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캡스톤디자인경진대회

캡스톤디자인이란 1~2학년 동안 배운 전공 교과목 및 이론 등을 바탕으로, 산업체(또는 사회)가 필요로 하는 과제를 대상으로 3학년 이상 학생들이 스스로 기획과 종합적인 문제해결을 통해 창의성과 실무능력, 팀워크, 리더십을 배양하도록 지원하는 정규교과목입니다

동상

■ 캡스톤디자인경진대회 ■

한국 땅거미 속 (Genus. Atypus Latreille, 1804) 6종에 대한 계통분석과 재분류

땅후루 / 캡스톤디자인생물학연구II

생명과학과

지도교수

김영동

학부명

과제 목적

거미는 지구상에서 곤충 다음으로 가장 번성한 생물군이다. 전세계에 보고된 거미는 총 128과 4,188속 48,913종이다. 땅거미는 땅거미 과(Family;Atypidae) 땅거미 속(Genus;Atypus)에 속하는 거미류로 현생하는 거미 목 중 가장 초기에 분기된 집단에 속한다. 오래 전부터 생존해온 이 거미는 독특한 외형과 생활방식을 보인다. 2cm 남짓의 크기에 몸 전체에 광택이 나며 다리는 굵직하고 땅 속에 전대그물을 형성하여 나무 밑동이나 바위에 붙여 놓는다. 전세계에 34종, 한국에는 6종이 서식하는 것으로 알려져 있다. 상당한 거미 종의 풍부도에 비해 땅거미의 종 수는 적어 연구의 희소성이 있고 한국에도 서식하며 한국고유종이라는 장점을 가지고 있다. 국내에서도 1985년부터 현재까지 땅거미에 대한 연구가 이루어졌으나 거미 연구를 수행하는 학자의 수가 적을뿐더러 형태적 동정에 의존한 연구가 대부분이다. 또한 분자계통학적 연구가 더디게 진행되고 있어 땅거미의 계통수가 불분명한 실정이다. 본 프로젝트는 한국에 서식하고 있는 6종에 대한 문헌조사와 채집, 분자계통학적 실험을 통해 종 간 계통유연관계를 분석하고 재정립하는 것에 목적이 있다.

과제 내용

프로젝트 결과, 총 17개 지역에서 채집된 땅거미는 3개의 집단으로 묶이는 것을 알 수 있다. 이는 한국에 서식하는 땅거미가 동종이명의 가능성이 높은 것을 시사한다. 더불어 분자계통학적인 실험을 통해 기존 형태학적 분류에 편중된 개념의 틀을 벗어나 다양한 시각에서 해석할 수 있는 계기를 마련하였다. 또한, 동일 지역 내에서도 다른 집단으로 분기되었다는 점과 미토콘드리아 염기서열이 알려진 해외종과 대조한 결과 중국종과 유연관계가 있음을 밝혀냈다. 반면 한계점으로는 조사할 수 있는 문헌의 부족과 NCBI에 한국의 6종에 대한 데이터가 없어서 대조할 수 없었다는 점, 매우 유사한 외형을 갖고 있고 성숙한 개체를 확보하는데 어려움으로 인해 동정에 제약이 있었다.
다음은 땅거미 계통분석 프로젝트의 과정이다.
1) 문헌조사
· 국내외 땅거미 속 논문조사를 통한 형태적 특징을 분석한다.
· 논문조사를 통한 모식산지 및 발견지역을 조사한다.
2) 현장조사 및 표본 처리
· 문헌자료에 기반한 모식산지 및 신규 서식지역 조사를 진행한다.
· 채집한 개체의 철저한 라벨링을 실시한다. (종명, 채집지명, 채집일, 전대그물 길이 등)
· GPS좌표를 이용하여 채집지역을 기록한다.
· 채집방법은 장비를 이용한 육안 채집과 피트 폴 트랩을 이용하여 표본을 채집한다.
· 표본은 대부분 생체로 사육하고, 일부 표본은 80%이상의 에탄올로 액침 처리하여 영하 20℃로 냉동보관 한다.
3) 미토콘드리아 DNA 추출실험
QIAGEN의 QIAamp DNA mini kit를 사용하여 땅거미 DNA를 추출한다.
4) COI 부분의 염기서열 분석을 위한 PCR 증폭과정
· 미토콘드리아 DNA 중, 대상 분석지역인 COI 지역을 특정 프라이머를 이용하여 증폭한다.
· 목표 DNA부분의 증폭여부 확인을 위한 전기 영동 실험을 진행한다.
5) 염기서열분석 및 계통수 작성
· 외부 분석업체에 의뢰하여 증폭한 DNA시료의 염기서열을 분석한다.
· 염기서열을 분석한 결과를 토대로 Geneious 계통분석프로그램으로 계통수를 작성한다.

활용방안 및 기대 효과

지구상의 생물들은 Tree of Life 프로젝트를 통해 계통수가 제작되고 있으며, 거미의 종 다양성은 높아지며 생물분류군의 블루오션이다. 특히, 땅거미와 같은 원시거미류는 진화의 흐름 초기에 분기된 종들로 연구 가치가 높을 것으로 예상된다. 그러나 땅거미의 계통분석은 형태에 편중되었을 뿐만 아니라 형태적 데이터 또한 부족한 실정이다. 더불어 분자계통학적 연구의 사례 부족으로 땅거미 속에 대한 정확한 계통에 대해 알 수 없는 상황이다. 이 프로젝트를 통해 한국에 서식하는 땅거미 종이 최소 3개의 집단으로 묶인다는 것을 밝혀 냄으로써 한국 땅거미 속에 대한 계통분석과 재분류의 발판을 마련하였다. 또한 동일 지역 내에서 서식하지만 다르게 분기되고, 일부 개체는 중국종과 유연관계를 보인다는 사실을 밝혀냈다. 이를 통해 국내뿐만 아니라 동아시아 땅거미 속의 계통지리학적 연구의 중요성을 강조할 계기가 될 것이다. 상업분야에도 긍정적인 효과를 보일 것으로 예상된다. 거미가 생산하는 거미줄의 견고한 성질을 이용하여 방탄소재나 건축 이음재 등으로 활용될 수 있고, 거미줄을 모방하여 견고하며 방수가 되는 아웃도어 의류산업에도 좋은 효과가 있을 것이라 전망된다. 또한 거미의 독에 대한 연구를 통해 항암제나 염증완화제, 소화제 등 의약산업분야에서도 기대효과가 클 것으로 전망된다.