 구성된다.
동일한 조상으로부터 분지한 5개의 진핵생물 그룹
―섭식구굴착류(excavates), 유색피하낭류(Chromalveolata), 근족사상류(Rhizaria), 고색소체류(Archaeplatida), 단편모류(unikonta
진핵생물영역
원생생물
1.
2.
3.
4.
5.
섭식구굴착류(excavates)
유색피하낭류(Chromalveolata)
근족사상류(Rhizaria)
고색소체류(Archaeplatida)
단편모류(unikonta)
1. 섭식구굴착류
섭식구굴착류에 속하는 생물 종들은 세포의 한
면에 먹이홈이 마치 굴착된 것과 같은 형태로 존
재한다.
섭식구굴착류 중에서 대표적인 그림4의 유글레
노조아류(euglenozoans)는 이들은 이동수단으
로 하나 이상의 편모(flagella)를 가진다.
그림2. 섭식구굴착류 내 유글레노조아류 원생생물
2. 유색피하낭류
과거에 공통조상이 단세포성 광합성 홍조류와의 2차 내부공생을 하여 유래한 것으로 알려진 유색피하낭류 중 다수의 원생생물
들이 속하는 그룹은 피하낭류(avolates)이다. 원형질막의 아래에 막으로 둘러싸인 피하낭이 있다. 피하낭의 기능은 정확히 알려
지지 않았으나 세포 표면을 안정화하거나 세포 내 수분 및 이온 조절을 하는 것으로 예상된다. 원생생물로 와편모류
(dinoflagellate), 정복합포자충류(apicomplexan), 섬모충류(ciliate)의 3개 하위 그룹을 가진다.
1) 와편모류
셀룰로오스로 구성된 견고한 섬유소판 사이에 두 개의 편모가 끼어있는 고유한 구조적 특징을 보인다(그림5a).
하나의 편모는 세포 중심부위 홈에 있고, 다른 하나는 세포 끝에 자유롭게 부착되어 있다.
이와 같은 구조의 편모는 해양 및 담수 플랑크톤을 이루는 와편모류가 물속에서 회전운동을 할 수 있도록 한다..
그림3. 유색피하낭류 원생생물. a 와편모류, b 섬모충류
2) 섬모충류
원생생물 중에서도 가장 진화된 복잡한 생물로 그림6과 같은 구조를 가진다.
이들은 대핵(macronucleus)과 하나 이상의 소핵(micronuclei)을 가지는 점이 다른 생물 종들과
상이하다. 세포를 덮는 털과 같은 수많은 섬모(cilia)를 이용하여 이동하고 먹이를 섭취한다. 미세소관으로
구성된 막의 하부구조가 섬모운동을 조정하며, 먹이는 섬모에 의해 구위(oral groove)로 휩싸여 내려가
액포로 되어 소화된다. 세포막의 외부에는 피막(pellicle)이 있다. 짚신벌레는 섬모포(trychocyst)를 가진
일반적인 예로, 이는 세포 표면 바로 아래에 있어 공격과 방어를 하는 창모양의 작은 무기 역할을 한다,
그림 4. 섬모성 원생생물의 구조
3. 근족사상류
그림7의 근족사상류 내의 생물 종들은 형태학적인 차이가 크지만 단일계통군이라는 명백한 DNA 서열
상의 증거가 있다. 형태 때문에 과거에 단편모류 내의 아메바와 같은 것으로 포함되던 종 중 일부가
근족사상류로 편입되었다.
많은 근족사상류 종은 아메바(amoeba)이다. 원래 아메바는 세포 표면의 어느 면에서든지 세포가
팽창되고 위족(pseudopodia)을 만들어 이동, 섭식을 하는 원생생물로 이해되었다. 그런데 형태적으로
유사한 아메바들 중에서 다수가 근족사상류인 반면 나머지는 단편모류에 속해 더 이상 아메바류를
단일계통군으로 여길 수 없게 되었다. 근족사상류의 아메바는 대부분 실 모양의 위족이 있다.
이질 아메바(Entamoeba histolytica)는 사람에서 아메바성 설사를 유발하는 기생충이다. 단세포성의
방산충류(radiolarians)는 수에 주로 많지만 민물에서도 일부를 관찰할 수 있다. 이들은 일반적으로 천연
유리성분인 규산질의 세포벽을 가진다. 세포벽은 좌우, 상하가 대칭을 이루며 치밀하게 구성되어 있다.
미세소관 다발로 강화된 위족이 중앙으로부터 사방으로 방산되어 있다. 미세소관은 얇은 세포질 층으로
덮여 있고 이 위에 부착되는 미생물을 섭취하여 세포질 유동으로 흡수한다. 엽록체에는 엽록소 a와 c가
있다, 해양종의 광합성에 의한 산소 합성양이 대기 산소에 대한 기여하는 정도는 매우 크다. 이들이 죽을
때 규산질 벽은 아래쪽에 붙어 축적된다.
그림 5. 근족사상류 원생생물
4. 고색소체류
10억 년 이전에 종속영양 원생생물이 남세균의 내부공생자와 공생하여 광합성을 하기 시작했는데, 이들의
후손 중 일부가 홍조류(red algae)와 녹조류(green algae)가 되었다. 녹조류와 육상식물의 기원이 되는 계통은
약 4억 7,500만 년 전을 기점으로 분지되었다.
그림8의 녹조류들은 초미세구조와 엽록체의 관점에서 육상식물과 유사하다. 이들 중 다수는 담수종이나
해양종이나 육상종도 존재한다. 녹조류 종중에는 볼복스(Volvox)와 같이 개체 세포가 모여 큰 군체를 이루거나
다핵성 섬유처럼 세포질의 분열 없이 핵이 반복적으로 분열하는 종도 있다. 특히 볼복스 군체는 수백에서 수천
개의 세포가 속이 빈 구체와 같은 구조를 이룬다. 이들 세포는 젤라틴 기질 사이에 두 개의 편모를 가진다. 각
세포는 세포질로 연결되어 있으며 군체에서 분리되면 생식 기회가 박탈된다. 녹조류는 대부분이 무성생식과
유성생식을 번갈아 하는 세대교번을 한다.
그림6. 고색소체류 녹조류
편모충류 (Flagellates)
유글레나
위족충류 (Amebas)
볼복스
섬모충류 (Ciliophora)
짚신벌레
(Paramecium caudatum)
윤형류 (Rotifer)
나팔벌레
종벌레(Vorticella)
새각류 (Cladocera)
Closterium
Spirogyra spp.
Euglena
Cosmarium sp.
Amoebida
water flea
Paramecium caudatum
Vorticella
그림 7. 민물 환경시료에서 쉽게 관찰할 수 있는 원생생물
Cyanophyta (남조류)
1. procaryotic, 2개의 photosystem을 갖는 지구 최초의 조류
2. 광합성을 통한 산소의 생성으로 지구 대기환경 조성
3. 유기물의 1차생산자 food chain의 기본
4. 대기 중 질소 고정 기능 (nitrogen fixation)
5. Gas vesicle로 부유
6. Blooming의 주요인
Microcystis aeruginosa
Microcystis viridis
Microcystis itchioblabe
Anabaena flos-aquae
Anabaena macrospora
Anabaena spiroides
Anabaena circinalis
Aphanizomenon flos-aquae
Phormidium sp
Oscillatoria sp
녹조류
1. Chlorophyll a, b를 이용한 광합성, 저장물질로 전분 생산
2. 주로 담수에 분포
3. 형태가 아주 다양, 화려
4. 이상 증식으로 인한 비린내 유발 등 정수처리에 피해
Chlamydomonus pulsatilla
Scenedesmus sp
Pediastrum duplex
Starurastrum sp
Spirogyra sp.
Stichococcus
규조류
1. 규조질의 세포벽(siliceous frustule)을 가짐
2. 수중생태계의 생산자, 어패류의 주요 먹이
3. 색소체로는 엽록소와 규조소(diatomin)
4. 동화산물은 지방과 볼루틴(volutin)
5. 무성생식-이분법
Cyclotella sp
Mellosira sp
Mellosira sp
Aulacoseira sp
Fragilaria sp
Euglena sp